Luận văn thạc sĩ hus ứng dụng mô hình mike urban tính toán thoát nước cho thành phố hà tĩnh dưới tác động của biến đổi khí hậu

Luận văn thạc sĩ toán học phân tích hus ứng dụng mô hình mike urban tính toán thoát nước cho thành phố hà tĩnh dưới tác động của biến, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Lê Thúy Chiên
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Hưng
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình Mike Urban Tính Toán Thoát Nước Cho Thành Phố Hà Tĩnh Dưới Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Phương pháp nghiên cứu
• 0.5. Tóm tắt nội dung luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan địa lý tự nhiên và kinh tế - xã hội thành phố Hà Tĩnh
• 1.1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên
• 1.1.2. Địa hình
• 1.1.3. Địa chất, thảm phủ thực vật
• 1.1.4. Đặc điểm khí hậu
• 1.2. Tổng quan về ngập lụt đô thị
• 1.2.1. Các nguyên nhân và các biện pháp phòng, chống ngập lụt đô thị
• 1.2.2. Các vấn đề về thoát nước đô thị ở Thành phố Hà Tĩnh
• 1.3. Tổng quan về Biến đổi khí hậu tại Hà Tĩnh
• 1.3.1. Xu thế biến đổi khí hậu ở Hà Tĩnh hiện tại
• 1.3.2. Kịch bản biến đổi khí hậu cho tỉnh Hà Tĩnh
• 2. CHƯƠNG 2: CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp tiếp cận trong luận văn
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp hệ thống thông tin địa lý GIS
• 2.2.2. Phương pháp mô hình
• 2.3. Ứng dụng mô hình Mike Urban
• 2.3.1. Một số ứng dụng Mike Urban ở Việt Nam
• 2.3.2. Một số ứng dụng Mike Urban ở trên thế giới
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE URBAN TÍNH TOÁN THOÁT NƯỚC CHO THÀNH PHỐ HÀ TĨNH DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
• 3.1. Thiết lập hiện trạng hệ thống thoát nước của thành phố Hà Tĩnh
• 3.1.1. Số liệu thu thập
• 3.1.2. Thiết lập mô hình
• 3.1.3. Kết quả mô phỏng, kiểm định mô hình
• 3.2. Đánh giá hiện trạng hệ thống thoát nước của thành phố
• 3.2.1. Lựa chọn tần suất thiết kế và trận mưa điển hình
• 3.2.2. Tính toán và đánh giá hiện trạng thoát nước thành phố
• 3.3. Tính toán thoát nước cho thành phố Hà Tĩnh dưới tác động của Biến đổi khí hậu
• 3.3.1. Kịch bản biến đổi khí hậu cho thành phố Hà Tĩnh
• 3.3.2. Đánh giá kết quả tính toán thoát nước cho thành phố Hà Tĩnh trong điều kiện biến đổi khí hậu
• 3.3.3. Đề xuất các giải pháp thoát nước cho thành phố Hà Tĩnh trong điều kiện biến đổi khí hậu
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng dụng mô hình Mike Urban trong thoát nước

Mô hình Mike Urban là một công cụ mạnh mẽ trong việc tính toán và quản lý hệ thống thoát nước đô thị. Ứng dụng mô hình này giúp các nhà nghiên cứu và quản lý đô thị có cái nhìn tổng quan về tình trạng thoát nước, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Tại thành phố Hà Tĩnh, việc áp dụng mô hình này không chỉ giúp đánh giá hiện trạng mà còn đưa ra các giải pháp khả thi cho vấn đề ngập lụt.

1.1. Mô hình Mike Urban và vai trò trong quản lý thoát nước

Mô hình Mike Urban được phát triển để mô phỏng dòng chảy và quản lý thoát nước đô thị. Nó cho phép phân tích các yếu tố như lượng mưa, địa hình và hệ thống thoát nước hiện có. Việc sử dụng mô hình này giúp tối ưu hóa quy hoạch và thiết kế hệ thống thoát nước, giảm thiểu tình trạng ngập lụt.

1.2. Tình hình thoát nước tại thành phố Hà Tĩnh

Thành phố Hà Tĩnh đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc quản lý thoát nước. Với sự gia tăng dân số và tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, hệ thống thoát nước hiện tại không đủ khả năng đáp ứng nhu cầu. Việc áp dụng mô hình Mike Urban sẽ giúp đánh giá chính xác hơn về tình trạng thoát nước và đưa ra các giải pháp hiệu quả.

II. Vấn đề thoát nước đô thị và thách thức biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu đang gây ra những tác động nghiêm trọng đến hệ thống thoát nước đô thị. Tại Hà Tĩnh, tình trạng ngập lụt ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt trong mùa mưa. Các yếu tố như lượng mưa gia tăng và triều cường đã làm cho tình hình trở nên phức tạp hơn.

2.1. Nguyên nhân gây ngập lụt tại Hà Tĩnh

Nguyên nhân chính gây ngập lụt tại Hà Tĩnh bao gồm lượng mưa lớn trong thời gian ngắn, hệ thống thoát nước chưa được cải thiện và sự gia tăng dân số. Những yếu tố này kết hợp với biến đổi khí hậu đã làm gia tăng tần suất và mức độ ngập lụt.

2.2. Tác động của biến đổi khí hậu đến hệ thống thoát nước

Biến đổi khí hậu đã làm thay đổi mô hình thời tiết, dẫn đến lượng mưa không ổn định và gia tăng tần suất các trận mưa lớn. Điều này đã gây áp lực lớn lên hệ thống thoát nước, làm cho tình trạng ngập lụt trở nên nghiêm trọng hơn.

III. Phương pháp nghiên cứu và ứng dụng mô hình Mike Urban

Phương pháp nghiên cứu sử dụng mô hình Mike Urban bao gồm việc thu thập dữ liệu hiện trạng, thiết lập mô hình và thực hiện các phép tính mô phỏng. Các bước này giúp đánh giá chính xác tình trạng thoát nước và đưa ra các giải pháp cải thiện.

3.1. Thiết lập mô hình Mike Urban cho Hà Tĩnh

Quá trình thiết lập mô hình bao gồm việc thu thập dữ liệu về địa hình, hệ thống thoát nước và lượng mưa. Dữ liệu này sẽ được sử dụng để xây dựng mô hình mô phỏng dòng chảy và đánh giá hiệu quả của hệ thống thoát nước hiện tại.

3.2. Kết quả mô phỏng và kiểm định mô hình

Kết quả mô phỏng từ mô hình Mike Urban sẽ được so sánh với dữ liệu thực tế để kiểm định độ chính xác. Việc này giúp xác định khả năng hoạt động của hệ thống thoát nước và đưa ra các điều chỉnh cần thiết.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô hình Mike Urban tại Hà Tĩnh

Mô hình Mike Urban đã được áp dụng thành công tại Hà Tĩnh để tính toán thoát nước và đề xuất các giải pháp cải thiện. Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình này có thể giúp giảm thiểu tình trạng ngập lụt và nâng cao hiệu quả quản lý thoát nước.

4.1. Đánh giá hiện trạng hệ thống thoát nước

Đánh giá hiện trạng hệ thống thoát nước tại Hà Tĩnh cho thấy nhiều khu vực vẫn còn thiếu các biện pháp thoát nước hiệu quả. Mô hình Mike Urban đã chỉ ra những điểm yếu trong hệ thống và đề xuất các giải pháp cải thiện.

4.2. Đề xuất giải pháp thoát nước cho thành phố

Dựa trên kết quả mô phỏng, các giải pháp như cải tạo hệ thống thoát nước, xây dựng hồ chứa và nâng cao khả năng tiêu thoát nước đã được đề xuất. Những giải pháp này sẽ giúp giảm thiểu tình trạng ngập lụt và nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân.

V. Kết luận và triển vọng tương lai cho thoát nước Hà Tĩnh

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy mô hình Mike Urban là công cụ hữu ích trong việc quản lý thoát nước đô thị. Tương lai của hệ thống thoát nước tại Hà Tĩnh phụ thuộc vào việc áp dụng các giải pháp bền vững và hiệu quả.

5.1. Tương lai của hệ thống thoát nước tại Hà Tĩnh

Tương lai của hệ thống thoát nước tại Hà Tĩnh sẽ được cải thiện nếu các giải pháp được thực hiện đồng bộ. Việc đầu tư vào cơ sở hạ tầng và công nghệ mới sẽ giúp nâng cao khả năng thoát nước và giảm thiểu ngập lụt.

5.2. Khuyến nghị cho các nhà quản lý đô thị

Các nhà quản lý đô thị cần chú trọng đến việc áp dụng các mô hình tiên tiến như Mike Urban trong quy hoạch và quản lý thoát nước. Điều này sẽ giúp đảm bảo an toàn cho người dân và phát triển bền vững cho thành phố.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Đô thị hóa nhanh chóng cùng những diễn biến phức tạp của biến đổi khí hậu đang đặt hạ tầng thoát nước của các đô thị ven biển miền Trung trước những thách thức nghiêm trọng. Thành phố Hà Tĩnh có tổng diện tích tự nhiên 56,55 km2 (khoảng 5.655 ha) với quy mô dân số 104.037 người và mật độ dân số đạt 1.840 người/km2. Khu vực này có địa hình đồng bằng trũng thấp ven biển với cao độ nền phổ biến từ +0,5m đến +3,0m, đồng thời chịu ảnh hưởng thủy văn phức tạp từ hệ thống sông Rào Cái, sông Cày và chế độ điều tiết xả lũ của hồ Kẻ Gỗ.

Trong lịch sử, trận lũ năm 1999 đã khiến toàn bộ đô thị ngập sâu từ 1,0 đến 2,0m suốt 2 đến 3 ngày, ảnh hưởng trực tiếp tới hơn 10.000 người dân. Đỉnh điểm vào tháng 10/2010, diện tích ngập lụt lên tới 47,4 km2, chiếm 84% tổng diện tích toàn thành phố với độ sâu ngập từ 0,5m đến 2,5m. Hiện trạng mạng lưới thoát nước đô thị mới chỉ bao phủ được khoảng 57% diện tích xây dựng, khả năng tiêu thoát tự chảy bị suy giảm mạnh khi mưa lớn trùng thời điểm triều cường.

Mục tiêu cụ thể của luận văn bao gồm:

1. Thu thập, chuẩn hóa cơ sở dữ liệu hạ tầng và thiết lập mô hình thủy lực mạng lưới thoát nước thành phố Hà Tĩnh bằng công cụ Mike Urban kết hợp hệ thống thông tin địa lý GIS.
2. Mô phỏng, đánh giá định lượng hiện trạng ngập úng ứng với các trận mưa điển hình và mưa thiết kế tần suất 2%.
3. Tính toán diễn biến ngập lụt dưới tác động của biến đổi khí hậu theo các kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp (RCP4.5) và kịch bản phát thải cao (RCP8.5) vào giai đoạn giữa thế kỷ 21.
4. Đề xuất hệ thống giải pháp công trình và phi công trình khả thi nhằm nâng cao năng lực tiêu thoát nước đô thị bền vững.

Phạm vi nghiên cứu bao quát 10 phường nội thị và 6 xã vùng ven của thành phố Hà Tĩnh. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn, cung cấp bản đồ phân vùng ngập úng với độ phân giải cao, hỗ trợ các nhà quản lý quy hoạch cao độ san nền an toàn trên mức +2,5m và giảm thiểu nguy cơ thiệt hại kinh tế hàng tỷ đồng mỗi năm do thiên tai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự tích hợp của hai khối lý thuyết nền tảng trong chuyên ngành Thủy văn học:

1. Lý thuyết hình thành dòng chảy mặt đô thị: Quá trình chuyển hóa lượng mưa thành dòng chảy tràn trên các bề mặt không thấm (bê tông, mái nhà, đường nhựa) và bề mặt thấm nước (đất, cây xanh). Mô hình áp dụng phương pháp Thời gian - Diện tích (Time-Area Method) kết hợp mô hình Sóng động học (Kinematic Wave) để xác định đường quá trình lưu lượng đổ vào từng hố ga thu nước.
2. Lý thuyết thủy lực dòng chảy không ổn định trong mạng lưới cống (1D): Dựa trên hệ phương trình Saint-Venant một chiều đầy đủ, gồm phương trình liên tục bảo toàn khối lượng và phương trình động lượng bảo toàn động lượng. Lý thuyết này cho phép mô phỏng chính xác trạng thái dòng chảy tự do không áp chuyển sang dòng chảy có áp khi cống bị quá tải.
3. Lý thuyết dòng tràn mặt hai chiều (2D Overland Flow): Mô tả quy luật lan truyền nước ngập trên bề mặt địa hình khi nước từ các hố ga trào ngược lên đường phố, xác định vận tốc dòng chảy và chiều sâu ngập lụt cục bộ.
4. Khung kịch bản biến đổi khí hậu: Áp dụng các kịch bản nồng độ khí nhà kính RCP4.5 và RCP8.5 do Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố, kết hợp các đường cong cường độ - thời đoạn - tần suất mưa (đường IDF) để dự báo xu thế gia tăng lượng mưa cực đoan.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng hệ thống dữ liệu quan trắc khí tượng thủy văn thực đo dài hạn cùng dữ liệu hạ tầng kỹ thuật đô thị:

• Dữ liệu khí tượng thủy văn: Chuỗi số liệu mưa ngày, mưa thời đoạn thực đo liên tục từ năm 1958 đến năm 2017 (trên 60 năm) tại trạm khí tượng Hà Tĩnh, kết hợp số liệu từ các trạm lân cận như Kỳ Anh, Hương Khê và trạm thủy văn Thạch Đồng, Hộ Độ.
• Dữ liệu địa hình và hạ tầng kỹ thuật: Mô hình số độ cao địa hình (DEM) được xử lý bằng ArcGIS; cơ sở dữ liệu số hóa toàn bộ hệ thống thoát nước hiện trạng gồm tọa độ, cao độ đáy hàng trăm hố ga, kích thước mạng lưới cống ngầm và 13 km kênh mương tiêu chính (các tuyến T1 đến T6, sông Cụt).
• Phương pháp chọn mẫu và hiệu chỉnh mô hình: Lựa chọn trận mưa ngày 23/04/2015 (lượng mưa 252,2 mm) để hiệu chỉnh các thông số nhám Manning và hệ số thấm; sử dụng trận mưa ngày 16/09/2015 (lượng mưa 264,1 mm) để kiểm định mô hình. Sau đó, mô hình thực hiện mô phỏng cho trận mưa thiết kế tần suất 2% (chu kỳ lặp lại 50 năm) xây dựng từ trận mưa lịch sử ngày 14 - 15/10/2016 (lượng mưa 1 ngày đạt 445,8 mm).
• Lý do lựa chọn phương pháp: Phần mềm Mike Urban (phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch - DHI) hoạt động tương thích hoàn toàn trên nền tảng Geodatabase của ESRI ArcGIS. Công cụ này xử lý đồng bộ bài toán ghép nối giữa thủy lực mạng lưới cống ngầm và ngập lụt bề mặt 2D, giải quyết triệt để hạn chế của các phương pháp tính toán thủy văn truyền thống vốn chỉ tính toán riêng lẻ từng tuyến cống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng thủy lực và phân tích không gian đã đưa ra các kết quả định lượng cụ thể về bức tranh ngập úng tại đô thị:

1. Hiện trạng ngập úng đô thị ứng với mưa thiết kế tần suất 2%: Mạng lưới thoát nước hiện tại bộc lộ tình trạng quá tải nghiêm trọng. Nước ngập xuất hiện diện rộng trên hầu khắp các trục giao thông chính thuộc các phường nội thành như Bắc Hà, Nam Hà, Tân Giang, Trần Phú. Độ sâu ngập tại các điểm trũng trên đường Hải Thượng Lãn Ông, Lê Ninh, Nguyễn Du, Xô Viết Nghệ Tĩnh dao động từ 0,40m đến 0,95m, thời gian ngập kéo dài từ 3 đến 5 giờ sau khi mưa tạnh.
2. Gia tăng ngập lụt dưới kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 (giữa thế kỷ 21): Lượng mưa 1 ngày lớn nhất tại trạm Hà Tĩnh được dự báo tăng từ 22,0% đến 24,6%. Khi mô phỏng trên Mike Urban, diện tích các vùng ngập có độ sâu trên 0,5m tăng thêm 18,5% so với kịch bản hiện trạng. Trắc dọc thủy lực tại tuyến đường Nguyễn Du cho thấy mực nước dâng cao vượt mặt đường từ 0,55m đến 0,85m, làm tê liệt giao thông cục bộ.
3. Mức độ ngập nghiêm trọng dưới kịch bản cực đoan RCP8.5 (giữa thế kỷ 21): Lượng mưa cực trị 1 ngày tăng tới 26,9% và lượng mưa 5 ngày tăng 28,1%. Mực nước đỉnh lũ trong hệ thống cống dâng cao nhanh chóng, lưu lượng tràn qua mép hố ga tăng 25% đến 40%. Diện tích ngập sâu từ 0,5m đến 1,5m mở rộng thêm 28,7% so với giai đoạn cơ sở, lan rộng sang các khu vực đô thị mới phát triển phía Tây và Tây Nam thành phố.
4. Hiệu quả cắt giảm lũ của các giải pháp kỹ thuật: Thử nghiệm mô phỏng giảm tỷ lệ bề mặt không thấm nước từ 75% xuống 50% tại các lưu vực đô thị mới giúp giảm lưu lượng đỉnh dòng chảy tràn từ 15% đến 20%, hạ mức ngập trên mặt đường từ 12 cm đến 18 cm. Phương án bổ sung các trạm bơm tiêu úng cưỡng bức công suất lớn giúp rút ngắn thời gian tiêu thoát nước từ 4,5 giờ xuống dưới 1,5 giờ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến ngập úng tại thành phố Hà Tĩnh là sự bất cập mang tính hệ thống giữa điều kiện tự nhiên và hạ tầng nhân tạo. Địa hình thành phố dốc thoải dần từ Tây sang Đông nhưng lại bị bao bọc bởi đê sông Phủ và đê Đồng Môn. Khi xuất hiện mưa lớn trùng thời điểm lũ sông Rào Cái lên cao (mực nước lịch sử tại trạm Thạch Đồng từng đạt +2,57m năm 1989), các cống tiêu dưới đê buộc phải đóng kín để ngăn triều và chống lũ tràn ngược, khiến toàn bộ lượng nước mưa nội thị không thể tự chảy ra sông.

Hơn nữa, tốc độ đô thị hóa nhanh làm tăng nhanh tỷ lệ bê tông hóa mặt phủ, trong khi hệ thống cống thoát nước cũ kỹ, tiết diện nhỏ và chỉ bao phủ 57% khu vực đô thị. Các kênh tiêu chính như T1 đến T6 và sông Cụt (dài 1,6 km) bị bồi lắng lòng dẫn và rác thải xâm lấn nghiêm trọng, làm giảm đáng kể khả năng dẫn dòng.

Dữ liệu mô phỏng trong nghiên cứu được thể hiện trực quan qua các bảng thống kê diện tích ngập theo cấp độ sâu, đồ thị trắc dọc thủy lực mực nước cống và bản đồ ngập lụt không gian số hóa trên nền Google Earth. So sánh với các nghiên cứu thoát nước tại các đô thị duyên hải miền Trung như thành phố Vinh hay thành phố Đồng Hới, kết quả tính toán tại Hà Tĩnh cho thấy mức độ nhạy cảm thủy văn rất cao đối với biến đổi khí hậu. Điều này khẳng định việc tiếp tục duy trì chế độ tiêu tự chảy đơn thuần sẽ không thể đáp ứng được các kịch bản mưa cực đoan trong tương lai.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả mô phỏng từ mô hình Mike Urban, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm tối ưu hóa hạ tầng thoát nước thành phố Hà Tĩnh:

1. Cải tạo, nâng cấp mạng lưới cống ngầm và nạo vét hệ thống kênh tiêu: Tiến hành thay thế, mở rộng tiết diện các tuyến cống hộp chính tại các trục đường thường xuyên ngập nặng như Hải Thượng Lãn Ông, Lê Ninh, Nguyễn Du, Phan Đình Phùng. Thực hiện nạo vét, khơi thông toàn bộ 13 km kênh tiêu nội thị (tuyến T1 đến T6) và sông Cụt (duy trì chiều rộng lòng dẫn từ 25 đến 30m), mục tiêu nâng công suất tải nước toàn hệ thống thêm 30%. Kế hoạch triển khai trong giai đoạn 2021 - 2025 do Ủy ban nhân dân thành phố Hà Tĩnh và Sở Xây dựng trực tiếp chỉ đạo.
2. Xây dựng hệ thống trạm bơm tiêu úng động lực tại các cửa xả đê: Lắp đặt mới các cụm trạm bơm tiêu cưỡng bức tại cống Đập Bợt, cống Vạn Hạnh và cống Cầu Sú với tổng công suất thiết kế đạt 15 đến 25 m3/s. Giải pháp này đảm bảo tiêu thoát nước chủ động khi mực nước sông Rào Cái dâng cao phải đóng cống ngăn triều, mục tiêu khống chế độ sâu ngập mặt đường dưới 0,20m trong vòng 60 phút sau mưa lớn, hoàn thành trong giai đoạn 2024 - 2028 dưới sự quản lý của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.
3. Phát triển chuỗi hồ điều hòa sinh thái kết hợp hạ tầng xanh (SUDS): Xây mới và mở rộng các hồ điều hòa tại phường Thạch Trung, phường Văn Yên và xã Thạch Quý với tổng dung tích trữ nước gia tăng ước đạt 500.000 m3. Áp dụng quy chuẩn kỹ thuật bắt buộc trong các khu đô thị mới: duy trì tỷ lệ diện tích không thấm nước không vượt quá 55%, tăng cường sử dụng vỉa hè thấm nước, thảm cỏ trũng để giữ nước cục bộ, hoàn thành trước năm 2030 do Ban Quản lý Dự án Xây dựng thành phố chủ trì.
4. Hiện đại hóa công tác vận hành số và nâng cao ý thức cộng đồng: Thiết lập mạng lưới 20 trạm đo mưa và cảm biến mực nước tự động tại các hố ga xung yếu, kết nối dữ liệu thời gian thực về trung tâm điều hành đô thị thông minh để cảnh báo sớm ngập lụt. Tăng cường thanh tra, xử phạt nghiêm hành vi xây dựng lấn chiếm lòng kênh và xả rác thải bít miệng thu hố ga, duy trì liên tục từ năm 2023 do Công ty Cổ phần Môi trường và Công trình Đô thị Hà Tĩnh thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang tính ứng dụng chuyên sâu, là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

1. Cơ quan quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách đô thị: Cán bộ Sở Xây dựng, Sở Tài nguyên và Môi trường, UBND thành phố Hà Tĩnh có thể sử dụng các số liệu và bản đồ ngập lụt làm căn cứ khoa học để phê duyệt đồ án quy hoạch san nền với cao trình an toàn ≥ +2,5m, đồng thời lồng ghép kịch bản biến đổi khí hậu vào chiến lược phát triển kinh tế - xã hội địa phương.
2. Kỹ sư tư vấn thiết kế cấp thoát nước và công trình thủy lợi: Đội ngũ chuyên môn trong lĩnh vực hạ tầng đô thị có thể tham khảo chi tiết quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu GIS, các bước thiết lập, hiệu chỉnh thông số nhám và phương pháp ghép nối mô hình thủy lực 1D-2D trên phần mềm Mike Urban.
3. Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên ngành Khoa học Trái đất: Tài liệu học thuật hữu ích phục vụ giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu về Thủy văn học, Quản lý tài nguyên nước, Biến đổi khí hậu tại các trường đại học và viện nghiên cứu chuyên ngành.
4. Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn các cấp: Cung cấp bức tranh phân vùng ngập úng chi tiết theo từng cấp độ sâu, hỗ trợ xây dựng kịch bản ứng phó khẩn cấp, phương án sơ tán dân cư và bảo vệ các công trình hạ tầng trọng điểm trong mùa mưa bão.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao thành phố Hà Tĩnh thường xuyên bị ngập úng sâu sau mỗi trận mưa lớn?
Ngập úng bắt nguồn từ địa hình trũng thấp với cao trình chỉ từ +0,5m đến +3,0m, mạng lưới cống cũ chỉ bao phủ 57% đô thị và khẩu độ nhỏ. Khi mưa lớn gặp lúc triều cường sông Rào Cái lên cao hoặc hồ Kẻ Gỗ xả lũ với lưu lượng thiết kế lên đến 1.500 m3/s, các cống tiêu buộc phải đóng cửa ngăn mặn, biến lòng đô thị thành túi chứa nước mưa không thể tự chảy.

2. Mô hình Mike Urban có ưu điểm gì vượt trội so với các công cụ tính toán truyền thống?
Mike Urban được tích hợp hoàn toàn trên môi trường ArcGIS, cho phép quản lý toàn diện cơ sở dữ liệu không gian. Khác với các phương pháp thủy văn truyền thống chỉ tính lưu lượng đỉnh, Mike Urban giải đồng thời hệ phương trình Saint-Venant 1D cho mạng lưới cống ngầm và mô phỏng 2D dòng chảy tràn mặt, phản ánh chính xác trạng thái dòng chảy có áp và diễn biến ngập lụt theo thời gian thực.

3. Biến đổi khí hậu theo kịch bản RCP8.5 sẽ tác động thế nào đến ngập lụt thành phố Hà Tĩnh?
Theo kịch bản RCP8.5 vào giai đoạn giữa thế kỷ 21, lượng mưa 1 ngày lớn nhất tại trạm Hà Tĩnh dự báo tăng tới 26,9% và lượng mưa 5 ngày tăng 28,1%. Sự gia tăng này làm lưu lượng đỉnh dòng chảy mặt vượt quá 30% năng lực thiết kế cống hiện hữu, khiến diện tích ngập sâu trên 0,5m mở rộng thêm 28,7% và mực nước ngập trên đường phố dâng thêm từ 25 đến 40 cm.

4. Giải pháp giảm tỷ lệ diện tích không thấm nước mang lại hiệu quả thực tế ra sao?
Khi giảm tỷ lệ diện tích không thấm nước từ 75% xuống 50% thông qua việc mở rộng thảm xanh, sử dụng gạch lát vỉa hè tự thấm và xây dựng hồ điều hòa, lưu lượng đỉnh lũ mặt phủ giảm từ 15% đến 20%. Kết quả mô phỏng cho thấy giải pháp này giúp hạ độ sâu ngập trên các tuyến đường chính như Lê Ninh và Phan Đình Phùng từ 12 đến 18 cm.

5. Cần ưu tiên kết hợp những giải pháp nào để giải quyết căn bản bài toán ngập úng đô thị?
Thành phố cần kết hợp đồng bộ giữa giải pháp công trình và phi công trình. Trọng tâm là nạo vét 13 km kênh mương, xây dựng cụm trạm bơm tiêu úng cưỡng bức 15 đến 25 m3/s tại các cửa xả đê, đồng thời thực hiện quy hoạch san nền cốt xây dựng an toàn ≥ +2,5m, xây chuỗi hồ điều hòa 500.000 m3 và tăng cường quản lý rác thải đô thị không để tắc nghẽn miệng thu nước.

Kết luận

• Luận văn đã ứng dụng thành công công cụ mô hình số trị Mike Urban kết hợp ArcGIS để mô phỏng chi tiết mạng lưới thoát nước và ngập lụt bề mặt thành phố Hà Tĩnh.
• Bộ thông số mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định chuẩn xác qua các trận mưa thực đo ngày 23/04/2015 (lượng mưa 252,2 mm) và 16/09/2015 (lượng mưa 264,1 mm), đảm bảo độ tin cậy khoa học cao.
• Đánh giá định lượng tác động của biến đổi khí hậu theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5, chỉ ra nguy cơ độ sâu ngập tăng thêm từ 25 đến 40 cm vào giai đoạn giữa thế kỷ 21 nếu không có giải pháp can thiệp.
• Đề xuất hệ thống giải pháp tổng thể, kết hợp hài hòa giữa nâng cấp cống ngầm, nạo vét kênh tiêu, xây dựng trạm bơm tiêu động lực 15 - 25 m3/s và phát triển chuỗi hồ điều hòa dung tích 500.000 m3.
• Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo cốt lõi, cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học vững chắc phục vụ quy hoạch đô thị loại I bền vững và phòng chống thiên tai tại tỉnh Hà Tĩnh.

Về lộ trình thực hiện, thành phố cần ưu tiên nạo vét hệ thống kênh mương và cống ngầm trong giai đoạn 2021 - 2025, hoàn thành xây dựng các trạm bơm tiêu trước năm 2028, và mở rộng độ che phủ mạng lưới thoát nước đạt 100% trước năm 2030. Các nhà quản lý, kỹ sư công trình và các đơn vị nghiên cứu quan tâm có thể khai thác trực tiếp cơ sở dữ liệu của luận văn để phục vụ công tác chuyên môn và phát triển các giải pháp quản lý ngập lụt đô thị bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1.1 Tổng quan địa lý tự nhiên và kinh tế - xã hội thành phố Hà Tĩnh 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên Thành phố Hà Tĩnh trải dài từ 18°18’ đến 18°24’ vĩ Bắc và từ 105°53’ đến 105°56’ kinh Đông, nằm trên trục đường Quốc lộ 1A, cách thủ đô Hà Nội 340 km, cách thành phố Vinh 50 km về phía Bắc; cách thành phố Huế 314 km về phía Nam và cách biển Đông 12,5 km. Hiện tại Thành phố gồm 10 phường và 06 xã gồm có: Phường Bắc Hà, Phường Nam Hà, Phường Tân Giang, Phường Trần Phú, Phường Đại Nài, Phường Hà Huy Tập, Phường Thạch Linh, Phường Nguyễn Du, Phường Thạch Quý, Phường Văn Yên, Xã Thạch Môn, Xã Thạch Hạ, Xã Thạch Trung, Xã Thạch Đồng, Xã Thạch Hưng, Xã Thạch Bình, với diện tích tự nhiên khoảng 5.655ha với tổng dân số là 202.1: Bản đồ hành chính thành phố Hà Tĩnh 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1 Địa hình Thành phố Hà Tĩnh nằm trong vùng đồng bằng ven biển miền Trung, địa hình tương đối bằng phẳng, cao độ nền biến thiên từ +0,5m đến +3,0m. Địa hình của các khu vực đã xây dựng trong nội thị có cao độ từ +2,0 đến +3,0m, các khu ruộng trũng có cao độ nền từ +1,0m đến +2,3m và khu vực dọc theo sông Rào Cái có cao độ nền từ + 0,7 đến + 1,1m. * Ưu thế : - Có nhiều quỹ đất thuận lợi để xây dựng các khu tập trung như: các khu dân cư, hệ thống đào tạo, khu du lịch dịch vụ ven sông, khu ứng dụng công nghệ xanh.v - Hệ thống sông, bờ biển bao quanh thành phố tạo điều kiện phát triển cảnh quan, nuôi trồng thủy sản, khai thác du lịch.v - Vùng đồi núi phía Tây thành phố vừa tạo cảnh quan phong phú vừa che chắn gió bão, gió nóng Tây Nam cho đô thị, Tuy nhiên sử dụng đất cần lựa chọn hợp lý, giữ tối đa màu xanh của khu vực lúa nước hai vụ, mặt nước sinh thái, tạo cảnh quan và điều tiết điều tiết nước mặt, bảo đảm an toàn, tránh ngập úng cho thành phố phát triển bền vững trước điều kiện BDKH.

*Hạn chế: Địa hình thành phố thấp dần từ Tây sang Đông. Phía Tây thành phố là hồ Kẻ, phía Đông thành phố bao quanh bởi hệ thống đê sông Phủ nên khi hồ Kẻ Gỗ xả lũ vào mùa mưa ở phía Tây kết hợp với triều cường lên ở phía Đông thành phố phải đóng hệ thống ngăn triều sẽ dẫn đến hiện tượng ngập úng nội đồng bên trong thành phố. Việc tiêu thoát phải sử dụng chế độ tiêu tự chảy kết hợp tiêu động lực và cần xây dựng hệ thống hồ chứa nước để giảm thiểu hiện tượng ngập úng. Vùng phụ cận: 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Vùng phụ cận có nền địa hình tương đối thuận lợi, các trung tâm xã có nền từ +2,5 đến +4m.

Khi mưa lớn kết hợp triều cường lên hệ thống cống ngăn triều được đóng lại vì vậy gây ngập úng một số cánh đồng thuộc các xã Thạch Hưng, Thạch Đồng, Thạch Môn và phường Văn Yên.2 Địa chất, thảm phủ thực vật a. Địa tầng địa chất Trong vùng nghiên cứu xuất lộ gần như đầy đủ địa tầng địa chất có tuổi từ cổ đến trẻ: Giới Proteozoi (Pt), giới Paleozoi (Pz), giới Mezozoi (Mz), trầm tích đệ tứ, các thành tạo măcma xâm nhập. Cấu tạo kiến tạo Các hệ thống đứt gãy trong vùng nghiên cứu có liên quan đến đặc điểm địa chất, công trình, địa chất thuỷ văn và còn là tiền đề cho sự phát triển của các dòng sông lớn nhỏ trong vùng. Hiện tượng địa vật lý Các hiện tượng đá đổ, đá trượt, đất đá bị Laterit hoá, hoà tan, cacstơ, xói lở bờ,.

đều là những hiện tượng đã và đang xảy ra cần được quan tâm đầy đủ vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống nhân dân và vấn đề các công trình thủy lợi, thuỷ điện trong vùng.2 Đặc điểm khí hậu Tỉnh Hà Tĩnh nói chung và thành phố Hà Tĩnh nói riêng nằm trong vùng khí hậu Bắc Trung Bộ, có hai mùa rõ rệt là mùa đông khô và lạnh kéo dài từ tháng XI đến tháng IV, mùa hè nóng ẩm từ tháng V đến tháng X. Vùng nghiên cứu chịu ảnh hưởng của chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa. Hàng năm bị chi phối bởi hai luồng gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam và các nhiễu động thời tiết gây mưa khác. Gió mùa Đông Bắc ảnh hưởng tới vùng tuy đã yếu đi 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] nhiều so với phía Bắc, nhưng hàng năm ở vùng núi thuận tiện cho việc đón gió, nhiệt độ thấp nhất đạt 0,7 ÷ 60C.

Về mùa hè gió mùa Tây Nam sau khi vượt dãy Trường Sơn đã trở nên khô nóng, nhiệt độ cao nhất tuyệt đối đạt 40 ÷ 420C.1 Chế độ nhiệt: Nhiệt độ năm trung bình tại Hà Tĩnh đạt 24,20C, tại Kỳ Anh đạt 24,50C và tại Hương Khê đạt 23,80C. Nhiệt độ trung bình tháng nhỏ nhất tại Hương Khê đạt 17,30C, tại Hà Tĩnh đạt 17,60C, tại Kỳ Anh đạt 17,50C. Các tháng chịu ảnh hưởng của gió Tây khô nóng, nhiệt độ trung bình tháng đạt 29,1 ÷ 30,40C vào tháng VII ở các trạm. Nhiệt độ thấp nhất đo được tại Hà Tĩnh và Kỳ Anh là 6,8 ÷ 6,90C.

Nhiệt độ tháng, năm trung bình nhiều năm tại các trạm Đơn vị: oC Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Hà Tĩnh 17,6 18,7 20,9 25,1 27,9 29,7 29,6 28,6 26,9 24,5 21,7 18,8 24,2 Hương Khê 17,3 19,0 21,3 25,0 27,7 29,1 29,1 27,9 26,3 23,9 20,8 18,4 23,8 Kỳ Anh 17,5 19,5 21,2 25,1 27,9 30,4 30,0 28,8 27,1 25,2 22,4 19,2 24,5 1.2 Độ ẩm tương đối: Độ ẩm tương đối trung bình năm đạt 85% tại các trạm. Độ ẩm thấp nhất xảy ra vào các tháng có gió Tây khô nóng - tháng VI, VII và đạt 71% ở Kỳ Anh, 76% ở Hương Khê, 74% ở Hà Tĩnh. Độ ẩm cao nhất xảy ra vào các tháng cuối mùa đông khi có mưa phùn hoặc các tháng mùa mưa, độ ẩm tương đối cao nhất đạt 92%. Độ ẩm tương đối tháng, năm trung bình nhiều năm tại các trạm Đơn vị: % Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Hà Tĩnh 88 90 90 86 79 74 74 79 85 87 87 88 84 Hương Khê 90 90 89 86 81 77 76 82 87 89 88 88 85 Kỳ Anh 91 92 91 87 79 71 71 77 85 87 87 87 84 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3 Bốc hơi: Bốc hơi Piche trung bình năm đạt 862mm tại Hà Tĩnh, 892mm tại Hương Khê 1080mm tại Kỳ Anh.

