Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Phan – Cà Lồ, với tổng diện tích 1.229 km², là một phần quan trọng trong hệ thống thủy văn vùng Bắc Bộ Việt Nam, trải dài qua tỉnh Vĩnh Phúc và Thành phố Hà Nội. Đây là lưu vực đặc thù với địa hình đa dạng gồm miền núi, trung du và đồng bằng, đồng thời có tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hóa nhanh chóng. Tình trạng ngập úng tại đây diễn biến phức tạp, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp, đời sống dân cư và phát triển kinh tế - xã hội. Theo báo cáo, trong giai đoạn 2006-2013, thiệt hại do ngập úng ước tính khoảng 150 triệu USD, chiếm 30% giá trị thu hoạch nông nghiệp và gây hư hỏng hạ tầng kỹ thuật.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá đặc tính lưu vực, phân tích nguyên nhân ngập úng và đề xuất các giải pháp tiêu úng hiệu quả nhằm phục vụ phát triển bền vững. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ lưu vực sông Phan – Cà Lồ với diện tích 1.229 km², trong đó 60% thuộc tỉnh Vĩnh Phúc và gần 15% thuộc Hà Nội. Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn từ năm 1998 đến 2018, dựa trên số liệu khí tượng thủy văn, địa hình và hiện trạng công trình thủy lợi.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quy hoạch, quản lý và đầu tư hệ thống tiêu úng, góp phần giảm thiểu thiệt hại do ngập úng, nâng cao hiệu quả sử dụng đất và phát triển kinh tế - xã hội bền vững trong vùng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết thủy văn và thủy lực: Giúp phân tích quá trình hình thành và diễn biến ngập úng, đánh giá khả năng tiêu thoát nước dựa trên đặc điểm địa hình, mạng lưới sông ngòi và lượng mưa.
  • Mô hình MIKE NAM và MIKE FLOOD: Mô hình thủy văn và thủy lực được sử dụng để mô phỏng dòng chảy, tính toán lưu lượng tiêu thoát và diễn toán dòng chảy hạ lưu, từ đó đánh giá hiệu quả các giải pháp tiêu úng.
  • Khái niệm chính: Ngập úng, tiêu úng, lưu vực sông, mưa tiêu thiết kế, độ uốn khúc sông, hệ số tiêu thoát, phân vùng tiêu úng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu khí tượng thủy văn từ 13 trạm đo mưa trong khu vực (1998-2018), số liệu thủy văn từ 3 trạm trên sông Phan – Cà Lồ, dữ liệu địa hình, hiện trạng công trình thủy lợi và khảo sát thực địa.
  • Phương pháp phân tích: Thống kê lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất, xác định mưa tiêu thiết kế với tần suất 10%, phân tích nguyên nhân ngập úng dựa trên địa hình, mạng lưới sông và ảnh hưởng lũ sông Cầu.
  • Phương pháp mô hình hóa: Ứng dụng mô hình MIKE NAM để xác định lưu lượng tiêu tại các nút, mô hình MIKE FLOOD để diễn toán dòng chảy hạ lưu, kết hợp GIS để phân vùng tiêu úng và đánh giá không gian.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Sử dụng toàn bộ số liệu đo đạc liên tục trong 20 năm tại các trạm khí tượng thủy văn và thủy văn đại diện cho lưu vực, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy cao.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu từ 1998-2018, mô hình hóa và phân tích trong giai đoạn 2019-2020, đề xuất giải pháp và hoàn thiện luận văn năm 2021.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nguyên nhân ngập úng chủ yếu: Địa hình thấp trũng dạng da báo chiếm 70-80% diện tích lưu vực, độ uốn khúc sông cao kỷ lục (hệ số uốn khúc trung bình 2,7, đoạn hạ lưu lên đến 3,5-4,0), cùng với mưa lũ tập trung lớn kéo dài 3-5 ngày với lượng mưa 3 ngày lớn nhất lên đến 506 mm tại trạm Đầm Cả năm 2008, gây khó khăn cho tiêu thoát nước.
  2. Ảnh hưởng lũ sông Cầu: Mực nước lũ sông Cầu tại Phúc Lộc Phương thường xuyên đạt trên +4,5 m, khi vượt 6,0 m làm giảm khả năng tiêu thoát tự nhiên của lưu vực, kéo dài thời gian ngập úng từ 10 đến 15 ngày, thậm chí hàng tháng trong các trận lũ lớn.
  3. Hiện trạng công trình tiêu úng: Hệ thống đê điều dài khoảng 100 km với cao trình trung bình +10,0 m, nhiều đoạn xuống cấp, công suất 18 trạm bơm tiêu dao động từ 4.000 đến 88.000 m³/h chưa đáp ứng yêu cầu tiêu thoát nước. Hệ số tiêu thiết kế hiện tại thấp, không đồng bộ, chưa có công trình đầu mối tiêu thoát tổng thể.
  4. Diện tích ngập úng và thiệt hại: Trung bình hàng năm, diện tích ngập úng dao động từ 8.000 đến 11.000 ha, với độ sâu ngập từ 1,8 đến 2,5 m, thời gian ngập kéo dài 10-20 ngày, gây thiệt hại khoảng 150 triệu USD trong giai đoạn 2006-2013, ảnh hưởng nghiêm trọng đến nông nghiệp, đô thị và công nghiệp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân ngập úng chủ yếu do sự kết hợp của địa hình thấp trũng, mưa lũ tập trung kéo dài và ảnh hưởng ngược dòng từ sông Cầu, làm giảm khả năng tiêu thoát tự nhiên. Độ uốn khúc cao của sông làm dòng chảy bị cản trở, gây dồn ứ nước. So với các nghiên cứu về ngập úng tại đồng bằng sông Hồng và các lưu vực khác, lưu vực Phan – Cà Lồ có đặc điểm địa hình và thủy văn phức tạp hơn, đòi hỏi giải pháp tổng thể và đồng bộ.

Việc hiện trạng công trình tiêu úng chưa đáp ứng được yêu cầu là nguyên nhân làm tình trạng ngập úng kéo dài và nghiêm trọng. Các số liệu lượng mưa lớn nhất trong nhiều năm cho thấy các trận mưa lịch sử như năm 2008 và 2013 vượt xa khả năng tiêu thoát hiện tại, làm tăng nguy cơ ngập úng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ lượng mưa 1,3,5,7 ngày lớn nhất tại các trạm đo, bản đồ phân vùng tiêu úng và bản đồ ngập lụt theo các phương án tiêu thoát khác nhau, giúp minh họa rõ ràng mức độ ảnh hưởng và hiệu quả giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng công trình đầu mối tiêu thoát tổng thể: Thiết kế và xây dựng công trình đầu mối tại cửa ra lưu vực để kiểm soát mực nước, nâng cao khả năng tiêu thoát, giảm thiểu ngập úng. Thời gian thực hiện dự kiến 3-5 năm, chủ thể là Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp với UBND tỉnh Vĩnh Phúc và Hà Nội.
  2. Nâng cấp, sửa chữa hệ thống đê điều và trạm bơm: Tăng cao trình đê lên mức an toàn +11,0 m, cải tạo các đoạn đê xuống cấp, nâng công suất các trạm bơm hiện có và xây dựng thêm trạm bơm mới tại các vùng ngập trọng điểm. Thời gian 2-4 năm, do Ban Quản lý dự án thủy lợi chủ trì.
  3. Phân vùng tiêu úng và quy hoạch sử dụng đất hợp lý: Áp dụng GIS để phân vùng tiêu úng chi tiết, ưu tiên đầu tư công trình tại các vùng trũng thấp, đồng thời điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất phù hợp với khả năng tiêu thoát nước. Chủ thể là Sở Quy hoạch - Kiến trúc và Sở Tài nguyên và Môi trường, thời gian 1-2 năm.
  4. Tăng cường công tác cảnh báo, quản lý và tuyên truyền: Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm mưa lũ, nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống ngập úng, tổ chức diễn tập ứng phó kịp thời. Thời gian liên tục, do UBND các huyện, thành phố phối hợp với Trung tâm Khí tượng Thủy văn.
  5. Ứng dụng mô hình thủy lực trong quản lý vận hành: Sử dụng mô hình MIKE NAM và MIKE FLOOD để dự báo, điều phối vận hành công trình tiêu thoát, tối ưu hóa hiệu quả tiêu úng theo mùa mưa lũ. Chủ thể là các đơn vị quản lý thủy lợi, thời gian triển khai 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về thủy lợi và phòng chống thiên tai: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Ban Quản lý dự án thủy lợi có thể sử dụng kết quả để lập kế hoạch đầu tư, quản lý vận hành hệ thống tiêu úng hiệu quả.
  2. Các nhà quy hoạch và chuyên gia môi trường: Sở Quy hoạch - Kiến trúc, Sở Tài nguyên và Môi trường dùng để xây dựng quy hoạch sử dụng đất, phân vùng tiêu úng phù hợp với điều kiện tự nhiên và phát triển bền vững.
  3. Các nhà nghiên cứu và học viên cao học, sinh viên ngành thủy lợi, môi trường: Tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp mô hình hóa thủy văn thủy lực, phân tích nguyên nhân ngập úng và đề xuất giải pháp kỹ thuật.
  4. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực phát triển hạ tầng, khu công nghiệp: Hiểu rõ về rủi ro ngập úng, từ đó có kế hoạch đầu tư, xây dựng hạ tầng phù hợp, giảm thiểu thiệt hại và nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nguyên nhân chính gây ngập úng tại lưu vực sông Phan – Cà Lồ là gì?
    Nguyên nhân chính gồm địa hình thấp trũng dạng da báo, mưa lũ tập trung kéo dài, độ uốn khúc sông cao làm giảm lưu lượng dòng chảy, và ảnh hưởng ngược dòng từ lũ sông Cầu. Ví dụ, trận mưa 5 ngày năm 2008 tại trạm Đầm Cả lên đến 534 mm, vượt khả năng tiêu thoát hiện tại.

