Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Xây dựng bản đồ nguy cơ ngập lụt cho quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

114
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nhằm xây dựng được bản đồ ngập lụt đô thị cho khu vực quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ. Luận văn sẽ là cơ sở cho việc quy hoạch phòng chống lũ và cũng là tài liệu tham khảo tốt cho các nhà hoạch định chính sách và ra quyết định ở địa phương.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Xây dựng bản đồ nguy cơ ngập lụt cho quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------- NGUYỄN VĂN ĐẠI BÁO CÁO HIỆN TRẠNG DỮ LIỆU VỀ KHÍ HẬU VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HIỆN CÓ TỈNH QUẢNG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGUY CƠ NGẬP LỤT CHO QUẬN NINH KIỀU, NGÃI THÀNH PHỐ CẦN THƠ (Sản phẩm thuộc hợp đồng số: 171212/FIRM-CBCC ký ngày 17/12/2012) hậu ở Việt Nam nhằm giảm nhẹ TĐ và KS phát thải khí nhà kính” (thuộc Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường) - 00060851 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Tên gói thầu: Tư vấn chuyển tải những thông tin và dữ liệu về cực trị khí hậu và BĐKH phục vụ hoạch định kế hoạch thích ứng với biến đổi khí hậu Hà Nội, 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------- NGUYỄN VĂN ĐẠI XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGUY CƠ NGẬP LỤT CHO QUẬN NINH KIỀU, THÀNH PHỐ CẦN THƠ Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 60440224 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Thọ Sáo Hà Nội, 2015
MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................................................................................i DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................... iii DANH SÁCH HÌNH VẼ ..............................................................................................iv DANH SÁCH HÌNH VẼ ..............................................................................................iv BẢNG KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................vi MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài ................................................................................................2 3. Các nội dung thực hiện .........................................................................................2 4. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................2 Phương pháp nghiên cứu: .............................................................................................2 Công cụ mô hình được sử dụng: ...................................................................................2 5. Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGẬP LỤT ĐÔ THỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGUY CƠ NGẬP LỤT ...................................................................4 1.1. Tổng quan về ngập lụt đô thị ................................................................. 4 1.1.1. Các nguyên nhân khách quan ........................................................................ 5 1.1.2. Các nguyên nhân chủ quan ............................................................................ 7 1.2. Phương pháp xây dựng bản đồ nguy cơ ngập lụt ................................ 8 CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC NGHIÊN CỨU ......................................................................10 2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu .................................... 10 2.1.1. Vị trí địa lí....................................................................................................... 10 2.1.2. Đặc điểm địa hình, địa mạo, địa chất ........................................................... 11 2.1.3. Đặc điểm khí hậu ........................................................................................... 12 2.1.4. Đặc điểm thủy văn ......................................................................................... 13 2.2. Kịch bản biến đổi khí hậu khu vực nghiên cứu ................................. 13 2.2.1. Các kịch bản biến đổi khí hậu đối với lượng mưa ....................................... 13 i
2.2.2. Kịch bản nước biển dâng............................................................................... 21 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT ĐÔ THỊ CHO QUẬN NINH KIỀU - THÀNH PHỐ CẦN THƠ .....................................................24 3.1. Giới thiệu các mô hình .......................................................................... 24 3.1.1. Lựa chọn mô hình tính toán ......................................................................... 24 3.1.2. Giới thiệu chung về các mô hình .................................................................. 25 3.2. Số liệu đầu vào ....................................................................................... 32 3.2.1. Số liệu địa hình .............................................................................................. 32 3.2.2. Số liệu khí tượng ............................................................................................ 32 3.2.3. Số liệu thủy văn.............................................................................................. 33 3.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ....................................................... 34 3.3.1. Mô hình thủy lực 1 chiều trong sông (MIKE 11)......................................... 34 3.3.2. Mô hình thủy lực 2 chiều (MIKE 21) ........................................................... 42 3.3.3. Mô hình thủy văn đô thị (MIKE URBAN) ................................................... 45 3.3.4. Mô hình MIKE FLOOD ................................................................................ 47 3.4. Xây dựng bản đồ ngập lụt đô thị ......................................................... 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................57 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................59 PHỤ LỤC .....................................................................................................................61 ii
DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1. Lượng mưa trung bình tháng, năm tại trạm Cần Thơ ................................... 12 Bảng 2.2. Mức thay đổi lượng mưa (%) qua các thập kỷ của thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 của Cần Thơ ứng với kịch bản phát thải thấp (B1) [10] ........................... 14 Bảng 2.3. Mức thay đổi lượng mưa (%) qua các thập kỷ của thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 của Cần Thơ ứng với kịch bản phát thải trung bình (B2) [10].................. 14 Bảng 2.4. Mức thay đổi lượng mưa (%) qua các thập kỷ của thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 của Cần Thơ ứng với kịch bản phát thải cao (A2) [10] ............................ 15 Bảng 2.5. Kịch bản nước biển dâng do biến đổi khí hậu cho khu vực [2] .................... 21 Bảng 3.1. Diện tích của các lưu vực bộ phận khu giữa [4] ........................................... 35 Bảng 3.2. Thông số của mô hình MIKE-NAM cho các lưu vực bộ phận [4] ............... 36 Bảng 3.3. Bộ thông số của mô hình MIKE11 tại một số vị trí chính ............................ 38 Bảng 3.4. Đánh giá kết quả hiệu chỉnh mô hình ........................................................... 40 Bảng 3.5. Đánh giá kết quả kiểm định mô hình ............................................................ 42 Bảng 3.6. Tọa độ và đặc trưng đầu vào của miền tính trong mô hình MIKE21 ........... 44 Bảng 3.7. Thông số mô hình MIKE21 của miền tính ................................................... 45 Bảng 3.8. So sánh kết quả tính toán diện tích ngập của miền tính từ mô hình với diện tích ngập tính toán từ ảnh Landsat7 .............................................................................. 49 Bảng 3.9. Diện tích nguy cơ ngập lớn nhất theo các kịch bản BĐKH quận Ninh Kiều 52 iii
DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ tiếp cận hệ thống xây dựng bản đồ ngập lụt đô thị quận Ninh Kiều..... 9 Hình 2.1. Bản đồ hành chính thành phố Cần Thơ [7]. .................................................. 10 Hình 2.2. Bản đồ hành chính quận Ninh Kiều [7]. ........................................................ 11 Hình 2.3. Mức thay đổi lượng mưa mùa khô (XI-IV) vào giữa thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 ở Cần Thơ ứng với kịch bản phát thải TB (B2) [10] ................................ 15 Hình 2.4. Mức thay đổi lượng mưa mùa khô vào cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 ở Cần Thơ ứng với kịch bản phát thải trung bình (B2) [10] ................................ 16 Hình 2.5. Mức thay đổi lượng mưa mùa mưa (V-X) vào giữa thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 ở Cần Thơ ứng với kịch bản phát thải trung bình (B2) [10] ..................... 16 Hình 2.6. Mức thay đổi lượng mưa mùa mưa vào cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 ở Cần Thơ ứng với kịch bản phát thải trung bình (B2) [10] ................................ 17 Hình 2.7. Mức thay đổi lượng mưa năm vào giữa thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 ở Cần Thơ ứng với kịch bản phát thải trung bình (B2) [10] ......................................... 17 Hình 2.8. Mức thay đổi lượng mưa năm vào cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 ở Cần Thơ ứng với kịch bản phát thải trung bình (B2) [10] ......................................... 18 Hình 2.9. Mức thay đổi lượng mưa ngày lớn nhất (%) vào giữa thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 ở Cần Thơ ứng với kịch bản phát thải trung bình (B2) [10] ................ 19 Hình 2.10. Mức thay đổi lượng mưa ngày lớn nhất (%) vào cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 ở Cần Thơ ứng với kịch bản phát thải trung bình (B2) [10] ................ 19 Hình 2.11. Mức thay đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất (%) vào giữa thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 ở Cần Thơ ứng với kịch bản (B2) [10] ......................................... 20 Hình 2.12. Mức thay đổi lượng mưa 5 ngày lớn nhất (%) vào cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 ở Cần Thơ ứng với kịch bản (B2) [10] ................................................ 20 Hình 2.13. Kịch bản nước biển dâng do biến đổi khí hậu cho khu vực [2] .................. 22 Hình 2.14. Quá trình mực nước cửa biển ứng với các kịch bản [11] ............................ 23 Hình 3.1. Cấu trúc của mô hình NAM [14, 15]............................................................. 25 Hình 3.2. Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott [14, 15] .......................................................... 28 Hình 3.3. Vị trí các trạm khí tượng thủy văn khu vực ĐBSCL [4] ............................... 33 iv
Hình 3.4. Mạng sông tính toán thủy lực trong mô hình MIKE11 [4] ........................... 34 Hình 3.5. Sơ đồ đa giác Thiessen cho các lưu vực khu giữa vùng ĐBSCL [4] ............ 35 Hình 3.6. Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2000 tại một số vị trí 39 Hình 3.7. Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2011 tại một số vị trí 41 Hình 3.8. Độ cao địa hình của miền tính toán trong mô hình MIKE 21 ....................... 43 Hình 3.9. Các vị trí biên đầu vào của miền tính trong mô hình MIKE21. .................... 44 Hình 3.10. Mạng lưới cống, hố ga trong mô hình MIKE URBAN ............................... 45 Hình 3.11. Diện tích thu nước của các hố ga ................................................................ 46 Hình 3.12. Số liệu mưa giờ tại trạm Cần Thơ dùng để tính toán .................................. 47 Hình 3.13. Sơ đồ kết nối các mô hình MIKE 21 và MIKE UBARN trong mô hình MIKE-FLOOD .............................................................................................................. 47 Hình 3.14. Diện tích ngập của miền tính từ mô hình lúc 13 giờ ngày 28/10/2011 ....... 48 Hình 3.15. Diện tích ngập của miền tính ngày 28/10/2011 - ảnh Landsat 7 ................. 49 Hình 3.16. Bản đồ nguy cơ ngập lụt lớn nhất năm 2020 ứng với kịch bản phát thải thấp (B1) ................................................................................................................................ 50 Hình 3.17. Bản đồ nguy cơ ngập lụt lớn nhất năm 2020 ứng với kịch bản phát thải trung bình (B2) .............................................................................................................. 51 Hình 3.18. Bản đồ nguy cơ ngập lụt lớn nhất năm 2020 ứng với kịch bản phát thải cao (A2) ................................................................................................................................ 51 Hình 3.19. Bản đồ ngập lụt lớn nhất quận Ninh Kiều năm 2011 .................................. 53 Hình 3.20. Bản đồ nguy cơ ngập lụt lớn nhất quận Ninh Kiều năm 2020 ứng với kịch bản phát thải thấp (B1) .................................................................................................. 54 Hình 3.21. Bản đồ nguy cơ ngập lụt lớn nhất quận Ninh Kiều năm 2020 ứng với kịch bản phát thải trung bình (B2)......................................................................................... 55 Hình 3.22. Bản đồ nguy cơ ngập lụt lớn nhất quận Ninh Kiều năm 2020 ứng với kịch bản phát thải cao (A2) ................................................................................................... 56 v
BẢNG KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT BĐKH Biến đổi khí hậu DEM Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model) ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long NBD Nước biển dâng GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) IPCC Ban liên chính phủ về BĐKH (International Panel on Climate Change) UHI Đảo nhiệt đô thị (Urban Heat Island) vi
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nhiều thành phố ở Việt Nam cũng như các nước đang phát triển khác đang mở rộng nhanh chóng do sự tăng trưởng dân số và di cư từ nông thôn ra các thành phố và sự chuyển đổi của các khu định cư nông thôn vào thành phố. Kết quả là, việc mở rộng đô thị nếu không được kiểm soát sẽ ảnh hưởng tới việc định cư của con người, sự phát triển công nghiệp và phát triển cơ sở hạ tầng. Đô thị hóa có thể làm tăng nguy cơ lũ lụt và những tổn thương nặng nề hơn đối với hoạt động kinh tế-xã hội và cơ sở hạ tầng tại những khu vực cụ thể. Nguy cơ lũ lụt chủ yếu gây ra bởi những thay đổi về khí tượng, thủy văn, sử dụng đất và đô thị hóa. Một lượng lớn các nghiên cứu trong hai mươi năm qua đã cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa các khu vực đô thị và vi khí hậu địa phương. Các hiệu ứng "Đảo nhiệt đô thị" (UHI) hiện nay cũng đã xuất hiện, trong đó khu vực đô thị có nhiệt độ cao hơn các khu vực xung quanh. Trong nhiều trường hợp, UHI có thể làm tăng lượng mưa trong vùng lân cận của đối tượng nghiên cứu. Một số nghiên cứu cho thấy có sự gia tăng lượng mưa cục bộ theo hướng gió của khu vực đô thị, khoảng 25% [3]. Thành phố Cần Thơ là thành phố lớn nhất của đồng bằng sông Cửu Long (Việt Nam) và được coi là thủ đô của khu vực. Năm 2009, thành phố được công nhận là thành phố cấp 1 và do đó, trong tương lai, Cần Thơ dự kiến phát triển đáng kể [5]. Trong 20 năm tới, Cần Thơ được dự báo là một thành phố năng động không chỉ ở đồng bằng sông Cửu Long mà là toàn bộ khu vực phía Nam của Việt Nam và khu vực quốc tế lân cận. Diện tích của thành phố Cần Thơ là 1.390 km2 với dân số 1,2 triệu người (tính đến tháng 4 năm 2009). Dân số của thành phố dự kiến sẽ tăng với tốc độ vừa phải, tuy nhiên, việc di cư đến các khu vực đô thị và khu công nghiệp có thể tăng dân số lên 1,8 triệu vào năm 2020 [7]. Cũng giống như các thành phố khác ở Việt Nam, Cần Thơ đang phải đối mặt với nhiều vấn đề điển hình của việc đô thị hóa (ví dụ như ô nhiễm, các vấn đề xã hội), nhưng một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất là lũ lụt. Vào ngày 05 tháng 10 năm 2009, mưa lớn kéo dài hơn một giờ và gây ngập lụt nghiêm trọng cho thành phố. Một số đường như Mậu Thân, Trần Hưng Đạo, Xô Viết Nghệ Tĩnh, Hòa Bình, và Lý Tự Trọng bị ngập tới cả mét nước. Người dân địa phương cho rằng, đây là trận lũ lụt lớn nhất trong các thập kỷ gần đây. Nhiều nhà cửa trong thành phố bị ngập. Trong tương lai, thành phố Cần Thơ sẽ phải đối mặt với một số thách thức, cụ thể là: (1) tác động của biến đổi khí hậu làm tăng mực nước biển và triều, (2) dòng 1
chảy sông mùa lũ lớn hơn do biến đổi khí hậu, (3) tăng dòng chảy đô thị do bê tông hóa làm giảm khả năng thấm và (4) tăng lượng mưa lớn do phát triển đô thị theo sự thay đổi vi khí hậu (đảo nhiệt đô thị). Kết quả của nghiên cứu “Xây dựng bản đồ nguy cơ ngập lụt cho quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ” sẽ là cơ sở cho việc quy hoạch phòng chống lũ và cũng là tài liệu tham khảo tốt cho các nhà hoạch định chính sách và ra quyết định ở địa phương. 2. Mục tiêu của đề tài Xây dựng được bản đồ ngập lụt đô thị cho khu vực quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ. 3. Các nội dung thực hiện Để đạt được mục tiêu đã đề ra, đề tài thực hiện các nội dung sau: - Thu thập số liệu khí tượng, thủy văn cho khu vực nghiên cứu; - Thu thập các bản đồ địa hình, bản đồ vị trí và thông số các công trình tiêu thoát nước mưa; - Cập nhật các kịch bản biến đổi khí hậu cho khu vực nghiên cứu; - Thiết lập mô hình thủy lực và mô hình tiêu thoát nước mưa; - Tính toán cho các kịch bản biến đổi khí hậu; - Xây dựng các bản đồ ngập lụt. 4. Phương pháp nghiên cứu Để có thể thực hiện được các nội dung đã nêu ra ở trên, đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu và các công cụ mô hình như sau: Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp phân tích thống kê; - Phương pháp kế thừa; - Phương pháp mô hình toán; - Kỹ thuật Hệ thống thông tin địa lý (GIS). Công cụ mô hình được sử dụng: - Công cụ tính toán thủy lực 1 chiều trong sông bằng mô hình MIKE11; - Công cụ tính toán tiêu thoát nước đô thị bằng mô hình MIKE-URBAN; 2
- Công cụ tính toán thủy lực 2 chiều bằng mô hình MIKE21; - Công cụ kết nối các mô hình để tính toán ngập lụt bằng mô hình MIKE- FLOOD. 5. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi không gian: Khu vực trung tâm của quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ bao gồm các phường: An Lạc, An Cư, An Nghiệp, An Phú, An Hội, Tân An, Cái Khế, Xuân Khánh và Thới Bình. Phạm vi thời gian: Các trận lũ lớn và ngập lụt trong quá khứ và tính đến năm 2020 theo các kịch bản biến đổi khí hậu. 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGẬP LỤT ĐÔ THỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGUY CƠ NGẬP LỤT 1.1. Tổng quan về ngập lụt đô thị Thành phố Hà Nội, thành phố HCM và một số đô thị lớn khác ở nước ta trong những năm qua đã trải qua nhiều trận ngập lụt gây thiệt hại nặng nề. Điển hình tại Hà Nội, sáng ngày 22/8/2005 khi xảy ra trận mưa kéo dài từ 1h -5h sáng với lượng mưa đo được tại trạm Láng là 114,7 mm đã gây ách tắc giao thông nhiều giờ do đường phố ngập úng. Cuối tháng 10, đầu tháng 11 năm 2008, trận mưa lịch sử đo được tại Láng đạt 340 mm làm ngập úng kéo dài gây thiệt hại nhiều về kinh tế. Hiện đã có khá nhiều các nghiên cứu về ngập lụt cho các đô thị ở Việt Nam. Điển hình như nghiên cứu của Hồ Long Phi về “Vấn đề ngập úng và thoát nước ở thành phố Hồ Chí Minh”. Trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng mô hình quản lý nước mưa SWMM để mô phỏng lại khả năng tiêu thoát nước mưa của hệ thống cống thoát nước ở thành phố Hồ Chí Minh và đánh giá khả năng ngập lụt cho các khu vực trũng do sự quá tải của hệ thống tiêu thoát nước. Tuy nhiên, tác giả mới chỉ xem xét ngập lụt do mưa lớn trên khu vực nội đô mà chưa đánh giá ngập lụt do triều cường cũng như do lũ lớn ở trong sông. Năm 2014, Nguyễn Phú Thắng có nghiên cứu về “Đánh giá hiện trạng, nguyên nhân ngập lụt cục bộ địa bàn thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang và đề xuất các giải pháp khắc phục. Trong nghiên cứu của mình, để đánh giá hiện trạng, xác định các nguyên nhân ngập lụt cục bộ tại địa bàn thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang, tác giả đã sử dụng các phương pháp như phương pháp điều tra thực địa, phương pháp bản đồ và phương pháp tổng hợp, so sánh. Do không sử dụng phương pháp mô hình toán nên nghiên cứu này chưa thể đánh giá được nguy cơ ngập cho thành phố Long Xuyên trong tương lai theo các kịch bản khác nhau. Ngoài ra, một số sách về ngập lụt và tiêu thoát nước đô thị đã được xuất bản như “Thoát nước đô thị - một số vấn đề về lí thuyết và thực tiễn ở Việt Nam” của Trần Văn Mô do nhà xuất bản Xây dựng phát hành năm 2002 và “Giáo trình thủy văn đô thị” của Lã Thanh Hà và Nguyễn Văn Lai xuất bản năm 2012. Hiện tượng ngập lụt đô thị ở nước ta do nhiều nguyên nhân tác động đồng thời hoặc có thể chỉ do một nhân tố chủ đạo. Có thể chia thành 2 nhóm: nguyên nhân khách quan và nguyên nhân chủ quan. Nguyên nhân khách quan gây ra tình trạng ngập úng bao gồm tác động bởi các nhân tố tự nhiên như địa lý, địa hình và điều kiện khí tượng thủy văn. Các nhân tố chủ quan chủ yếu do con người tạo ra như tác động trở lại của đô thị hóa, năng lực hiện trạng và công tác quản lý hệ thống tiêu thoát nước đô thị. 4
1.1.1. Các nguyên nhân khách quan a) Tác động của nhân tố địa lý, địa hình [8] Các đô thị nằm ở khu vực có địa hình cao như núi, cao nguyên và vùng trung du như Thái Nguyên, Việt Trì, Lạng Sơn, Đà Năng, Đà Lạt, Buôn Mê Thuột, Plâycu...thường không bị ngập úng đe dọa do dòng chảy mưa được dẫn thoát tự chảy dễ dàng. Tuy nhiên ở các đô thị này cũng có thể có ngập úng cục bộ do quy hoạch san nền chưa hợp lý cộng với sự yếu kém của hệ thống thoát nước bao gồm cả thiết kế kỹ thuật lẫn công tác quản lý, duy tu. Ngược lại ở các đô thị thuộc khu vực đồng bằng, do địa hình thấp nên khả năng thoát nước tự chảy cho các đô thị này rất khó thực hiện. Đối với các đô thị vùng đồng bằng sông Hồng - Thái Bình, trong các tháng mùa mưa, mực nước sông thường cao hơn nền đường đô thị nên không thể thoát nước tự chảy ra sông. Lấy thành phố Hà Nội làm ví dụ. Địa hình khu vực nội thành (cao độ trung bình khoảng 6 - 6,5m) nhìn chung không cao hơn so với vùng ngoại thành. Đặc biệt vào các tháng mùa lũ, khi mực nước sông Hồng vượt báo động 1 (H = 7,5 m tại cầu Long Biên), mực nước sông bắt đầu cao hơn nền đường, thành phố đứng trước nguy cơ bị ngập úng nếu xảy ra các trận mưa cỡ 50 mm trở lên. Vì lý do như vậy, trong mùa mưa, đập Liên Mạc (cửa nhận nước tưới đầu nguồn của sông Nhuệ từ sông Hồng vào mùa kiệt) luôn luôn được đóng lại để sông Nhuệ trở thành con sông tiêu nước chính cho thành phố. Do vậy khả năng tiêu nước cho Hà Nội hoàn toàn phụ thuộc vào mực nước sông Nhuệ nói riêng và khả năng tiêu của hệ thống công trình thủy lợi Nam Hà Nội, Hà Nam với trục tiêu thoát chính sông Đáy nói chung. Nếu mực nước sông Nhuệ tại hạ lưu đập Thanh Liệt lên đến 3,5 m, sông Tô Lịch - trục thoát nước chính của thành phố không còn khả năng tự chảy nữa. Lúc này đập Thanh Liệt phải đóng lại, nước mưa chỉ còn khả năng tự điều tiết và là nguyên nhân gây ra ngập úng cho thành phố. Mức và diện ngập phụ thuộc vào lượng mưa và thời gian kéo dài, ví dụ trận ngập úng kéo dài nhiều ngày từ 17 đến 24/7/1997 như đã nêu ở trên. Đối với các đô thị vùng đồng bằng cửa sông chịu ảnh hưởng thủy triều, tình hình ngập úng còn phức tạp hơn. Trong các tháng mùa lũ, mực nước ở cửa sông thường duy trì ở mức cao hơn mực nước trung bình năm. Nếu đỉnh lũ xuất hiện vào thời gian triều lên sẽ tạo nên tổ hợp giữa lũ và triều gây ra hiện tượng nước vật. Xét trong các chu kỳ dài, ví dụ cho toàn trận lũ thì thòi kỳ duy trì nước vật kéo dài hơn sẽ gây ra những diễn biến phức tạp về chế độ thủy văn cửa sông như hướng chảy, tốc độ, mực nước và cả diễn biến lòng sông. Đặc biệt, nếu xuất hiện trường hợp: Mưa lớn do bão xảy ra trong thời kỳ triều cường kết hợp với lũ lớn trên sông sẽ là tổ hợp bất lợi nhất cho thoát nước tự chảy ở các khu vực đô thị, khu công nghiệp vùng cửa sông. 5
Trận lũ, ngập lịch sử tháng IX/1993 xảy ra ở khu vực tỉnh Phú Yên là một ví dụ cho tổ hợp bất lợi và nguy hiểm này. Tình hình ngập úng ở thành phố Hải Phòng, như đã mô tả, là một ví dụ điển hình về nguyên nhân địa hình và vị trí địa lý cho khu vực đồng bằng châu thổ sông Hồng và sông Thái Bình. Đối với thành phố có địa hình thấp như thành phố này, ngay cả trong trường hợp không mưa nhưng vào các thời kỳ triều cường cũng gây ra tình trạng ngập úng cục bộ cho nhiều khu vực có cao độ thấp của thành phố. Nước mặn có thể dễ dàng qua các cửa cống và tràn từ ga thu, ga thăm lên mặt đường phố, ngõ và các khu dân cư nội thành. Thành phố Hồ Chí Minh tuy cách cửa biển đến 45- 50 km nhưng do nằm ở khu vực có địa hình thấp nên còn chịu tác động của chế độ thủy triều Biển Đông khá rõ nét. Địa hình thành phố phần phía bắc và đông bắc nói chung cao hơn các vùng khác (cao độ 5- 10 m) và thấp dần theo hướng tây nam (cao độ 2- 5 m ở quận Tân Bình và Quận 11). Ở phía nam và đông nam thành phố là vùng thấp, trũng (cao độ phổ biến từ 1 - 2 m) và thường bị ngập úng do mưa và thủy triều. Sông Sài Gòn, sông Đồng Nai là hai con sông lớn ở phía đông nội thành và chảy ra Biển Đông qua hai vịnh Gành Rái và Đồng Tranh. Ngoài hệ thống sông chính, trên địa bàn thành phố còn có nhiều kênh, rạch chằng chịt tạo thành hệ thống tiêu thoát nước rất phức tạp khó nhận dạng lưu vực như hệ thống sông Vàm Thuật - Rạch Cát - Tham Lương ở phía bắc và tây bắc, hệ thống kênh Tẻ, kênh Đôi, Bén Nghé - Tàu Hủ ở phía nam và đông nam v.v... Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng trực tiểp của chế độ bán nhật triều của Biển Đông với chế độ tương đối thuần nhất: một ngày có hai lần triều lên và hai lần triều xuống. Theo số liệu thống kê, thời gian duy trì mực nước trên mực nước 0 tại trạm Phú An (tại vị trí cảng Sài Gòn) trong tháng 10 hàng năm chiếm đến 75% thời gian trong ngày. Trong những ngày triều cường, con số đó chiếm đến 85 - 95%. Với các cao độ đáy cống tại các cửa xả của thành phố ra sông Sài Gòn thường từ -1 đến - 1,8 m thì các tuyến cống hạ lưu của hệ thống thoát nước liên tục bị ngập. Nếu gặp mưa lớn trong thời kỳ này sẽ gây ra nhiều khu vực bị ngập đồng thời hạn chế khả năng thoát nước cho các khu vực có địa hình cao hơn như khu vực phía bắc và đông bắc. Thêm vào đó, nếu vào thời kỳ xả nước lớn nhất cùa hai hồ Dầu Tiếng và Trị An trùng với tồ hợp triều cường và mưa tại chỗ sẽ gây ra ngập úng trên diện rộng hơn, độ sâu ngập lớn hơn và thời gian duy trì ngập cũng kéo dài hơn. Ví dụ như trường hợp các đợt úng ngập xảy ra liên tiếp trong các năm 1988, 1989, 1990, và hiện nay. b) Tác động của nhân tố mưa [8] Ở nước ta, mưa là nguyên nhân gây ra lũ, lụt cho toàn lưu vực sông nói chung và khu vực đô thị nói riêng. 6
Khí hậu Việt Nam là khí hậu nhiệt đới gió mùa với lượng mưa năm khá dồi dào. Lượng mưa trung bình năm ở các đô thị nước ta, phổ biến từ 1500 mm đến 2000 mm - thuộc loại trung bình so vói các nước trong khu vực Đông Nam Á. Tuy nhiên, lượng mưa năm phân bố rất không đều theo các mùa trong năm. Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 9/10 đối với các tỉnh phía Bắc và có xu hướng chuyển dịch muộn hơn khoảng 1 - 2 tháng đối từ các tỉnh miền Trung vào miền Nam. Lượng mưa trong các tháng mùa lũ chiếm từ 75 - 80% tổng lượng mưa năm và là nhân tố chủ yếu gây ra tình trạng lũ và ngập úng cho lưu vực. Nếu không chịu các tác động khác, ví dụ như tác động của lũ do mưa ở các vùng ngoài đô thị chuyển đến như vỡ đê, nước tràn bờ... thì nguồn gây ngập úng đô thị do chính nước mưa tại chỗ gây ra, ví dụ trận ngập úng lịch sử tháng 11/1984 và đặc biệt lớn tháng 11/2008 ở Hà Nội. Trong các nhân tố gây mưa lớn cho các đô thị, mưa do bão chiếm tỷ lệ lớn nên cần phân biệt để có các giải pháp quy hoạch, thiết kế hệ thống thoát nước tương ứng. Trong năm, nước ta có hai loại gió mùa chính, về mùa đông, gió mùa đông bắc chiếm ưu thế thường kéo dài từ tháng X đến tháng IV năm sau, về mùa hè có gió mùa đông nam kéo dài từ tháng V đến tháng IX. Trong mùa hè, với bờ biển dài trên 3000 km nước ta chịu ảnh hưởng trực tiếp của áp thấp nhiệt đới và bão, được hình thành ở khu vực tây Thái Bình Dương và Biển Đông. Theo thống kê, trung bình hàng năm từ 4- 6, nhiều nhất là 11 - 12 cơn bão đổ bộ hoặc ảnh hưởng trực tiếp đến Việt Nam. Áp thấp nhiệt đới và bão tạo ra các hình thế thời tiết gây mưa lớn, kéo dài và là nguyên nhân trực tiếp tạo ra lũ trên các hệ thống sông ngòi. Mưa do bão chiếm xấp xỉ 12% tổng lượng mưa ở đồng bằng Bắc Bộ và đông Trường Sơn, 6-12 % ở khu Tây Bắc, 5-10 % ở Tây Nguyên nhưng không quá 5% ở Nam Bộ. 1.1.2. Các nguyên nhân chủ quan Do đô thị hóa, con người đã làm thay đổi chế độ dòng chảy tự nhiên, gây bất lợi cho tiêu thoát nước mưa tại chỗ. Để trả lại cơ cấu chảy tự nhiên, con người phải xây dựng hệ thống thoát nước mới. Khả năng thay thế của hệ thống này phụ thuộc vào điều kiện kinh tế- kỹ thuật và năng lực quản lý, vận hành. Hệ thống thoát nước là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng trong kiến trúc đô thị. Hệ thống này được xây dựng dựa trên những cơ sở điều kiện khí tượng thủy văn với mức chịu tải (tần suất mưa) theo những tiêu chuẩn quy định của từng loại công trình cần thoát nước, quy hoạch sử dụng đất và phụ thuộc vào vị trí địa hình của đô thị. Như vậy, mỗi đô thị đều có một hệ thống thoát nước tương ứng để đảm bảo khả năng tiêu thoát cho một trận mưa thiết kế với chu kỳ lặp lại nào đó. Tuy nhiên trong quá trình sử dụng do nhiều nguyên nhân hệ thống thoát nước này không còn đủ khả năng thoát nước theo thiết kế ban đầu. Đây cũng là một trong nhiều nguyên nhân khác gây ra tình trạng ngập úng cho nhiều khu vực đô thị như đã đề cập ở phần trên [8]. 7
1.2. Phương pháp xây dựng bản đồ nguy cơ ngập lụt Trong những năm qua, quận Ninh Kiều đã nhiều lần xảy ra ngập úng, trong đó, nguyên nhân ngập úng do cả mưa lớn trong nội đô không được tiêu thoát kịp, do lũ lớn trong sông và do triều cường. Ngập lụt có thể do một nguyên nhân nhưng cũng có thể do nhiều nguyên nhân kết hợp. Đề tài này sẽ tính toán ngập lụt cho quận Ninh Kiều do cả mưa nội đô, lũ trong sông và triều cường và tính toán dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Để mô phỏng lũ trong sông, đề tài đã sử dụng mô hình thủy lực 1 chiều MIKE11 kết hợp với mô hình thủy văn để mô phỏng dòng chảy sinh ra do mưa trong nội đồng. Đối với vấn đề tiêu thoát nước mưa trong nội đô, đề tài đã sử dụng mô hình thủy văn đô thị MIKE-URBAN. Đối với việc mô phỏng dòng chảy 2 chiều trong các ô lưới, đề tài đã sử dụng mô hình thủy lực 2 chiều MIKE21. Tất cả các mô hình thủy văn, thủy lực 1 chiều và 2 chiều sẽ được liên kết với nhau thông qua mô hình MIKE- FLOOD để tính toán ngập lụt cho quận Ninh Kiều. Sự liên kết giữa các mô hình này được thể hiện trên Hình 1.1. Tuy nhiên, mô hình MIKE11 được kết thừa từ các đề tài trước đó và tính cho cả hệ thống đồng bằng sông Cửu Long với sơ đồ tính toán từ Kratie của Cam Pu Chia ra tới biển, khối lượng tính toán của mô hình MIKE11 là rất lớn nếu liên kết trực tiếp mô hình MIKE11 và mô hình MIKE-URBAN và MIKE21 trong MIKE-FLOOD thì tài nguyên tính toán không đảm bảo cho khối lượng tính toán lớn như vậy. Do đó, mô hình MIKE11 sẽ được tính toán riêng và các kết quả sẽ được trích xuất tại các vị trí biên tính toán của mô hình MIKE21 để tạo đầu vào cho mô hình này. Cuối cùng, mô hình MIKE-URBAN được kết nối với mô hình MIKE21 trong mô hình MIKE-FLOOD để tính toán ngập lụt. 8
- Ảnh viễn thám - Số liệu khí tượng, thủy văn - Bản đồ DEM - Số liệu công trình thủy lợi - Số liệu địa hình …. … Mô hình kết nối với Mô hình thủy động lực học 1 các phần mềm Viễn chiều cho mạng lưới sông, kênh thám và GIS và hệ thống cống MIKE URBAN MIKE11 MIKE 21 MIKE FLOOD Bản đồ ngập lụt đô thị quận Ninh Kiều Hình 1.1. Sơ đồ tiếp cận hệ thống xây dựng bản đồ ngập lụt đô thị quận Ninh Kiều 9
CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu 2.1.1. Vị trí địa lí Thành phố Cần Thơ nằm trong vùng trung – hạ lưu và ở vị trí trung tâm châu thổ đồng bằng sông Cửu Long, trải dài trên 55 km dọc bờ Tây sông Hậu, tổng diện tích tự nhiên 1.401,61 km2, chiếm 3,49% diện tích toàn vùng. Phía Bắc giáp tỉnh An Giang; phía Đông giáp tỉnh Đồng Tháp và tỉnh Vĩnh Long; phía Tây giáp tỉnh Kiên Giang; phía Nam giáp tỉnh Hậu Giang [6]. Hình 2.1. Bản đồ hành chính thành phố Cần Thơ [7]. Thành phố Cần Thơ có tọa độ địa lý 105o13’38” - 105o50’35” kinh độ Đông và 9o55’08” - 10o19’38” vĩ độ Bắc. Đơn vị hành chính của thành phố Cần Thơ gồm 5 quận (Ninh Kiều, Cái Răng, Bình Thủy, Ô Môn, Thốt Nốt) và 4 huyện (Phong Điền, Cờ Đỏ, Vĩnh Thạnh, Thới Lai) với 85 đơn vị hành chính cấp xã, phường, thị trấn (5 thị trấn, 36 xã, 44 phường). Ngày 19 tháng 4 năm 2009, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 492/QĐ-TTg Thành lập Vùng kinh tế trọng điểm vùng đồng bằng sông Cửu Long gồm 4 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương là: thành phố Cần Thơ, tỉnh An Giang, tỉnh Kiên Giang và tỉnh Cà Mau nhằm phát huy tiềm năng, vị trí địa lý và 10
các lợi thế so sánh của vùng và từng bước phát triển vùng kinh tế trọng điểm vùng đồng bằng sông Cửu Long thành một trong những vùng phát triển lớn về sản xuất lúa gạo, nuôi trồng, đánh bắt và chế biến thủy sản, có đóng góp lớn vào xuất khẩu nông thủy sản của cả nước. Trong đó, thành phố Cần Thơ là một cực phát triển, đóng vai trò động lực thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của toàn vùng đồng bằng sông Cửu Long [6]. Hình 2.2. Bản đồ hành chính quận Ninh Kiều [7]. Ninh Kiều là quận trung tâm của thành phố Cần Thơ, nằm ở ngã ba sông Cần Thơ và sông Hậu, phía đông giáp tỉnh Vĩnh Long, phía tây giáp huyện Phong Điền, phía nam giáp huyện Phong Điền và quận Cái Răng, phía bắc giáp quận Bình Thủy. Toàn quận có 13 phường: An Bình, An Cư, An Hòa, An Hội, An Khánh, An Lạc, An Nghiệp, An Phú, Cái Khế, Hưng Lợi, Tân An, Thới Bình, Xuân Khánh. 2.1.2. Đặc điểm địa hình, địa mạo, địa chất Thành phố Cần Thơ nằm toàn bộ trên đất có nguồn gốc phù sa sông Cửu Long bồi lắng hàng thiên niên kỷ nay và hiện vẫn còn tiếp tục được bồi lắng thường xuyên qua nguồn nước có phù sa của dòng sông Hậu [6]. Địa hình nhìn chung tương đối bằng phẳng, phù hợp cho sản xuất nông, ngư nghiệp. Cao độ trung bình khoảng 1,00 – 2,00m dốc từ đất giồng ven sông Hậu, sông Cần Thơ thấp dần về phía nội đồng (từ Đông Bắc sang Tây Nam). Do nằm cạnh sông lớn, nên Cần Thơ có mạng lưới sông, kênh, rạch khá dày. Bên cạnh đó, thành phố còn 11
có các cồn và cù lao trên sông Hậu như Cồn Ấu, Cồn Khương, Cồn Sơn, Cù lao Tân Lập [6]. Địa mạo bao gồm 3 dạng chính [6]: - Ven sông Hậu hình thành dải đất cao (đê tự nhiên) và các cù lao ven sông Hậu. - Vùng tứ giác Long Xuyên, thấp trũng, chịu ảnh hưởng lũ trực tiếp hàng năm. - Đồng bằng châu thổ chịu ảnh hưởng triều cùng lũ cuối vụ. Địa chất ở khu vực thành phố Cần Thơ được hình thành chủ yếu qua quá trình bồi lắng trầm tích biển và phù sa của sông Cửu Long, trên bề mặt ở độ sâu 50m có hai loại trầm tích: Holocen (phù sa mới) và Pleistocene (phù sa cổ) [6]. 2.1.3. Đặc điểm khí hậu Thành phố Cần Thơ nằm trong vùng khí hậu của đồng bằng sông Cửu Long với các đặc điểm chung: nền nhiệt dồi dào, biên độ nhiệt ngày - đêm nhỏ; các chỉ tiêu khí hậu (ánh sáng, lượng mưa, gió, bốc hơi, ẩm độ không khí...) phân hóa thành hai mùa tương phản là mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa từ tháng V đến tháng XI, mùa khô từ tháng XII đến tháng IV năm sau. Nhiệt độ trung bình trong năm là 27 oC, lượng mưa trung bình là 1.500 – 1.800 mm/năm, tổng số giờ nắng trong năm là 2.300 – 2.500 giờ, độ ẩm trung bình đạt 83% (dao động trong khoảng 82% - 87% theo các năm). Gió có 2 hướng chính: Hướng Đông Bắc: từ tháng XI đến tháng IV (mùa khô); hướng Tây Nam: từ tháng V đến tháng X (mùa mưa), tốc độ gió bình quân 1,8 m/s, ít bão nhưng thường có giông, lốc vào mùa mưa [6]. Chịu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới gió mùa nhưng Cần Thơ có lợi thế về nền nhiệt độ, chế độ bức xạ nhiệt, chế độ nắng cao và ổn định theo hai mùa trong năm. Các lợi thế này rất thuận lợi cho sinh trưởng và phát triển của sinh vật, có thể tạo ra 1 hệ thống nông nghiệp nhiệt đới có năng suất cao, với nhiều chủng loại cây con, tạo nên sự đa dạng trong sản xuất và trong chuyển dịch cơ cấu sản xuất. Tuy nhiên, mùa mưa thường đi kèm với ngập lũ ảnh hưởng tới khoảng 50% diện tích toàn thành phố; mùa khô thường đi kèm với việc thiếu nước tưới, gây khó khăn cho sản xuất và sinh hoạt, nhất là khu vực bị ảnh hưởng của mặn, phèn làm tăng thêm tính thời vụ cũng như nhu cầu dùng nước không đều giữa các mùa của sản xuất nông nghiệp [6]. Bảng 2.1. Lượng mưa trung bình tháng, năm tại trạm Cần Thơ Tên trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Cần Thơ 6,1 1,9 13,3 36,5 167,7 222,6 23,2 231 252,1 257,3 150,1 39,7 1635,6 12