Tài liệu Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để thiết lập phương pháp cảnh báo lũ quét thời gian thực cho khu vực miền núi tỉnh thanh hóa

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI ------------------------------------ LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỂ THIẾT LẬP PHƯƠNG PHÁP CẢNH BÁO LŨ QUÉT THỜI GIAN THỰC CHO KHU VỰC MIỀN NÚI TỈNH THANH HÓA CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC NGUYỄN CÔNG TRƯỜNG HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI ------------------------------------ LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỂ THIẾT LẬP PHƯƠNG PHÁP CẢNH BÁO LŨ QUÉT THỜI GIAN THỰC CHO KHU VỰC MIỀN NÚI TỈNH THANH HÓA NGUYỄN CÔNG TRƯỜNG CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC MÃ SỐ: 62440224 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÃ THANH HÀ HÀ NỘI, NĂM: 2017 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS Lã Thanh Hà Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Thanh Hùng Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS Lương Tuấn Anh Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày 27 tháng 12 năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Công Trường MSHV: 1698010035 Hiện đang là học viên lớp CH-2AT chuyên ngành Thủy văn học thuộc Khoa Khí tượng Thủy văn – Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Với luận văn: “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để thiết lập phương pháp cảnh báo lũ quét thời gian thực cho khu vực miền núi tỉnh Thanh Hóa” Tôi xin cam đoan: các nội dung, số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố dưới bất kỳ hình thức nào khác. Hà Nội,ngày 04 tháng 12 năm 2017 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Học viên thực hiện Nguyễn Công Trường ii LỜI CẢN ƠN Để hoàn thành được luận văn này, em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới: PGS.TS Lã Thanh Hà, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi Khí hậu, Thầy hướng dẫn khoa học cho luận văn của em, những điều đạt được trong luận văn này là những kiến thực vô cùng quý báu mà Thầy đã tận tình chỉ dẫn cho em trong suốt thời gian làm luận văn. Quý Thầy, Cô trong Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Đặc biệt là Thầy, Cô trong Khoa Khí tượng Thủy văn đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp. Lãnh đạo, đồng nghiệp tại Đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Đồng Bằng Bắc Bộ đã tạo điều kiện cho em trong quá trình tham gia và hoàn thành khóa học Trong quá trình làm luận văn do giới hạn về thời gian cũng như hạn chế về nguồn số liệu nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự cảm thông và những ý kiến đóng góp quý báu của Thầy, Cô để em có thể hoàn thiện luận văn tốt nghiệp này. Xin trân trọng cảm ơn. Học viên Nguyễn Công Trường iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN................................................................................................................................. i LỜI CẢN ƠN ....................................................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT................................................................. vi DANH MỤC BẢNG .........................................................................................................................vii DANH MỤC HÌNH .........................................................................................................................viii THÔNG TIN LUẬN VĂN ................................................................................................................ x MỞ ĐẦU ............................................................................................................................................... 1 1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của Luận văn .................................................................. 1 1.1. Cơ sở khoa học ......................................................................................................... 1 1.2. Cơ sở thực tiễn .......................................................................................................... 2 2. Mục tiêu của Luận văn ................................................................................................ 3 3. Xác định phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 3 4. Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu kỹ thuật............................................................. 4 5. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................... 