Tài liệu Nghiên cứu quản lý lũ lớn lưu vực sông lam

Công trình khoa học được hoàn thành tại Trường Đại hoc Thủy lợi BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Đình Thành TRẦN DUY KIỀU GS.TS Ngô Đình Tuấn Phản biện 1: PGS.TS. Dương Văn Tiển NGHIÊN CỨU QUẢN LÝ LŨ LỚN LƯU VỰC SÔNG LAM Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Phản biện 2: PGS.TS. Trần Ngọc Anh Đại học Quốc gia Hà Nội Phản biện 3: TS. Nguyễn Viết Thi Chuyên ngành: Phát triển nguồn nước Trung Tâm Dự báo KTTV Trung ương Mã số: 62 44 92 01 Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT họp tại Trường Đại học Thủy lợi Vào hồi giờ ngày 27 tháng 3 năm 2012 Có thể tìm hiểu luận án tại: Hà Nội - 2012 - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 1. Trần Duy Kiều (2004), Tính toán lưu lượng và tần suất xuất hiện đỉnh lũ trận lũ tháng IX/2002 trên lưu vực sông Ngàn Phố. Số 528, tháng 12, Tạp chí Khí tượng Thủy văn (KTTV). 2. Trần Duy Kiều (2008), Về trận lũ đặc biệt lớn tháng 8 năm 2007 trên lưu vực sông Ngàn Sâu. Số 575, tháng 11, Tạp chí KTTV. 3. Trần Duy Kiều, Đinh Xuân Trường (2009), Thử nghiệm mô hình thủy lực MIKE11 trong diễn toán dòng chảy lũ trên lưu vực sông Lam. Số 583, tháng 7, Tạp chí KTTV. 4. Trần Duy Kiều (2009), Ứng dụng mô hình HEC-RAS trong nghiên cứu diễn toán dòng chảy lũ và mô phỏng ngập lụt trên lưu vực sông La. Số 585, tháng 9, Tạp chí KTTV. 5. Trần Duy Kiều (2010), Nhận dạng dấu hiệu một số trận lũ lớn trên lưu vực sông La. Số 599, tháng 11, Tạp chí KTTV. 6. Trần Duy Kiều (2010), Tài nguyên nước mặt lưu vực sông Lam. Số 21, tháng 11, Tạp chí Tài nguyên và Môi trường. 7. Trần Duy Kiều, Đinh Xuân Trường (2011), Ứng dụng mô hình NAM_ MIKE11 dự báo dòng chảy tại Yên Thượng trên lưu vực sông Cả. Số 606, tháng 6, Tạp chí KTTV. 8. Lê Cảnh Tuân, Trần Duy Kiều (2011), Ảnh hưởng của yếu tố địa chất-địa mạo đến quá trình hình thành lũ trong lưu vực sông Cả. Số 35, tháng 7, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ-Địa chất. 9. Trần Duy Kiều, Lê Đình Thành (2011), Nghiên cứu dấu hiệu lũ lớn và phân vùng khả năng gây lũ lớn trên lưu vực sông Lam. Số 34, tháng 9, Tạp chí Khoa học Thủy lợi và Môi trường. 10. Lê Đình Thành, Trần Duy Kiều (2011), Ứng dụng mô hình toán trong nghiên cứu quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam. Số 610, tháng 10, Tạp chí KTTV. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRẦN DUY KIỀU NGHIÊN CỨU QUẢN LÝ LŨ LỚN LƯU VỰC SÔNG LAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRẦN DUY KIỀU NGHIÊN CỨU QUẢN LÝ LŨ LỚN LƯU VỰC SÔNG LAM Chuyên ngành: Phát triển nguồn nước Mã số: 62 44 92 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS LÊ ĐÌNH THÀNH 2. GS.TS NGÔ ĐÌNH TUẤN Hà Nội - 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi là Trần Duy Kiều. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong Luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tác giả Trần Duy Kiều LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Bộ môn Thủy văn và Tài nguyên nước, Khoa Thủy văn và Tài nguyên nước, Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học - Trường Đại học Thủy lợi, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả được học tập, nghiên cứu và thực hiện Luận án. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tác giả xin cảm ơn PGS. TS Lê Đình Thành, GS. TS Ngô Đình Tuấn Trường Đại học Thủy lợi đã hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học tập, tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành Luận án Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các cơ quan: Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, Liên đoàn Khảo sát Khí tượng Thủy văn, Trung tâm Tư liệu Khí tượng Thủy văn, Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Bắc Trung Bộ, Ban Khoa học Công nghệ và Hợp tác quốc tế - Trung tâm Khí tượng Thủy văn quốc gia đã giúp đỡ tác giả trong quá trình thu thập tài liệu, các thông tin cần thiết liên quan đến vấn đề nghiên cứu. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp và người thân đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện Luận án. TÁC GIẢ TRẦN DUY KIỀU DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ATNĐ Áp thấp nhiệt đới BĐ Báo động Bq Bình quân Hc , Hđ Cao độ chân lũ, cao độ đỉnh lũ CNH-HĐH Công nhiệp hóa-Hiện đại hóa CSL Cường suất lũ ITCZ Giải hội tụ nhiệt đới KTTV Khí tượng thủy văn KKL Không khí lạnh KHCN Khoa học công nghệ KCN Khu công nghiệp KTXH Kinh tế xã hội PCLB Phòng chống lụt bão X Lượng mưa Qmax Lưu lượng nước lớn nhất Mmax Mô đuyn dòng chảy lớn nhất QĐ Quyết định TNMT Tài nguyên và môi trường TBNN Trung bình nhiều năm TB - ĐN Tây Bắc - Đông Nam DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Nội dung Trang Bảng 1-1: Số người chết do thiên tai gây ra ở Việt Nam từ 1998 - 2008 17 Bảng 1-2: Thống kê một số trận lũ lớn đã xảy ra tại một số vị trí trên lưu vực 25 sông Lam Bảng 2-1: Một số chỉ số về hành chính dân cư Nghệ An-Hà Tĩnh 33 Bảng 2-2: Hình thế thời tiết chủ yếu gây mưa lũ lớn trên sông Lam 37 Bảng 2-3: Đặc trưng hình thái lưu vực sông Lam 42 Bảng 2-4: Đặc trưng hình thái các nhánh sông cấp 1 có F ≥ 1.000 km2 thuộc lưu 43 vực sông La Bảng 2-5: Tốc độ phát triển các ngành kinh tế của Nghệ An và Hà Tĩnh 45 Bảng 2-6: Mức tăng nhiệt độ trung bình mùa và mức thay đổi lượng mưa 46 mùa so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch bản phát thải trung bình đối với lưu vực sông Lam - Dự thảo 2011 Bảng 2-7 : Mực nước đỉnh lũ năm vượt báo động III tại một số vị trí 47 Bảng 2-8: Thống kê 5 trận lũ lớn nhất tại một số vị trí trên sông Lam 49 Bảng 2-9: Giá trị lũ lịch sử và tính toán quan hệ LnMmax = f(F0,1) 51 Bảng 2-10: Đặc trưng lũ lịch sử tại một số vị trí 53 Bảng 2-11: Phân vùng lũ lịch sử trên lưu vực sông Lam 54 Bảng 2-12: Giá trị đỉnh lũ lớn nhất tại một số vị trí 54 Bảng 2-13: Đặc trưng lũ lớn tháng IX/2002 trên sông Lam 57 Bảng 2-14: Đặc trưng lũ lớn tháng VIII/2007 trên sông La 58 Bảng 2-15: Số ngày từ khi bắt đầu trận mưa đến khi xuất hiện đỉnh lũ lớn tại 58 một số vị trí Bảng 3-1: Tiêu chí nhận dạng lũ lớn tại một số vị trí trên sông Lam 63 Bảng 3-2 : Cấp báo động mực nước lũ tại một số vị trí trên sông Lam 63 Bảng 3-3: Kết quả so sánh giữa tiêu chí nhận dạng lũ lớn với thực đo 64 Bảng 3-4: Tổ hợp lũ theo lũ điển hình trên sông Cả - sông Hiếu - sông Nậm Mộ 67 Bảng 3-5: Tổ hợp nước lũ theo lũ điển hình trên sông Ngàn Sâu-Ngàn Phố 68 Bảng 3-6: Nguồn gốc nước lũ sông Nậm Mộ, sông Hiếu đóng góp vào lũ sông Cả 72 Bảng 3-7: Nguồn gốc nước lũ sông Ngàn Sâu, sông Ngàn Phố đóng góp vào 73 lũ sông La Bảng 3-8: Nguồn gốc nước lũ sông Cả, sông La đóng góp vào lũ sông Lam 74 Bảng 3-9: Phân chia các vùng lưu vực sông Lam thuộc Việt Nam 76 Bảng 3-10: Bảng phân cấp và thang điểm cho các tiêu chí đánh giá nguy cơ lũ 77 lớn lưu vực sông Lam Bảng 3-11: Hệ số các tiêu chí đánh giá nguy cơ lũ lớn 77 Bảng 3-12: Giá trị các tiêu chí của các vùng 79 Bảng 3-13: Đánh giá các tiêu chí cho các vùng 79 Bảng 3-14: Đánh giá nguy cơ lũ lớn 80 Bảng 3-15: Thông số chính của một số hồ chứa 83 Bảng 3-16: Biên tính toán của mô hình 90 Bảng 3-17: Các tiêu chí đánh giá kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 93 Bảng 3-18: So sánh chênh lệch Hmax trước và sau khi có hồ 95 Bảng 3-19: Phân cấp bản đồ ngập lụt theo Hmax tại Chợ Tràng 99 Bảng 3-20: Tổng hợp kết quả ngập lụt theo phương án 1 100 Bảng 4-1: Các vùng sinh lũ lớn và giải pháp quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam 114 Bảng 4-2: Chỉ tiêu chống lũ hiện tại cho hạ lưu vực sông Lam 118 Bảng 4-3: Các vùng bị ngập lụt theo cấp mực nước lũ tại trạm Chợ Tràng 120 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Nội dung Trang Hình 1-1: Diễn biến về thiệt hại do thiên tai gây ra ở Việt Nam (1998-2008) 17 Hình 1-2: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam 31 Hình 2-1: Bản đồ lưu vực sông Lam và mạng lưới trạm khí tượng thủy văn 34 Hình 2-2: Sơ đồ các nhân tố gây lũ lớn trên lưu vực sông Lam 36 Hình 2-3: Tần suất (%) xuất hiện lũ lớn nhất trong năm 48 Hình 2-4: Quan hệ LnMmax= f(F0,1) tại một số trạm thuỷ văn trong vùng 53 Hình 2-5: Quan hệ đỉnh lũ và lượng lũ tại một số vị trí trên lưu vực sông 55 Hình 2-6: Quá trình lũ một số trận lũ lớn tại một số vị trí trên sông Lam 56 Hình 2-7 Đường tích lũy mưa (ngày lớn nhất) theo thời khoảng những trận 59 lũ lớn nhất năm tại trạm Sơn Diệm trên sông La Hình 3-1: Bản đồ đường đẳng lượng mưa gây ra trận lũ lớn năm 1978 và 62 2010 trên lưu vực sông Lam (phần Việt Nam) Hình 3-2: Quá trình lũ lớn năm 1980, 2007 tại Mường Xén, Dừa và Nghĩa Khánh 69 Hình 3-3: Quá trình lũ trận lũ lớn năm 2002, 2007 tại Hòa Duyệt và Sơn Diệm 70 Hình 3-4: Quá trình lũ lớn tháng IX năm 1978, tại Nam Đàn, Linh Cảm và Chợ Tràng 71 Hình 3-5: Bản đồ phân chia các vùng lưu vực sông Lam thuộc Việt Nam 76 Hình 3-6: Bản đồ nguy cơ lũ lớn lưu vực sông Lam thuộc Việt Nam 80 Hình 3-7: Sơ đồ ứng dụng các mô hình toán trong quản lý lũ lớn lưu vực 88 sông Lam Hình 3-8: Vị trí tính toán khu giữa của lưu vực sông Lam 90 Hình 3-9: Sơ đồ hóa lưu vực sông Lam trong MIKE 11, MIKE 21 và MIKE FLOOD 91 Hình 3-10: Địa hình và lưới tính của mô hình MIKE 21 91 Hình 3-11: Quá trình mực nước tính toán và thực đo theo trận lũ năm 1979, 92 2006 tại Chợ Tràng (Hiệu chỉnh) Hình 3-12: Quá trình mực nước tính toán và thực đo theo trận lũ năm 1978, 92 2008 và 2009 tại Chợ Tràng (Kiểm định) Hình 3-13: Quá trình mực nước tính toán và thực đo theo trận lũ năm 1978 tại Đô 93 Lương và Yên Thượng (Kiểm định) Hình 3-14: Vị trí tràn đê dọc sông theo lũ năm 1978 - không có cắt lũ của 2 hồ 94 Hình 3-15: Vị trí tràn đê dọc sông theo lũ năm 1978 - có cắt lũ của 2 hồ 95 Hình 3-16: Kết quả so sánh Hmax giữa hai phương án với lũ năm 1978 tại Chợ Tràng 96 Hình 3-17: Kết quả so sánh Hmax giữa hai phương án với lũ thiết kế 1% tại Chợ Tràng 96 Hình 3-18A: Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Lam theo lũ tháng IX/1978 - không 102 có hồ Bản Vẽ và hồ Ngàn Trươi Hình 3-18B: Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Lam theo lũ tháng IX/1978 - có hồ 102 Bản Vẽ và hồ Ngàn Trươi cắt lũ Hình 3-19A: Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Lam theo lũ P = 1% - không có hồ Bản Vẽ và hồ Ngàn Trươi 102 Hình 3-19B: Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Lam theo lũ P = 1% - có hồ Bản Vẽ 102 và hồ Ngàn Trươi cắt lũ Hình 3- 20: Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Lam theo lũ P = 0,5% - không có hồ Bản Vẽ và hồ Ngàn Trươi 102 Hình 4-1 : Chu trình quản lý thiên tai 107 Hình 4-2 : Sơ đồ quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam 112 Hình 4-3 : Khung phối hợp điều hành quản lý lũ lớn Nghệ An - Hà Tĩnh 113 Hình 4-4 : Bản đồ phân vùng quản lý nguy cơ lũ lớn lưu vực sông Lam thuộc Việt Nam 114 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Lũ lớn là một trong những thiên tai xảy ra khá thường xuyên và nghiêm trọng trên thế giới. Những năm gần đây thiệt hại do lũ gây ra đã ảnh hưởng lớn đến phát triển kinh tế, xã hội ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là những nước vùng nhiệt đới chịu nhiều bão và mưa lớn. Để hạn chế và giảm thiểu những thiệt hại do lũ gây ra, các quốc gia đã nghiên cứu và sử dụng các giải pháp khác nhau từ phòng tránh, phòng chống đến quản lý phù hợp với điều kiện cụ thể của từng lưu vực sông. Tuy nhiên đến nay quản lý lũ lớn luôn là vấn đề rất lớn đối với loài người vì điều kiện khí hậu, thời tiết luôn diễn biến phức tạp. Việt Nam là một trong những nước chịu nhiều thiên tai lũ, lụt lớn. Hàng năm dọc theo chiều dài đất nước từ bắc đến nam có tới hàng chục trận lũ lớn trên các lưu vực sông khác nhau. Miền Trung với điều kiện địa hình dốc, sông ngắn cùng với sự khắc nghiệt của thời tiết nên lũ rất ác liệt. Trên lưu vực sông Lam trong gần nửa thế kỷ qua đã xảy ra nhiều trận lũ lớn có xu hướng ngày càng tăng về cường độ lẫn tần số gây thiệt hại về người và tài sản cho hai tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh như các trận lũ lớn năm 1954, 1960, 1962, 1978, 1988, 1996, 2002, 2007, 2008, 2010 và năm 2011. Trận lũ tháng IX năm 1978 xảy ra trên sông Cả làm ngập 100% diện tích gieo cấy vụ mùa (125.400 ha) [1]. Trong đó 73.6% diện tích mất trắng, nhiều hồ chứa nhỏ bị vỡ hoặc xảy ra sự cố nghiêm trọng gây ra thiệt hại rất đáng kể cho vùng đồng bằng sông Lam. Trận lũ tháng IX năm 2002 trên sông Ngàn Phố làm 77 người chết; hàng trăm người bị thương; 70.694 ngôi nhà bị ngập, bị cuốn trôi và hư hỏng; 26 km đê bị sạt lở, nhiều hồ chứa nhỏ bị vỡ gây ra thiệt hại kinh tế đến khoảng 898 tỷ đồng. Gần đây nhất là trận lũ kép tháng X năm 2010 xảy ra ở các tỉnh miền Trung gây ra thiệt hại vô cùng lớn, gần 5 ngàn tỷ đồng [13]. Sông Lam có vai trò rất quan 2 trọng đối với phát triển kinh tế, xã hội và bảo vệ môi trường của hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh, trong đó lũ và quản lý lũ lớn được quan tâm đặc biệt. Tuy vẫn còn nhiều bất cập do: - Hồ chứa lớn chưa được đưa vào hoạt động đồng bộ nên khả năng điều tiết lũ hạn chế. - Quy hoạch phòng lũ trên lưu vực sông chưa có sông nào được cấp có thẩm quyền phê duyệt chính thức, do đó có nhiều bộ, ngành cùng tham gia gây chồng chéo, nhưng có việc lại chưa có cơ quan nào quan tâm nghiên cứu như quản lý lũ lớn trên lưu vực sông Lam. - Hội đồng quản lý lưu vực sông Lam tuy đã được thành lập, nhưng hoạt động thiếu hiệu quả. Phòng, chống lũ lớn trên sông Lam hiện nay chỉ có hệ thống đê theo tiêu chuẩn lũ năm 1978. Mặc dù đã được nâng cấp, nhưng hệ thống đê vẫn còn nhiều đoạn chưa đạt yêu cầu thiết kế. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu cùng với những mặt trái của các hoạt động kinh tế xã hội (KTXH) của con người trên lưu vực sông càng làm cho thiên tai lũ, lụt trở nên ác liệt và nghiêm trọng cả về cường độ, độ lớn và phạm vi gây hại. Trước những thách thức về lũ lớn ngày càng gia tăng cùng với sự tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu, nước biển dâng và yêu cầu phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực sông đặt ra cho chúng ta nhiệm vụ là cần thiết nâng cao hiệu quả trong phòng, chống lũ và tiến tới quản lý lũ lớn một cách hiệu quả hơn trên lưu vực sông Lam. Đây cũng là một thách thức lớn cần có những nghiên cứu cập nhật về quan điểm, về các giải pháp khoa học công nghệ và các giải pháp quản lý lũ lớn hiệu quả, phù hợp. Luận án với đề tài “Nghiên cứu quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam” nhằm tiếp cận quan điểm mới trong quản lý tổng hợp lũ lưu vực sông để đạt được hiệu quả cao trong việc giảm thiểu các tác hại của lũ đến phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường. 2. Tính khoa học và thực tiễn của luận án Tính khoa học: Luận án tiếp cận quan điểm quản lý tổng hợp lũ và ứng dụng các giải pháp khoa học công nghệ trong phòng, chống lũ hiệu quả cho lưu vực sông 3 Lam. Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ bổ sung và hoàn thiện thêm các kết quả nghiên cứu của bài toán phòng, tránh và giảm nhẹ thiên tai. Tính thực tiễn: Nghiên cứu sự khác biệt lũ lớn của các sông trên lưu vực sông Lam trong điều kiện có ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. Phân tích các dấu hiệu nhận dạng lũ lớn trên lưu vực sông nhằm hỗ trợ cho việc ra quyết định trong công tác cảnh báo lũ lớn. Luận án cũng xây dựng một số kịch bản về lũ lớn có thể xảy ra để làm cơ sở đưa ra các quyết định trong điều hành, quản lý lũ lớn trên sông Lam. Đề xuất những giải pháp có tính hiệu quả trong việc quản lý lũ lớn góp phần làm cho công tác quản lý tổng hợp lưu vực sông Lam có tính thiết thực cao. 3. Mục tiêu nghiên cứu của luận án Mục tiêu chính của đề tài luận án là: Xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn trong quản lý lũ lớn và đề xuất các giải pháp quản lý lũ lớn trên lưu vực sông Lam có hiệu quả, an sinh xã hội theo hướng phát triển bền vững. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án Để đạt được mục tiêu đề ra, đối tượng nghiên cứu của luận án là lũ lớn trên lưu vực sông Lam ứng với các điều kiện cụ thể theo các phương án khác nhau. Phạm vi nghiên cứu về không gian là toàn bộ lưu vực sông Lam thuộc địa phận Việt Nam chủ yếu thuộc Nghệ An và Hà Tĩnh có xét đến ảnh hưởng của lũ ở thượng nguồn thuộc lãnh thổ Lào. 5. Phương pháp nghiên cứu và nội dung luận án Với quan điểm tiếp cận tổng hợp trên nguyên tắc “Nguyên nhân - Kết quả”, luận án sử dụng một số phương pháp nghiên cứu chính sau đây: 1) Điều tra khảo sát thực địa: Nhằm thu thập, bổ sung, cập nhật các số liệu khí tượng thủy văn, địa hình, điều kiện tự nhiên, các hoạt động quản lý và khai thác trên lưu vực sông. 2) Phương pháp phân tích thống kê: Kiểm tra đánh giá, tổng hợp và phân tích xử lý các số liệu về lũ, điều kiện lưu vực sông, điều kiện dân sinh kinh tế nhằm tìm 4 ra quy luật diễn biến về lũ lớn theo xu thế biến đổi khí hậu, mặt đệm và phát triển kinh tế, xã hội. 3) Phương pháp mô hình toán thuỷ văn thuỷ lực kết hợp với công nghệ GIS: Đây là phương pháp cơ bản và định lượng trong nghiên cứu lũ lớn lưu vực sông Lam nhằm tính toán, nghiên cứu dự báo và cảnh báo lũ lớn, diễn biến lũ phục vụ mục tiêu quản lý lũ lớn trên lưu vực sông Lam. 4) Phương pháp chuyên gia và sự tham gia của cộng đồng: Thừa kế có chọn lọc các kết quả nghiên cứu, điều tra cơ bản trước đây có liên quan đến nội dung của luận án. Học hỏi kinh nghiệm phòng chống lũ trong các cộng đồng dân cư, trao đổi và tham vấn các chuyên gia những nội dung có liên quan đến lũ và quản lý lũ lớn trên lưu vực sông Lam 5) Phương pháp phân tích hệ thống: Đánh giá các yếu tố gây lũ lớn và đề xuất các giải pháp quản lý lũ lớn dựa trên cơ sở phân tích toàn hệ thống lưu vực sông, thông qua từng lưu vực bộ phận hay tiểu lưu vực sông thượng hạ lưu, từ đó rút ra qui luật phân bố của chúng theo không gian và thời gian xảy ra trên lưu vực sông Lam. 6. Cấu trúc luận án Để thể hiện các kết quả nghiên cứu của đề tài, ngoài phần mở đầu và kết luận, các nội dung chính của luận án được cấu trúc thành 4 chương: Chương 1: Tổng quan nghiên cứu quản lý lũ lớn, luận án nghiên cứu, đánh giá tình hình lũ và quản lý lũ lớn trên thế giới, Việt Nam và lưu vực sông Lam, từ đó đưa ra những vấn đề cần nghiên cứu giải quyết. Chương 2: Nhân tố gây lũ lớn trên lưu vực sông Lam, với những cập nhật về thông tin số liệu, luận án nghiên cứu các yếu tố khí tượng, mặt đệm lưu vực sông và sự hoạt động KTXH của con người, đánh giá diễn biến của những trận lũ lớn, phát hiện một số đặc điểm khác biệt của lũ lớn liên quan đến vấn đề phòng, chống và quản lý nhằm đặt cơ sở cho những nghiên cứu ở các chương tiếp theo. 5 Chương 3: Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn trong quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam, chương này trình bày cơ sở nhận dạng lũ lớn, phân bố lũ lớn trên lưu vực sông, phân vùng nguy cơ lũ lớn, hiện trạng các giải pháp phòng, chống và quản lý lũ lớn sông Lam. Từ đó ứng dụng mô hình toán để giải quyết bài toán truyền lũ trong mạng sông, xây dựng bản đồ ngập lụt làm công cụ cho nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý lũ lớn. Chương 4: Đề xuất các giải pháp quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam, với các cơ sở khoa học và thực tiễn đã được nghiên cứu, luận án đề xuất mô hình phòng, chống lũ và quản lý lũ lớn cho toàn lưu vực sông có tính cập nhật đến quan điểm, phương pháp, xét đến tác động của biến đổi khí hậu nhằm phát triển bền vững. 7. Những đóng góp mới của luận án Luận án có những đóng góp mới sau đây: 1) Đã xác định được các vấn đề cốt lõi liên quan đến lũ lớn trên lưu vực sông Lam góp phần làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp quản lý lũ lớn bao gồm: phân tích, tổng hợp các nguyên nhân, đặc điểm lũ lớn và tổ hợp lũ lớn trên lưu vực sông Lam; xác định được qui luật biến đổi đỉnh lũ theo diện tích lưu vực sông trên hệ thống sông Lam; và đặc biệt là đã xây dựng được bảng nhận dạng dấu hiệu lũ lớn tại một số tuyến sông, bước đầu phục vụ công tác cảnh báo, dự báo lũ lớn. 2) Xây dựng được bộ tiêu chí đánh giá và phân vùng nguy cơ lũ lớn làm cơ sở cho công tác phòng, chống và xây dựng các giải pháp quản lý lũ lớn trên lưu vực sông Lam với 7 vùng khác nhau. Đồng thời xây dựng được các bản đồ mức độ ngập lụt vùng hạ lưu sông Lam với các phương án khác nhau. Xác định được đường mặt nước lũ dọc sông Lam từ Yên Thượng đến Cửa Hội và từ Hòa Duyệt đến Cửa Hội theo các cấp lũ lớn. Ứng dụng thành công bộ mô hình MIKE cho điều kiện cụ thể của lưu vực sông như là công cụ nhằm quản lý lũ lớn theo định lượng trên lưu vực sông Lam. Từ đó giúp các nhà chuyên môn, các nhà quản lý xây dựng kế hoạch chiến lược hướng đến quản lý lũ lớn trên sông Lam hiệu quả. 6 3) Đề xuất được các giải pháp quản lý lũ lớn trên lưu vực sông Lam trong bối cảnh gia tăng lũ lớn xảy ra và xu thế ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. Trong đó những giải pháp phi công trình liên quan đến hệ thống cảnh báo, dự báo trên cơ sở ứng dụng khoa học công nghệ tiên tiến và giải pháp công trình đã chỉ rõ những đoạn đê cần nâng cấp, các hồ chứa thượng lưu cần xây dựng. Từ đó giúp cho quy hoạch phòng chống, quản lý lũ lớn được hợp lý và mang tính tổng hợp hơn. 7 CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU QUẢN LÝ LŨ LỚN 1.1. Các khái niệm 1.1.1. Khái niệm lũ lớn Lũ lớn: Theo cách hiểu thông thường lũ lớn là những trận lũ có khả năng gây nguy hiểm đáng kể cho các hoạt động và các công trình dọc sông khi nó xuất hiện. Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về dự báo lũ [4] (số 18/2008/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2008): “Lũ lớn là lũ có tần suất xuất hiện mực nước đỉnh lũ từ 10% ÷ 30%”, hay lũ lớn có Hmaxp30% ≤ Hmaxi ≤ Hmaxp10%. Lũ rất lớn: là những trận lũ có đỉnh lũ (lưu lượng nước hoặc mực nước) rất cao, gây nhiều thiệt hại nặng cho các hoạt động và công trình ven sông. Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về dự báo lũ “Lũ rất lớn là những trận lũ có tần suất xuất hiện mực nước đỉnh lũ P ≤ 10%”, hay lũ rất lớn có Hmaxi ≥ Hmaxp10%. Lũ đặc biệt lớn: là lũ có đỉnh lũ cao hiếm thấy trong thời kỳ quan trắc, lũ đặc biệt lớn thường phá huỷ các công trình ven sông và gây ra nhiều thiệt hại nghiêm trọng cho dân sinh và kinh tế, làm biến đổi điều kiện môi trường. Lũ lịch sử: là lũ có đỉnh lũ cao nhất trong thời kỳ quan trắc hoặc điều tra. Lũ lịch sử thường gây nhiều thiệt hại rất nghiêm trọng đối với kinh tế, xã hội, môi trường và rất khó khăn trong việc khắc phục hậu quả. Trong luận án này phạm vi nghiên cứu là những trận lũ từ “lũ lớn” trở lên, nghĩa là những trận lũ thực tế đã xảy ra trên lưu vực sông Lam có tần suất mực nước đỉnh lũ P ≤ 30%. 1.1.2. Phòng, chống lũ lớn - Phòng, chống lũ là sử dụng tất cả các giải pháp kỹ thuật cụ thể và quản lý có thể để giảm nhẹ các thiệt hại do nước lũ gây ra, bảo vệ các khu vực cần thiết và quan trọng khỏi ảnh hưởng tàn phá của nước lũ. Các giải pháp phòng, chống lũ bao gồm cả phi công trình và công trình và được thực hiện từ khâu cảnh báo, dự báo đến 8 các khâu thực thi kể cả giải pháp khắc phục sau lũ và phù hợp với điều kiện của vùng bị ảnh hưởng do nước lũ. - Phòng, chống lũ lớn bao gồm: Phòng ngừa, ứng phó và khắc phục hậu quả nhằm giảm thiểu thiệt hại do thiên tai lũ gây ra, đảm bảo phát triển bền vững, góp phần ổn định xã hội, bảo đảm an ninh, quốc phòng [37]. - Công tác phòng, chống lũ là hoạt động phòng ngừa, chống và khắc phục hậu quả gây hại của lũ lụt, nhằm giảm nhẹ thiệt hại, nhanh chóng ổn định đời sống của nhân dân, bảo vệ và phục hồi sản xuất, hạn chế ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái. 1.1.3. Quản lý lũ lớn Hiện nay, có nhiều cách biểu đạt khái niệm khác nhau về quản lý lũ, có thể tóm tắt như: - Quản lý lũ lớn là quá trình mang tính hệ thống nhằm áp dụng các qui định hành chính hiện hành, huy động tổ chức, cá nhân và kỹ năng cần thiết để thực hiện các chiến lược, chính sách và nâng cao khả năng ứng phó nhằm giảm thiểu các tác động bất lợi của hiểm họa và khả năng xảy ra lũ lớn [37] - Quản lý lũ lớn là các biện pháp nhằm tránh hoặc giảm bớt hoặc chuyển đổi các tác động có hại của hiểm họa thông qua các hoạt động, biện pháp phòng, chống và chuẩn bị [37] - Theo Chương trình khung lần thứ 4 của Cộng đồng Châu Âu về hành động RIBAMOD [84]: Quản lý lũ là quá trình bao gồm các hoạt động diễn ra trước, trong và sau khi lũ xảy ra. Quản lý lũ là hoạt động mà mọi tổ chức (gia đình, doanh nghiệp, chính phủ) đều thực hiện 5 yếu tố tạo thành là: kế hoạch, tổ chức, chỉ đạo, điều chỉnh và kiểm soát. Quản lý lũ là sự thống nhất hoàn hảo nhất giữa lý luận và thực tiễn nhằm hướng đến việc giảm thiểu rủi ro. Khái niệm được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là “Quản lý lũ là một quá trình đánh giá các rủi ro do lũ gây ra làm cơ sở triển khai thực hiện các giải pháp quản 9 lý lũ thích hợp” [60]. Như vậy nội dung quản lý lũ bao gồm cả những hoạt động trước lũ, trong khi lũ xảy ra và sau lũ: - Trước khi lũ xảy ra là quản lý tất cả các nguy cơ có thể xảy ra do lũ, quy hoạch quản lý lũ, xây dựng công trình chống lũ, hệ thống cảnh báo lũ hiệu quả và theo dõi dự báo và cảnh báo lũ. - Trong khi lũ xảy ra cần bảo vệ được dân khỏi lũ, phản ứng khẩn cấp đối phó với lũ bằng các giải pháp khác nhau, tiếp tục dự báo diễn biến lũ,… - Sau lũ, khẩn trương thực hiện các hoạt động cứu trợ, khôi phục cơ sở và môi trường, đánh giá các thiệt hại, đúc rút kinh nghiệm và tìm ra nguyên nhân,… 1.2. Nghiên cứu quản lý lũ lớn trên thế giới 1.2.1. Tình hình lũ lớn ở một số nước điển hình Lũ là thiên tai xảy ra khá thường xuyên và gây nhiều hậu quả xấu cho kinh tế, xã hội ở nhiều quốc gia trên thế giới trong hàng ngàn năm qua. Một số trận lũ lớn điển hình gây thiệt hại lớn tại một số nước trên thế giới mà lịch sử ghi nhận được như sau: Tại Trung Quốc, trận lũ xảy ra năm 1887 trên sông Hoàng Hà làm chết 900 ngàn người. Trong 55 năm gần đây lũ lụt đã làm ảnh hưởng đến 9,3 triệu ha đất canh tác, trung bình mỗi năm làm chết khoảng 5.000 người [94]. Chỉ trong thập kỷ 1990 liên tiếp có 7 trận lũ lớn 1991, 1993, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998 làm chết khoảng 25 ngàn người. Những trận lũ điển hình nhất đã xảy ra là lũ năm 1933 trên sông Hoàng Hà làm ảnh hưởng 3,6 triệu người và 18 ngàn người chết, trận lũ năm 1931 trên sông Dương Tử làm ngập 3 triệu ha đất canh tác, ảnh hưởng tới 28,5 triệu người và 145 ngàn người chết. Trận lũ năm 1998 gần đây đã làm chết 3.000 người, 23 nghìn người mất tích, 240 triệu người bị lũ uy hiếp, phá hủy 5 triệu ngôi nhà, thiệt hại khoảng 21 tỉ USD [84]. Lũ trên sông Dương Tử tháng 7/2010 lớn hơn 40% so với lũ năm 1998, lưu lượng lũ về hồ Tam Hiệp là 70.000 m3/s cao hơn 20.000 m3/s so với trận lũ năm 1998, làm 4.150 người thiệt mạng [79]