Tổng quan luận án

Công trình nghiên cứu tập trung vào bài toán thủy văn, thủy lực và đánh giá thiệt hại do ngập lụt tại hạ lưu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn (thuộc địa bàn tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng). Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, sự gia tăng tần suất và cường độ của các trận thiên tai lũ lụt kết hợp với quá trình đô thị hóa, biến đổi lớp phủ thảm thực vật đã gây áp lực nghiêm trọng lên hệ sinh thái và kinh tế - xã hội địa phương. Lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn có đặc thù địa hình dốc đứng từ sườn đông dãy Trường Sơn đổ nhanh xuống vùng đồng bằng ven biển hẹp, lòng sông cạn và uốn khúc, không có hệ thống đê ngăn lũ hoàn chỉnh, dẫn đến tình trạng lũ tập trung nhanh, cường suất lũ lớn ở thượng lưu và ngập lụt kéo dài tại vùng hạ du khi kết hợp với triều cường.

Khoảng trống nghiên cứu được xác định: Mặc dù đã có các nghiên cứu riêng lẻ về thủy văn hoặc thống kê thiệt hại sau lũ, việc thiết lập một chuỗi tính toán liên hoàn từ mô hình mưa - dòng chảy (MIKE NAM), mô hình thủy lực một chiều mô phỏng ngập lụt (MIKE 11 kết hợp MIKE 11 GIS) đến lượng hóa thiệt hại kinh tế theo các kịch bản tần suất thiết kế (P = 1%, 2%, 5%, 10%) và xây dựng đường quan hệ mực nước cực đại – thiệt hại quy đổi tại vùng hạ lưu (trọng tâm là huyện Điện Bàn) vẫn cần một công trình tổng hợp có căn cứ dữ liệu định lượng cụ thể.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

  1. Nghiên cứu đặc điểm địa lý tự nhiên, điều kiện khí hậu, thủy văn có ảnh hưởng đến dòng chảy trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn.
  2. Ứng dụng mô hình thủy lực 1 chiều MIKE 11 mô phỏng dòng chảy lũ trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn.
  3. Xây dựng bản đồ ngập lụt và đưa ra thiệt hại do lũ gây ra trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn.
  4. Đánh giá thiệt hại vùng hạ du lưu vực Vu Gia – Thu Bồn qua các phương án đưa ra.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Chế độ dòng chảy lũ, quá trình ngập lụt và mức độ thiệt hại kinh tế (nhà cửa, nông nghiệp, hạ tầng giao thông) do lũ lụt gây ra.
  • Phạm vi không gian: Toàn bộ lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn với diện tích tự nhiên 10.350 km² (chiếm 87,5% diện tích tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng), tập trung chi tiết vào khu vực hạ lưu và huyện Điện Bàn.
  • Phạm vi thời gian và số liệu: Chuỗi dữ liệu khí tượng thủy văn quan trắc từ năm 1976 đến thời điểm nghiên cứu; chuỗi số liệu thống kê thiệt hại lũ lụt giai đoạn 1992 – 2010 (được quy đổi về mặt bằng giá năm 2014); các trận lũ kiểm định mô hình gồm năm 1998, 1999, 2002, 2004 và các kịch bản lũ thiết kế tương ứng tần suất 1%, 2%, 5%, 10%.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng thuật hệ thống nghiên cứu quốc tế và trong nước trên hai trục chính: mô phỏng thủy văn - thủy lực ngập lụt và phương pháp đánh giá thiệt hại kinh tế do thiên tai.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới

  • Mô hình ngập lụt và cảnh báo: Xiuwan (1998) phát triển mô hình FLOODIS; Heping và cộng sự (1998) với mô hình UFDSM; Dutta và cộng sự (1998) với mô hình IISDHM. Knebla và cộng sự (2005) xây dựng hệ thống dự báo lũ cho lưu vực sông San Antonio (10.000 km², bang Texas, Hoa Kỳ) kết hợp HEC-HMS, HEC-RAS, dữ liệu radar NEXRAD qua công cụ ArcHydro/GIS ("Map to Map"). Viện Nghiên cứu Công chính Nhật Bản (PWRI, 2007) giới thiệu hệ thống phân tích lũ tổng hợp IFAS sử dụng mưa vệ tinh và mô hình độ cao số (DEM). Daniel Jilles và Matthew Moore (2010) ứng dụng MIKE 11 và HEC-RAS trong dự báo lũ tại Hà Lan, Bỉ và Anh. Vanderkimpen ứng dụng MIKE FLOOD mô phỏng ngập lụt phục vụ di tản tại vùng ven biển Bỉ. Cameron T. Ackerman và Gary W. Brunner (2011) kết hợp HEC-RAS và HEC-GeoRAS mô phỏng sự cố vỡ đập. Laurie Waner Herson và Mitchell Katzel (2013), William James và cộng sự (2012) khai thác HEC-RAS trong tự động hóa dự báo lũ sông Salinas.

Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

  • Về mô hình hóa thủy văn, thủy lực: Nguyễn Xuân Phùng nghiên cứu ứng dụng MIKE 11 tính toán thủy lực mùa lũ và đánh giá khả năng cắt lũ của hồ chứa trên lưu vực sông Ba. GS.TSKH Nguyễn Ân Niên phát triển các mô hình KOD-01 và KOD-02 dựa trên hệ phương trình Saint-Venant rút gọn. Cố PGS.TS Nguyễn Như Khuê xây dựng mô hình VRSAP (tiền thân là KRSAL) phục vụ tính toán mạng lưới sông kênh kết nối ô ruộng. PGS.TS Nguyễn Văn Lai (1986) và ThS Nghiêm Tiến Lam phát triển mô hình mưa - dòng chảy Ltank (cải tiến từ Tank của Sugawara, 1956). Vũ Thị Thu Lan và Hoàng Thanh Sơn áp dụng MIKE 11 – GIS cho lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn. Trần Văn Tình (2013) sử dụng bộ phần mềm HEC (HEC-HMS, HEC-RAS, HEC-GeoRAS) mô phỏng ngập lụt lưu vực Vu Gia – Thu Bồn ứng với trận lũ 2009 và các tần suất 1%, 2%, 5%.
  • Về đánh giá thiệt hại sau thiên tai: Đinh Đức Trường và Lê Hà Thanh (2013) áp dụng khung đánh giá lượng giá thiệt hại của ECLAC (2007) và UNDAC (2006) tại Thừa Thiên Huế qua 2 phân hệ (đánh giá nhanh và đánh giá chi tiết). Phạm Ngọc (Trường Đại học Thủy lợi Cơ sở 2) kết hợp mô hình VRSAP và điều tra thực địa trận lũ năm 2000 để xây dựng đường cong tần suất – thiệt hại cho 4 loại hình sử dụng đất tại Đồng bằng sông Cửu Long. Nguyễn Văn Tuấn, Bùi Nam Sách, Phạm Thanh Tú, Nguyễn Thị Thu Hà sử dụng phần mềm HEC-FDA lượng hóa thiệt hại kinh tế hạ lưu sông Ba.

Vị trí của luận án: Luận án kế thừa các kết quả nghiên cứu thủy văn lưu vực Vu Gia – Thu Bồn, tích hợp bộ công cụ thương mại DHI (MIKE NAM, MIKE 11, MIKE 11 GIS) trên nền ArcGIS 9.1 và dữ liệu kinh tế - xã hội địa phương để lượng hóa thiệt hại trực tiếp cho các ngành dân sinh, nông nghiệp, hạ tầng giao thông huyện Điện Bàn ứng với chuỗi tần suất thiết kế 1%, 2%, 5%, 10%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và mô hình toán