5 6. Bố cục của Luận văn ................................................................................................... 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CẢNH BÁO LŨ QUÉT...................... 7 I. Nhận dạng lũ quét ........................................................................................................ 7 1.1. Khái niệm về lũ quét................................................................................................. 7 1.2. Phân biệt lũ thường và lũ quét .................................................................................. 8 1.3. Phân loại lũ quét ....................................................................................................... 9 1.3.1. Phân loại dựa vào nguyên nhân hình thành ........................................................... 9 1.3.2. Phân loại lũ quét theo tính chất của dòng chảy ................................................... 10 1.3.3. Phân loại theo dạng và nguồn gốc phát sinh ....................................................... 11 1.3.4. Lũ ống – dạng lũ quét tổng hợp ........................................................................... 12 II. Tổng quan một số phương pháp cảnh báo và dự báo lũ quét ................................... 13 2.1. Khái niệm cảnh báo và dự báo lũ quét ................................................................... 13 2.2. Phân loại cảnh báo lũ quét ...................................................................................... 15 III. Tổng quan các phương pháp cảnh báo lũ quét hiện có ........................................... 17 3.1. Các phương pháp cảnh báo lũ quét trên thế giới .................................................... 17 3.1.1. Nguyên tắc chung ................................................................................................ 17 3.1.2. Giới thiệu một số hệ thống cảnh báo lũ quét ....................................................... 19 iv 3.2. Hệ thống cảnh báo lũ quét ở Việt Nam .................................................................. 29 3.2.1. Phương pháp cảnh báo đại thể ............................................................................. 29 3.2.2. Phương pháp cảnh báo trên cơ sở thông tin về mưa ........................................... 29 3.3. Phân tích lựa chọn phương pháp cảnh báo lũ quét ................................................. 31 3.3.1. Nguyên tắc chung ................................................................................................ 31 3.3.2. Thiết kế hoạt động của hệ thống cảnh báo lũ quét ở lưu vực sông theo phương pháp ALERT (WMO) .................................................................................................... 33 3.3.2.1. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cảnh báo ..................................................33 3.3.2.2. Sơ đồ quản lý và điều hành hệ thống cảnh báo lũ quét ....................................33 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ HIỆN TRẠNG LŨ QUÉT TẠI KHU VỰC 3 HUYỆN MƯỜNG LÁT, QUAN SƠN, QUAN HÓA TỈNH THANH HÓA ...................... 35 2.1. Đặc điểm tự nhiên 3 huyện Quan Hóa, Quan Sơn và Mường Lát tỉnh Thanh Hóa 35 2.1.1.Đặc điểm tự nhiên huyện Quan Hóa .................................................................... 35 2.1.1.1.Vị trí địa lý .........................................................................................................35 2.1.1.2. Địa hình địa chất ..............................................................................................36 2.1.1.3 Thủy văn tài nguyên nước .................................................................................38 2.1.2. Đặc điểm tự nhiên huyện Quan Sơn .................................................................... 39 2.1.2.1.Vị trí địa lý .........................................................................................................39 2.1.2.2. Địa hình, địa chất ..............................................................................................40 2.1.2.3. Thủy văn và tài nguyên nước ...........................................................................41 2.1.3. Đặc điểm tự nhiên huyện Mường Lát ................................................................. 