TT Loại đất Diện tích (ha) Tỷ lệ
Tổng diện tích tự nhiên 1.648.997,1 100%
1 Diện tích đất nông nghiệp 1.249.176,1 75,75%
- Đất sản xuất nông nghiệp 276.074,1 16,74%
- Đất lâm nghiệp có rừng 963.691,0 58,44%
- Đất nuôi trồng thủy sản 7.984,1 0,48%
- Đất làm muối 837,8 0,05%
- Đất nông nghiệp khác 616,1 0,04%
1.7. Hiện trạng ngập lụt tại khu vực nghiên cứu
Theo dự báo, nếu không có biện pháp hữu hiệu để giảm bớt lƣợng khí nhà kính, nhiệt độ trái đất sẽ tăng thêm từ 1,8oC đến 6,4oC vào năm 2100, lƣợng mƣa sẽ tăng thêm 5 - 10%, băng ở hai cực và trên các núi cao sẽ tan chảy nhiều hơn, mực nƣớc biển sẽ dâng lên khoảng 70 - 100 cm và tất nhiên nhiều hiện tƣợng khí hậu cực đoan theo đó sẽ diễn ra với mức độ khó lƣờng trƣớc đƣợc cả về tần suất và mức độ. Nƣớc biển dâng sẽ gây nên xói mòn bờ biển, ngập lụt vùng ven bờ, làm suy thoái đất ngập nƣớc, nƣớc mặn xâm nhập,… Trong những năm gần đây, mƣa lớn đã làm ngập lụt nhiều vùng tại Nghệ An gây nhiều thiệt hại về ngƣời và tài sản, thống kê một số thiệt hại theo “Kế hoạch hành động ứng phó với biến đổi khí hậu của tỉnh Nghệ An giai đoạn 2011-2015 có tính đến năm 2020” nhƣ sau:
- Năm 2005: Thiệt hại do bão lụt năm 2005 làm chết 28 ngƣời, ngập 2.496 ngôi nhà, đổ trôi 98 nhà dân, 48 phòng học, làm ngập và hƣ hại 147 phòng học và trạm xá, ngập 32.765 ha lúa, 19.087ha hoa màu, trong đó ngập hỏng 7000 ha, 1.736,90 ha ao nuôi trồng thuỷ sản, nhiều công trình giao thông, thủy lợi bị hƣ hỏng nặng. Thiệt hại khoảng 372,5 tỷ đồng.
- Năm 2007: Do ảnh hƣởng bão số 5, từ ngày 03 đến ngày 06/10/2007 trên địa bàn Nghệ An có mƣa vừa đến mƣa to. Đặc biệt đêm ngày 03 và ngày 04/10 tại các huyện miền núi thuộc tuyến đƣờng Quốc lộ 48 (Quế Phong, Quỳ Châu, Quỳ Hợp, Nghĩa Đàn) có mƣa do hoàn lƣu bão rất to trên 340mm làm cho nhiều vùng ven sông Hiếu, sông Con, sông Cả bị ngập nặng, nhiều tuyến đê cấp IV của huyện Thanh Chƣơng, Nam Đàn bị tràn, tuyến đê Cát Văn bị vỡ 200m, Hồ Đồng Chè, Nghĩa Đàn bị vỡ và nhiều công trình hạ tầng kinh tế, xã hội khác bị hƣ hỏng. Thiệt hại về kinh tế khoảng850 tỷ đồng.
- Năm 2008: Đợt mƣa lũ cuối tháng 10, mƣa lớn gây ngập úng làm hƣ hỏng nhiều diện tích lúa mùa, hoa màu cây vụ đông, thiệt hại 416 tỷ đồng.
- Năm 2010: Đợt lũ từ ngày 14-20/10 làm ngập sâu vùng đồng bằng trong nhiều ngày. Riêng năm 2010 mƣa lũ trên diện rộng đã làm ngập 226 trƣờng học với 3.296 phòng (chủ yếu các huyện vùng đồng bằng).
- Năm 2011: Mùa mƣa lũ đã làm ngành nuôi trồng thuỷ sản Nghệ An đã bị thiệt hại trên 43 tỷ đồng. Mƣa lớn gây lũ trên thƣợng nguồn làm trôi 11 chiếc lồng bè nuôi cá, làm ngập trôi cá, tôm nuôi trên 1.800 ha ao đầm và 300 ha ruộng.
Tiểu kết chƣơng 1:
Qua việc tổng quan về các công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc có thể nhận thấy: (i) Hầu hết các nghiên cứu đều hƣớng đến việc sử dụng các mô hình toán để áp dụng trong quá trình dự báo, cảnh báo thiên tai nhằm quản lý rủi ro, giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra, ứng dụng trong quản lý lƣu vực sông với kiểm soát lũ lớn...; (ii) Đã có những nghiên cứu về tác động của BĐKH đến sử dụng đất nói chung nhƣng còn thiên về mặt định tính, còn mặt định lƣợng thì chƣa thực sự có nhiều, nhất là những nghiên cứu cụ thể áp dụng cho cho các địa phƣơng từ cấp tỉnh trở xuống; (iii) Hiện chƣa có nghiên cứu tiến hành đánh giá đầy đủ các tác động của ngập lụt do BĐKH đến sử dụng đất cụ thể là chi tiết đến độ sâu và diện ngập lụt của khu vực ven biển của tỉnh Nghệ An.
- Trong chƣơng 1 cũng đã giới thiệu tóm tắt đƣợc các điều kiện về tự nhiên, kinh tế xã hội, hiện trạng tài nguyên nƣớc, hiện trạng sử dụng đất và hiện trạng ngập lụt của tỉnh Nghệ An.
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sơ đồ tính toán, đánh giá tác động của ngập lụt trong bối cảnh BĐKH của luận văn đƣợc thể hiện nhƣ trong Hình 2.dƣới đây.
Hình 2.1. Sơ đồ tính toán, đánh giá tác động của ngập lụt trong bối cảnh BĐKH
Các phƣơng pháp nghiên cứu sử dụng cụ thể trong các nội dung dƣới đây:
2.1. Phƣơng pháp thu thập, thống kê, tổng hợp tài liệu
Phƣơng pháp này đƣợc thực hiện trên cơ sở kế thừa, phân tích và tổng hợp các nguồn tài liệu và số liệu thông tin có liên quan một cách có chọn lọc, từ đó, đánh giá chúng theo yêu cầu và mục đích nghiên cứu. Cụ thể:
-Sử dụng các tài liệu, số liệu về kinh tế - xã hội gia đoạn (2000 -2015) cho đánh giá điều kiện kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu;
-Sử dụng các số liệu quy hoạch phát triển kinh tế xã hội định hƣớng đến năm 2020 cho việc tính toán các kịch bản nghiên cứu.
- Sử dụng bộ số liệu khí tƣợng - thủy văn (số liệu bốc hơi tiềm năng và số liệu mƣa ngày của các trạm khí tƣợng đại diện trên khu vực nghiên cứu)
-Sử dụng bộ số liệu về mặt cắt và địa hình sông để tính toán mô phỏng ngập lụt.
2.2. Phƣơng pháp bản đồ và GIS
Phƣơng pháp bản đồ và GIS đƣợc sử dụng trong nghiên cứu này để thể hiện các kết quả nghiên cứu trong quá trình thực hiện (chỉ ra phạm vi, mức độ của các đối tƣợng bị ảnh hƣởng).
2.3. Phƣơng pháp mô hình toán
2.3.1.Giới thiệu mô hình
2.3.1.1. Mô hình một chiều Mike 11
MIKE 11 do DHI Water & Environment phát triển, là một gói phần mềm dùng để mô phỏng dòng chảy, chất lƣợng nƣớc và vận chuyển bùn cát ở các cửa sông, kênh tƣới và các vật thể nƣớc khác.
Đặc trƣng cơ bản của mô hình MIKE 11 là cấu trúc mô-đun tổng hợp với nhiều loại mô-đun đƣợc thêm vào mỗi mô phỏng các hiện tƣợng liên quan đến hệ thống sông. Các mô-đun trong bộ MIKE 11 bao gồm:
Mô-đun HD – Thủy động lực học: là phần cốt lõi của MIKE 11 có khả năng: - Giải bài toán thủy động lực học St. Venant cho kênh hở.
- Giải bài toán sóng khuyếch tán. sóng động học cho một số nhánh định trƣớc. - Giải bài toán Muskingum cho một số nhánh định trƣớc
- Tự động hiệu chỉnh cho điều kiện dòng chảy êm, dòng chảy xiết
- Mô phỏng hầu hết các loại công trình trên sông nhƣ cầu, cống, trạm bơm, đập. Mô-đun thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô-đun bao gồm: dự báo lũ,tải khuyếch tán, chất lƣợng nƣớc và các mô-đun vận chuyển bùn cát không có cố kết.
Các công trình đƣợc mô phỏng trong MIKE 11 bao gồm: Đập (đập đỉnh rô ̣ng, đâ ̣p tràn), cống (Cống hình chữ nhật, hình tròn....), bơm, hồ chứa, công trình điều tiết, cầu
Ngoài mô-đun HD và AD đã mô tả ở trên. MIKE bao gồm các mô-đun bổ sung về các vấn đề: thủy văn (Mike-NAM), chất lƣợng nƣớc (Mike – WQ), vận chuyển bùn cát có cố kết (có tính dính) (Mike -ST), vận chuyển bùn cát không có cố kết (không có tính dính) (Mike -ST).
2.3.1.2. Mô hình hai chiều Mike 21
Mô hình MIKE 21 là một mô hình thuộc bộ chƣơng trình MIKE do Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) phát triển, là một phần mềm dùng để mô phỏng dòng chảy, lƣu lƣợng, chất lƣợng nƣớc và vận chuyển bùn cát và các chất ô nhiễm ở các cửa sông, sông, hồ, biển và các khu vực chứa nƣớc khác.
Hệ phƣơng trình sử dụng là hệ phƣơng trình Navier – Stock cho bài toán không gian hai chiều, gồm phƣơng trình liên tục và 2 phƣơng trình động lƣợng:
p q d t x y t (2.1)
(2.2)
(2.3) Trong đó: h là độ sâu mực nƣớc yên tĩnh; d là độ sâu tổng cộng; là dao động mực nƣớc bề mặt; p và q là thông lƣợng vận tốc theo các phƣơng x và y; C là hệ số nhám, g là gia tốc trọng trƣờng; f(V) là ma sát gió; V, Vx và Vy vận tốc gió và các thành phần theo các phƣơng x, y; Pa là áp suất không khí; là thông số Coriolis; w là mật độ nƣớc và xx, yy, xy là các thành phần ứng suất.
Phƣơng trình tải khuếch tán: hay còn gọi là phƣơng trình bảo toàn khối lƣợng chất hòa tan hai chiều có dạng nhƣ sau:
(2.4) Trong đó: C là nồng độ chất khuếch tán; u, v là thành phần vận tốc theo phƣơng trục x, y; h là độ sâu mực nƣớc; Dx, Dy hệ số khuếch tán theo hƣớng trục x, y và F là hệ số ngƣng kết.
2.3.1.3. Mô hình MIKE 11 GIS
MIKE 11 GIS cũng là một mô đun do DHI phát triển trong đó đầu vào của mô hình là các đầu ra của MIKE 11 và các tài liệu về địa hình (mô hình số độ cao), các theme GIS mô tả các loại thuộc tính, sử dụng đất … từ đó đƣa ra 2 dạng kết quả chính là dữ liệu địa hình cho MIKE 11 và các bản đồ lũ, biểu đồ cũng nhƣ các số liệu thống kê.
2.3.1.4. Mô hình MIKE FLOOD
Mô hình MIKE FLOOD đƣợc phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI), thực chất là phần mềm liên kết giữa mô hình MIKE 11 và MIKE 21 cho phép mô phỏng quá trình ngập lụt, quá trình tƣơng tác sông – biển và quá trình khuếch tán trong sông, biển. Trong MIKE FLOOD có 4 loại kết nối sau đây giữa mô hình 1 và 2 chiều:
Kết nối tiêu chuẩn:
Trong kết nối này, một hoặc nhiều ô lƣới của MIKE 21 sẽ đƣợc liên kết với một đầu của phân đoạn sông trong MIKE 11. Loại kết nối này rất thuận tiện cho việc nối một lƣới chi tiết của MIKE 21 với một hệ thống mạng lƣới sông lớn hơn trong MIKE 11, hoặc nối các công trình trong mô hình MIKE 21. Các cách áp dụng có thể của nó đƣợc chỉ ra trong Hìnhdƣới đây.
2 2 2 2. 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 w w gp p q p p pq t x h y h x C h h xx xy q x a x y x gh h h fVV p 2 2 2 2. 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 w w gp p q p p pq t y h x h y C h h y yy x xy q y xy a gh h h fVV p ( ) ( ) ( ) C C x y t hc x uhc y vhc x hD x y hD y FhC S
Hình 2.2.Các ứng dụng trong kết nối tiêu chuẩn
Kết nối bên:
Kết nối bên cho phép một chuỗi các ô lƣới trong MIKE 21 có thể liên kết vào hai bên của một đoạn sông, một mặt cắt trong đoạn sông hoặc toàn bộ một nhánh sông trong MIKE 11. Dòng chảy chảy qua kết nối bên đƣợc tính toán bằng cách sử dụng các phƣơng trình của các công trình hoặc các bảng quan hệ Q-H. Loại kết nối này đặc biệt hữu ích trong việc tính toán dòng chảy tràn từ trong kênh dẫn ra khu ruộng hoặc bãi, nơi mà dòng chảy tràn qua bờ đê bối sẽ đƣợc tính bằng công thức đập tràn đỉnh rộng. Một ví dụ của loại kết nối này đƣợc minh họa trongHình.
Hình 2.3. Một ứng dụng trong kết nối bên
Kết nối công trình (ẩn):
Kết nối công trình là nét mới đầu tiên trong một loạt các cải tiến dự định trong MIKE FLOOD. Kết nối công trình lấy thành phần dòng chảy từ một công trình trong MIKE 11 và đƣa chúng trực tiếp vào trong phƣơng trình động lƣợng của MIKE 21. Quá trình này là ẩn hoàn toàn và vì thế không ảnh hƣởng đến các bƣớc thời gian trong MIKE 21. Ví dụ về loại kết nối này đƣợc minh họa trongHình.
Hình 2.4. Một ví dụ trong kết nối công trình
Kết nối khô (zero flow link):
Một ô lƣới MIKE 21 đƣợc gán là kết nối khô theo chiều x sẽ không có dòng chảy chảy qua phía bên phải của ô lƣới đó. Tƣơng tự, một kết nối khô theo chiều y sẽ không có dòng chảy chảy qua phía trên của nó. Các kết nối khô này đƣợc phát triển để bổ sung cho các kết nối bên. Để chắc chắn rằng dòng chảy tràn trong MIKE 21 không cắt ngang từ bờ này sang bờ kia của sông mà không liên kết với MIKE 11, các kết nối khô này đƣợc đƣa vào để đóng các dòng trong MIKE 21. Một cách khác để sử dụng kết nối khô là gán cho các ô lƣới là đất cao, mà tùy thuộc vào độ phân giải của lƣới tính có thể chƣa mô tả đƣợc. Kết nối khô cũng đƣợc sử dụng để mô tả các dải phân cách hẹp trong động ruộng ví dụ nhƣ đê bối, đƣờng, ... và khi đó thay vì sử dụng một chuỗi các ô lƣới đƣợc định nghĩa là đất cao thì nên sử dụng chuỗi các kết nối khô
Sử dụng các kết nối trên đây ta có thể dễ dàng liên kết hai mạng lƣới tính trong mô hình 1 chiều và 2 chiều với nhau. Khi chạy mô hình, để kết nối chúng, MIKE FLOOD cung cấp 3 kiểu kết nối sau đây tùy thuộc vào mục đích sử dụng mô hình:
+ Kết nối động lực: các kết nối sẽ chỉ chuyển các thông tin và thủy động lực (cần thiết cho các tính toán trong MIKE 11 và MIKE 21).
+ Kết nối truyền tải chất: các kết nối chỉ truyền các thông tin liên quan đến các quá trình vận tải và khuyếch tán (cần thiết cho các tính toán trong MIKE 11 và MIKE 21).
+ Kết nối cả động lực và truyền tải chất. Các lựa chọn này sẽ đƣợc ngƣời sử dụng dễ dàng lựa chọn thông qua các hộp thoại trong mô hình.
Trong các kết nối trên, để sử dụng cho dự báo, nghiên cứu đã sử dụng kết nối chuẩn Standard. Cơ sở khoa học của kết nối này nhƣ sau:
Lƣu lƣợng đƣợc lấy từ biên của mô hình Mike 11 (điểm Q đầu tiên), và đƣa vào mô hình Mike 21 tƣơng tự nhƣ một đầu vào lƣu lƣợng. Lƣu lƣợng đƣợc gán vào trung tâm tại bƣớc thời gian n+1/2.Giá trị lƣu lƣợng từ Mike 11 có ảnh hƣởng đến cả phƣơng trình liên tục và phƣơng trình động lƣợng trong Mike 21.
Mike 11 yêu cầu biên mực nƣớc từ Mike 21 tại bƣớc thời gian n+1 để chuyển từ bƣớc thời gian n đến n+1/2. Theo đó, Mike 21 luôn là bƣớc thời gian phía trƣớc của Mike 1 Nhƣ vậy, để có lƣu lƣợng cho Mike 21 tại bƣớc thời gian n+1/2, mô hình dự báo đƣợc áp dụng Mike 11 để tính toán Qn+1/2, đƣợc tính toán dựa vào Qn và Hn theo phƣơng trình (2.5). R C A Q Q x H gA t Qn n n n . . . 2 2 1 (2.5)
Trong đó: t là thời gian; x là chiều dài; A là diện tích mặt cắt ngang; C là hệ số Chezy; R là bán kính thủy lực.
Độ dốc mực nƣớc là tại điểm Q cuối trong Mike11. Thời gian bắt đầu tính toán lƣu lƣợng đƣợc chuyển đến Mike 21 cùng với lƣu lƣợng tại bƣớc thời gian n để dự báo lƣu lƣợng tại bƣớc thời gian tiếp theo (n+1/2).
Mô hình dự báo quan niệm rằng giới hạn gia tốc đối lƣu tại điểm lƣới cuối cùng trong Mike 11 không đáng kể. Theo đó, mô hình cũng đƣa ra nhám lòng sông thông qua hệ số Chezy (hoặc Manning) gây cản trở dòng chảy. Nhƣ vậy một công trình tại điểm Q cuối cùng trong Mike 11 trƣớc khi kết nối với Mike 21 nên tránh hoặc bỏ qua không tính toán. Theo nhiều cách bỏ qua, một mặt cắt thêm vào giữa công trình và liên kết với Mike 21 hoặc thử liên kết công trình.
2.3.2.Thiết lập hệ thống mô hình mô phỏng ngập lụt
2.3.2.1. Mạng lưới sông
Mạng lƣới sông đƣa vào tính toán thuỷ lực bao gồm toàn bộ dòng chính và các phụ