Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Ba là một trong chín lưu vực sông lớn nhất Việt Nam với diện tích tự nhiên 13.417 km², trải dài trên địa bàn 22 huyện thị và 1 thành phố thuộc các tỉnh Gia Lai, Đăk Lăk và Phú Yên. Hàng năm, lưu vực này nhận được lượng mưa trung bình khoảng 1.880 mm, với mô đun dòng chảy đạt 22,8 l/s/km², và tổng lượng nước đổ ra biển Đông gần 10 tỷ m³. Vùng hạ lưu sông Ba, đặc biệt là khu vực đồng bằng rộng gần 25.000 ha đất canh tác, thường xuyên chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của ngập lụt, gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Điển hình là trận lũ lịch sử tháng 10/1993 làm 41 người chết, hơn 2.000 ngôi nhà hư hỏng và thiệt hại 5.150 ha hoa màu; hay trận lũ năm 2009 với 82 người chết và thiệt hại ước tính hàng tỷ đồng.

Mục tiêu nghiên cứu là tính toán phạm vi và mức độ ngập lụt, xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba tương ứng với các trận lũ lịch sử và các kịch bản lũ tần suất 5% và 10%. Phạm vi nghiên cứu tập trung trên địa bàn 5 huyện và 1 thành phố thuộc tỉnh Phú Yên, trong giai đoạn từ năm 1977 đến 2017, nhằm cung cấp công cụ hỗ trợ công tác phòng chống thiên tai, quy hoạch phát triển và ứng phó kịp thời với lũ lụt. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao nhận thức cộng đồng, hỗ trợ ra quyết định vận hành hồ chứa và xây dựng các phương án giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về thủy văn và thủy lực để mô phỏng quá trình ngập lụt. Hai mô hình chính được sử dụng là mô hình thủy văn mưa-dòng chảy NAM và mô hình thủy lực MIKE 11, MIKE 21, MIKE FLOOD. Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm:

  • Bản đồ ngập lụt: Bản đồ thể hiện phạm vi, mức độ ngập tại các điểm trong vùng ngập theo thời điểm hoặc kịch bản lũ.
  • Mô hình thủy văn mưa-dòng chảy: Mô hình mô phỏng quá trình chuyển đổi lượng mưa thành dòng chảy trên lưu vực.
  • Mô hình thủy lực một chiều và hai chiều: Mô hình mô phỏng dòng chảy trên sông và trên mặt đất, xác định mực nước và phạm vi ngập.
  • Tần suất lũ: Xác suất xuất hiện của các trận lũ với mức độ khác nhau trong một khoảng thời gian nhất định.
  • GIS (Hệ thống thông tin địa lý): Công cụ hỗ trợ chuyển đổi kết quả mô hình sang bản đồ ngập lụt và phân tích diện tích, mức độ ngập.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu địa hình (bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2.000, bản đồ cao độ số DEM 10x10 m), số liệu khí tượng thủy văn (lượng mưa, mực nước, lưu lượng lũ từ các trạm thủy văn như Củng Sơn, Phú Lâm), số liệu điều tra vết lũ thực địa và thông tin về các công trình thủy lợi, thủy điện trên lưu vực.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Mô hình thủy văn NAM để tính toán dòng chảy mưa-dòng chảy trên lưu vực.
  • Mô hình thủy lực MIKE 11 (1 chiều) và MIKE 21 (2 chiều) để mô phỏng dòng chảy trên sông và mặt đất, kết hợp trong mô hình MIKE FLOOD.
  • Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dựa trên số liệu thực đo các trận lũ lớn như năm 1993 và 2009.
  • Chuyển đổi kết quả mô hình sang GIS để xây dựng bản đồ ngập lụt với các kịch bản lũ tần suất 5% và 10%.
  • Phân tích GIS để tính toán diện tích ngập, mức độ ngập và đề xuất phương án giảm ngập.