42 2.1.3.1. Vị trí địa lý ........................................................................................................42 2.1.3.2. Địa hình, địa chất ..............................................................................................43 2.1.3.3. Khí hậu, thời tiết ...............................................................................................44 2.1.3.4 Thủy văn và tài nguyên nước ............................................................................44 2.2. Tổng quan diễn biến lũ quét tại Thanh Hóa ........................................................... 45 2.2.1. Tình hình quan trắc và mạng lưới trạm trong khu vực nghiên cứu ..................... 45 2.2.2. Hiện trạng lũ quét trên địa bàn toàn tỉnh Thanh Hóa .......................................... 46 2.2.2.1. Các hình thế gây mưa lũ ở Thanh Hóa: ............................................................46 2.2.2.2. Hiện trạng lũ quét trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa: ..............................................47 2.2.2.3. Nguyên nhân hình thành lũ quét ở vùng núi Thanh Hóa .................................48 2.2.3. Hiện trạng lũ quét và tình hình thiệt hại trên địa bàn 3 huyện Mường Lát, Quan v Sơn, Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa ................................................................................... 50 2.2.3.1. Nguồn số liệu thu thập ......................................................................................50 2.2.3.2. Thống kê các trận lũ quét và thiệt hại trên địa bàn 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa ...................................................................................51 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP CẢNH BÁO LŨ QUÉT THỜI GIAN THỰC CHO KHU VỰC 3 HUYỆN MƯỜNG LÁT, QUAN SƠN, QUAN HÓA TỈNH THANH HÓA .................................................................................................................................... 52 3.1. Xác định ngưỡng gây lũ quét ...................................................................................................... 52 3.1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................ 52 3.1.2. Một số phương pháp xác định ngưỡng mưa ........................................................ 53 3.2. Xác định ngưỡng gây lũ quét cho khu vực nghiên cứu ............................................................ 54 3.2.1. Lựa chọn phương pháp ........................................................................................ 54 3.2.2. Cơ sở khoa học của phương pháp ....................................................................... 54 3.2.3. Các bước thực hiện .............................................................................................. 56 3.2.4 .Kết quả xác định ngưỡng mưa cho các trạm đo mưa .......................................... 56 3.2.4.1. Lựa chọn trạm mưa điển hình cho lưu vực ......................................................56 3.2.4.2. Xây dựng biểu đồ mưa các trận mưa lớn nhất năm của 4 trạm đo mưa...........57 3.2.4.3. Lập quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa lớn nhất thời đoạn trong các trận mưa lớn nhất năm cho 4 trạm đo mưa ...........................................63 3.2.4.4. Xây dựng đường tới hạn CL theo các cấp ngưỡng mưa để xác định mức báo động tương ứng cho mỗi trạm mưa ...............................................................................67 3.2.4.5. Xác định mức báo động cho 15 trạm đo mưa thuộc 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa...............................................................................................................72 3. Lập phương án cảnh báo lũ quét cho 15 trạm đo mưa .............................................. 79 3.3.1. Xác lập thời gian bắt đầu và kết thúc trận mưa ................................................... 79 3.3.2. Xây dựng thuật toán cảnh báo ............................................................................. 80 3.4. Xây dựng phần mềm điều hành cảnh báo lũ quét cho 15 vị trí đặt trạm đo mưa .................. 82 3.4.1 Sơ đồ liên kết của phần mềm điều hành hệ thống cảnh báo lũ quét .................... 82 3.4.2 Các phương án thiết lập hệ thống cảnh báo.......................................................... 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................................ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................................. 86 PHỤ LỤC ........................................................................................ Error! Bookmark not defined. vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT WMO World Meteorology Organisation - Tổ chức khí tượng thế giới FFG Flash Flood Guidance - Ngưỡng mưa sinh lũ quét LFWS Local Flood Warning Subsystems-Hệ thống cảnh báo lũ ALERT IFLOWS EFFS FFGS Automated Local Evaluation in Real Time – Hệ thống cảnh báo lũ quét thời gian thực Integrated Flood Observing and Warning System Hệ thống tích hợp quan trắc và cảnh báo lũ European Flood/Flash Flood Forecasting System Hệ thống dự báo lũ quét Châu Âu flash flood guidance system - Hệ thống hướng dẫn lũ quét AWS Automatic Weather Station - Trạm đo thời tiết tự động BoM Bureau of Meteorology - Cục Khí tượng Bureau KTTV Khí tượng Thủy văn ATNĐ Áp thấp nhiệt đới PCTT Phòng chống thiên tai PCTT&TKCN Phòng chống thiên tai và tìm kiếm cứu nạn KHKTTV Khoa học Khí tượng Thủy văn KT-KT Kinh tế kĩ thuật QT Quan trắc E (j/m2) Động năng mưa r Chỉ số xói mòn CL Critcal Line - Đường tới hạn Critcal Line K Trọng số mưa X 1 ngày max (mm) Lượng mưa 1 ngày lớn nhất vii DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Quan hệ thời đoạn mưa và ngưỡng gây lũ quét ............................................53 Bảng 3.2: Quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa trận lớn nhất năm trạm Hồi Xuân ...............................................................................................................63 Bảng 3.3: Quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa trận lớn nhất năm trạm Bái Thượng............................................................................................................64 Bảng 3.4: Quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa trận lớn nhất năm trạm Yên Định ...............................................................................................................65 Bảng 3.5: Quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa trận lớn nhất năm trạm Lạc Sơn..................................................................................................................66 Bảng 3.6: Tính toán hệ số thu phóng của 15 vị trí đo mưa theo trạm gốc Hồi Xuân (X1 ngày lớn nhất 135 mm) ..................................................................................................75 Bảng 3.7: Tính toán quan hệ báo động các cấp cho 15 vị trí đo mưa thuộc 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa .................................................................................76 Bảng 3.8: Số liệu mưa trạm Thành Sơn ........................................................................81 viii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống cảnh báo và phòng tránh lũ quét.............................................................. 34 Hình 2.1. Bản đồ vị trí huyện Quan Hóa .......................................................................35 Hình 2.2. Bản đồ địa 3D hình huyện Quan Hóa............................................................36 Hình 2.3: Bản đồ mạng lưới sông ngòi huyện Quan Hóa .............................................39 Hình 2.4:Bản đồ vị trí huyện Quan Sơn …………………………………………….40 Hình 2.5: Bản đồ địa hình 3D huyện Quan Sơn ............................................................41 Hình 2.6: Bản đồ mạng lưới sông ngòi huyện Quan Sơn……………………………..42 Hình 2.7:Bản đồ vị trí huyện Mường Lát ......................................................................43 Hình 2.8: Bản đồ địa hình 3D huyện Mường Lát ..........................................................43 Hình 2.9: Bản đồ mạng lưới sông ngòi huyện Mường Lát ...........................................45 Hình 2.10: Bản đồ hệ thống mạng lưới các trạm khí tượng trong khu vực nghiên cứu 46 Hình 2.11: Bản đồ hiện trạng lũ quét tỉnh Thanh Hóa ..................................................47 Hình 3.1: Biểu đồ quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạnvà cường độ mưa lớn nhất thời đoạn trong các trận mưa thực đo ...................................................................................55 Hình 3.2: Bản đồ vị trí các trạm Khí tượng dùng để tính toán ngoại suy ngưỡng mưa cho khu vực dự án..........................................................................................................57 Hình 3.3: Các biểu đồ quá trình mưa lớn nhất năm (1986-2015) trạm Hồi Xuân ........62 Hình 3.4: Biểu đồ quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa lớn nhất và đường CL trạm Hồi Xuân ..............................................................................................68 Hình 3.5: Biểu đồ quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa lớn nhất và đường CL trạm Bái Thượng ..........................................................................................68 Hình 3.6: Biểu đồ quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa lớn nhất và đường CL trạm Yên Định ..............................................................................................69 Hình 3.7: Biểu đồ quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa lớn nhất và đường CL trạm Lạc Sơn ................................................................................................69 ình 3.8: Biểu đồ trung bình cấp Báo động 1 từ 4 trạm Hồi Xuân, Bái Thượng, Yên Định, Lạc Sơn ................................................................................................................71 Hình 3.9: Biểu đồ trung bình cấp Báo động 2 của 4 trạm Hồi Xuân, Bái Thượng, Yên Định, Lạc Sơn ................................................................................................................71 Hình 3.10: Biểu đồ trung bình cấp Báo động 3 của 4 trạm Hồi Xuân, Bái Thượng, Yên Định, Lạc Sơn ................................................................................................................72 ix Hình 3.11: Bản đồ đẳng trị mưa 1 ngày lớn nhất huyện Mường Lát ............................74 Hình 3.12: Bản đồ đẳng trị mưa 1 ngày lớn nhất huyện Quan Hóa ..............................74 Hình 3.13: Bản đồ đẳng trị mưa 1 ngày lớn nhất huyện Quan Sơn ..............................75 Hình 3.14:Biểu đồ quan hệ dự báo theo 3 cấp báo động tại 15 xã thuộc 3 huyện Mường Lát , Quan Sơn, Quan Hóa ................................................................................79 Hình 3.15 : Nhận dạng một trận mưa cảnh báo lũ quét .................................................80 Hình 3.16 : Sơ đồ liên kết phần mềm điều hành hệ thống cảnh báo lũ quét ......................83 x THÔNG TIN LUẬN VĂN Họ và tên học viên: Nguyễn Công Trường Lớp : CH - 2AT Khóa: 2016 - 2018 Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Lã Thanh Hà Tên đề tài: “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để thiết lập phương pháp cảnh báo lũ quét thời gian thực cho khu vực miền núi tỉnh Thanh Hóa” Tóm tắt: Việt Nam là một trong số những quốc gia nằm trong khu vực thường xuyên bị ảnh hưởng của các thiên tai như: Bão, lũ, lốc, nước dâng, úng, hạn, động đất, sạt lở đất, cháy rừng, trong đó đặc biệt là hiện tượng lũ quét. Trong điều kiện biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra khá gay gắt thì vấn đề lũ quét ngày càng trở nên nguy hiểm, khốc liệt hơn. Vì vậy, trong điều kiện hiện nay cần phải chọn một hệ thống cảnh báo lũ quét cho phù hợp với điều kiện từng vùng, từng khu vực. Luận văn trình bày được kết quả thiết lập phương pháp cảnh báo lũ quét thời gian thực cho 3 huyện miền núi phía tây tỉnh Thanh Hóa có nguy cơ lũ quét cao nhất, bao gồm 3 huyện: Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa. Trong phương pháp cảnh báo lũ quét tác giả dùng phương pháp xác định ngưỡng mưa để làm tiêu chí cho cảnh báo, là thông số chìa khóa để xác định thời điểm gây lũ quét. Để xác định được ngưỡng mưa cho 15 trạm đo mưa thuộc 3 huyện, luận văn đã áp dụng phương pháp theo chỉ dẫn của Bộ Giao thông, Hạ tầng cơ sở của Nhật Bản trên cơ sở sử dụng số liệu mưa thực đo ở các trạm đo mưa tự ghi. Đồng thời, luận văn đã thiết lập được phần mềm điều hành hệ thống cảnh báo lũ quét theo thời gian thực nhằm phục vụ công tác phòng tránh lũ quét hàng năm theo các cấp báo động. 1 MỞ ĐẦU 1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của Luận văn 1.1. Cơ sở khoa học Hiện tượng lũ núi, lũ bùn - nước xảy ra cực nhanh, có sức tàn phá lớn thường gọi là lũ quét, xảy ra trên quy mô toàn cầu, đặc biệt trong khoảng vài chục năm trở lại đây, đã gây ra những tổn thất nghiêm trọng về người, tài sản và hủy hoại môi trường sống. Hiện tượng lũ quét được coi là một thiên tai đặc thù có liên quan trực tiếp đến diễn biến chế độ Khí tượng Thủy văn tự nhiên kết hợp với điều kiện mặt đệm và tác động của con người. Do mối quan hệ phức tạp này, thiên tai lũ quét không thể được ngăn ngừa một các triệt để mà chỉ có thể hạn chế thiệt hại đến mức thấp nhất kể cả biện pháp công tình và phi công trình. Vì lý do như vậy, hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu để đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác hại của lũ quét. Tuy nhiên ở các mức độ khác nhau, các phương pháp dự báo, cảnh báo lũ quét vẫn còn nhiều tồn tại, chưa đáp ứng được yêu cầu phòng tránh lũ quét, đặc biệt đối với khu vực miền núi, nơi còn thiếu các thông tin trợ giúp như mạng lưới thu thập số liệu, mức độ chi tiết các điều kiện mặt đệm. Để việc thực thi mọi biện pháp phòng tránh lũ quét một cách có hiệu quả nhất, các nước đều rất chú trọng tới giải pháp phi công trình, trọng tâm là nhiệm vụ cảnh báo và dự báo. Dự báo phải kịp thời, chính xác và phải phối hợp với các kế hoạch, chương trình để ra các thông tin dự báo, cảnh báo cho dân chúng, trong đó có cả hướng dẫn cho họ hiểu rõ phải làm gì, như thế nào khi biết các thông tin dự báo. Ví dụ như phải lo phòng chống, tránh, sơ tán,... ở những vùng bị lũ quét trực tiếp đe dọa. Công tác cảnh báo, dự báo phải được xem là biện pháp phi công trình quan trọng bậc nhất để quản lý khu vực, giảm thiệt hại. Phương pháp cảnh báo cần phải tức thời: Có thể áp dụng linh hoạt phương pháp Alert cho hình thức cảnh báo này. Tin cảnh báo được thực hiện khi mưa và mực nước đã xuất hiện với xu thế tăng về cường độ và thời gian kéo dài có khả năng xảy ra lũ quét. Để thực hiện được cảnh báo này cần có các thiết bị đo được lưu trữ liên tục và tự động truyền số liệu diễn biến mưa đến người phát tin cảnh báo. Các thông tin cảnh báo lũ quét truyền đến trực tiếp cho người dân theo hình thức nghe được, nhìn thấy được qua các phương tiện: loa, kẻng, đèn tín hiệu, đuốc, hoặc 2 truyền qua điện thoại hữu tuyến nếu có. Trong trường hợp đối với các hộ dân ở vùng không nghe, nhìn thấy được thiết bị báo động thì có thể dùng phương tiện đơn giản (chạy bộ, ngựa, …) để thông báo. Trong luận văn này, học viên mong muốn xây dựng một phương pháp cảnh báo lũ quét dựa trên việc bố trí thiết lập mạng lưới đo đạc các thông tin đầu vào kết hợp với các thông tin chi tiết về điều kiện địa hình, địa chất…. để ra các bản tin cảnh báo theo thời gian thực ở một khu vực cụ thể. 1.2. Cơ sở thực tiễn Việt Nam là một trong số những quốc gia nằm trong khu vực thường xuyên bị ảnh hưởng của các thiên tai như: Bão, lũ, lốc, nước dâng, úng, hạn, động đất, sạt lở đất, cháy rừng, trong đó đặc biệt là hiện tượng lũ quét. Trong điều kiện biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra khá gay gắt thì vấn đề lũ quét ngày càng trở nên nguy hiểm, khốc liệt hơn. Số liệu thống kê tình hình lũ quét trong tỉnh Thanh Hóa cho thấy, lũ quét là một hiện tượng Khí tượng Thuỷ văn nguy hiểm gây thiệt hại trước hết là tính mạng con người nên cần phải có các biện pháp giảm thiểu càng sớm càng tốt. Trong khoảng chục năm trở lại đây, chu kỳ lặp lại (tái diễn) của lũ quét có xu hướng ngày càng ngắn, cường độ lũ tăng và xuất hiện nhiều vị trí mới, gây bất ngờ cho nhiều địa phương, khu vực, đặc biệt là các huyện miền núi của tỉnh Thanh Hóa. Mức độ thiệt hại về người do lũ quét gây ra đều vượt xa so với các thiên tai khác như bão, lũ và tập trung chủ yếu xảy ra ở khu vực dân cư vùng sâu, vùng xa, nơi sinh sống chủ yếu là cộng đồng các dân tộc ít người. Chỉ tính trong vòng 10 năm gÇn ®©y ở các huyện miền núi tỉnh Thanh Hóa đã xảy ra 3 trận lũ quét ảnh hưởng trực tiếp tới các vùng dân cư, làm chết 9 người, bị thương 5 người; 39 căn hộ bị trôi; 12 căn nhà bị ngập, hư hại nặng và các công trình giao thông thủy lợi, dân sinh kinh tế bị hư hỏng nặng. Điển hình năm 2005, trên địa bàn các huyện miền núi Thanh Hóa đã xảy ra 2 trận lũ quét ở huyện Thường Xuân và Quan Hóa , làm chết 8 người, bị thương 1 người, làm sạt lở và ách tắc hàng chục km đường giao thông, cuốn trôi 17 ngôi nhà, 76 đập loại nhỏ, hàng trăm cột điện... hàng chục ha đất canh tác bị mất vĩnh viễn. Năm 2007 lũ quét xảy ra tại 6 xã ở huyện Bá Thước và Bát Mọt, Thường Xuân. Trước tình hình nguy cơ lũ quét có xu hướng tăng về độ lặp lại, tăng về diện và cường độ nguy hiểm, ngày 21 tháng 11 năm 2013 UBND Tỉnh Thanh Hóa đã ban hành Quyết định số 4110/QĐ –UBND: “Về việc ban hành Kế hoạch hành động thực hiện Nghị quyết số 24-NQ/TW ngày 3/6/2013, Hội nghị lần thứ 7 BCH Trung ương 3 Đảng khóa XI về chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu, tăng cường quản lý tài nguyên, bảo vệ môi trường”. Do vậy, trong điều kiện hiện nay ở Việt Nam nói chung và ở Thanh Hóa nói riêng cần phải chọn một hệ thống cảnh báo lũ quét cho phù hợp với điều kiện từng vùng, từng khu vực và căn cứ điều kiện kinh tế - kỹ thuật hiện có. Từ những lý do nêu trên, trong Luận văn đề xuất xây dựng một hệ thống cảnh báo lũ quét có tính khả thi cho các huyện miền núi tỉnh Thanh Hóa, trước mắt cho 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa là những khu vực có nguy cơ lũ quét cao nhất. 2. Mục tiêu của Luận văn Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn để thiết lập phương pháp cảnh báo lũ quét có tính khả thi, hiệu quả cao giúp tạo môi trường sống an toàn hơn cũng như giảm thiểu thiệt hại do lũ quét gây ra tại 3 huyện miền núi phía tây tỉnh Thanh Hóa là Quan Sơn, Quan Hóa và Mường Lát. Phạm vi không gian nghiên cứu là 3 huyện miền núi phía tây tỉnh Thanh Hóa: Quan Sơn, Quan Hóa và Mường Lát. 3. Xác định phạm vi nghiên cứu Do nằm ở vị trí chịu ảnh hưởng của tính chất nhiệt đới ẩm gió mùa, nên diễn biến thời tiết ở Thanh Hóa rất phức tạp: Lũ lụt thường ở diện rộng, nắng lắm, mưa nhiều, giông, bão, áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) thường xuyên xảy ra, do đặc điểm địa lý chi phối, địa hình của tỉnh Thanh Hóa được hình thành 3 vùng rõ rệt (vùng miền núi; đồng bằng trung du và đồng bằng ven biển). Vùng miền núi có 11 huyện, trong đó (có 5 huyện biên giới) địa hình dốc, đồi núi cao xen giữa sông, suối, hồ đập tạo thành địa hình phức tạp, thời tiết khí hậu khắc nghiệt, thất thường; mùa khô kéo dài nên hạn hán thiếu nước, cháy rừng xảy ra nghiêm trọng, thời kỳ mùa lũ lớn thường ngắn nhưng bất ngờ, độ dốc lớn, lũ lên xuống rất nhanh, gây không ít khó khăn cho dự báo, cảnh báo và triển khai các phương án ứng phó; đây cũng là khu vực hội tụ nhiều trận mưa lớn, đặc biệt lớn hàng năm. Theo số liệu điều tra chưa đầy đủ toàn tỉnh có 10/11 huyện miền núi, 47 xã, trên 38 điểm đã và có nguy cơ cao có thể xảy ra lũ quét, sạt lở đất với khoảng 1.849 hộ/7.845 khẩu đang sinh sống ở các khu vực trên, cụ thể như sau: 1) Huyện Mường Lát: Các xã Tam Chung (bản Poọng), Pù Nhi (bản Na Tao, bản Cơm, khu vực suối Sâu), Trung Lý (khu vực suối Táo), Quang Chiểu (bản Xim và Đồn BP 489), Mường Chanh (bản Chai). 4 2) Huyện Quan Hoá: Các xã Hiền Kiệt (khu vực suối Khiết, bản Chiềng Hin, Chiềng Căm, Poọng Nưa), Nam Tiến, Thiên Phủ, Phú Lệ, Thanh Sơn và xã Hiền Trung. 3) Huyện Quan Sơn: Các xã Tam Thanh (bản Bôn),Tam Lư (Muống), Na Mèo (bản Cha Khót và bản Son); Sơn Thuỷ (bản Chanh, Mùa Xuân và Xía Nọt); Mường Mìn (bản Yên); Trung Hạ. 4) Huyện ThườngXuân: xã Bát Mọt (bản Cạn, Ruộng Chiềng, Phống và bản Dưu); Luận Thành; Xuân Lệ; Xuân Chinh. 5) Huyện Bá Thước: Các xã Vân Nho (Làng Nước), Thiết Kế (đập tràn Làng Cha), Thành Lâm (Khu vực suối Lếch), Cỗ Lũng, Lũng Liên, Thành Long, Văn Công, Lũng Cao. 6) Huyện Lang Chánh: Xã Yên Khương (Bản Yên Lập, Khon Từ Chiềng, Xáng và bản Muỗng). 7) Huyện Ngọc Lặc: Các xã Thành Lập, Cao Ngọc, Ngọc Liên, Nguyệt Ấn và thị trấn Ngọc Lặc. 8) Huyện Cẩm Thủy: Các xã Cẩm Tú, Cẩm Quí và ngã ba thôn Án Đỗ xã Cẩm Châu (do trục đường HCM làm hạn chế và thay đổi dòng chảy) 9) Huyện Thạch Thành: Các xã Thạch Quảng, Thạch Lâm. 10) Huyện Như Xuân: Các xã Xuân Quỳ, Hóa Quỳ, Thanh Sơn, Thanh Xuân, Thanh Phong và Thanh Lâm. Trong khuôn khổ Luận văn này học viên sẽ trình bày chi tiết hiện trạng, diễn biến về lũ quét và đề xuất giải pháp cảnh báo nguy cơ này tại 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa là khu vực có nguy cơ lũ quét cao nhất của tỉnh Thanh Hóa. 4. Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu kỹ thuật 4.1. Phương pháp tiếp cận 1. Tiếp cận đa ngành Lũ quét được nhìn nhận là một hiện tượng tự nhiên hình thành từ tổ hợp nguy hiểm nhất giữa 3 nhân tố chủ đạo: điều kiện KTTV, điều kiện địa hình - địa chất, lớp phủ thực vật. Do vậy, việc phân tích hiện tượng lũ quét, đặc biệt là xác định tiêu chí xảy ra lũ quét là một sản phẩm tổng hợp của các khoa học đa ngành. 2. Khảo sát thực địa chi tiết cho từng loại địa hình, lưu vực sông, suối Địa hình khu vực có nguy cơ xảy ra lũ quét rất dốc (trên 30 độ), địa hình bị chia cắt mạnh mẽ thành những hẻm, vực sâu, độ dốc rất lớn. Phạm vi bị lũ quét tác động là 5 những lưu vực nhỏ, chỉ 100 - 200 km2, thậm chí chỉ vài chục km2. Kết hợp sử dụng các tài liệu, số liệu được lưu trữ tại địa phương như bản đồ địa hình, địa chất, lớp phủ rừng để thiết lập bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét và ngưỡng mưa gây lũ quét. 3. Kế thừa các nghiên cứu đã có Hiện tại ở trong nước có một số công trình nghiên cứu về lũ quét. Những kết quả nghiên cứu cả lũ quét và sạt lở nói trên rõ ràng là rất cần thiết và rất có ích, trước hết là đối với những quản lý tầm vĩ mô. Về mặt khoa học, các công trình nghiên cứu là những khai phá rất quan trọng về mặt lý thuyết và phương pháp nghiên cứu về xác định nguyên nhân, mô tả diễn biến, đánh giá thiệt hại, thành lập bản đồ phân vùng lũ quét ở nước ta. Các công trình nghiên cứu trên được coi là các nghiên cứu tiền khả thi của luận văn này. 4.2. Nghiên cứu kỹ thuật Trong