CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới. Tình hình lũ lụt trên thế giới Trong giai đoạn 15 năm trở lại đây, những thảm họa thiên tai trên thế giới đã làm hơn sáu ngàn người thiệt mạng, hơn hai tỷ người chịu ảnh hưởng. Những tổn thất về kinh tế do thiên tai có nguồn gốc từ khí tượng thủy văn gây ra ước tính khoảng gần 5 tỷ đô la Mỹ. Theo thống kê của Liên hiệp quốc, có tới 90% thiên tai liên quan đến thời tiết, khí hậu và nước.
Trong đó lũ lụt là một loại thiên tai đặc biệt nguy hiểm, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và của. Thiệt hại do lũ lụt gây ra ngày một tăng trong các năm gần đây. Đơn cử là một số trận lũ lụt lớn trên thế giới trong các năm gần đây như: Tháng 8/2013 tại Trung Quốc, tổng cộng 105 người đã thiệt mạng và 115 người khác mất tích sau khi lũ lụt hoành hành miền đông bắc và một cơn bão càn quét các khu vực miền nam. Tại Philippines, mưa lớn đã gây ngập lụt nghiêm trọng tại vùng thủ đô Manila và 4 khu vực khác trên đảo Luzon, khiến gần 150.000 người bị ảnh hưởng.
Trong khi đó, tại Nga, hơn 20.000 người đã buộc phải đi sơ tán tại những khu vực bị ảnh hưởng nặng nề bởi lũ lụt ở vùng Viễn Đông, nơi sông Amur bị tràn bờ sau các trận mưa như trút nước. Tại Pakistan, mưa lớn và lũ lụt đã cướp đi sinh mạng của ít nhất hơn 110 người.1 Ngập lụt tại một ngôi làng của Nga tháng 8/2013 Tháng 9/2015,tại Nhật Bản, mưa lớn kéo dài khiến một con sông ở miền trung vỡ bờ, gây lụt diện rộng, phá hủy nhiều nhà cửa, phương tiện và hàng chục nghìn người phải sơ tán. Nhiều khu vực ở tỉnh miền trung Tochigi có lượng mưa gần 60 cm kể từ tối 7/9.000 người ở tỉnh Tochigi và 8.200 người ở tỉnh Ibaraki đã được lệnh sơ tán. Tại tỉnh Ibaraki, mưa lớn làm nước sông Kinugawa dâng cao tràn bờ ở một số đoạn như Joso, Chikusei, làm hàng trăm ngôi nhà bị ngập, một số đoạn đê trên hai sông ở Koga và Ibaraki bị vỡ.
Theo ước tính đã có 4 người chết, 15 người mất tích và 15.000 nhà dân bị phá hủy do lũ quét.2 Ngập lụt tại một khu vực phía Bắc Tokyo tháng 9/2015 7 Tháng 7/2015 tại Myanmar, sau những tuần mưa liên tiếp gây lũ quét đã làm hơn 20 người chết và nhiều người mất tích. 4 khu vực phía tây Myanmar đã phải tuyên bố vùng thảm họa do lũ lụt nặng trong những ngày mưa gây ra. Các bang Rakhine, Shan và vùng Mandalay bị thiệt hại nặng nề nhất với hơn 100.000 ha cây trồng, khoảng 15.000 ngôi nhà bị nước lũ phá hủy. Hệ thống giao thông và thông tin liên lạc bị tê liệt hoàn toàn.3 Trận mưa lũ tại Myanmar tháng 7/2015 Nghiên cứu trên thế giới Lũ lụt đi qua để lại hậu quả to lớn về người và của ảnh hưởng nặng nề cho cuộc sống của nhân dân.