Cỡ mẫu dữ liệu thủy văn được thu thập từ 39 năm (1977-2015) tại các trạm chính, phương pháp chọn mẫu dựa trên các trận lũ lớn có số liệu đầy đủ và tin cậy. Phân tích số liệu sử dụng các công cụ mô hình toán hiện đại nhằm đảm bảo độ chính xác và khả năng dự báo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nguyên nhân và tình hình ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba: Ngập lụt chủ yếu do mưa lớn tập trung trong thời gian ngắn từ tháng 9 đến tháng 12, kết hợp với thủy triều và vận hành hồ chứa thủy điện. Trận lũ năm 1993 có mực nước tại trạm Củng Sơn đạt 39,9 m, vượt báo động III tới 6,4 m, gây ngập sâu diện tích lớn. Diện tích ngập trong các trận lũ tần suất 5% và 10% lần lượt đạt khoảng 15.000 ha và 18.000 ha.

  2. Hiệu quả mô hình thủy văn và thủy lực: Mô hình NAM và MIKE được hiệu chỉnh và kiểm định với hệ số R² đạt trên 0,85, cho kết quả mô phỏng mực nước và lưu lượng lũ tương đồng với số liệu thực đo. Mô hình MIKE FLOOD kết hợp mô hình 1 chiều và 2 chiều cho phép mô phỏng chính xác phạm vi và mức độ ngập lụt trên vùng hạ lưu.

  3. Bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba: Bản đồ được xây dựng cho các kịch bản lũ lịch sử 1993, lũ tần suất 5% và 10%, thể hiện rõ vùng ngập sâu nhất tập trung tại các huyện Sơn Hòa, Sông Hinh, Tây Hòa và thành phố Tuy Hòa. Mức độ ngập trung bình từ 0,5 đến 2 m, với diện tích ngập tăng dần theo tần suất lũ.

  4. Phân tích GIS về diện tích và mức độ ngập: Diện tích ngập trong trận lũ 1993 là khoảng 16.000 ha, trong khi đó lũ tần suất 5% và 10% có diện tích ngập lần lượt là 14.500 ha và 17.200 ha. Mức độ ngập sâu nhất tại các khu vực đô thị và vùng canh tác lúa, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh hoạt và sản xuất.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của ngập lụt là do đặc điểm địa hình dốc, mạng lưới sông ngòi ngắn, thời gian tập trung nước nhanh, kết hợp với lượng mưa lớn và thủy triều cao. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô hình cho thấy độ chính xác cao hơn nhờ sử dụng bộ công cụ mô hình thủy văn và thủy lực hiện đại, đồng thời kết hợp dữ liệu thực địa và GIS.

Kết quả bản đồ ngập lụt cung cấp thông tin chi tiết về phạm vi và mức độ ngập, hỗ trợ công tác quy hoạch và ứng phó thiên tai. Biểu đồ thể hiện mực nước tại các trạm thủy văn trong các trận lũ lớn và bản đồ phân bố ngập lụt theo từng kịch bản sẽ giúp các cơ quan quản lý đánh giá rủi ro và xây dựng phương án phòng chống hiệu quả.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống cảnh báo và dự báo ngập lụt dựa trên bản đồ ngập lụt: Sử dụng bản đồ ngập lụt với các kịch bản lũ để thiết lập hệ thống cảnh báo sớm, giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Thời gian thực hiện trong 1-2 năm, chủ thể là Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Phú Yên phối hợp với Trung tâm Khí tượng Thủy văn.

  2. Hoàn thiện và nâng cấp hệ thống công trình thủy lợi, thủy điện: Tăng dung tích phòng lũ và cải tiến quy trình vận hành liên hồ chứa nhằm giảm áp lực ngập lụt vùng hạ lưu. Thời gian thực hiện 3-5 năm, chủ thể là Ban Quản lý các công trình thủy lợi và thủy điện.

  3. Phát triển hạ tầng thoát nước đô thị và nông thôn: Đầu tư xây dựng hệ thống thoát nước, nạo vét sông suối, cải tạo kênh mương để giảm ngập úng tại các khu vực đô thị và vùng canh tác. Thời gian thực hiện 2-4 năm, chủ thể là UBND các huyện, thành phố và Sở Xây dựng.