  2. Hiện trạng công trình tiêu úng tại lưu vực ra sao?
    Hệ thống đê điều dài khoảng 100 km với cao trình trung bình +10,0 m, nhiều đoạn xuống cấp; 18 trạm bơm tiêu với công suất từ 4.000 đến 88.000 m³/h chưa đáp ứng nhu cầu; chưa có công trình đầu mối tiêu thoát tổng thể. Điều này làm ngập úng kéo dài và diện tích ngập lớn.

  3. Phương pháp mô hình nào được sử dụng trong nghiên cứu?
    Luận văn sử dụng mô hình thủy văn MIKE NAM để xác định lưu lượng tiêu tại các nút và mô hình thủy lực MIKE FLOOD để diễn toán dòng chảy hạ lưu, kết hợp GIS để phân vùng tiêu úng. Phương pháp này giúp đánh giá chính xác hiện trạng và hiệu quả giải pháp.

  4. Giải pháp tiêu úng nào được đề xuất?
    Bao gồm xây dựng công trình đầu mối tiêu thoát tổng thể, nâng cấp đê điều và trạm bơm, phân vùng tiêu úng và quy hoạch sử dụng đất hợp lý, tăng cường cảnh báo và quản lý, ứng dụng mô hình thủy lực trong vận hành. Các giải pháp này nhằm giảm thiểu ngập úng và thiệt hại kinh tế.

  5. Lượng mưa thiết kế được xác định như thế nào?
    Lượng mưa thiết kế được xác định dựa trên số liệu mưa 1,3,5,7 ngày lớn nhất tại 13 trạm đo mưa trong giai đoạn 1998-2018, với tần suất thiết kế 10%. Ví dụ, lượng mưa 3 ngày lớn nhất tại trạm Đầm Cả là 360,54 mm, được sử dụng làm cơ sở tính toán tiêu thoát.

Kết luận

  • Lưu vực sông Phan – Cà Lồ có đặc điểm địa hình phức tạp, mưa lũ tập trung và độ uốn khúc sông cao, là nguyên nhân chính gây ngập úng nghiêm trọng.
  • Hiện trạng công trình tiêu úng chưa đồng bộ, công suất trạm bơm và cao trình đê không đáp ứng yêu cầu, làm kéo dài thời gian ngập úng và tăng diện tích ngập.
  • Nghiên cứu đã ứng dụng thành công mô hình thủy văn thủy lực MIKE NAM và MIKE FLOOD kết hợp GIS để đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp tiêu úng tổng thể.
  • Đề xuất các giải pháp đồng bộ gồm xây dựng công trình đầu mối, nâng cấp đê điều, trạm bơm, phân vùng tiêu úng, tăng cường quản lý và ứng dụng mô hình trong vận hành.
  • Khuyến nghị các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và doanh nghiệp tham khảo để triển khai hiệu quả, góp phần phát triển bền vững lưu vực sông Phan – Cà Lồ.

Hành động tiếp theo: Triển khai các dự án đầu tư công trình tiêu thoát, hoàn thiện quy hoạch phân vùng tiêu úng, nâng cao năng lực cảnh báo và quản lý rủi ro ngập úng. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật, liên hệ các đơn vị nghiên cứu và quản lý thủy lợi địa phương.