Lượng bốc hơi lớn xảy ra vào tháng VI, VII với lượng bốc hơi trung bình tháng đạt từ 133 ÷ 197mm. Tháng II có lượng bốc hơi nhỏ nhất đạt từ 30 ÷ 35mm. Lượng bốc hơi ống piche trung bình nhiều năm tại các trạm Đơn vị: mm Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Hà Tĩnh 37 30 37 60 102 133 141 101 67 58 52 45 862 Hương Khê 36 34 47 71 110 136 157 103 61 51 45 40 892 Kỳ Anh 38 34 42 69 132 197 184 129 77 67 62 51 1080 1.4 Số giờ nắng: Tổng số giờ nắng toàn vùng đạt từ 1. Số giờ nắng cao nhất thường vào tháng V ÷ VII với số giờ nắng trên 200 giờ trong tháng, cao nhất tại Hà Tĩnh đạt 223 giờ vào tháng VII, các tháng có số giờ nắng thấp nhất trong năm là tháng I, II và XII với tổng số giờ nắng trong tháng từ 50 ÷ 70 giờ, thấp nhất tại Hà Tĩnh đạt 51 giờ vào tháng II.

Tổng số giờ nắng tháng, năm tại các trạm Đơn vị: giờ Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Hà Tĩnh 70 51 71 132 213 205 223 185 151 127 93 74 1595 Hương Khê 55 47 77 121 169 178 187 153 113 88 69 55 1311 Kỳ Anh 70 61 87 150 223 221 231 193 156 121 82 63 1659 1.5 Chế độ gió: Trong vùng có hai chế độ gió mùa chính: 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Về mùa đông gió thịnh hành là gió Bắc và gió Đông, bắt đầu từ tháng XII đến tháng III. Từ tháng IV ÷ VII là thời kỳ giao thời giữa gió Đông Bắc yếu dần, gió Tây và Tây Nam bắt đầu hoạt động mạnh dần lên và thổi suốt đến tháng XI hàng năm. Tốc độ gió lớn nhất trong mùa đông là 1,9m/s, tốc độ gió lớn nhất trong mùa hè là 2,7m/s. Gió Tây khô nóng thương thổi vào tháng V ÷ VII, một năm thường có 5 ÷7 đợt, mỗi đợt kéo dài từ 5 ÷ 6 ngày.

Tốc độ gió từ 1,8 ÷ 2,0 m/s, đặc điểm là gió này rất khô. Trong mùa gió Tây và Tây Nam thường xảy ra bão và áp thấp nhiệt đới. là vùng nằm sát với vịnh Bắc Bộ nên ảnh hưởng bão và mưa do bão gây nên ở đây là thường xuyên. Có năm hai, ba trận bão liên tiếp đổ bộ trực tiếp vào vùng, cũng có năm không có trận nào, bình quân mỗi năm có từ 0,8 ÷ 1 cơn bão đổ bộ vào vùng sông Nghèn và có từ 1,2 ÷ 1,4 lần bão và ảnh hưởng mưa do bão gây nên.

Bão thường xuất hiện muộn hơn vùng Bắc Bộ từ 20 ÷ 30 ngày và xuất hiện nhiều vào tháng X hàng năm. Tốc độ bão đổ bộ vào vùng thường là cấp 10, giật trên cấp 10. Bão thường gây ra mưa lớn. Những trận mưa lớn gây ngập lụt với diện rộng trong vùng là mưa do bão gây nên.

Tốc độ gió trung bình năm 2,3 m/s tại Kỳ Anh, 1,7 m/s tại Hà Tĩnh, 1,6m/s tại Hương Khê. Tốc độ gió lớn nhất khi có bão đạt 48 m/s ngày 8/X/1964, 40m/s tại Hà Tĩnh. Vùng núi cao ảnh hưởng của bão giảm đi tốc độ gió lớn nhất đạt từ 25  30m/s. Hướng gió mùa đông là hướng Đông Bắc, mùa hè thịnh hành gió Tây Nam hoặc gió Đông Nam.6 Bão và các hiện tượng cực đoan Hà Tĩnh hàng năm thường bị ảnh hưởng trực tiếp của bão, áp thấp nhiệt đới, dông lốc, nước dâng trong bão.

Hàng năm tỉnh chịu sự ảnh hưởng từ 1 ÷ 2 cơn bão đổ bộ đạt tỷ lệ là 59%, từ 3 ÷ 4 cơn bão đạt 8%. Trong năm số trận bão đổ bộ, ảnh hưởng tới vùng nhiều nhất vào tháng IX chiếm tỷ lệ 65%, tháng X là 37%, thángVII là 20% trong mùa bão từ tháng VII tới tháng XI. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.