Tổng quan nghiên cứu

Sóng thần là hiện tượng thiên nhiên nguy hiểm, có thể gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Theo ước tính, các trận sóng thần lớn trên thế giới đã từng gây ra hàng trăm nghìn người thiệt mạng, như trận động đất ngoài khơi đảo Sumatra năm 2004 với cường độ hơn 9,0 độ Richter tạo ra sóng thần cao hơn 12m, làm hơn 283.000 người chết và mất tích. Tại Việt Nam, vùng biển Đông và lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai là khu vực có nguy cơ chịu ảnh hưởng sóng thần do đặc điểm địa chất và địa hình phức tạp. Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán số TELEMAC 2D nhằm mô phỏng sự lan truyền sóng thần từ một vị trí giả định ngoài khơi biển Đông đến khu vực ven bờ và nội thành TP. Hồ Chí Minh có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá rủi ro và hỗ trợ công tác cảnh báo, giảm thiểu thiệt hại.

Mục tiêu nghiên cứu là vận dụng mô hình toán số TELEMAC 2D để tính toán thời gian lan truyền, chiều cao sóng thần và đánh giá ảnh hưởng của sóng thần đến khu vực ven biển và nội thành TP. Hồ Chí Minh, đặc biệt lưu vực kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khu vực biển Đông và lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai, với thời gian thực hiện từ tháng 6/2013 đến tháng 6/2014. Kết quả mô phỏng với bốn kịch bản động đất khác nhau cung cấp dữ liệu định lượng về đặc trưng sóng thần theo không gian và thời gian, hỗ trợ các cơ quan chức năng trong việc cảnh báo và ứng phó kịp thời.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết sóng nước nông và phương trình Saint-Venant để mô phỏng dòng chảy mặt nước hai chiều. Mô hình toán số TELEMAC 2D được sử dụng để giải hệ phương trình Saint-Venant, bao gồm các yếu tố như lan truyền sóng dài, ảnh hưởng phi tuyến, lực Coriolis, tác động của gió và ma sát đáy. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Sóng thần: Chuỗi các đợt sóng dài sinh ra do biến động địa chấn đột ngột dưới đáy biển, có bước sóng từ 50-700 km và vận tốc lan truyền phụ thuộc độ sâu đáy biển.
  • Động đất kiến tạo: Nguyên nhân chủ yếu gây ra sóng thần, với các trận động đất có cường độ trên 6,5 độ Richter mới có khả năng tạo sóng thần nguy hiểm.
  • Phương trình Saint-Venant: Hệ phương trình mô tả dòng chảy mặt nước trung bình theo chiều sâu, được giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn hoặc thể tích hữu hạn trong TELEMAC 2D.
  • Mô hình toán số TELEMAC 2D: Hệ thống mô phỏng thủy động lực học hai chiều, giải các phương trình dòng chảy và lan truyền sóng, có khả năng xử lý các hiện tượng phức tạp như vùng ngập triều, dòng chảy tới hạn, và tương tác với công trình thủy lợi.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu bao gồm số liệu khí tượng thủy văn, địa hình đáy biển và bờ, lưu lượng dòng chảy tại các trạm quan trắc trên sông Sài Gòn và Đồng Nai, cùng các thông số động đất giả định. Dữ liệu địa hình được tổng hợp từ DEM 25x25m, số liệu mực nước biển từ Trung tâm Dữ liệu Hải dương học Anh, và số liệu lưu lượng từ các trạm Dầu Tiếng, Trị An.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình toán số TELEMAC 2D với lưới tính toán phi cấu trúc gồm 221.859 nút và 433.005 phần tử tam giác, chia thành các vùng ngoài biển, cửa sông và nội thành TP. Hồ Chí Minh. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định bằng dữ liệu thực đo mực nước trong trận lũ năm 2007 tại các trạm Biên Hòa, Nhà Bè, Phú An và Thủ Dầu Một, cho kết quả sai số nhỏ, đảm bảo độ tin cậy.

Timeline nghiên cứu kéo dài 12 tháng, từ tháng 6/2013 đến tháng 6/2014, bao gồm các bước thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh, mô phỏng các kịch bản động đất sóng thần và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Lan truyền sóng thần đến ven biển: Mô phỏng cho thấy sóng thần từ vị trí giả định cách bờ biển Vũng Tàu 200 km về phía Đông Nam có thể lan truyền đến khu vực ven biển Sài Gòn – Đồng Nai trong khoảng 1,5 đến 2 giờ tùy theo cấp độ động đất. Động đất cấp 7,6 độ Richter tạo ra sóng thần với chiều cao tối đa khoảng 1,2 m tại cửa sông Soài Rạp, trong khi cấp 8,0 độ Richter có thể gây sóng cao đến 2,0 m.

  2. Ảnh hưởng trong lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai: Sóng thần có khả năng lan truyền sâu vào hệ thống sông, gây dao động mực nước tại các vị trí như Ngã Ba Đèn Đỏ, Phà Cát Lái và cầu Đồng Nai với biên độ dao động tăng theo cấp độ động đất. Mực nước dao động tại một số vị trí có thể tăng lên đến 1,5 lần so với mực nước bình thường trong mùa lũ.

  3. Ảnh hưởng đến nội thành TP. Hồ Chí Minh: Khu vực lưu vực kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè chịu ảnh hưởng rõ rệt, với mức ngập lớn nhất tại một số tuyến đường có thể lên đến 0,5 m trong kịch bản động đất cấp 8,0 độ Richter. Thời gian sóng thần xuất hiện tại nội thành dao động từ 2,5 đến 3 giờ sau khi xảy ra động đất.

  4. So sánh các kịch bản động đất: Kết quả mô phỏng bốn kịch bản động đất với cấp độ từ 7,0 đến 8,0 độ Richter cho thấy chiều cao sóng và thời gian lan truyền tăng theo cấp độ động đất. Sự khác biệt về chiều cao sóng tại các vị trí ven sông có thể lên đến 40%, cho thấy tầm quan trọng của việc xác định chính xác cấp độ động đất trong dự báo sóng thần.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự lan truyền sóng thần sâu vào nội địa là do đặc điểm địa hình sông ngòi phức tạp và độ sâu biến đổi lớn trong lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai. So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung mô phỏng sóng thần lan truyền đến ven biển, nghiên cứu này mở rộng phạm vi đến khu vực nội thành, cung cấp dữ liệu quan trọng cho công tác phòng chống thiên tai.

Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ dao động mực nước theo thời gian tại các trạm quan trắc, bản đồ phân bố chiều cao sóng thần và bản đồ ngập lụt tại nội thành TP. Hồ Chí Minh. So sánh với các nghiên cứu quốc tế sử dụng mô hình tương tự cho thấy mô hình TELEMAC 2D có độ chính xác cao và phù hợp với điều kiện địa hình phức tạp của khu vực nghiên cứu.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng hệ thống cảnh báo sóng thần, giúp các cơ quan chức năng đưa ra quyết định kịp thời nhằm giảm thiểu thiệt hại cho cộng đồng dân cư và phát triển bền vững vùng ven biển và nội thành.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống cảnh báo sóng thần tích hợp: Áp dụng kết quả mô phỏng để phát triển hệ thống cảnh báo sớm cho khu vực ven biển và nội thành TP. Hồ Chí Minh, nhằm giảm thiểu thiệt hại do sóng thần gây ra. Thời gian thực hiện trong vòng 2 năm, chủ thể là các cơ quan quản lý thiên tai và thủy lợi.

  2. Cập nhật và mở rộng mô hình mô phỏng: Tiếp tục hiệu chỉnh mô hình TELEMAC 2D với dữ liệu thực tế mới và mở rộng phạm vi mô phỏng đến các khu vực lân cận, nâng cao độ chính xác dự báo. Thời gian thực hiện 1-3 năm, do các viện nghiên cứu và trường đại học chủ trì.

  3. Tuyên truyền và đào tạo cộng đồng: Tổ chức các chương trình đào tạo, tập huấn về nhận biết và ứng phó với sóng thần cho người dân tại các khu vực nguy cơ cao, đặc biệt là nội thành TP. Hồ Chí Minh. Thời gian triển khai liên tục, chủ thể là chính quyền địa phương và các tổ chức xã hội.

  4. Xây dựng quy hoạch đô thị và hạ tầng thích ứng: Đề xuất các giải pháp quy hoạch và xây dựng hạ tầng chống ngập, tăng cường khả năng chịu đựng của các công trình trong khu vực nội thành trước tác động của sóng thần. Thời gian thực hiện dài hạn, phối hợp giữa các sở ngành xây dựng và quy hoạch.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý thiên tai và phòng chống lụt bão: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng hệ thống cảnh báo và kế hoạch ứng phó với sóng thần, giảm thiểu thiệt hại cho cộng đồng.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy lợi, thủy văn: Tham khảo phương pháp mô phỏng và kết quả để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về mô hình thủy lực và tác động thiên tai.

  3. Chính quyền địa phương và các đơn vị quy hoạch đô thị: Áp dụng dữ liệu mô phỏng để quy hoạch phát triển đô thị, xây dựng hạ tầng chống ngập và tăng cường khả năng chống chịu thiên tai.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội tại khu vực ven biển và nội thành TP. Hồ Chí Minh: Nắm bắt thông tin về nguy cơ sóng thần và các biện pháp phòng tránh, nâng cao nhận thức và khả năng ứng phó khi xảy ra sự cố.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình TELEMAC 2D có ưu điểm gì trong mô phỏng sóng thần?
    TELEMAC 2D giải hệ phương trình Saint-Venant với khả năng mô phỏng dòng chảy hai chiều, bao gồm các hiện tượng phi tuyến, tác động của gió, ma sát đáy và lực Coriolis. Mô hình có thể xử lý địa hình phức tạp và vùng ngập triều, phù hợp với nghiên cứu lan truyền sóng thần trong lưu vực sông và ven biển.

  2. Sóng thần có thể lan truyền sâu vào nội thành TP. Hồ Chí Minh không?
    Kết quả mô phỏng cho thấy sóng thần có thể lan truyền sâu vào lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai, ảnh hưởng đến nội thành TP. Hồ Chí Minh, đặc biệt khu vực kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè với mức ngập có thể lên đến 0,5 m trong kịch bản động đất mạnh.

  3. Thời gian sóng thần lan truyền từ ngoài khơi đến nội thành là bao lâu?
    Thời gian lan truyền sóng thần từ vị trí giả định ngoài khơi biển Đông đến ven biển khoảng 1,5-2 giờ, và đến nội thành TP. Hồ Chí Minh khoảng 2,5-3 giờ, tùy thuộc vào cấp độ động đất và điều kiện địa hình.

  4. Các kịch bản động đất được lựa chọn như thế nào?
    Nghiên cứu sử dụng bốn kịch bản động đất với cấp độ từ 7,0 đến 8,0 độ Richter, dựa trên các vùng nguồn động đất có khả năng gây sóng thần trong khu vực biển Đông, nhằm đánh giá ảnh hưởng đa dạng của sóng thần.

  5. Làm thế nào để ứng dụng kết quả nghiên cứu vào công tác phòng chống thiên tai?
    Kết quả mô phỏng cung cấp dữ liệu định lượng về thời gian và chiều cao sóng thần, giúp các cơ quan chức năng xây dựng hệ thống cảnh báo sớm, quy hoạch đô thị và tổ chức đào tạo cộng đồng nhằm giảm thiểu thiệt hại do sóng thần gây ra.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã thành công trong việc ứng dụng mô hình toán số TELEMAC 2D để mô phỏng sự lan truyền sóng thần từ vị trí giả định ngoài khơi biển Đông đến khu vực ven biển và nội thành TP. Hồ Chí Minh.
  • Kết quả mô phỏng với bốn kịch bản động đất khác nhau cho thấy sóng thần có thể gây ảnh hưởng đáng kể đến lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai và khu vực nội thành, đặc biệt là lưu vực kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè.
  • Thời gian lan truyền sóng thần từ nguồn đến nội thành dao động từ 2,5 đến 3 giờ, đủ để triển khai các biện pháp cảnh báo và ứng phó.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng hệ thống cảnh báo sóng thần và quy hoạch phát triển đô thị thích ứng với thiên tai.
  • Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng mô hình, cập nhật dữ liệu thực tế và triển khai các giải pháp phòng chống dựa trên kết quả nghiên cứu.

Hành động khuyến nghị: Các cơ quan quản lý và nghiên cứu nên phối hợp triển khai hệ thống cảnh báo sóng thần và đào tạo cộng đồng nhằm nâng cao khả năng ứng phó với thảm họa thiên nhiên tại khu vực TP. Hồ Chí Minh và vùng lân cận.