Để đánh giá định lượng những thiệt hại kinh tế gây ra do lũ hay cũng như bất kỳ một loại thiên tai nào đều là một quá trình rất phức tạp, nó bị điều khiển bởi nhiều yếu tố bao gồm cả những đặc trưng của lũ như độ sâu và thời gian ngập, vận tốc dòng chảy, phân bố không gian lũ…, và những hoạt động kinh tế của người dân sống trong vùng ngập lũ. Trong những thập kỷ gần đây, với sự phát triển của công nghệ, trên thế giới đã có rất nhiều mô hình mô phỏng dòng chảy lũ từ đó đánh giá được thiệt hại do lũ đã được phát triển kết hợp với sự hỗ trợ của những công nghệ mới như GIS và viễn thám. Ví dụ như mô hình FLOODIS được thiết kế bởi Xiuwan (1998), mô hình UFDSM của Heping và cộng sự (1998), mô hình IISDHM của Dutta và cộng sự (1998)… 8 Cụ thể trên thế giới, Knebla, M.R và nnk (2005) đã xây dựng mô hình dự báo lũ cho lưu vực sông San Antonio (diện tích khoảng 10.000 km2) ở bang Texas, Hoa Kỳ thực chất là sự kết hợp giữa mô hình thủy văn, thủy lực HEC-HMS, HEC-RAS và mô hình dự báo mưa bằng radar NEXRAD với sự trợ giúp của công cụ GIS có tên “Map to Map” sử dụng phần mở rộng ArcHydro trong ArcGIS cho khu vực nghiên cứu. Từ năm 2007, Viện nghiên cứu công chính Nhật Bản PWRI, giới thiệu hệ thống phân tích lũ tổng hợp (The Integrated Flood Analysis System – IFAS) là chương trình tính toán mô phỏng dòng chảy.
Tiến hành phân tích dòng chảy mô hình thông số phân bố. Số liệu mưa vệ tinh và mực thực đo bề mặt được nhập vào như số liệu ô dạng lưới (grid). Đường phân thủy được tạo ra từ số liệu mô hình số độ cao (DEM). Mô hình tính toán được tạo thành bằng thiết lập các thông số trên cơ sở số liệu sử dụng đất hoặc lớp phủ, điều kiện địa chất và chất đất.
Các kết quả tính toán có thể được xuất dưới dạng bảng hay đồ họa và trên nên bản đồ Google. Daniel Jilles và Matthew Moore (2010) đã sử dụng mô hình thủy lực MIKE 11 và HEC-RAS để mô phỏng lũ tại Hà Lan, Bỉ và Anh Quốc. Nghiên cứu đã ứng dụng các mô hình thủy lực để quản lý dòng chảy, duy trì mạng lưới cảnh báo và tiến hành thành lập hệ thống dự báo lũ cấp quốc gia. Nghiên cứu này đã đưa ra kết luận cho thấy hệ thống dự báo lũ có thể sử dụng các mô hình thủy lực đơn giản, các mô hình thủy lực 1 chiều (1D – 1 Demension) là mô hình được khai thác chi tiết nhất trong công tác dự báo lũ theo thời gian thật.
Vanderkimpen đã tiến hành nghiên cứu mô phỏng lũ bằng ứng dụng mô hình MIKE FLOOD để kịp thời cho công tác di tản dân cư ở khu vực đồng bằng ven biển của Bỉ. Bằng mô hình thủy lực MIKE FLOOD, các chuyên gia đã tìm được khả năng ảnh hưởng của lũ, diện ngập có thể xảy ra qua đó ước tính thiệt hại nhằm đưa ra công tác di tản một cách kịp thời nhất. Nghiên cứu lũ gây ra do vỡ đập ứng dụng mô hình HEC-RAS và công cụ HEC – GeoRAS (Cameron T.Ackerman và Gary W.Brunner, 2011) đã cho thấy khả 9 năng kết hợp tuyệt vời của mô hình HEC – RAS và công cụ HEC – GeoRAS để xây dựng mô hình vỡ đập với các ảnh hưởng từ lũ gây ra bởi nó. HEC – GeoRAS sẽ truy xuất các dữ liệu địa lý từ hệ thống bản đồ địa hình số và rồi chuyển các dữ liệu đó vào mô hình HEC – RAS.
HEC – RAS sẽ mô phỏng dòng chảy không ổn định từ quá trình vỡ đập, từ đó kết hợp với công nghệ GIS để thành lập bản đồ mô phỏng ngập lụt để có các công cụ công tác chuẩn bị, phòng tránh. Một số công trình khác đáng chú ý có thể kể đến như: Ứng dụng mô hình HEC – RAS nghiên cứu bảo vệ dòng chảy sông Salinas (Laurie Waner Herson và Mitchell Katzel, 2013). Phát triển mô hình dự báo lũ bằng cách tự động tích hợp thông tin dòng chảy lũ từ mô hình HEC – RAS (William James và cộng tác viên, 2012).2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam Tình hình lũ lụt tại Việt Nam Theo đánh giá của Viện Khoa học khí tượng thủy văn và môi trường - Bộ Tài nguyên và Môi trường, thiệt hại do thiên tai ở Việt Nam thuộc loại lớn trên thế giới. Minh chứng là trong 5 năm gần đây, mỗi năm thiên tai làm chết khoảng 500 người, gây thiệt hại 14.500 tỷ đồng, tương đương 1.2% GDP cả nước; thành quả kinh tế trong 5-10 năm có thể bị biến mất chỉ trong một trận lũ.
