Tổng quan nghiên cứu

Lũ lụt là hiện tượng thiên tai phổ biến, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản, đặc biệt tại các vùng hạ du hồ chứa lớn như Krông Búk Hạ, tỉnh Đắk Lắk. Hồ chứa Krông Búk Hạ có dung tích toàn bộ khoảng 109,3 triệu m³, phục vụ tưới tiêu cho hơn 11.400 ha đất nông nghiệp và cung cấp nước sinh hoạt cho khoảng 60.000 dân. Tuy nhiên, vùng hạ du hồ thường xuyên chịu ảnh hưởng bởi các trận lũ do xả lũ hoặc sự cố vỡ đập, gây ngập lụt nghiêm trọng. Nghiên cứu nhằm ứng dụng công nghệ GIS kết hợp mô hình thủy văn thủy lực MIKE để xây dựng bản đồ ngập lụt và cảnh báo lũ cho vùng hạ du hồ chứa Krông Búk Hạ, từ đó đề xuất các biện pháp phòng chống, giảm thiểu thiệt hại.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào 7 xã thuộc huyện Krông Pak, tỉnh Đắk Lắk, với chiều dài dòng sông Krông Búk khoảng 40 km từ chân đập đến ngã ba sông Krông Pắc. Nghiên cứu sử dụng dữ liệu khí tượng thủy văn, địa hình, mặt cắt sông, dân số và hiện trạng sử dụng đất trong giai đoạn từ năm 2007 đến 2014, bao gồm các trận lũ lịch sử để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ quản lý vận hành hồ chứa, cảnh báo lũ kịp thời và xây dựng kế hoạch ứng phó thiên tai hiệu quả, góp phần bảo vệ an toàn tính mạng và tài sản người dân vùng hạ du.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên sự kết hợp của các lý thuyết và mô hình thủy văn thủy lực hiện đại:

  • Mô hình thủy lực MIKE 11: Mô hình một chiều giải phương trình Saint-Venant, mô phỏng dòng chảy trong lòng sông, tính toán mực nước, lưu lượng và vận tốc dòng chảy dọc theo tuyến sông.
  • Mô hình thủy lực MIKE 21: Mô hình hai chiều mô phỏng dòng chảy tràn bãi, phân bố mực nước và vận tốc trên mặt bằng vùng hạ du, phù hợp với các khu vực có dòng chảy phân tán.
  • Mô hình MIKE Flood: Tổ hợp mô hình MIKE 11 và MIKE 21, kết nối dòng chảy một chiều trong sông với dòng chảy hai chiều trên vùng tràn, cho phép mô phỏng chính xác hơn các kịch bản xả lũ và vỡ đập.
  • Hệ thống GIS (Geographic Information System): Công cụ xử lý dữ liệu đầu vào, phân chia lưu vực, xây dựng lưới tính toán, trích xuất kết quả mô hình và xây dựng bản đồ ngập lụt chuyên đề.

Các khái niệm chính bao gồm: lưu lượng dòng chảy, mực nước, vận tốc dòng chảy, kịch bản xả lũ, vỡ đập, bản đồ ngập lụt, cảnh báo lũ, và phân tích thiệt hại.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu khí tượng thủy văn (lượng mưa, mực nước, lưu lượng), địa hình số (DEM), mặt cắt ngang sông, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, dân số và kinh tế xã hội vùng hạ du.
  • Phương pháp chọn mẫu: Dữ liệu được chọn lọc kỹ lưỡng, chuẩn hóa và hiệu chỉnh dựa trên các trận lũ lịch sử năm 2007 và 2014 để đảm bảo độ chính xác mô hình.
  • Phương pháp phân tích: Xây dựng mô hình thủy lực một chiều MIKE 11 cho dòng chảy trong sông Krông Búk dài khoảng 40 km; mô hình thủy lực hai chiều MIKE 21 cho vùng tràn bãi hạ du hồ; kết nối hai mô hình bằng MIKE Flood để mô phỏng toàn diện dòng chảy và ngập lụt.
  • Ứng dụng GIS: Sử dụng phần mềm ArcGIS để phân chia lưu vực, xây dựng lưới tính toán, xử lý kết quả mô hình, xây dựng bản đồ ngập lụt và đánh giá thiệt hại theo từng kịch bản.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng 6 tháng, từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2017, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh, kiểm định và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: Mô hình MIKE Flood được hiệu chỉnh với trận lũ năm 2007 và kiểm định với trận lũ năm 2014 cho kết quả mô phỏng mực nước và lưu lượng tương đồng với số liệu quan trắc, sai số trung bình dưới 10%, đảm bảo độ tin cậy cao.

  2. Bản đồ ngập lụt theo kịch bản xả lũ: Các kịch bản xả lũ chủ động (P=0,5%, tương ứng tần suất 200 năm) và xả lũ khẩn cấp cho thấy diện tích ngập lụt vùng hạ du dao động từ khoảng 15 km² đến 25 km², với độ sâu ngập trung bình từ 0,5 đến 2,5 m. Kịch bản xả lũ khẩn cấp có phạm vi ngập lớn hơn 40% so với kịch bản chủ động.

  3. Kịch bản vỡ đập: Trong trường hợp vỡ đập vào mùa lũ (có mưa), diện tích ngập lụt mở rộng lên đến khoảng 40 km², độ sâu ngập có thể vượt 3 m tại một số khu vực thấp trũng, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Kịch bản vỡ đập vào mùa kiệt (không mưa) có phạm vi ngập nhỏ hơn nhưng vẫn gây thiệt hại lớn do tính bất ngờ.

  4. Đánh giá thiệt hại: Dựa trên bản đồ ngập lụt và hiện trạng sử dụng đất, ước tính thiệt hại về nông nghiệp và cơ sở hạ tầng có thể lên đến hàng chục tỷ đồng trong các kịch bản xấu nhất. Các xã Ea Phê, Krông Búk và Vụ Bồn chịu ảnh hưởng nặng nề nhất với tỷ lệ diện tích ngập trên 60%.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy sự kết hợp mô hình thủy lực MIKE Flood và GIS là phương pháp hiệu quả, cho phép mô phỏng chi tiết dòng chảy và ngập lụt trong các tình huống phức tạp như xả lũ và vỡ đập. So với mô hình một chiều đơn thuần, mô hình kết hợp cho kết quả chính xác hơn, đặc biệt trong việc mô phỏng dòng chảy tràn bãi và phân bố ngập lụt không đồng đều.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với các mô hình cảnh báo lũ hiện đại, đồng thời cung cấp bản đồ ngập lụt chi tiết phục vụ công tác quy hoạch và ứng phó thiên tai. Việc sử dụng GIS giúp trực quan hóa kết quả, hỗ trợ ra quyết định nhanh chóng và chính xác.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ mực nước, lưu lượng theo thời gian, bản đồ ngập lụt theo từng kịch bản, giúp các nhà quản lý dễ dàng đánh giá mức độ rủi ro và xây dựng phương án ứng phó phù hợp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống cảnh báo lũ tự động: Ứng dụng mô hình MIKE Flood kết hợp GIS để phát triển hệ thống cảnh báo lũ sớm cho vùng hạ du hồ Krông Búk Hạ, nhằm giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Thời gian triển khai dự kiến trong 12 tháng, chủ thể thực hiện là Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Đắk Lắk phối hợp với các đơn vị chuyên môn.

  2. Cập nhật và duy trì dữ liệu GIS thường xuyên: Đảm bảo dữ liệu địa hình, khí tượng thủy văn và hiện trạng sử dụng đất được cập nhật định kỳ để nâng cao độ chính xác mô hình và cảnh báo. Thực hiện hàng năm, do Trung tâm Quản lý tài nguyên nước và môi trường địa phương đảm nhiệm.

  3. Xây dựng kế hoạch di dời dân cư và phương án phòng chống lũ: Dựa trên bản đồ ngập lụt, xác định các khu vực nguy hiểm để xây dựng phương án di dời dân cư kịp thời, đồng thời triển khai các biện pháp phòng chống lũ như gia cố đê điều, cải tạo hệ thống tiêu thoát nước. Thời gian thực hiện trong 2 năm, do UBND huyện Krông Pak chủ trì.

  4. Tăng cường tuyên truyền và đào tạo cộng đồng: Nâng cao nhận thức người dân về nguy cơ lũ lụt, cách ứng phó và sử dụng bản đồ cảnh báo lũ. Tổ chức các lớp tập huấn, diễn tập phòng chống thiên tai định kỳ. Chủ thể thực hiện là Ban chỉ huy Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn huyện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý hồ chứa và thủy lợi: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng kế hoạch vận hành hồ chứa an toàn, hiệu quả, giảm thiểu rủi ro do xả lũ và sự cố vỡ đập.

  2. Cơ quan phòng chống thiên tai và cứu hộ cứu nạn: Áp dụng bản đồ ngập lụt và cảnh báo lũ để tổ chức phương án ứng phó kịp thời, bảo vệ tính mạng và tài sản người dân vùng hạ du.

  3. Các nhà quy hoạch đô thị và nông nghiệp: Dựa trên bản đồ ngập lụt để quy hoạch phát triển sản xuất, bố trí dân cư và xây dựng cơ sở hạ tầng phù hợp, tránh các khu vực có nguy cơ ngập cao.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành địa lý, thủy văn, môi trường: Tham khảo phương pháp kết hợp GIS và mô hình thủy lực MIKE trong nghiên cứu cảnh báo lũ, phát triển các đề tài liên quan.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần kết hợp mô hình MIKE 11 và MIKE 21 trong nghiên cứu này?
    Mô hình MIKE 11 mô phỏng dòng chảy một chiều trong lòng sông, còn MIKE 21 mô phỏng dòng chảy hai chiều trên vùng tràn bãi. Kết hợp hai mô hình bằng MIKE Flood giúp mô phỏng chính xác hơn dòng chảy phức tạp và ngập lụt vùng hạ du, đặc biệt trong các tình huống xả lũ và vỡ đập.

  2. GIS đóng vai trò gì trong quá trình nghiên cứu?
    GIS được sử dụng để xử lý dữ liệu đầu vào như địa hình, phân chia lưu vực, xây dựng lưới tính toán, đồng thời trích xuất kết quả mô hình và xây dựng bản đồ ngập lụt chuyên đề, giúp trực quan hóa và phân tích không gian hiệu quả.

  3. Các kịch bản xả lũ và vỡ đập được xây dựng dựa trên cơ sở nào?
    Kịch bản được xây dựng dựa trên các trận lũ lịch sử (năm 2007, 2014), các mức lũ thiết kế với tần suất 200 năm, cùng các tình huống vỡ đập trong mùa lũ và mùa kiệt, nhằm phản ánh các tình huống thực tế và cực đoan có thể xảy ra.

  4. Làm thế nào để sử dụng bản đồ ngập lụt trong công tác phòng chống thiên tai?
    Bản đồ ngập lụt giúp xác định vùng nguy hiểm, mức độ ngập và thiệt hại tiềm năng, từ đó xây dựng kế hoạch di dời dân cư, bố trí cơ sở hạ tầng, và triển khai các biện pháp phòng chống phù hợp, nâng cao hiệu quả ứng phó thiên tai.

  5. Phương pháp nghiên cứu này có thể áp dụng cho các hồ chứa khác không?
    Phương pháp kết hợp GIS và mô hình thủy lực MIKE Flood có tính linh hoạt cao, có thể áp dụng cho các hồ chứa khác trong tỉnh Đắk Lắk và trên toàn quốc, giúp nâng cao hiệu quả quản lý và cảnh báo lũ cho nhiều vùng hạ du khác nhau.

Kết luận

  • Ứng dụng mô hình thủy lực MIKE Flood kết hợp GIS cho phép mô phỏng chính xác dòng chảy và ngập lụt vùng hạ du hồ Krông Búk Hạ trong các kịch bản xả lũ và vỡ đập.
  • Bản đồ ngập lụt được xây dựng chi tiết, làm cơ sở cho công tác quy hoạch, cảnh báo và phòng chống thiên tai hiệu quả.
  • Kết quả nghiên cứu hỗ trợ các nhà quản lý hồ chứa và địa phương trong việc vận hành hồ an toàn, giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt.
  • Đề xuất xây dựng hệ thống cảnh báo lũ tự động, cập nhật dữ liệu GIS thường xuyên, kế hoạch di dời dân cư và tăng cường tuyên truyền cộng đồng.
  • Nghiên cứu có thể mở rộng áp dụng cho các hồ chứa khác, góp phần nâng cao năng lực quản lý tài nguyên nước và phòng chống thiên tai trên phạm vi rộng.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và đơn vị chuyên môn cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục cập nhật, hiệu chỉnh mô hình để nâng cao độ chính xác và hiệu quả cảnh báo lũ.