Luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ sở khoa học đánh giá rủi ro và cảnh báo nguy cơ lũ quét cho lưu vực sông ngàn phố

i BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HỒNG VĂN ĐẠI NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ RỦI RO VÀ CẢNH BÁO NGUY CƠ LŨ QUÉT CHO LƯU VỰC SÔNG NGÀN PHỐ - NGÀN SÂU LUẬN ÁN TIẾN SĨ THỦY VĂN HỌC HÀ NỘI - 2021 BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ RỦI RO VÀ CẢNH BÁO NGUY CƠ LŨ QUÉT CHO LƯU VỰC SÔNG NGÀN PHỐ - NGÀN SÂU Ngành: Thủy văn học Mã số: 9440224 LUẬN ÁN TIẾN SĨ THỦY VĂN HỌC Tác giả luận án Giáo viên hướng dẫn Hoàng Văn Đại GS TS Trần Hồng Thái HÀ NỘI - 2021 Giáo viên hướng dẫn PGS TS Lã Văn Chú LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận Luận án trung thực, khơng chép hình thức từ nguồn Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn đầy đủ ghi nguồn tài liệu tham khảo theo quy định Tác giả Luận án Hoàng Văn Đại LỜI CẢM ƠN Trước tiên tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn Biến đổi khí hậu tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trình nghiên cứu hồn thành Luận án Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới hai người thầy hướng dẫn khoa học GS TS Trần Hồng Thái PGS TS Lã Văn Chú tận tình giúp đỡ tác giả từ bước xây dựng hướng nghiên cứu, suốt trình nghiên cứu hồn thiện Luận án Các Thầy ln ủng hộ, động viên hỗ trợ điều kiện tốt để tác giả hoàn thành Luận án Tác giả trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu, Phịng Khoa học Đào tạo Hợp tác Quốc tế, Bộ môn Thủy văn học tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ thời gian nghiên cứu, hoàn thành Luận án Tác giả chân thành cảm ơn chuyên gia, nhà khoa học Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu, đồng nghiệp quan có góp ý khoa học hỗ trợ nguồn tài liệu, số liệu cho tác giả suốt trình thực Luận án Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn gia đình bên cạnh, động viên vật chất lẫn tinh thần, tạo điều kiện tốt để tác giả hồn thành Luận án TÁC GIẢ Hồng Văn Đại i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG IV DANH MỤC HÌNH VI DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT IX MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu nghiên cứu 3 Câu hỏi nghiên cứu Luận điểm bảo vệ Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn Bố cục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ LŨ QUÉT 1.1 Một số khái niệm 1.2 Tổng quan nghiên cứu nước 1.2.1 Tổng quan chung lũ quét hiểm họa 1.2.2 Tổng quan nghiên cứu rủi ro lũ quét 15 1.2.3 Tổng quan nghiên cứu tổn thương lũ quét 17 1.2.4 Tổng quan nghiên cứu ngưỡng mưa phục vụ cảnh báo lũ quét 21 1.3 Tổng quan lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 25 1.3.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu 25 1.3.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 30 1.3.3 Thực trạng lũ, lũ quét lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 31 1.4 Tiểu kết Chương 34 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU 37 2.1 Cách tiếp cận 37 2.1.1 Tiếp cận theo lưu vực sông 37 2.1.2 Tiếp cận lịch sử 37 2.1.3 Tiếp cận theo thời gian không gian 37 2.1.4 Tiếp cận phân tích, tổng hợp 37 2.2 Phương pháp nghiên cứu 37 2.2.1 Phương pháp tổng hợp tài liệu 37 2.2.2 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa 38 2.2.3 Phương pháp chuyên gia 42 2.2.4 Phương pháp tổng hợp tiêu chí rủi ro 42 2.2.5 Đánh giá độ tin cậy mức độ ảnh hưởng tiêu chí hiểm họa lũ quét 49 2.2.6 Phân cấp mức độ rủi ro lũ quét 53 2.2.7 Phương pháp xây dựng ngưỡng mưa sinh lũ quét 54 2.3 Dữ liệu sử dụng luận án 65 2.4 Tiểu kết Chương 66 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ RỦI RO VÀ CẢNH BÁO NGUY CƠ LŨ QUÉT CHO LƯU VỰC SÔNG NGÀN PHỐ - NGÀN SÂU 68 3.1 Ảnh hưởng lũ quét sở thực tiễn xây dựng tiêu chí đánh giá rủi ro lũ quét 68 3.1.1 Ảnh hưởng lũ quét đến hoạt động dân sinh kinh tế người dân 69 3.1.2 Ảnh hưởng lũ quét đến sở hạ tầng 72 3.1.3 Ảnh hưởng lũ quét đến y tế 76 3.1.4 Ảnh hưởng lũ quét đến tài nguyên môi trường 78 3.2 Đề xuất tiêu chí đánh giá mức độ rủi ro lũ quét 81 3.2.1 Đề xuất nhóm tiêu chí tính tốn hiểm họa 81 3.2.2 Đề xuất nhóm tiêu chí tính tốn mức độ phơi bày trước hiểm họa 90 3.2.3 Đề xuất nhóm tiêu chí tính tốn tính dễ bị tổn thương 92 3.3 Áp dụng tiêu chí đánh giá mức độ rủi ro lũ quét cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 96 3.3.1 Xác định thành phần hiểm họa 96 3.3.2 Xác định thành phần mức độ phơi bày trước hiểm họa 106 3.3.3 Xác định thành phần tính dễ bị tổn thương 110 3.3.4 Đánh giá mức độ rủi ro lũ quét cho lưu vực sông Ngàn Phố-Ngàn Sâu 112 3.4 Xác định ngưỡng mưa sinh lũ quét 119 3.4.1 Đánh giá cân nước cho tiểu lưu vực 120 3.4.2 Xác định ngưỡng mưa sinh lũ quét phục vụ cảnh báo rủi ro lũ quét 126 3.5 Tiểu kết chương 129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 136 DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Thống kê sông suối lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 28 Bảng Số lượng phiếu điều tra vấn 39 Bảng 2 Sơ đồ bước đánh giá rủi ro lũ quét phương pháp số 44 Bảng Diễn giải giá trị thể mức độ quan trọng tiêu chí 45 Bảng Ma trận ý kiến chuyên gia 46 Bảng Bảng số ngẫu nhiên RI 47 Bảng Phân loại mức độ quán theo Altman 51 Bảng Tính tốn độ xác theo hệ số Kappa 51 Bảng Diễn giải đường cong ROC 52 Bảng Diễn giải ý nghĩa diện tích AUC đường cong ROC 53 Bảng 10 Tài liệu sử dụng mơ hình hóa MIKE SHE 59 Bảng 11 Các số đánh giá kết hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình 64 Bảng 12 Các số đánh giá kết mô theo mùa 65 Bảng 13 Thông tin liệu đợt điều tra khảo sát phục vụ cho luận án 65 Bảng Thống kê kết tự đánh giá người dân mức độ ảnh hưởng lũ quét đến kinh tế gia đình 69 Bảng Thống kê kết tự đánh giá người dân mức độ ảnh hưởng lũ quét đến suất trồng trọt gia đình 70 Bảng 3 Thống kê kết tự đánh giá người dân mức độ ảnh hưởng lũ quét đến số lượng đàn gia súc, gia cầm gia đình 70 Bảng Thống kê kết tự đánh giá người dân khả cấp nước sinh hoạt sau có lũ, lũ quét xảy 79 Bảng Thống kê kết tự đánh giá người dân chất lượng nước sinh hoạt sau có lũ, lũ quét xảy 79 Bảng Thống kê kết tự đánh giá người dân tình hình vệ sinh mơi trường sau có lũ, lũ qt xảy 79 Bảng Các tiêu chí tính tốn hiểm họa lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 82 Bảng 8: Phân tích thành phần (Principal Components Analysis) theo 12 tiêu chí rút gọn 83 Bảng Phân loại nhóm đất khu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu…………84 Bảng 10 Các tiêu chí phụ tính tốn thành phần phơi bày trước hiểm họa 91 Bảng 11 Các tiêu chí tính dễ bị tổn thương cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 93 Bảng 12 Hiệu áp dụng phương pháp đánh giá rủi ro lũ quét lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 105 Bảng 13 Tính tốn độ xác theo kệ số Kappa 105 Bảng 14 Phân độ mạnh tương hợp theo Altman 105 Bảng 15 Ma trận so sánh cặp trọng số thành phần nhóm tiêu chí hiểm họa lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 107 Bảng 16 Diện tích rủi ro lũ quét lưu vực sông Ngàn Phố-Ngàn Sâu 114 Bảng 17 Thống kê yếu tố cân nước tồn lưu vực sơng Ngàn Phố Ngàn Sâu (Đơn vị:mm) 125 DANH MỤC HÌNH Hình 1 Đặc trưng hiểm họa lũ quét xác định từ trạm quan trắc [73] 11 Hình Bản đồ hiểm họa lũ quét dựa tổng hợp nhân tố [89] 12 Hình Kết nối nhóm tiêu chí đánh giá tính dễ bị tổn thương xã hội [36] 20 Hình Quan hệ lượng mưa lượng mưa hoạt động để xác định đường tới hạn phục vụ cảnh báo lũ quét 24 Hình Vị trí địa lý lưu vực sơng Ngàn Phố - Ngàn Sâu 26 Hình Quy trình đánh giá tổng hợp mức độ rủi ro lũ quét sử dụng nghiên cứu 43 Hình 2 Đồ thị scree phân tích thành phần 50 Hình Quy trình xác định ngưỡng mưa sinh lũ quét 56 Hình Sơ đồ ba chiều mơ tả q trình thủy văn mơ MIKE SHE [94] 58 Hình Sơ đồ tính tốn mơ hình MIKE SHE 60 Hình Sơ đồ mơ hình hóa MIKE SHE (trái) MIKE 11 (phải) áp dụng cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 61 Hình Đường trình lưu lượng tính tốn thực đo trạm Sơn Diệm trạm Hòa Duyệt (01/01/2002 – 31/12/2004) 62 Hình Đường q trình lưu lượng tính tốn thực đo trạm Sơn Diệm trạm Hòa Duyệt (01/01/2007 – 31/12/2008) 63 Hình Thống kê ảnh hưởng lũ quét đến thiệt hại người hộ dân điều tra khảo sát phân theo đơn vị hành 69 Hình Thống kê thời gian ổn định sinh hoạt sản xuất sau lũ quét người dân phân theo đơn vị hành 71 Hình 3 Hỗ trợ quyền địa phương cho người dân sau xảy lũ quét 71 Hình Biện pháp hỗ trợ quyền địa phương giúp đỡ cho người dân để ổn định sinh hoạt sau xảy lũ quét 72 Hình Thống kê loại hình nhà người dân vùng khảo sát 73 162 PHỤ LỤC III Bảng III Thông tin chi tiết tiêu chí tính dễ bị tổn thương cho lưu vực nghiên cứu Tiêu chí lựa chọn Tiêu chí Tiêu chí cấp Tiêu chí cấp Tỷ lệ tăng tự nhiên dân số (tb năm) (S1) Nhạy cảm (S) Con người Đơn vị % Tỷ lệ người già > 60 tuổi (S2) % Tỷ lệ trẻ em