Những thiệt hại do vỡ đê, vỡ bờ bao làm ngập chìm nhiều diện tích nuôi trồng thủy sản, lúa và hoa màu, phá hủy các công trình hạ tầng kỹ thuật và gây ảnh hưởng nặng nề đến môi trường. Tại miền Nam, cơn bão Linda xảy ra vào tháng 11/1997 đã đổ bộ vào đất mũi Cà Mau (nơi rất ít khi có bão xảy ra), gây thiệt hại nặng nề về người và cơ sở vật chất đối với tỉnh Cà Mau. Tại Kiên Giang, lũ năm 2000 làm ngập tràn 6.512 ha nuôi trồng thủy sản, trong đó 6.100 ha diện tích nuôi tôm của tỉnh, thiệt hại khoảng 77 tỷ đồng. Đợt lũ lụt miền Trung Việt Nam tháng 11 năm 1999 (hay còn được biết đến với tên gọi là Đại hồng thủy 1999) là một đợt lũ lụt lớn xảy ra ở các tỉnh miền 10 Trung Việt Nam vào đầu tháng 11 năm 1999.
Do tác động của không khí lạnh mạnh kết hợp với dải áp thấp xích đạo, các nhiễu động trên cao và cuối cùng là áp thấp nhiệt đới, các tỉnh miền Trung Việt Nam đã phải hứng chịu những trận mưa rất lớn từ ngày 1 đến 6 tháng 11 năm 1999, gây ra lũ lụt nghiêm trọng, nhấn chìm nhiều huyện, thị xã, làm thiệt hại tài sản lên đến gần 3.800 tỷ đồng và số người chết là 595. Tỉnh chịu thiệt hại nặng nhất là Thừa Thiên Huế. Thiệt hại do cơn bão số 2 vào cuối tháng 7/2005, đổ bộ vào 4 tỉnh Quảng Ninh, Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định kèm theo mưa lớn đã làm 15.000 ha bị ngập trắng, các cống tưới tiêu bị sạt lở, nhiều bè nuôi bị chìm và hư hỏng. Cũng trong năm 2005, cơn bão số 7 (15-17/9/2005) gây thiệt hại cho nuôi trồng thủy sản là 20.706,2 ha, trong đó Nam Định thiệt hại 6.200 ha, Ninh Bình 2.780 ha, Thanh Hoá 3.
Năm 2007, theo Tổng cục Thống kê, tổng thiệt hại do thiên tai, chủ yếu là do sạt lở đất, mưa to và bão lũ gây ra ở 50 tỉnh, thành phố trên cả nước ước tính lên tới trên 11.600 tỷ đồng, bằng khoảng 1% GDP. Thiên tai đã làm 435 người chết, mất tích; làm ngập và hư hại 113.800 ha lúa; phá huỷ trên 1.300 công trình đập, cống, làm sạt lở cuốn trôi hơn 1.500 km đê và kênh mương; làm hơn 7.800 ngôi nhà và phòng họp bị sập đổ. Do ảnh hưởng nặng nề của thiên tai nên tình trạng thiếu đói vẫn xảy ra ở những vùng gặp nạn. Năm 2007, Nhà nước và các tổ chức, cá nhân cả nước đã đóng góp để hỗ trợ 723.900 lượt hộ với 3.500 lượt nhân khẩu trong diện thiếu đói, gặp nạn.
Cơn bão số 9 Ketsana năm 2009 đổ bộ vào miền Trung gây lũ lụt nghiêm trọng. Bão số 9 gây thiệt hại nặng nề về tài sản với gần 20.000 ngôi nhà bị sập, trôi hoàn toàn, trên 165.000 nhà bị tốc mái, hư hỏng, khoảng 120.000 nhà bị ngập.000 ha lúa và hoa màu mất trắng.