Nghiên cứu ứng dụng của hệ thống GIS trong việc ứng phó với biến đổi khí hậu của hệ thống vận tải đường sông đồng bằng sông Cửu Long

Trong nghiên cứu này tác giả đi sâu vào ứng dụng của Hệ thống Thông tin Địa lý (Geographics Information System - GIS) cho quản lý thông tin phục vụ ứng phó với BĐKH. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) bao gồm nhiều lớp cơ sở dữ liệu trong đó có lớp cơ sở dữ liệu địa lý của các dòng sông, các lớp thông tin bao gồm cơ sở dữ liệu hạ tầng bị ảnh hưởng, như: Cầu, cảng và các lớp cơ sở dữ liệu thông tin cho mực nước.

60 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 33, Aug 2019 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG GIS TRONG VIỆC ỨNG PHĨ VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU CỦA HỆ THỐNG VẬN TẢI ĐƯỜNG SÔNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG RESEARCH ABOUT THE APLICATION OF GIS ON THE CLIMATE CHANGE PROBLEMS OF MEKONG DELTA'S TRANSPORT WATERWAY SYSTEM Nguyễn Minh Đức, Nguyễn Bá Hồng Trường Đại học Giao thơng vận tải TP.HCM minhducnguyen.2910@gmail.com Tóm tắt: Theo số liệu dự báo Viện Chiến lược phát triển giao thông vận tải, vùng kinh tế trọng điểm vùng Đồng Sông Cửu Long (ĐBSCL) đến năm 2020 hệ thống giao thông đường thuỷ nội địa vận chuyển khoảng 36 triệu tấn, chiếm tỷ trọng 33% khối lượng hàng hoá vận chuyển tồn vùng Sự thay đổi khí hậu bị ảnh hưởng nghiêm trọng vận tải đường sông.Trong nghiên cứu trước đây, nhóm tác giả dự án nghiên cứu cấp Bộ Bộ Giao thông vận tải [1] khảo sát tuyến đường sông Đồng Sơng Cửu Long Một mơ hình thủy lực với điều kiện biên khu vực bờ biển tạo cung cấp kết mực nước vị trí bảy sông vào năm 2020 - 2100 Dựa kết mơ hình thủy lực dự đốn cao độ mực nước sông chịu ảnh hưởng biến đổi khí hậu (BĐKH) - mực nước biển dâng (SLR) thời điểm tương lai Trong nghiên cứu tác giả sâu vào ứng dụng Hệ thống Thông tin Địa lý (Geographics Information System - GIS) cho quản lý thông tin phục vụ ứng phó với BĐKH Hệ thống thơng tin địa lý (GIS) bao gồm nhiều lớp sở liệu có lớp sở liệu địa lý dòng sơng, lớp thơng tin bao gồm sở liệu hạ tầng bị ảnh hưởng, như: Cầu, cảng lớp sở liệu thông tin cho mực nước Hệ thống sở liệu tiền đề cho hành động ứng phó với biến đổi khí hậu có quản lý dự án xây dựng cầu đường, kè, cảng dòng sơng Từ khóa: Biến đổi Khí hậu, vận tải đường sông, GIS, quản lý dự án Chỉ số phân loại: 3.2 Abstract: According to the forecast data of the Institute of Transportation Development Strategy, the key economic region in the Mekong Delta region by 2020, the inland waterway transport system will transport about 36 million tons, accounting for a higher proportion 33% of the volume of goods transported throughout the region Climate change has been and will be seriously affected by river transport In the previous study, the authors of a ministry level research project of MOT [1][2] surveyed on major river routes in the Mekong Delta A hydraulic model with boundary conditions was created which provided as a result water levels in all locations of seven rivers in 2020-2100 Based on the results of Hydraulics Model man can predict the height of river level when the rivers are affected by Climate Change- Seawater level rise (SLR) in a future times In this study, we focus on the application of Geographic Information System (GIS) for information management to respond to climate change Geographic information system (GIS) consists of many database layers including geographic database layer of rivers, information layers including affected infrastructure database, such as: bridges, ports and database layers for water level information The database system will be a prerequisite for actions to cope with climate change including managing construction projects to build bridges, embankments and ports on rivers Keywords: Climate change, river transport, GIS, project management Classification number: 3.2 Giới thiệu Theo Ủy ban Quốc tế Biến đổi Khí hậu (Intergovernmental Panel on Climate ChangeIPCC), Việt Nam năm nước bị ảnh hưởng nhiều biến đổi khí hậu ĐBSCL năm vùng đồng mà bị ảnh hưởng biến đổi khí hậu Theo tính tốn Bộ Tài nguyên Môi trường mực nước biển dâng (SLR) Việt Nam đến m vào năm 2100 [5] ĐBSCL miền Nam, khu vực có nhiều sông thung lũng sông bị ảnh hưởng nhiều từ biến đổi khí hậu Một mét SLR Việt Nam dẫn đến lũ lụt lên đến 20.000 TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 33-08/2019 km2 vùng (IPCC 2007) Biến đổi khí hậu (BĐKH) ảnh hưởng xấu đến xã hội - kinh tế nhiều quốc gia có sở hạ tầng giao thông vận tải, sở hạ tầng cung cấp nước, đặc biệt giao thông đường thủy phụ thuộc vào mực nước sông Các sở hạ tầng cảng, cầu, đê bị ảnh hưởng Hình Tổn thất kinh tế giới BĐKH- GCC Nguồn IPCC/2007[4] Hình Mực nước biển trung bình theo năm Nguồn IPCC/2007 [4] Trên hình ta thấy tranh toàn cảnh tổn thất biến đổi khí hậu 40 năm trở lại đây, năm đầu 1960 - 1969 tổn thất mức độ 2,5 tỷ USD năm, gần năm từ 1988 đến 1997 tổn thất lên tới 20 tỷ USD năm gần Hình cho thấy mực nước biển trung bình từ năm 1870 đến năm 2010 Từ năm 1960 đến năm 2000, thay đổi mực nước biển với đường cong tăng mạnh nhanh chóng từ -20mm đến + 80mm Như vòng 40 năm mực nước trung bình tăng năm 2,5 mm có chiều hướng tăng nhanh năm gần Tình hình BĐKH cho sơng Đồng sơng Cửu Long 61 Trong nghiên cứu trước dự án cấp Bộ tài trợ Bộ Giao thông vận tải Việt Nam [1] tác giả xem xét thay đổi giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu cho giao thơng đường thủy, bảy sơng ĐBSCL Hình Hệ thống Sông ĐB Sông Cửu Long [1] Hệ thống vận tải đường sông vấn đề BĐKH Đồng sơng Cửu Long có hệ thống sơng ngòi lớn Việt Nam với đặc điểm chính: Một hệ thống sông với phong phú chủng loại số lượng dòng sơng Theo số liệu dự báo Viện Chiến lược phát triển giao thông vận tải, vùng kinh tế trọng điểm vùng ĐBSCL đến năm 2020, hệ thống giao thông đường thuỷ nội địa vận chuyển khoảng 36 triệu năm, chiếm tỷ trọng 33% khối lượng hàng hố vận chuyển tồn vùng, vận chuyển đường chiếm 23% Sự thay đổi khí hậu bị ảnh hưởng nghiêm trọng vận tải đường sông Sông kênh đào nhân tạo tạo thành hệ thống vận tải đường sông đa dạng, hai chi nhánh lớn Sơng Cửu Long xác định vị trí vùng đồng này, đồng có ba mặt hướng biển có nghĩa mặt phải đối mặt với SLR Ở ĐBSCL có nhiều lớp sông, cấp quốc gia cấp khu vực Ở cấp độ quốc gia chủ yếu có sơng cấp VI, V, IV, III, II, I Việt Nam ảnh hưởng lớn biến đổi khí hậu, mực nước biển tăng theo kịch cho Việt Nam Bộ Tài nguyên Môi Trường [5] tập trung mực nước biển bờ biển Việt Nam mà khơng tích hợp vận tải đường sông mực nước sông 62 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 33, Aug 2019 Trong nghiên cứu nhóm tác giả trước [1], dựa liệu biên từ mực nước biển dâng cung cấp Bộ Tài nguyên Mơi Trường, nhóm khảo sát nghiên cứu xây dựng mơ hình thủy lực cho hệ thống sơng ĐBSCL Từ dự báo mực nước sơng đồng Trong nghiên cứu nhóm sử dụng mức trung nước biển dâng B2 Việt Nam Bộ Tài nguyên Môi trường (Bộ TN & MT) Bộ TN & MT sử dụng siêu máy tính để dự báo biến đổi khí hậu, mực nước biển tăng theo kịch dựa vào tình hình phát triển ngành cơng nghiệp giới, nhiệt độ, phương pháp khuynh hướng phát triển Mực nước biển dâng mơ hình với ba kịch (phụ thuộc lượng CO gây ngành công nghiệp giới số yếu tố khác): - B1: kịch nước biển dâng thấp; - B2: kịch nước biển dâng trung bình; - A2: kịch nước biển dâng cao Thời gian: 2020 - 2100 2000 (năm có xuất lũ lịch sử, với mực nước Tân Châu lên đến 506 cm); - SLR theo kịch bản: 30 cm, 75 cm 100 cm Untitled 1400000 1350000 1300000 1250000 1200000 1150000 1100000 1050000 1000000 950000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 Hình Mơ hình Thủy lực phần mềm MIKE [1] Trong hình ta thấy lưới phần tử hữu hạn thiết lập điều kiện biên vị trí ngồi biển (hình tam giác màu đỏ) Bảng Kịch Bộ Tài nguyên Môi Trường cho mực nước gia tăng (MONRE) Scenarios [5] Thế kỷ 21 (2020 - 2100) 20 30 40 50 60 70 80 90 00 B1 11 17 23 28 35 42 50 57 65 B2 12 17 23 30 37 46 54 64 75 A2 12 17 24 33 44 57 71 86 100 Số liệu kịch bảng tính cm (Ví dụ thời điểm năm 2050 với kịch thấp B1 mực nước tăng cao 28 cm so với năm 2000 Với kịch trung bình B2 mực nước tăng cao 30 cm so với năm 2000 Kịch cao A2 mực nước tăng cao 33 cm so với năm 2000 Từ liệu mơ hình thủy lực dựa vào phần mềm MIKE tác giả [1] tính tốn dự báo mực nước cho dòng sơng ĐBSCL Dữ liệu đầu vào: - Biên địa hình: Sử dụng biên địa hình quan đo đạc đồ thực năm 2005; - Biên khí tượng - thủy văn: Sử dụng tài liệu khí tượng - thủy văn vùng ĐBSCL năm Hình Kết diện tích ngập cường độ ngập sau mô phần mềm MIKE [1] Trong mơ hình ngập sâu có mực nước dâng cao vùng Đồng Tháp Mười khu vực ven biển Ứng dụng GIS cho hệ thống liệu dự báo sông Việc xây dựng hệ thống sở liệu sử dụng công nghệ GIS áp dụng rộng rãi cho nhiều lĩnh vực khác đời sống Nó tạo hệ thống thơng tin TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 33-08/2019 đồng bộ, cho phép người dùng nhìn tổng thể thể thông tin theo không gian, thay đổi thơng tin theo thời gian dễ dàng cho phép cập nhật, thay đổi thông tin từ nguồn khác Quá trình xây dựng sở liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS), sử dụng cho việc thể hiện, quản lý sau trợ giúp cho việc phân tích ảnh hưởng mực nước dâng biến đổi khí hậu theo thông tin khác dựa số liệu khảo sát có tuyến đường thủy nội địa phạm vi nghiên cứu số liệu mực nước thu từ mơ hình tính tốn nước biển dâng cho vùng đồng 63 Hình 7a: Biểu đồ mực nước cho tuyến đường thủy nội địa Thành phố Hồ Chí Minh- Cà Mau theo Mực nước lũ năm 2000 [1] Hình 7b: Biểu đồ mực nước cho tuyến đường thủy nội địa Thành phố Hồ Chí Minh- Cà Mau theo Mực nước biển dâng theo giả thiết dâng 30 cm [1] Hình Sơ đồ khối hệ thống GIS [1] Kết quả: Trong hệ thống GIS cập nhật sở liệu của sơng ĐBSCL bao gồm lớp liệu sông (các số liệu không gian, đường đồng mức cho số sông, mực nước ); lớp liệu cầu sông với thuộc tính vị trí, tĩnh khơng thơng thuyền, loại cầu, sở liệu liên quan đến kích thước hình học, năm xây dựng Lớp liệu cảng bến với thuộc tính cao độ vị trí, kích thước cảng, bến Lớp sở liệu dự báo cho phép dự báo (theo kết tính mơ hình thủy lực theo phần mềm Mike) Từ lớp liệu cho phép dự báo cầu có nguy khơng đủ tĩnh không cho tàu bè qua lại mực nước biển dâng cao, cảng, bến có nguy bị mực nước biển dâng cao làm tê liệt hoạt động So sánh kết mơ hình 7a 7b ta thấy mực nước biển dâng kịch SLR 30 cm mực nước đầu tuyến đường thủy nội địa Thành phố Hồ Chí Minh - Cà Mau, Thành phố dâng cao khoảng 58 cm đo đạc mực nước lũ năm 2000 (trận lũ cao lịch sử 30 năm trở lại đây) 30cm Tương tự cuối tuyến Cà Mau số liệu 63 cm/38cm (63 cho kịch SLR 30cm 38 cho mức lũ năm 2000) Ở tuyến cách Thành phố 165km - 200 km số liệu 122cm cho kịch SLR 30cm 105cm cho mức lũ năm 2000 Khi đặt chồng lớp liệu GIS lên so sánh cao độ đáy dầm cầu tính tốn chiều cao tĩnh không cho tàu bè qua lại Hình cho thấy thí dụ phân tích tĩnh không tuyến đường thủy nội địa dựa vào lớp liệu GIS Qua lớp liệu hệ thống GIS phân tích mớn nước đủ cho loại tàu bè qua, cập nhật hệ thống phao tiêu tín hiệu Đối với cảng tương tự, so sánh mực nước dâng dự báo theo BĐKH cao trình đỉnh Cảng, 64 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 33, Aug 2019 Bến cho thấy thay đổi cho dự án nâng cao độ cảng bến Các hệ thống kè phao tiêu báo hiệu chưa cập nhật thiếu số liệu khảo sát Nếu có lớp việc quản lý liệu có ích nhiều công tác bảo đảm hàng giang, vận chuyển công tác quản lý dự án cho việc xây dựng tu, bảo dưỡng cập nhật sở hạ tầng Hệ thống GIS sở liệu phục vụ tốt cho công tác quản lý dự án xây dựng kể xây tu bảo dưỡng phục vụ điều kiện bình thường điều kiện biến đổi khí hậu mực nước dâng ĐBSCL Mọi vấn đề liên quan đến quản lý dự án qua sông dọc sơng điều kiện có tính đến biến đổi khí hậu, tạo điều kiện với hệ thống GIS lập kế hoạch dự án, quản lý quy mô dự án, quản lý thời gian tiến độ dự án, quản lý chi phí dự án, quản lý cung ứng dự án, quản lý nguồn lực dự án, quản lý chất lượng dự án, quản lý trình thi cơng xây dựng cơng trình, quản lý rủi ro dự án quản lý tiến trình thực dự án Hình 8: Kết thu qua phân tích lớp liệu hệ thống GIS cho tĩnh không cầu sông Kết luận Từ kết nghiên cứu trên, tác giả rút kết luận sau: - Qua lớp liệu GIS cập nhật có hệ sở liệu tọa độ không gian, liệu dạng "text", dạng số Điều tạo điều kiện cho việc quản lý sông với đầy đủ thuộc tính, cung cấp liệu vị trí, tọa độ, đường đồng mức (nếu có số liệu khảo sát đầy đủ), chiều sâu, bề rộng, cao độ mực nước lúc triều lên cao độ mực nước lúc triều kiệt làm cho việc quản lý thông tin thuận lợi - Dữ liệu sở hạ tầng lớp liệu GIS cầu sông với thuộc tính vị trí, tọa độ, kích thước, cao độ, tĩnh không thông thuyền tại, tĩnh không theo quy hoạch, năm xây dựng, số liệu kiểm tra hồ sơ kỹ thuật , cảng, bến kho tàng bên sơng với thuộc tính tọa độ, cao độ, vị trí, kích thước , cập nhật giúp ích lập kế hoạch, vận hành khai thác quản lý dự án sở hạ tầng - Lớp mực nước dự báo hệ thống GIS có liệu mơ từ mơ hình thủy lực dự án cấp Bộ " Đánh giá tác động xây dựng giải pháp ứng phó với biến đổi khí hậu nước biển dâng cho giao thông đường thủy nội địa Việt Nam" [1] Khi so sánh cách đặt chồng liệu lớp ta có cao độ mực nước sơng BĐKH làm nước biển dâng thời điểm tương lai cao độ sở hạ tầng có sở liệu, từ tính tốn tĩnh không cho tàu bè, mớn nước cho tàu hay cao trình cảng bến bị ảnh hưởng BĐKH - Cơ sở liệu GIS hỗ trợ việc quy hoạch quản lý dự án xây dựng qua tuyến sông dọc hai bên bờ tuyến Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Bá Hoàng (2014), Thuyết minh Báo cáo Dự án NCKH cấp Bộ " Đánh giá tác động xây dựng giải pháp ứng phó với Biến đổi khí hậu nước biển dâng cho giao thông đường thủy nội địa Việt Nam”, Bộ Giao thơng vận tải, 2014; [2] Nguyễn Bá Hồng (2011) Climate Change for river transport in Mekong delta, Kỷ yếu International Symposium for monitoring and analysis of water quality for sustainable water management, Yoyakarta, 14-16, June 2011 [3] IPCC, AR5 Synthesis report, Climate change 2014 Intergovernmental Panel on Climate Change Publication, 2014 [4] IPCC, IPCC Report, Climate change 2007 Intergovernmental Panel on Climate Change Publication, 2007 [5] Viện khoa học thủy văn Biến đổi khí hậu Việt nam, Bộ tài nguyên môi trường, Các kịch biến đổi khí hậu 2009, 2012, 2016 Bộ tài nguyên môi trường Ngày nhận bài: 10/6/2019 Ngày chuyển phản biện: 14/06/2019 Ngày hoàn thành sửa bài: 4/7/2019 Ngày chấp nhận đăng: 11/7/2019 ... sơng ĐBSCL Hình Hệ thống Sơng ĐB Sông Cửu Long [1] Hệ thống vận tải đường sông vấn đề BĐKH Đồng sơng Cửu Long có hệ thống sơng ngòi lớn Việt Nam với đặc điểm chính: Một hệ thống sông với phong phú... chuyển đường chiếm 23% Sự thay đổi khí hậu bị ảnh hưởng nghiêm trọng vận tải đường sông Sông kênh đào nhân tạo tạo thành hệ thống vận tải đường sông đa dạng, hai chi nhánh lớn Sơng Cửu Long xác... Đồng sơng Cửu Long 61 Trong nghiên cứu trước dự án cấp Bộ tài trợ Bộ Giao thông vận tải Việt Nam [1] tác giả xem xét thay đổi giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu cho giao thơng đường thủy,