  1. Mô hình thủy văn MIKE NAM: Là mô hình khái niệm thông số tập trung, tất định (Nielsen và Hansen, 1973; Viện Kỹ thuật Thủy động lực Đan Mạch, 1982). NAM mô phỏng chu trình nước qua 4 tầng trữ độc lập tương tác lẫn nhau:
    • Lưu trữ bề mặt (Surface storage): Giới hạn bởi dung tích $U_{max}$, phản ánh lượng nước mưa giữ lại trên thảm phủ, điền trũng và tầng sát mặt.
    • Lưu trữ tầng dưới (Root zone storage): Giới hạn bởi $L_{max}$, biểu thị vùng đất có rễ cây tiêu thụ cho quá trình bốc thoát hơi nước; tỷ số $L/L_{max}$ quyết định trạng thái ẩm của đất.
    • Lưu trữ tầng ngầm trên (Upper groundwater storage).
    • Lưu trữ tầng ngầm dưới (Lower groundwater storage).
  2. Mô hình thủy lực MIKE 11 (Mô-đun HD): Giải hệ phương trình Saint-Venant 1 chiều không gian đầy đủ (gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng) đối với dòng chảy không ổn định trong lòng dẫn hở, bãi tràn và các ô chứa liên kết: $$\frac{\partial Q}{\partial x} + \frac{\partial A}{\partial t} = q$$ $$\frac{\partial Q}{\partial t} + \frac{\partial}{\partial x}\left(\frac{\alpha Q^2}{A}\right) + g A \frac{\partial h}{\partial x} + \frac{g Q |Q|}{C^2 A R} = 0$$
  3. Môi trường tích hợp ArcGIS và MIKE 11 GIS: Chuyển đổi kết quả tính toán mực nước 1D dọc theo các mặt cắt sông sang bề mặt ngập lụt 2D trên mô hình độ cao số (DEM), từ đó xác định ranh giới diện tích ngập và độ sâu ngập của từng vùng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Tính toán các đặc trưng thống kê dòng chảy ($Q_{tb}$, $C_v$, $C_s$), phân tích chuỗi mưa ngày, mưa giờ và xử lý dữ liệu thiệt hại lịch sử.
  • Phương pháp mô hình toán: Mô hình hóa mưa - dòng chảy nhập lưu khu giữa bằng MIKE NAM và mô phỏng mạng lưới thủy lực bằng MIKE 11.
  • Phương pháp không gian (GIS): Xử lý bản đồ số độ cao DEM, ranh giới hành chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất và mạng lưới giao thông.
  • Phương pháp kế thừa và điều tra kinh tế - xã hội: Tổng hợp số liệu thiệt hại thực tế từ Ban Chỉ huy Phòng chống lụt bão tỉnh Quảng Nam, điều tra hiện trạng tài sản, nhà cửa, diện tích canh tác để thiết lập quan hệ độ sâu ngập - tỷ lệ thiệt hại.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

  • Mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn: Toàn lưu vực có 24 trạm quan trắc, bao gồm:
    • 3 trạm khí tượng: Đà Nẵng, Tam Kỳ, Trà My.
    • 11 trạm đo mưa: Trao, Khâm Đức, Bà Nà, Sơn Phước, Tiên Sa, Cẩm Lệ, Quế Sơn, Thăng Bình, Tiên Phước, Phú Ninh, Đức Phú.
    • 9 trạm thủy văn: Thành Mỹ, Nông Sơn (2 trạm đo lưu lượng đầy đủ từ 1976); Hiệp Đức, Hội Khách, Câu Lâu, Giao Thủy, Ái Nghĩa, Vĩnh Điện, Hội An (7 trạm đo mực nước và có đo mưa).
  • Dữ liệu địa hình và hạ tầng: Mặt cắt hình học các nhánh sông chính, mô hình độ cao số DEM vùng hạ lưu, thông số kỹ thuật các công trình cầu, cống, phân lưu Quảng Huế và Vĩnh Điện.
  • Dữ liệu kinh tế - xã hội: Niên giám thống kê, báo cáo thiệt hại thiên tai của tỉnh Quảng Nam và huyện Điện Bàn giai đoạn 1992 – 2010.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về các nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa tình hình nghiên cứu mô phỏng ngập lụt và đánh giá thiệt hại do lũ trên thế giới, tại Việt Nam và trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn. Tác giả phân tích tính khốc liệt của các đợt thiên tai điển hình: trận lụt lịch sử tháng 11/1999 tại miền Trung làm 595 người chết, thiệt hại 3.800 tỷ đồng; cơn bão số 9 (Ketsana) năm 2009 làm 52 người chết, 220 người bị thương tại Quảng Nam và gây thiệt hại kinh tế gần 3.500 tỷ đồng.

Năm Số người chết Số người mất tích Số người bị thương Thiệt hại tài sản (tỷ đồng)
1997 33 0 0 100,00
1998 54 1 36 390,00
1999 118 0 339 758,00
2000 13 0 0 139,45

Nguồn: Tổng hợp từ số liệu Ban Chỉ huy PCLB tỉnh Quảng Nam trong luận án

Tác giả chỉ ra rằng các nghiên cứu trước đây tại lưu vực mới dừng lại ở việc tính toán ngập lụt đơn thuần hoặc xây dựng bản đồ ngập lụt theo một số trận lũ lịch sử, chưa lượng hóa chi tiết mức độ thiệt hại tài sản theo các cấp tần suất thiết kế cụ thể cho từng xã, huyện ở hạ du.