Luận văn sẽ sử dụng các phương pháp chuyên đề như: - Phương pháp điều tra thu thập số liệu quá khứ, gồm số liệu KTTV, số liệu địa hình, bình đồ. - Phương pháp khảo sát, đo đạc số liệu bổ sung: Dùng các thiết bị đo đạc hiện đại để khảo sát địa hình, đo đạc thu thập lượng mưa tự động có sử dụng sóng điện thoại di động. - Phương pháp phỏng vấn, chuyên gia. - Phương pháp phân tích, thống kê dùng để phân tích diễn biến quan hệ mưa – dòng chảy – lũ quét và xác định ngưỡng gây lũ quét. - Phương pháp tin học để áp dụng lập phần mềm điều hành hệ thống cảnh báo lũ quét. 5. Nội dung nghiên cứu 5.1 Khái niệm cơ bản về nguyên nhân, diễn biến của hiện tượng lũ quét và công tác dự báo, cảnh báo. 5.2. Phân tích lựa chọn hệ thống cảnh báo lũ quét phù hợp với khu vực nghiên cứu. 5.3. Tổng quan điều kiện tự nhiên và hiện trạng lũ quét ở khu vực miền núi phía tây tỉnh Thanh Hóa - Lựa chọn khu vực nghiên cứu chi tiết - Đặc điểm địa hình, địa chất - Đặc điểm khí tượng và phân bố mưa - Đặc điểm chế độ Thủy văn 6 5.4. Phân tích nguyên nhân, diễn biến lũ quét và tình hình thiệt hại cho khu vực nghiên cứu 5.5. Nghiên cứu xây dựng mô hình cảnh báo lũ quét thời gian thực cho khu vực nghiên cứu - Phân tích lựa chọn ngưỡng mưa gây lũ quét cho các xã thuộc 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa; - Báo cáo kết quả ngưỡng mưa cho các vị trí đã xác định; - Lập phương pháp cảnh báo lũ quét chi tiết cho các xã thuộc 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa; - Xây dựng phần mềm điều hành hệ thống cảnh báo lũ quét chi tiết theo các cấp báo động cho các xã thuộc 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa; 5.6. Thiết lập Trung tâm thu nhận, xử lý và ra bản tin cảnh báo lũ quét cho các xã thuộc 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa. 5.7. Báo cáo hướng dẫn sử dụng phần mềm điều hành và đề xuất các phương án ra quyết định cảnh báo lũ quét. 6. Bố cục của Luận văn Chương 1. Tổng quan về phương pháp cảnh báo lũ quét Chương 2. Đặc điểm tự nhiên và hiện trạng lũ quét tại khu vực 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa tỉnh Thanh Hóa Chương 3. Xây dựng phương pháp cảnh báo lũ quét thời gian thực cho khu vực 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa tỉnh Thanh Hóa 7 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CẢNH BÁO LŨ QUÉT I. Nhận dạng lũ quét 1.1. Khái niệm về lũ quét Lũ quét là một hiện tượng thiên tai tự nhiên nguy hiểm, có nơi có lúc tới mức thảm họa, xảy ra hầu khắp các lưu vực sông suối miền núi trên thế giới, đặc biệt là các lưu vực nhiệt đới, cận nhiệt đới vùng núi phụ cận dãy Himalaya thuộc Ấn Độ, ở Trung Quốc, Pakistan, Thái Lan, Nepan, Inđônêxia, Philippines, Malayxia, Nhật Bản, Hàn Quốc, Việt Nam,... nơi có mùa hè khô nóng, mưa rào lớn, mưa do bão và xoáy thuận nhiệt đới, gió mùa, đồng thời tại các lưu vực bị khai thác mạnh mẽ do hoạt động kinh tế - xã hội của con người. Do lũ quét mang tính địa phương, khái niệm về lũ quét trên thế giới cho đến nay vẫn chưa thống nhất về một định nghĩa chung. Sau đây xin dẫn quan điểm của một số tác giả trong và ngoài nước. 1. Theo WMO [15] thì lũ quét (flash flood) thường xảy ra trên diện hẹp và ngắn hạn, biểu đồ lũ nhọn, nước lũ bất thần xuất hiện và biến mất ở thượng nguồn, lên xuống rất nhanh. Sự khác nhau cơ bản với lũ thường là sự xuất hiện bất ngờ và khoảng thời gian rất ngắn từ hiện tượng nguyên nhân (causative event) đến lũ. 2. Theo tài liệu [18] thì các trận lũ quét xuất hiện là kết quả của sự tập trung nhanh chóng một lượng nước mưa dông (rainstorm) ở một vùng đồi núi, tốc độ lũ và sự đổ vỡ do lũ gây nên sự nguy hiểm của lũ. 3. Theo Vụ Nhân đạo – Liên Hiệp Quốc DHA [1] thì lũ quét là lũ có thời đoạn ngắn và lũ cao, khi có bão, mưa lớn tập trung nhanh sinh ra lũ trên các sườn dốc, sóng lũ có thể truyền rất nhanh gây ra những tàn phá bất ngờ và nghiêm trọng. Do lũ hình thành trong một thời gian ngắn nên việc dự báo là rất khó khăn. 4. Theo Ngô Đình Tuấn [12], lũ quét là loại lũ có tốc độ rất lớn (quét), xảy ra bất ngờ (thường xuất hiện vào ban đêm; nơi xảy ra khi có mưa lớn – lũ ống...) trên một diện tích nhỏ hay lớn, duy trì trong một thời gian ngắn hay dài (tùy từng trận mưa lũ), mang nhiều bùn cát, có sức tàn phá lớn. 5. Lã Thanh Hà [4], trên cơ sở phân tích những ý kiến trên, kết hợp với việc khảo sát tính chất của các trận lũ quét đã xảy ra ở Việt Nam trong khuôn khổ dự án: "Điều tra, khảo sát, phân vùng và cảnh báo khả năng xuất hiện lũ quét ở miền núi Việt Nam, Giai đoạn 1- miền núi Bắc Bộ", ®i ®Õn kh¸i niÖm: