Tài liệu Nghiên cứu đề xuất giải pháp phòng chống lũ, giảm nhẹ thiên tai sông hoàng long tỉnh ninh bình khi xét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trích dẫn, kết quả nghiên cứu của luận văn là hoàn toàn trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. Hà Nội, ngày 19 tháng 04 năm 2015 Học viên Nguyễn Thị Hường 2 LỜI CẢM ƠN Sau khoảng thời gian làm luận văn thạc sĩ với đề tài "Nghiên cứu đề xuất giải pháp phòng chống lũ, giảm nhẹ thiên tai sông Hoàng Long- tỉnh Ninh Bình khi xét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu”, nay tôi đã hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong khoa kỹ thuật tài nguyên nước, bạn bè cùng gia đình . Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô trong Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, các thầy, cô ở các bộ môn đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn trong thời gian học tập tại trường. Đặc biệt, tôi xin được chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Việt Hòa đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi thực hiện đề tài. Xin trân trọng cảm ơn các bạn bè trong lớp Cao học 21Q21 đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu, cảm ơn các tổ chức, cá nhân, cơ quan, đơn vị đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình điều tra thu thập tài liệu cho bản luận văn này. Vì thời gian nghiên cứu có hạn, đề tài nghiên cứu rất rộng liên quan đến rất nhiều tài liệu cơ bản, khối lượng tính toán nhiều, kinh nghiệm bản thân còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót. Tôi xin trân trọng tiếp thu các ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn bè để có thể hoàn thiện luận văn hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 19 tháng 04 năm 2015 Học viên thực hiện Nguyễn Thị Hường 3 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ..............................................................................................................8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU .12 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ..........................................................12 1.1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu trong nước ...............................12 1.1.2. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ngoài nước ...............................14 1.2. Tổng quan về vùng nghiên cứu ...............................................................15 1.2.1. Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu................................................15 1.2.2. Tình hình dân sinh kinh tế và các yêu cầu phát triển của vùng ......22 1.2.3. Tình hình lũ lụt, úng ngập và các nguyên nhân gây ra lũ lụt trên lưu vực sông Hoàng Long ................................................................................36 1.2.4. Vấn đề còn tồn tại và cần nghiên cứu ..............................................38 1.3. Tổng quan về biến đổi khí hậu và các kịch bản biến đổi khí hậu ...........39 1.3.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu .........................................................39 1.3.2. Các kịch bản biến đổi khí hậu của Việt Nam và vùng nghiên cứu ..42 1.3.3. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến lũ lụt và úng ngập lưu vực sông Hoàng Long ...............................................................................................45 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐỀ XUẤT PHÒNG CHỐNG LŨ, LỤT VÀ GIẢM NHẸ THIÊN TAI CHO SÔNG HOÀNG LONG KHI XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ..........................................48 2.1. Vấn đề tổ hợp lũ và úng ngập trên lưu vực sông Hoàng Long ...............48 2.2. Phân tích và đánh giá thực trạng và khả năng phòng chống lũ của hệ thống công trình trong vùng ...........................................................................50 2.2.1. Hệ thống đê điều và hiệu quả phòng lũ ...........................................50 2.2.2. Các khu phân, chậm và ngập lũ thuộc sông Hoàng Long ...............56 2.2.3. Thực trạng tuyến thoát lũ sông Hoàng Long ...................................57 2.3. Phân tích ảnh hưởng của định hướng phát triển kinh tế - xã hội đến yêu cầu phòng tránh lũ lụt của vùng .....................................................................61 4 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG LŨ, LỤT VÀ GIẢM NHẸ THIÊN TAI CHO LƯU VỰC SÔNG HOÀNG LONG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ..............................62 3.1. Phân vùng phòng chống lũ, lụt ................................................................62 3.1.1. Khái niệm về phân vùng...................................................................62 3.1.2. Cơ sở phân vùng phòng chống lũ, lụt. .............................................62 3.1.3. Các phương pháp phân vùng phòng chống lũ, lụt và kết quả phân vùng ............................................................................................................63 3.2. Mục tiêu và tiêu chuẩn chống lũ lưu vực sông Hoàng Long ..................64 3.2.1. Mục tiêu ...........................................................................................64 3.2.2. Tiêu chuẩn chống lũ .........................................................................64 3.3. Đề xuất các giải pháp chống lũ, lụt và giảm nhẹ thiên tai cho lưu vực sông Hoàng Long ...........................................................................................66 3.3.1. Nâng cấp các tuyến đê .....................................................................68 3.3.2. Phân chậm lũ ...................................................................................68 3.3.3. Xây dựng hồ chứa thượng du cắt, giảm lũ.......................................68 3.4. Tính toán lựa chọn giải pháp chống lũ, lụt và giảm nhẹ thiên tai ...........71 3.4.1. Lựa chọn mô hình tính toán thuỷ lực. ..............................................71 3.4.2. Tài liệu sử dụng trong tính toán ......................................................74 3.4.3. Kiểm nghiệm và xác định bộ thông số của mô hình ........................76 3.4.4. Các trường hợp tính toán để lựa chọn phương án phòng lũ xét đến biến đổi khí hậu..........................................................................................80 3.4.5. Phân tích và lựa chọn giải pháp chống lũ, lụt và giảm nhẹ thiên tai ....................................................................................................................88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................111 TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................113 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Lưu lượng bình quân tháng tại các trạm ............................................19 Bảng 1.2: Mực nước thực đo lớn nhất tại các sông trục .....................................20 Bảng 1.3: Hiện trạng phát triển dân số đến năm 2012 ......................................23 Bảng 1.4: Cơ cấu phát triển nông nghiệp tỉnh Ninh Bình .................................24 Bảng 1.5: Diễn biến diện tích gieo trồng các năm ............................................24 Bảng 1.6 : Diễn biến diện tích, năng suất, sản lượng từ 2007-2012 .................25 Bảng 1.7: Hiện trạng phát triển chăn nuôi .........................................................26 Bảng 1.8: Tổng hợp dân sinh vùng phân, chậm lũ ............................................29 Bảng 1.9: Hiện trạng sử dụng đất vùng phân chậm lũ ......................................29 Bảng 1.10: Hiện trạng cơ sở hạ tầng vùng phân, chậm lũ ................................31 Bảng 1.11 : Dự báo phát triển dân số theo các giai đoạn ..................................32 Bảng 1.12: Dự báo cơ cấu GDP tỉnh Ninh Bình theo các giai đoạn .................33 Bảng 1.13: Dự báo phát triển chăn nuôi theo các giai đoạn ...............................33 Bảng 2.1 : Tổng hợp hiện trạng các tuyến đê chính sông Hoàng Long .............55 Bảng 2.2 : Các tuyến đê bối chống lũ tiểu mãn sông Hoàng Long ....................55 Bảng 2.3: Phân bố diện tích mặt bằng các khu phân chậm lũ theo cao độ .......57 Bảng 2.4 : Mặt cắt ngang tuyến thoát lũ tại một số vị trí trên dòng chính sông Hoàng Long ........................................................................................................59 Bảng 3.1: Liệt kê các trận lũ lớn trên sông Hoàng Long ..................................65 Bảng 3.2: Lượng mưa 3 ngày MAX ứng với các trận lũ lớn tại các trạm đo.....65 Bảng 3.3 : Kết quả tính toán tần suất mực nước lớn nhất tại các trạm (hoàn nguyên) ...............................................................................................................66 Bảng 3.4: Mực nước lớn nhất của các trận lũ lớn đo được tại các trạm quan trắc trên sông Hoàng Long, sông Đáy .......................................................................66 Bảng 3.5: Đường đặc tính hồ Hưng Thi ............................................................69 Bảng 3.6: Các thông số cơ bản của hồ Hưng Thi theo giai đoạn nghiên cứu ...70 6 Bảng 3.7: Kết quả mực nước lớn nhất tính toán và thực đo thời kỳ mô phỏng mùa lũ năm 1996 tại một số vị trí .......................................................................76 Bảng 3.8: Kết quả mực nước lớn nhất tính toán và thực đo thời kỳ kiểm định mùa lũ năm 2004 tại một số vị trí .......................................................................78 Bảng 3.9: Mức thay đổi lượng mưa và bốc hơi (%) so với thời kỳ 1970 – 1999 kịch bản phát thải A1B cho năm 2020 và 2050..................................................80 Bảng 3.10 : Mức thay đổi lượng mưa (%) so với thời kỳ 1970 – 1999 kịch bản A2 .......................................................................................................................81 Bảng 3.11: Thay đổi lưu lượng, dòng chảy mùa lũ trung bình nhiều năm theo kịch bản biến đổi khí hậu A1B ...........................................................................83 Bảng 3.12 : Thay đổi dòng chảy mùa lũ trung bình nhiều năm theo kịch bản biến đổi khí hậu A2 ............................................................................................84 Bảng 3.13: Mực nước lũ lớn nhất dọc sông Hoàng Long theo các trường hợp tính .....................................................................................................................93 Bảng 3.14: Hiệu quả giảm mực nước cao nhất .................................................95 Bảng 3.15: Tổng lượng, lưu lượng lũ - Theo các trường hợp ............................97 7 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Lưu vực sông Hoàng Long và vùng phụ cận ....................................16 Hình 2.1 : Khả năng gặp gỡ giữa lũ các sông.....................................................48 Hình 2.2: Hiện trạng các tuyến đê sông Hoàng Long ........................................60 Hình 2.3: Hiện trạng các khu phân chậm lũ sông Hoàng Long .........................60 Hình 3.1: Đường đặc tính hồ Hưng Thi ............................................................69 Hình 3.2. Sơ đồ tính toán thuỷ lực hệ thống sông Hồng - Thái Bình.................75 Hình 3.3: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán mô phỏng mùa lũ 1996 trên sông Đáy. ............................................................................................77 Hình 3.4: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán mô phỏng mùa lũ 1996 trên sông Hoàng Long. ..............................................................................77 Hình 3.5: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán mô phỏng mùa lũ 2004 trạm Phủ Lý - Sông Đáy ............................................................................78 Hình 3.6: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán mô phỏng mùa lũ 2004 trạm Bến Đế - sông Hoàng Long ...............................................................79 Hình 3.7: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán mô phỏng mùa lũ 2004 trạm Nam Định - Sông Đào .......................................................................79 Hình 3.8: Mực nước lớn nhất dọc sông Hoàng Long theo các trường hợp ........99 Hình 3.9: Đường quá trình mực nước tại Bến Đế theo các trường hợp cắt lũ của hồ Hưng Thi. .......................................................................................................99 Hình 3.10: Quá trình Qđến; Qxả hồ Hưng Thi và Q Bến đế trước và sau khi có điều tiết Wplũ = 42 triệu m3 .............................................................................100 Hình 3.11: Quá trình Qđến; Qxả hồ Hưng Thi và QBến đế trước và sau khi có điều tiết Wplũ = 34 triệu m3 .............................................................................100 ..........................................................................................................................101 Hình 3.12: Quá trình Qđến; Qxả hồ Hưng Thi và QBến đế trước và sau khi có điều tiết Wplũ = 30 triệu m3 .............................................................................101 8 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài Ninh Bình có vị trí nằm ở phía Tây Nam Đồng bằng sông Hồng, có đặc thù là địa hình chia thành 3 vùng: vùng núi bán sơn địa, vùng đồng chiêm trũng và vùng đồng bằng ven biển. Địa hình dốc dần từ Bắc xuống Nam từ Tây sang Đông. Phía Tây gồm các huyện Nho Quan, Gia Viễn, Hoa Lư có đồi núi và đồng bằng xen kẽ, là bất lợi chính cho việc chống úng do khi mưa lớn gây lũ quét, úng ngập nhanh chóng. Bên cạnh đó, đặc điểm thủy thế tỉnh với sông Hoàng Long có lưu vực từ Hòa Bình vào sông Đáy tại Gián Khẩu, vào mùa mưa, lũ mực nước ngoài sông luôn cao hơn mức nước trong đồng, vì thế việc tiêu úng thường gặp rất nhiều khó khăn. Sông Hoàng Long là con sông nội địa lớn nhất của tỉnh Ninh Bình, bắt nguồn từ vùng núi tỉnh Hoà Bình gồm 3 nhánh chính là sông Bôi, sông Đập, sông Lạng và một số nhánh nhỏ hợp thành. Có chế độ thuỷ văn rất đa dạng. Thời kỳ mùa lũ, sông Hoàng Long vừa bị tác động của lũ thượng nguồn của 3 nhánh sông Bôi, Lạng và sông Đập dồn về. Mặt khác còn chịu tác động rất lớn của lũ sông Đáy, lũ sông Hồng phân qua sông Đào Nam Định. Tổ hợp của 3 dạng lũ này khá phức tạp, ít khi xuất hiện đồng bộ 3 dạng lũ lớn nhất, nhưng thường gặp ở dạng lũ trung bình và mực nước cao trên sông Đáy làm cản trở việc tiêu thoát lũ của sông Hoàng Long, nhất là hai huyện Nho Quan và Gia Viễn, tỉnh Ninh Bình. Khu vực tỉnh Ninh Bình đã nhiều lần được lập quy hoạch thuỷ lợi như: Quy hoạch hoàn chỉnh thuỷ nông 1973-1974; Quy hoạch thuỷ lợi vùng Ninh Bình-Bắc Lèn năm 1994-1995; Quy hoạch thuỷ lợi lưu vực sông Đáy năm 2000,..các nghiên cứu quy hoạch trước đây đã đưa ra các giải pháp phòng, chống lũ cho tỉnh Ninh Bình. Kết quả cho tới nay tỉnh đã có một hệ thống các công trình thuỷ lợi phòng chống lụt bão to lớn, góp phần quan trọng trong công tác phòng chống và giảm nhẹ thiên tai của tỉnh. Tuy nhiên trước diễn biến tình hình thời tiết ngày càng bất lợi, do nằm ở vị trí hạ lưu các sông và có địa hình 9 khá phức tạp, do vậy Ninh Bình thường xuyên bị đe doạ và chịu ảnh hưởng trực tiếp là lũ sông Hoàng Long. Theo trung tâm Khí tượng thủy văn tỉnh, mùa mưa, bão lũ năm 2013 tình hình thời tiết, thủy văn có nhiều diễn biến phức tạp khó lường. Đặc biệt là cường xuất bão, cường xuất lũ có thể ngày càng gia tăng. Về diễn biến thủy văn, trên các sông của tỉnh có khả năng xuất hiện ít lũ hơn nhưng do hệ thống sông Hoàng Long có lưu vực nhỏ, địa hình dốc, khả năng tập trung nước nhanh, vì vậy cần chủ động đề phòng lũ xuất hiện nhanh, cường xuất cao và bất thường do các trận mưa lớn cục bộ trên lưu vực gây ra, đỉnh lũ có thể vượt báo động 3... Việc nghiên cứu và thực hiện các phương án phòng, chống lũ sông Hoàng Long gặp rất nhiều khó khăn, vì phải đầu tư rất lớn, mất nhiều thời gian.Vì vậy việc “Nghiên cứu đề xuất giải pháp phòng chống lũ, giảm nhẹ thiên tai sông Hoàng Long- tỉnh Ninh Bình khi xét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu ” là hết sức cần thiết và cấp bách. 2. Mục tiêu nghiên cứu Phân tích và đánh giá tình hình lũ lụt, úng ngập và các nguyên nhân gây ra lũ lụt trên lưu vực sông Hoàng Long khi xét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. Từ đó đề xuất và lựa chọn giải pháp phòng chống lũ, lụt và giảm nhẹ thiên tai cho lưu vực sông Hoàng Long 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. + Đối tượng nghiên cứu: Các nguyên nhân và quá trình lũ lụt,hiện trạng các công trình và giải pháp phòng chống lũ lụt dưới biến đổi khí hậu của lưu vực sông Hoàng Long thuộc tỉnh Ninh Bình. + Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về lũ lụt dưới tác động của biến đổi khí hậu của lưu vực sông Hoàng Long tỉnh Ninh Bình đến những năm 2050. Diện tích lưu vực của sông Hoàng Long tính đến Gián Khẩu là: 1.550km2. 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. 4.1. Cách tiếp cận (1) Tiếp cận tổng hợp 10 Thu thập tài liệu liên quan đến vùng nghiên cứu: + Tài liệu về đặc điểm tự nhiên có ảnh hưởng đến quá trình hình thành, vận động và biến đổi nước trên các lưu vực bao gồm: Tài liệu địa hình, địa mạo, thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật, tài liệu khí tượng thủy văn của các trạm trong vùng và lân cận vùng nghiên cứu. + Tài liệu hiện trạng dân sinh kinh tế, hiện trạng các công trình chống lũ. + Tài liệu về diễn biến và thiệt hại của các trận lũ lớn đã xảy ra. + Tài liệu tổng kết các biện pháp kiểm soát lũ đã thực hiện từ trước tới nay, về các bài học thành công và thất bại trong phòng chống bão, lũ lụt. (2) Tiếp cận khảo sát thực địa Điều tra, khảo sát thực địa để đánh giá hiện trạng khai thác, vận hành công trình, các đặc điểm tự nhiên kinh tế xã hội có liên quan và ảnh hưởng đến vùng nghiên cứu, đặc biệt khảo sát hiện trạng công trình tiêu và phòng chống lũ. (3) Tiếp cận kế thừa, phát triển các kết quả nghiên cứu và tiếp thu công nghệ Sử dụng các phần mềm tính toán và các phần mềm ứng dụng khác để phục vụ công tác tính toán để đưa ra phương án phòng chống lũ lụt. 4.2. Phương pháp nghiên cứu. Luận văn sử dụng các phương pháp sau: - Phương pháp kế thừa; - Phương pháp chuyên gia; - Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu; - Phương pháp phân tích, xử lý, đánh giá số liệu; - Phương pháp sử dụng mô hình toán; 5. Kết quả đạt được Luận văn sẽ đạt được các kết quả chính sau: + Phân tích và đánh giá được tình hình lũ lụt, úng ngập và các nguyên nhân gây ra lũ lụt trên lưu vực sông Hoàng Long + Phân tích được các kịch bản biến đổi khí hậu và ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến lũ lụt và úng ngập lưu vực sông Hoàng Long 11 + Phân tích được các cơ sở đề xuất giải pháp phòng chống lũ, lụt và giảm nhẹ thiên tai cho sông Hoàng Longkhi xét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu + Phân tích và lựa chọn được giải pháp phòng chống lũ, lụt và giảm nhẹ thiên tai cho lưu vực sông Hoàng Long. 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu trong nước Lũ lớn trên thượng nguồn là mối hiểm họa hàng năm đối với Thủ đô Hà Nội và đồng bằng sông Hồng là vùng dân cư có dân cư đông đúc (khoảng 18 triệu người) cũng là vùng kinh tế quan trọng của nước ta. Bởi vậy, phòng chống lũ lụt là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong quy hoạch khai thác quản lý hệ thống sông Hồng. Đồng bằng sông Hồng là vùng kinh tế và dân sinh quan trọng của cả nước nên công tác quy hoạch phòng lũ cho đồng bằng sông Hồng đã được thực hiện trong các dự án và nhiều nghiên cứu khác nhau. Đề tài "Đánh giá khả năng phân lũ sông Đáy và sử dụng lại các khu phân chậm lũ" do 3 cơ quan cùng thực hiện đồng thời (Viện Khí tượng Thủy văn, Trường Đại học Thuỷ lợi, Viện Quy hoạch Thủy lợi). Thành quả: Đề tài đã giải quyết được phần thủy lực hạ lưu của hệ thống sông Hồng - Thái Bình. Xét đến trường hợp vận hành hồ Hoà Bình, Thác Bà, phân lũ sông Đáy và chậm lũ Tam Thanh, Lương Phú, Lương Phú - Quảng Oai. Đã có tiến hành dự báo thử nghiệm tại Viện Khí tượng Thủy văn, Trường Đại học Thuỷ lợi, Viện Quy hoạch Thủy lợi, tuy nhiên kết quả chưa được đánh giá. Cần nghiên cứu tiếp: Mục tiêu của các đề tài chú trọng vào tính toán mô phỏng lũ để áp dụng cho quy hoạch phòng chống lũ, không chú trọng đến dự báo lũ; Vì đây là mô hình thủy lực không cập nhật được sai số do sự thay đổi địa hình, thay đổi độ nhám lòng sông, cho nên kết quả chưa thể hịên được khả năng dự báo; Không gắn kết với các mô hình thủy văn phía thượng lưu để trở thành một công nghệ dự báo cho toàn hệ thống sông Hồng-Thái Bình. Đề tài "Xây dựng công cụ mô phỏng số phục vụ cho đề xuất, đánh giá và điều hành các phương án phòng chống lũ sông Hồng - Thái Bình" (Viện Cơ học) Thành quả: Đã áp dụng một số các mô hình thủy lực như VRSAP, TL1, TL2, TELEMAC2-D để tính toán thuỷ lực cho hạ lưu hệ thống sông Hồng - Thái Bình, phân lũ sông Đáy và chậm lũ Tam Thanh, Lương Phú, Lương Phú - Quảng Oai. 13 Đề tài đã thử nghiệm các mô hình rất công phu bằng các bài toán mẫu (test cases) để đảm bảo được khả năng áp dụng của các mô hình. Cần nghiên cứu tiếp: Tương tự như trường hợp ở trên, như tên của đề tài đã nêu rõ, đề tài chỉ chú trọng vào tính toán mô phỏng lũ để áp dụng cho quy hoạch phòng chống lũ, không phải là mô hình dự báo lũ; vì đây là mô hình thủy lực, do đó không cập nhật được sai số do sự thay đổi địa hình, thay đổi độ nhám lòng sông, cho nên kết quả chưa thể hiện được khả năng dự báo; không gắn kết với các mô hình thủy văn phía thượng lưu để trở thành một công nghệ dự báo cho toàn hệ thống sông Hồng-Thái Bình. Đối với sông Hoàng Long, trong các nghiên cứu của Viện Quy hoạch Thủy lợi, đặc biệt là dự án Quy hoạch thủy lợi khu vực Ninh Bình – Bắc Lèn, đã kết luận phải phân lũ vào khu vực Gia Tường – Đức Long (Gia Viễn) và phân lũ vào khu vực Lạc Khoái (Nho Quan-Ninh Bình) khi lũ vượt tiêu chuẩn thiết kế. Tiêu chuẩn chống lũ cho sông Hoàng Long tương đương lũ lịch sử năm 1985, tương ứng tần suất khoảng 2%÷3%, thấp hơn so với hệ thống sông Hồng nên chu kỳ phân lũ của khu vực này ngắn hơn so với sông Hồng. Trong dự án “Quy hoạch sử dụng tổng hợp nguồn nước lưu vực sông Hồng, Thái Bình (2002-2007)” đã rút ra kết luận việc xây dựng đập điều tiết trên sông Đào Nam Định có thể giảm đáng kể mực nước sông Đáy. Kết quả này cho phép xem xét điều tiết lũ sông Hồng để hỗ trợ cho việc nghiên cứu xóa các khu phân chậm lũ vùng Nho Quan và Gia Viễn của tỉnh Ninh Bình và xem xét việc tạo dòng chảy thường xuyên vào sông Đáy trong thời kỳ mùa lũ. Tuy nhiên, trong dự án này mới dừng lại ở mức độ đánh giá ảnh hưởng của việc xây dựng đập ngăn lũ sông Đào Nam Định và kênh Quần Liêu đến sự giảm thấp mực nước sông Đáy tại Ninh Bình mà không đưa giải pháp về khả năng xóa bỏ các khu chậm lũ. Đối với sông Hoàng Long hiện chưa có những nghiên cứu đầy đủ về xóa bỏ các khu chậm lũ, mặc dù tiêu chuẩn chống lũ cho đê sông Hoàng Long rất thấp so với hệ thống sông Hồng. Kết quả nghiên cứu của các đề tài và dự án trên là những căn cứ cho việc thực hiện những nội dung nghiên cứu của đề tài này. 14 1.1.2. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ngoài nước Thế giới hiện nay đang ở trong thời kỳ biến đổi khí hậu, những trận lũ lớn xuất hiện ngày càng nhiều (Ấn Độ, Banlades, Trung Quốc, Philipin, Mianma, Mỹ,...) đã gây thiệt hại nghiêm trọng về người và của. Thiên tai lũ lụt đang có xu thế gia tăng cả về tần suất lẫn cường độ. Nhiều nhà khoa học, nhiều tổ chức quốc tế đã tập trung nghiên cứu nhằm tìm ra các giải pháp phòng chống và phòng tránh hữu hiệu giảm thiệt hại do lũ lụt gây ra. Đối với các nước phát triển các nghiên cứu về lũ lụt thường gắn với quản lý tài nguyên, môi trường theo lưu vực sông. Đối với các nước đang phát triển việc dự báo, cảnh báo lũ lụt còn gặp nhiều khó khăn, các nghiên cứu chủ yếu phục vụ cho công tác phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai. Trên thế giới việc nghiên cứu, áp dụng các mô hình thủy văn, thủy lực cho các mục đích trên đã được sử dụng khá phổ biến; nhiều mô hình đã được xây dựng và áp dụng cho dự báo hồ chứa, dự báo lũ cho hệ thống sông, cho công tác qui hoạch phòng lũ. Một số mô hình đã được ứng dụng thực tế trong công tác mô phỏng và dự báo dòng chảy cho các lưu vực sông có thể được liệt kê ra như sau: - Trung tâm khu vực, START Đông Nam á (Southeast Asia START Regional Center) đang xây dựng "Hệ thống dự báo lũ thời gian thực cho lưu vực sông Mê Kông". Hệ thống này được xây dựng dựa trên mô hình thủy văn khu vực có thông số phân bố, tính toán dòng chảy từ mưa. Hệ thống dự báo được phân thành 3 phần: thu nhận số liệu từ vệ tinh và các trạm tự động, dự báo thủy văn và dự báo ngập lụt. Thời gian dự kiến dự báo là 1 hoặc 2 ngày. - Viện Điện lực (EDF) của Pháp đã xây dựng phần mềm TELEMAC tính các bài toán thuỷ lực 1 và 2 chiều. TELEMAC-2D là phần mềm tính toán thủy lực 2 chiều, nằm trong hệ thống phần mềm TELEMAC. TELEMAC-2D đã được kiểm nghiệm theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của Châu Âu về độ tin cậy; mô hình này đã được áp dụng tính toán rất nhiều nơi ở Cộng hòa Pháp và trên thế giới. Ở Việt Nam, mô hình đã được cài đặt tại Viện Cơ học Hà Nội và Khoa Xây dựng Thuỷ lợi - Thuỷ điện, Trường Đại học Kỹ thuật Đà nẵng và đã được áp dụng thử 15 nghiệm để tính toán dòng chảy tràn vùng Vân Cốc- Đập Đáy, lưu vực sông Hồng đoạn trước Hà Nội, và tính toán ngập lụt khu vực thành phố Đà Nẵng. - Trung tâm kỹ thuật thủy văn (Mỹ) đã xây dựng bộ mô hình HEC-1 để tính toán thủy văn, trong đó có HEC-1F là chương trình dự báo lũ từ mưa và diễn toán lũ trong sông. Mô hình đã được áp dụng rất rộng rãi trên thế giới. ở Châu Á, mô hình đã được áp dụng ở Indonesia, Thái Lan. Mô hình cũng đã được áp dụng để tính toán lũ hệ thống sông Thu Bồn ở Việt Nam. Gần đây, mô hình được cải tiến và phát triển thành HMS có giao diện đồ hoạ thuận lợi cho người sử dụng. 1.2. Tổng quan về vùng nghiên cứu 1.2.1. Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu - Vị tri địa lý: Vùng nghiên cứu gồm toàn bộ tỉnh Ninh Bình có vị trí địa lý từ 105o30’ đến 106o10’ kinh độ Đông và 20o00’đến 20o30’ vĩ độ Bắc, tổng diện tích tự nhiên 138.868 ha được giới hạn bởi: Phía Bắc và Đông giáp tỉnh Hà Nam, Nam Định ranh giới là sông Đáy. Phía Tây Bắc giáp tỉnh Hoà Bình. Phía Tây, Tây Nam giáp với Thanh Hoá, ranh giới là đường phân lưu dãy Tam Điệp và sông Càn. Phía Nam là Biển Đông. - Đặc điểm địa hình: Phía Tây Ninh Bình nằm trong vùng tiếp giáp giữa vùng đồng bằng sông Hồng với dải đá trầm tích ở phía Tây, phía Đông Ninh Bình nằm trong vùng trũng của đồng bằng sông Hồng tiếp giáp với biển đông, vì thế Ninh Bình có địa hình đa dạng: có vùng nửa đồi núi, vùng đồi núi xen lẫn ruộng trũng, vùng đồng bằng và ven biển Xu thế chung, địa hình Ninh Bình có hướng dốc Tây Bắc ÷ Đông Nam và Bắc ÷ Nam tạo hướng thoát nước chính ra sông Đáy, sông Càn và Biển. Với điều kiện địa hình như trên, biện pháp công trình thuỷ lợi cũng rất đa dạng, có sự liên hệ, ràng buộc trong việc cấp nước, tiêu úng, thoát lũ và phòng chống lũ. 16 Hình 1.1: Lưu vực sông Hoàng Long và vùng phụ cận 17 - Đặc điểm địa chất : Địa chất vùng nghiên cứu khá phức tạp, chủ yếu là trầm tích có 3 hệ chính: hệ Triát (T), hệ Neogen (N) và hệ Đệ Tứ (Q). -Đặc điểm đất đai - thổ nhưỡng: Tổng quỹ đất là 138.868 ha, phân bố trên cả 3 vùng sinh thái như đã phân tích ở phần trên. Đất đai vùng đồng bằng rất thuận lợi trong phát triển nông nghiệp thâm canh, đất đai vùng bãi bồi ven biển thuận lợi trong phát triển trồng cói, nuôi trồng thuỷ sản và đất đai vùng đồi núi thuận lợi phát triển kinh tế trạng trại. - Đặc điểm khí tượng - thủy văn: + Chế độ mưa: phụ thuộc vào sự hoạt động của chế độ gió mùa. Tổng lượng mưa trung bình năm 1750 ÷ 1850mm, mưa lớn thường tập trung ở vùng núi cao (ven dãy Tam Điệp, đầu nguồn sông Hoàng Long) và vùng bãi ven biển. Mưa được phân bố thành hai mùa rõ rệt. Nhìn chung khí hậu của Ninh Bình tương đối thuận lợi cho phát triển nông nghiệp. Bên cạnh đó thì Ninh Bình cũng phải chịu nhiều thiên tai như: Bão gây ra gió mạnh kèm theo mưa lớn gây hiện tượng dâng nước trên các sông; Lũ lụt và úng ngập nội đồng làm tổn thất đến tài sản, hoa màu, nhất là các huyện Nho Quan, Gia Viễn, Yên Mô. Ngoài ra gió tây khô nóng và gió mùa đông Bắc cũng có ảnh hưởng và gây thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp của tỉnh. + Mạng lưới sông ngòi: Sông Hoàng Long dài 125 km, đoạn chảy giữa khu Bắc Ninh Bình là khu vực hạ lưu có chiều dài trên 31 km. Chế độ dòng chảy của sông Hoàng Long rất phức tạp: + Mực nước mùa kiệt phụ thuộc vào nước dềnh lên từ sông Đáy do ảnh hưởng thuỷ triều và lượng nước bổ sung vào sông Đáy từ sông Đào Nam Định. + Mùa lũ, nước lũ từ thượng du đổ về đến khu vực nghiên cứu thường bị dồn ứ do mực nước lũ trên sông Đáy. Khi mực nước lũ trên sông Hoàng Long dâng cao 18 để bảo vệ hệ thống đê hạ du sông Hoàng Long thì phải phân lũ vào các khu phân chậm lũ. Thực tế từ những năm của thập kỷ 1960 đến 2007 đã có 8 lần phải phân lũ vào khu hữu Hoàng Long, cũng từ đó đến nay các tuyến đê tả Hoàng Long, hữu Hoàng Long, Gia Tường - Đức Long, Năm Căn được đầu tư, nâng cấp rất lớn. Hiện tại chỉ còn khu Xích Thổ là khu vực ngập lũ thường xuyên. + Sông Vạc là sông nội địa lớn trong khu Nam Ninh Bình, nó được nối với sông Chanh, sông Hệ Dưỡng, sông Vân ở thượng lưu Cầu Yên và sông Bến Đang qua Thắng Động. Chiều dài ra đến cửa Kim Đài là 27km. Ngoài nhiệm vụ là trục tiêu chính cho khu Nam Ninh Bình nó còn nhiệm vụ trữ và dẫn nước tưới từ sông Đáy qua các âu Lê, âu Chanh, âu Vân và âu Mới đưa vào các sông nhỏ khác cung cấp nước tưới cho hầu hết phần đồng bằng Nam Ninh Bình. + Sông Gềnh nối sông Bến Đang với sông Vạc, cao trình đáy từ -1,0 ÷ -2,0 m, bề rộng B= 40 ÷50 m. + Sông Trinh Nữ nối sông Gềnh với sông Cầu Hội, sông hẹp và nông đảm nhận cả hai nhiệm vụ tiêu và tưới cho phía Tây khu Nam Ninh Bình. + Sông Cầu Hội cũng là trục tiêu chính của Nam Ninh Bình đồng thời còn dẫn và trữ nước tưới cho phần đồng bằng giáp vùng bán sơn địa. Chỗ sâu nhất cao trình đáy -3,0 m, còn đoạn đầu chỉ từ -1,3 ÷ -1,8 m. Do tác dụng lũ sông Tống và triều biển nên việc tiêu nước bị hạn chế, mặt khác cửa Càn đang ngày càng kéo dài ra biển, không thuận lợi cho tiêu, mức độ bồi lắng lớn do dòng chảy cơ bản rất nhỏ. Ngoài ra còn các trục sông khác như sông Rịa, Bến Đang, Tiên Hoàng, Điềm,.. tạo thành mạng lưới chằng chịt phục vụ tiêu và tưới cho hầu hết diện tích vùng nghiên cứu. + Các đặc trưng thủy văn dòng chảy : 1. Dòng chảy năm. 19 Chế độ dòng chảy các sông trong vùng nghiên cứu là một sự hoà đồng phức tạp của chế độ dòng chảy sông lớn vùng đồng bằng, các sông miền núi vừa và nhỏ, thuỷ triều và tác động của các công trình thuỷ lợi. Dòng chảy hiện nay trên các mạng lưới sông đều đã bị tác đông rất nhiều do hệ thống công trình thuỷ lợi đã được xây dựng liên tục trong nhiều năm qua, nhất là từ khi các công trình hồ chứa điều tiết dòng chảy trên các dòng chính thượng nguồn được xây dựng. Dòng chảy tự nhiên trên các sông trục không còn nữa mà đã bị điều chỉnh một phần do ý muốn của con người. Tuy vậy dòng chảy vẫn tuân thủ quy luật là có hai mùa: Mùa kiệt và mùa lũ. Do có vị trí địa lý, cấu tạo địa hình, địa chất và các hình thái thời tiết, tầng phủ, sự lệch pha về mưa tạo cho vùng nghiên cứu có chế độ chuyển tiếp từ đồng bằng Bắc Bộ vào khu Bốn cũ. Trên các dòng chính: Tổng lượng nước toàn năm của các sông suối trong lưu vực sông Đáy khoảng 30 tỷ m3. Trong đó: Từ sông Hồng sang khoảng: 26 tỷ m3. Sông Hoàng Long : 1,4 tỷ m3 Sông Tích : 1,5 tỷ m3 Sông Đáy và các lưu vực nhỏ khác: 1,1 tỷ m3. Bảng 1.1: Lưu lượng bình quân tháng tại các trạm Đơn vị: m3/s Tháng 6 7 65,9 116 Trạm Sông 1 2 3 4 5 8 Ba 7,5 7,1 6,5 13,8 38,1 67,4 thá Đáy Hưng 4,68 4,01 3,09 4,71 15,1 19,2 42,3 34,7 Thi Bôi Nam 320 296 220 284 520 1270 2440 4030 Định Đào TB 9 10 11 12 năm 123,2 189 55,1 11,5 59,2 86,4 105 17,7 7,22 28,7 2150 880 1120 660 400 2. Dòng chảy lũ Khu Bắc Ninh Bình: Lũ sông Hoàng Long dồn về Ninh Bình rất nhanh tại đây do ảnh hưởng của vào lũ sông Hồng sang, lũ sông Đáy về cùng với triều biển, khả 20 năng thoát ra thường là rất chậm và bị dồn ứ lại duy trì mực nước cao dài ngày tạo ra một khu vực ngập rộng lớn như là hồ chứa điều tiết (Xích Thổ, Gia Sơn, Gia Thuỷ, Gia Tường). Những năm có lũ lớn như trận lũ tháng 9/1985; 8/1996, 10/2007, để bảo đảm an toàn cho hạ du buộc phải xả lũ sông Hoàng Long qua tràn Lạc Khoái vào khu phân lũ hữu Hoàng Long. Nước lũ xả vào khu hữu Hoàng Long với dung tích trữ khoảng trên 200 triệu m3 đồng thời tràn vào sông Rịa. Bảng 1.2: Mực nước thực đo lớn nhất tại các sông trục Năm Vị trí Sông Hoàng Long 1971 Mực nước max (m) 1978 1985 1994 1996 2005 2007 - Bến Đế Sông Đáy - Phủ Lý - Gián Khẩu 3,86 5,21 5,24 4,35 4,81 3,92 3,55 4,24 3,69 4,51 4,33 4,28 3,64 4,11 3,77 3,8 - Ninh Bình 3,34 3,19 3,82 3,13 3,24 3,42 - Như Tân 2,45 1,46 1,77 1,69 2,16 Sông Vạc - Cầu Yên 1,9 2,34 2,09 2,14 - Cửa Vạc 1,46 1,66 1,56 1,76 2,06 2,13 1,74 2,78 2,71 2,13 Sg Cầu Hội - Gềnh - Cầu Hội Sông Càn - Cửa Tống 3,98 5,17 1,77 Khu Nam Ninh Bình: Dòng chảy và mực nước lũ tại khu Nam Ninh Bình cũng phụ thuộc vào khá nhiều yếu tố bao gồm: + Lũ do mưa gây ra trong bản thân khu vực do các nhánh suối ở dãy Tam Điệp, lượng nước bơm ra từ các khu, nước lũ ngoại lai từ sông Tống, sông Đáy, triều biển và sông Bến Đang, khi có phân lũ qua tràn Lạc Khoái thì Nam Ninh Bình còn chịu ảnh hưởng cả lũ của sông Hoàng Long. Cửa thoát nước chính của toàn khu là cửa Vạc và cửa Càn, việc thoát lũ phụ thuộc rất lớn vào lũ trên sông Đáy, triều biển và lũ sông Tống từ sườn phía tây dãy