Chương 2: Tổng quan về lưu vực và mô hình nghiên cứu

Chương này phân tích toàn diện các yếu tố tự nhiên, tài nguyên nước, kinh tế - xã hội của lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn và luận giải cơ sở lựa chọn bộ công cụ mô hình.

  • Đặc điểm mạng lưới sông: Sông Thu Bồn có chiều dài 126 km tính đến Nông Sơn (lưu vực 3.155 km²), các chi lưu gồm sông Tranh (196 km, 644 km²), sông Khang (57 km, 609 km²), sông Trường Giang (29 km, 446 km²). Sông Vu Gia dài 166 km đến Ái Nghĩa (lưu vực 5.180 km²), các nhánh chính gồm sông Đak Mi (129 km, 1.640 km²), sông Bung (131 km, 2.420 km²), sông A Vương (84 km, 898 km²), sông Con (47 km, 627 km²). Ở hạ lưu, sông Quảng Huế chuyển nước từ Vu Gia sang Thu Bồn; cách đó 16 km, sông Vĩnh Điện chuyển nước ngược lại từ Thu Bồn sang Vu Gia.
  • Đặc trưng khí hậu và thủy văn: Nhiệt độ bình quân năm khoảng 25,6°C; tổng giờ nắng 1.860 – 2.400 giờ/năm; lượng mưa năm vùng đồng bằng đạt 2.000 – 2.200 mm, vùng núi trên 3.000 mm, riêng tâm mưa Trà My đạt tới 4.000 mm. Mùa lũ kéo dài từ tháng 10 đến tháng 12, chiếm 62 – 70% tổng lượng dòng chảy năm.
Trạm thủy văn Diện tích lưu vực ($km^2$) Lưu lượng bình quân mùa lũ $Q$ ($m^3/s$) Modun dòng chảy lũ $M$ ($l/s.km^2$) Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất $Q_{max}$ ($m^3/s$) Ngày xuất hiện $Q_{max}$
Thành Mỹ (Vu Gia) 1.850 300 162 7.000 20/11/1998
Nông Sơn (Thu Bồn) 3.155 734 233 10.600 12/11/2007

Nguồn: Trích xuất từ Bảng 2.7 và Bảng 2.8 của luận án

  • So sánh và lựa chọn công cụ: Đánh giá ưu nhược điểm giữa các mô hình thủy lực (VRSAP, KOD, WENDY, HEC-RAS, MIKE). Mô hình MIKE 11 kết hợp MIKE 11 GIS được chọn nhờ khả năng xử lý mạng lưới sông phân lưu phức tạp, kết nối ô chứa dạng giả 2D và tích hợp trực tiếp trên nền ArcGIS.

Chương 3: Ứng dụng mô hình thủy văn thủy lực tính toán mô phỏng ngập lụt

Chương 3 trình bày quy trình thiết lập sơ đồ tính toán thủy lực, hiệu chỉnh, kiểm định mô hình và mô phỏng ngập lụt:

  1. Thiết lập mạng lưới thủy lực: Mô hình hóa hệ thống sông chính Vu Gia, Thu Bồn, Quảng Huế, Vĩnh Điện, Cẩm Lệ, Cửa Đại; thiết lập các ô chứa khu vực trũng thấp ven sông để mô tả dòng chảy tràn bờ.
  2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:
    • Sử dụng số liệu thực đo tại hai trạm thủy văn kiểm soát hạ lưu là Ái Nghĩa (sông Vu Gia) và Giao Thủy (sông Thu Bồn).
    • Hiệu chỉnh bộ thông số nhám Manning ($n$) với trận lũ lịch sử năm 1998 và 1999 (từ 01/9 đến 30/12).
    • Kiểm định mô hình với chuỗi số liệu lũ năm 2002 và 2004. Kết quả so sánh đường quá trình mực nước thực đo và tính toán cho thấy pha lũ, đỉnh lũ và biên độ ngập có sự trùng khớp tốt.
  3. Mô phỏng các kịch bản lũ thiết kế:
    • Thiết lập biên lưu lượng tại Thành Mỹ và Nông Sơn, biên mưa nội vùng tại Trà My theo dạng phân phối đường quá trình trận lũ đại biểu năm 1999 ứng với các tần suất thiết kế $P = 1%$, $P = 2%$, $P = 5%$, $P = 10%$.
  4. Xây dựng bản đồ ngập lụt:
    • Ứng dụng MIKE 11 GIS chồng xếp kết quả thủy lực lên nền DEM để xuất ra 4 bản đồ ngập lụt tương ứng cho toàn lưu vực và chi tiết huyện Điện Bàn (Hình 3.19 đến Hình 3.22; Bảng 3.10 đến Bảng 3.17).

Chương 4: Đánh giá mức độ thiệt hại vùng nghiên cứu

Chương 4 tập trung lượng hóa thiệt hại kinh tế do ngập lụt gây ra tại vùng hạ lưu:

  1. Chuỗi thiệt hại quy đổi lịch sử (1992 – 2010): Toàn bộ giá trị thiệt hại tài sản trong quá khứ được tác giả quy đổi về mặt bằng giá năm 2014 (Bảng 4.1).
  2. Xây dựng đường quan hệ mực nước cực đại ($H_{max}$) và thiệt hại:
    • Thiết lập đồ thị tương quan giữa tổng thiệt hại quy đổi năm 2014 với $H_{max}$ tại trạm Nông Sơn (Hình 4.1) và trạm Ái Nghĩa (Hình 4.2).
  3. Tính toán thiệt hại chi tiết cho huyện Điện Bàn:
    • Lập bảng thống kê số nhà bị ngập, phân cấp độ sâu ngập (Bảng 4.3) và tính toán thiệt hại kinh tế nhà cửa ứng với $P = 1%$ (Bảng 4.4).
    • Xác định diện tích đất trồng lúa bị ngập cấp 5 (Bảng 4.5) và thiệt hại kinh tế nông nghiệp (Bảng 4.6).
    • Thống kê chiều dài các tuyến đường giao thông bị ngập (Bảng 4.7) và tính toán thiệt hại hạ tầng giao thông (Bảng 4.8).
    • Tổng hợp bức tranh thiệt hại tổng thể theo các cấp tần suất thiết kế:
Tần suất lũ thiết kế ($P$) Thiệt hại nhà cửa Thiệt hại đất nông nghiệp / lúa Thiệt hại đường giao thông Tổng thiệt hại kinh tế ước tính
$P = 1%$ Chi tiết theo Bảng 4.4 Chi tiết theo Bảng 4.6 Chi tiết theo Bảng 4.8 Tổng hợp theo Bảng 4.9
$P = 2%$ Xác định theo kịch bản Xác định theo kịch bản Xác định theo kịch bản Tổng hợp theo Bảng 4.9
$P = 5%$ Xác định theo kịch bản Xác định theo kịch bản Xác định theo kịch bản Tổng hợp theo Bảng 4.9
$P = 10%$ Xác định theo kịch bản Xác định theo kịch bản Xác định theo kịch bản Tổng hợp theo Bảng 4.9

Nguồn: Khung tổng hợp kết quả tính toán Chương 4 trong luận án

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt khoa học và phương pháp

  • Hệ thống hóa đầy đủ các đặc trưng địa lý tự nhiên, chế độ khí hậu nhiệt bức xạ, chế độ mưa phân hóa mạnh và các quy luật dòng chảy lũ - kiệt của mạng lưới sông phức tạp Vu Gia – Thu Bồn.
  • Xây dựng thành công bộ thông số thủy lực (đặc biệt là hệ số nhám lòng dẫn và thông số trao đổi ô chứa) cho mô hình MIKE 11, được hiệu chỉnh và kiểm định qua 4 mùa lũ thực tế (1998, 1999, 2002, 2004).
  • Thiết lập quy trình công nghệ tích hợp giữa mô hình thủy văn (MIKE NAM), mô hình thủy lực 1 chiều (MIKE 11) và công nghệ GIS (MIKE 11 GIS, ArcGIS) để tự động hóa việc thành lập bản đồ ngập lụt theo các kịch bản tần suất.

Đóng góp về mặt thực tiễn và ứng dụng

  • Cung cấp bộ bản đồ ngập lụt số hóa chi tiết ứng với các tần suất $P = 1%, 2%, 5%, 10%$ cho hạ lưu sông Vu Gia – Thu Bồn và huyện Điện Bàn, làm rõ diện tích và độ sâu ngập của từng khu vực.
  • Xây dựng đường cong quan hệ thực nghiệm giữa mực nước đỉnh lũ ($H_{max}$) tại các trạm khống chế (Nông Sơn, Ái Nghĩa) với tổng thiệt hại kinh tế quy đổi, hỗ trợ công tác dự báo nhanh mức độ thiệt hại khi có lũ xuất hiện.
  • Lượng hóa chi tiết thiệt hại kinh tế đối với từng đối tượng chịu rủi ro (nhà ở dân cư, diện tích canh tác lúa, mạng lưới giao thông đường bộ) tại huyện Điện Bàn.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Tổ chức quy hoạch các tuyến, cụm dân cư tránh lũ tại các khu vực ven sông có tốc độ dòng chảy lớn nhằm hạn chế tình trạng người và tài sản bị cuốn trôi.
  • Hiện đại hóa và đầu tư phát triển hệ thống quan trắc, cảnh báo - dự báo ngập lụt thời gian thực tại hạ lưu lưu vực.
  • Tích hợp kết quả bản đồ ngập lụt vào quy hoạch sử dụng đất và xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông nông thôn tại các huyện đồng bằng tỉnh Quảng Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung phần "Những tồn tại trong quá trình thực hiện luận văn" và phạm vi phương pháp luận của công trình:

  • Mô hình dòng chảy một chiều: Mô hình MIKE 11 là mô hình 1D, việc mô phỏng dòng tràn trên các bãi đồng bằng rộng lớn thông qua các ô chứa quy ước (giả 2D) chưa phản ánh hoàn toàn chính xác trường vận tốc dòng chảy 2 chiều và hướng lan truyền sóng lũ cục bộ tại các khu vực đô thị hóa cao.
  • Độ phân giải của mô hình số độ cao (DEM): Độ chính xác của diện tích và độ sâu ngập lụt phụ thuộc lớn vào chất lượng dữ liệu DEM hiện có; các công trình vi địa hình như bờ vùng, bờ thửa, đường giao thông nông thôn nhỏ chưa được số hóa triệt để trong mô hình.
  • Phạm vi đánh giá thiệt hại: Nghiên cứu mới tập trung tính toán thiệt hại trực tiếp về tài sản, nông nghiệp và giao thông tại địa bàn trọng điểm (huyện Điện Bàn), chưa mở rộng lượng hóa các thiệt hại gián tiếp, thiệt hại phi vật thể hoặc chi phí phục hồi môi trường sau lũ cho toàn bộ các huyện thị hạ lưu khác.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh và học viên chuyên ngành Thủy văn, Kỹ thuật Tài nguyên nước, GIS & Viễn thám: Luận án là tài liệu tham khảo về quy trình kết nối mô hình MIKE NAM – MIKE 11 – MIKE 11 GIS, phương pháp xác định điều kiện biên nhập lưu và hiệu chỉnh thông số nhám thủy lực cho hệ thống sông phân lưu phức tạp.
  • Đối với cơ quan quản lý nhà nước và Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai & Tìm kiếm cứu nạn tỉnh Quảng Nam, thành phố Đà Nẵng: Bản đồ ngập lụt các tần suất 1%, 2%, 5%, 10% và đường quan hệ $H_{max}$ – thiệt hại cung cấp công cụ tính toán hỗ trợ lập phương án sơ tán dân cư, chuẩn bị phương tiện cứu hộ và xây dựng kịch bản ứng phó khẩn cấp.
  • Đối với các nhà quy hoạch đô thị và hạ tầng giao thông: Các bảng thống kê phân cấp độ sâu ngập và chiều dài đường ngập lụt tại huyện Điện Bàn là cơ sở kỹ thuật để xác định cao trình đắp nền đường, thiết kế khẩu độ cầu cống thoát lũ và phân vùng sử dụng đất hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án sử dụng những công cụ phần mềm nào để tính toán ngập lụt và đánh giá thiệt hại?

Luận án sử dụng bộ phần mềm chuyên ngành của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) gồm mô hình thủy văn MIKE NAM (tính toán dòng chảy lũ từ mưa cho các lưu vực nhập lưu), mô hình thủy lực một chiều MIKE 11 với mô-đun HD (mô phỏng mực nước và lưu lượng trong mạng sông và bãi tràn), kết hợp công cụ MIKE 11 GIS và phần mềm ArcGIS 9.1 (ESRI) để xử lý dữ liệu không gian DEM, chồng xếp bản đồ ngập lụt và thống kê dữ liệu thiệt hại hạ tầng.

2. Mô hình thủy lực MIKE 11 được hiệu chỉnh và kiểm định dựa trên chuỗi số liệu của những trận lũ nào?

Mô hình MIKE 11 được thiết lập và hiệu chỉnh bộ thông số nhám dựa trên chuỗi số liệu thủy văn thực đo của hai trận lũ lớn năm 1998 và 1999 (thời đoạn từ 01/9 đến 30/12). Sau đó, mô hình được kiểm định độc lập với chuỗi số liệu mùa lũ các năm 2002 và 2004 tại 2 trạm thủy văn kiểm soát là Ái Nghĩa (sông Vu Gia) và Giao Thủy (sông Thu Bồn).

3. Nguyên nhân chính gây ngập lụt nghiêm trọng tại hạ lưu sông Vu Gia – Thu Bồn là gì?

Ngập lụt tại hạ lưu do tổ hợp nhiều nguyên nhân:

  • Địa hình lưu vực có độ dốc lớn ở thượng nguồn (độ dốc trung bình 25,4%), rừng đầu nguồn bị suy giảm khiến lũ tập trung nhanh, lưu lượng đỉnh lũ rất lớn (Thành Mỹ đạt 7.000 $m^3/s$, Nông Sơn đạt 10.600 $m^3/s$).
  • Đoạn sông hạ lưu có độ dốc đáy sông rất bé (từ Ái Nghĩa đến Câu Lâu là 0,08‰, từ Câu Lâu ra biển chỉ 0,04‰), lòng sông nông và không có đê ngăn lũ hoàn chỉnh.
  • Mưa lớn thượng nguồn thường trùng thời điểm với triều cường và nước dâng do bão ngoài cửa biển làm cản trở quá trình thoát lũ, khiến nước tràn bờ gây ngập diện rộng.

4. Luận án xây dựng bản đồ ngập lụt và tính toán thiệt hại tương ứng với các tần suất thiết kế nào?

Luận án mô phỏng và xây dựng bản đồ ngập lụt cùng bảng tính toán thiệt hại kinh tế chi tiết ứng với 4 kịch bản tần suất lũ thiết kế: $P = 1%$ (lũ chu kỳ 100 năm), $P = 2%$ (chu kỳ 50 năm), $P = 5%$ (chu kỳ 20 năm) và $P = 10%$ (chu kỳ 10 năm), lấy trận lũ lịch sử năm 1999 làm đường quá trình lũ đại biểu.

5. Địa bàn nào được tác giả lựa chọn để tính toán chi tiết mức độ thiệt hại về tài sản, nông nghiệp và giao thông?

Khu vực được lựa chọn tính toán thiệt hại chi tiết nhất trong Chương 4 là huyện Điện Bàn (tỉnh Quảng Nam) – vùng trọng điểm hạ lưu chịu tác động ngập sâu từ cả hai nhánh sông Vu Gia và Thu Bồn qua sông phân lưu Vĩnh Điện và sông Quảng Huế.

Kết luận

Luận án đã giải quyết bài toán mô phỏng dòng chảy lũ và đánh giá thiệt hại kinh tế cho vùng hạ du lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn thông qua việc ứng dụng tích hợp mô hình thủy văn MIKE NAM, mô hình thủy lực MIKE 11 và công nghệ MIKE 11 GIS trên nền ArcGIS. Các kịch bản ngập lụt được tính toán chi tiết ứng với các tần suất thiết kế 1%, 2%, 5%, 10% và được lượng hóa thành thiệt hại cụ thể đối với nhà cửa, đất sản xuất nông nghiệp và mạng lưới giao thông tại huyện Điện Bàn. Công trình cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học và bản đồ cảnh báo phục vụ trực tiếp cho công tác quy hoạch phân vùng rủi ro thiên tai, hỗ trợ ra quyết định phòng chống bão lũ tại địa phương.