  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống ngập lụt: Tổ chức các chương trình đào tạo, tập huấn và truyền thông nhằm nâng cao khả năng tự thích nghi và ứng phó của người dân. Thời gian liên tục, chủ thể là các tổ chức chính quyền địa phương và các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và phòng chống thiên tai: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và phương án ứng phó ngập lụt hiệu quả.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành kỹ thuật tài nguyên nước, thủy lợi: Tham khảo phương pháp mô hình hóa thủy văn, thủy lực và ứng dụng GIS trong xây dựng bản đồ ngập lụt.

  3. Đơn vị vận hành các công trình thủy điện, thủy lợi: Áp dụng kết quả mô hình và bản đồ ngập lụt để điều chỉnh quy trình vận hành, giảm thiểu rủi ro ngập lụt hạ du.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ hoạt động trong lĩnh vực giảm nhẹ thiên tai: Nắm bắt thông tin về rủi ro ngập lụt, từ đó chủ động trong công tác phòng tránh và ứng phó.

Câu hỏi thường gặp

  1. Bản đồ ngập lụt có vai trò gì trong công tác phòng chống thiên tai?
    Bản đồ ngập lụt giúp xác định phạm vi và mức độ ngập, hỗ trợ ra quyết định vận hành hồ chứa, quy hoạch đất đai và tổ chức sơ tán dân cư kịp thời. Ví dụ, bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba giúp các cơ quan dự báo và ứng phó chính xác hơn.

  2. Phương pháp mô hình thủy văn và thủy lực có ưu điểm gì?
    Phương pháp mô hình cho phép mô phỏng chi tiết dòng chảy và ngập lụt với các kịch bản khác nhau, cung cấp thông tin dự báo chính xác hơn so với phương pháp điều tra truyền thống. Mô hình MIKE FLOOD kết hợp mô hình 1 chiều và 2 chiều là công cụ hiệu quả trong nghiên cứu này.

  3. Tại sao vùng hạ lưu sông Ba thường xuyên bị ngập lụt nghiêm trọng?
    Do đặc điểm địa hình bằng phẳng, độ chênh cao độ giữa lòng sông và mặt ruộng nhỏ, kết hợp với lượng mưa lớn, thủy triều cao và vận hành hồ chứa chưa tối ưu, vùng hạ lưu dễ bị ngập sâu và diện rộng.

  4. Các công trình thủy lợi, thủy điện hiện tại có thể giảm ngập lụt hiệu quả không?
    Hiện tổng dung tích phòng lũ của 6 hồ chứa chính chỉ đạt khoảng 22,4% tổng lượng lũ 7 ngày tần suất 10%, do đó hiệu quả giảm ngập còn hạn chế và phụ thuộc nhiều vào độ chính xác dự báo và vận hành hồ chứa.

  5. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả phòng chống ngập lụt tại vùng hạ lưu sông Ba?
    Cần kết hợp hoàn thiện hệ thống công trình thủy lợi, nâng cấp hạ tầng thoát nước, xây dựng hệ thống cảnh báo sớm dựa trên bản đồ ngập lụt và tăng cường tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng.

Kết luận

  • Đã đánh giá chi tiết nguyên nhân và tình hình ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba, xác định rõ các yếu tố khí tượng thủy văn và địa hình ảnh hưởng.
  • Lựa chọn và hiệu chỉnh thành công bộ công cụ mô hình thủy văn NAM và mô hình thủy lực MIKE 11, MIKE 21, MIKE FLOOD để mô phỏng ngập lụt.
  • Xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba cho các kịch bản lũ lịch sử 1993, tần suất 5% và 10%, cung cấp công cụ hỗ trợ quản lý và ứng phó thiên tai.
  • Phân tích GIS cho thấy diện tích và mức độ ngập tăng theo tần suất lũ, tập trung tại các khu vực đô thị và vùng canh tác trọng điểm.
  • Đề xuất các giải pháp cụ thể nhằm giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt, bao gồm nâng cấp công trình, phát triển hạ tầng thoát nước, xây dựng hệ thống cảnh báo và nâng cao nhận thức cộng đồng.

Tiếp theo, cần triển khai áp dụng bản đồ ngập lụt vào công tác quản lý, đồng thời tiếp tục cập nhật dữ liệu và hoàn thiện mô hình để nâng cao độ chính xác. Mời các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cùng tham khảo và ứng dụng kết quả nghiên cứu nhằm tăng cường hiệu quả phòng chống ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba.