Tiến Sĩ Nghiên cứu quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam

NGHIÊN CỨU QUẢN LÝ LŨ LỚN L
ƯU VỰC SÔNG LAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Phát triển nguồn nước
NĂM - 2012
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU 1
1 Tính cấp thiết 1
2 Tính khoa học và thực tiễn của luận án 2
3 Mục tiêu nghiên cứu của luận án 3
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án 3
5 Phương pháp nghiên cứu và nội dung luận án 3
6 Cấu trúc luận án 4
7 Những đóng góp mới của luận án 5
CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU QUẢN LÝ LŨ LỚN 7
1.1 Các khái niệm 7
1.1.1 Khái niệm lũ lớn 7
1.1.2 Phòng, chống lũ lớn 7
1.1.3 Quản lý lũ lớn 8
1.2 Nghiên cứu quản lý lũ lớn trên thế giới 9
1.2.1 Tình hình lũ lớn ở một số nước điển hình 9
1.2.2 Quản lý lũ lớn trên thế giới 11
1.3 Nghiên cứu quản lý lũ lớn ở Việt Nam 15
1.3.1 Tình hình lũ lớn và thiệt hại do lũ 15
1.3.2 Tình hình nghiên cứu lũ lớn 17
1.3.3 Quá trình phát triển quan điểm chiến lược quản lý lũ lớn ven biển miền Trung
1.4 Hiện trạng về nghiên cứu quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam 24
1.4.1 Tình hình chung 24
1.4.2 Nghiên cứu quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam 25
1.5 Những tồn tại trong nghiên cứu quản lý lũ lớn ở Việt Nam và hướng phát triển
1.6 Hướng tiếp cận nghiên cứu 31
Kết luẬN CHƯƠNG I 32
CHƯƠNG II NHÂN TỐ GÂY LŨ LỚN TRÊN LưU VỰC SÔNG LAM 33
2.1 Lưu vực sông Lam 33
2.1.1 Hành chính dân cư 33
2.1.2 Phát triển kinh tế trên lưu vực sông 33
2.1.3 Mạng lưới quan trắc khí tượng thủy van 34
2.2 Các nhân tố gây lũ lớn trên lưu vực sông Lam 35
2.2.1 Hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn 36
2.2.2 Mặt đệm trên lưu vực sông Lam ảnh hưởng tới lũ lớn 39
2.2.3 Hoạt động kinh tế - xã hội của con người trên lưu vực sông Lam 44
2.2.4 Một số biểu hiện ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến lũ lớn lưu vực sông Lam 45
2.2.5 Vài trò của các nhân tố gây lũ lớn lưu vực sông Lam 47
2.3 Lũ và chế độ lũ lớn lưu vực sông Lam 48
2.3.1 Mùa lũ 48
2.3.2 Đặc điểm lũ lớn lưu vực sông Lam 49
2.3.3 Quan hệ mưa-lũ lớn 58
Kết luận chương II 59
CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN TRONG QUẢN LÝ LŨ LỚN LƯU VỰC SÔNG LAM
3.1 Dấu hiệu nhận dạng và phân vùng nguy cơ lũ lớn 61
3.1.1 Dấu hiệu nhận dạng lũ lớn 61
3.1.2 Phân bố lũ lớn trên lưu vực sông Lam 66
3.1.3 Phân vùng nguy cơ lũ lớn 75
3.2 Cơ sở thực tiễn cho quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam 80
3.2.1 Hiện trạng các giải pháp phi công trình quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam 80
3.2.2 Công trình quản lý lũ lớn hiện có trên lưu vực sông Lam 81
3.2.3 Hiện trạng công tác tổ chức quản lý lũ lớn lưu vực sông 84
3.3 Ứng dụng mô hình toán trong quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam 86
3.3.1 Lựa chọn mô hình toán ứng dụng cho lưu vực sông Lam 86
3.3.2 Xây dựng, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình toán ứng dụng cho lưu vực sông Lam
3.3.3 Nghiên cứu đánh giá khả nang phòng lũ lớn của các công trình phòng lũ trên lưu vực sông Lam 93
3.3.4 Nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt cho hạ lưu lưu vực sông Lam 97
Kết luận chương III 102
CHƯƠNG IV ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ LŨ LỚN LƯU VỰC SÔNG LAM
4.1 Mục tiêu quản lý lũ lớn trên lưu vực sông Lam 103
4.1.1 Mục tiêu tổng quát 103
4.1.2 Các mục tiêu cụ thể 103
4.2 Những thuận lợi và khó khan trong quản lý lũ lớn trên lưu vực sông Lam 104
4.2.1 Những thuận lợi 104
4.2.2 Khó khan 105
4.3 Đề xuất các giải pháp quản lý lũ lớn trên lưu vực sông Lam 107
4.3.1 Nguyên tắc cơ bản của quá trình quản lý lũ lớn 107
4.3.2 Cơ sở lý luận của các giải pháp quản lý lũ lớn 110
4.4 Đề xuất nội dung các giải pháp quản lý lũ lớn sông Lam 112
4.4.1 Khung tổ chức quản lý lũ lớn 112
4.4.2 Cơ chế phối hợp điều hành quản lý lũ lớn hai tỉnh Nghệ An-Hà Tinh 113
4.4.3 Quản lý lũ theo phân vùng nguy cơ lũ lớn trên lưu vực sông Lam 114
4.4.4 Nội dung quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam 115
Kết luận chương IV 121
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122
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
sông Lam 25
Bảng 2-1: Một số chỉ số về hành chính dân cư Nghệ An-Hà Tinh 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 7 1.000 km2 thuộc lưu
vực sông La 43
Bảng 2-5: Tốc độ phát triển các ngành kinh tế của Nghệ An và Hà Tinh 45
Bảng 2-6: Mức tang nhiệt độ trung bình mùa và mức thay đổi lượng mưa mùa so với thời ky 1980-1999 theo kịch bản phát thải trung bình đối với lưu vực sông Lam – Dự thảo 2011 46
Bảng 2-7 : Mực nước đỉnh lũ nam 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
một số vị trí 58
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
Bảng 3-7: Nguồn gốc nước lũ sông Ngàn Sâu, sông Ngàn Phố đóng góp vào
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 lu
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 van 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 nam 48
Hình 2-4: Quan hệ LnMmax= f(F0,1) tại một số trạm thuỷ van 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 luy mưa (ngày lớn nhất) theo thời khoảng những trận
lũ lớn nhất nam tại trạm Sơn Diệm trên sông La 59
Hình 3-1: Bản đồ đường đẳng lượng mưa gây ra trận lũ lớn nam 1978 và
2010 trên lưu vực sông Lam (phần Việt Nam) 62
Hình 3-2: Quá trình lũ lớn nam 1980, 2007 tại Mường Xén, Dừa và Nghia Khánh
Hình 3-3: Quá trình lũ trận lũ lớn nam 2002, 2007 tại Hòa Duyệt và Sơn Diệm 70
Hình 3-4: Quá trình lũ lớn tháng IX nam 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 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 nam 1979,
2006 tại Chợ Tràng ( Hiệu chỉnh) 92
Hình 3-12: Quá trình mực nước tính toán và thực đo theo trận lũ nam 1978,
2008 và 2009 tại Chợ Tràng ( Kiểm định)
Hình 3-13: Quá trình mực nước tính toán và thực đo theo trận lũ nam 1978 tại Đô
Lương và Yên Thượng (Kiểm định)
Hình 3-14: Vị trí tràn đê dọc sông theo lũ nam 1978 - không có cắt lũ của 2 hồ 94
Hình 3-15: Vị trí tràn đê dọc sông theo lũ nam 1978 - có cắt lũ của 2 hồ 95
Hình 3-16: Kết quả so sánh Hmax giữa hai phương án với lũ nam 1978 tại Chợ Tràng
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
có hồ Bản Vẽ và hồ Ngàn Trươi 102
Hình 3-18B: Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông lam theo lũ tháng IX/1978 - có hồ
Bản Vẽ và hồ Ngàn Trươi cắt lũ 102
Hình 3-19A: Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông lam theo lũ P = 1% - không có hồ
Bản Vẽ và hồ Ngàn Trươi
Hình 3-19B: Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông lam theo lũ P = 1% - có hồ Bản Vẽ
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
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 Tinh 113
Hình 4-4 : Bản đồ phân vùng quản lý nguy cơ lũ lớn lưu vực sông Lam thuộc Việt Nam 114
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 nam 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 lu, lụt lớn. Hàng nam 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 tang về cường độ lẫn tần số gây thiệt hại về người và tài sản cho hai tỉnh Nghệ An, Hà Tinh như các trận lũ lớn nam 1954, 1960, 1962, 1978, 1988, 1996, 2002, 2007, 2008, 2010 và nam 2011.
Trận lũ tháng IX nam 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 nam 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 nam 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 trọng đối với phát triển kinh tế, xã hội và bảo vệ môi trường của hai tỉnh Nghệ An và Hà Tinh, 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 nang 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 nam 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 lu, 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 tang 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 cung 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 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.