Các đỉnh lũ được phát sinh trong những lòng dẫn sông suối được tạo ra do những nguyên nhân đa dạng (Xem Hình 7.23). Các nguyên nhân bao gồm những sự dâng sóng do bão ở các cửa sông, sự vỡ của những đập nước và đê, và đất lở. Tuy nhiên, đa số lũ lụt sông, là kết quả trực tiếp hoặc gián tiếp từ những nguyên nhân khí hậu học như trận mưa lớn quá mức và/hoặc kéo dài quá mức. ở những vùng mùa đông lạnh, nơi mà tích lũy tuyết rơi, lũ lụt đáng kể thường xuất hiện trong thời gian mùa băng tan vào mùa xuân và đầu mùa hè, đặc biệt khi tốc độ tan băng cao. Lũ lụt có thể cũng do những ảnh hưởng của mưa rơi trên một khối tuyết vừa tan hoặc phân rã. Một nguyên nhân bổ sung của lũ lụt ở những vùng mùa đông lạnh là sự sụp đổ đột ngột của những khối băng lớn được hình thành trong thời gian vỡ của dòng sông băng.
Hình 7.23 Các nguyên nhân của lũ và các nhân tố tăng cường lũ
Những nhân tố tăng cường lũ lụt
Như phần thấp hơn của Hình 7.23 thể hiện, những trận lũ có thể bị thay đổi bởi một số nhân tố. Những điều đó có thể đem lại kết quả hoặc cải thiện hoặc tăng cường cường độ lũ lụt. Với mục đích trình bày ngắn gọn, một số nội dung cần xem xét sẽ được thảo luận tiếp theo. Ví dụ, những lũ lụt sông có thể cũng được tăng cường bởi những nhân tố có liên hệ với bản thân lưu vực hoặc với mạng lưới lưu vực và các lòng dẫn sông suối. Hầu hết các nhân tố này hoạt động để tăng thêm thể tích của dòng chảy nhanh và để tăng tốc độ chuyển động của nó. Một số những nhân tố này hoạt động hoặc dị hướng hoặc độc lập. Ví dụ, diện tích là quan trọng về căn bản trong cảm giác rằng lưu vực càng lớn, lũ được tạo ra từ một sự kiện mưa toàn lưu vực càng lớn. Tuy nhiên, khi phạm vi mưa của trận mưa chỉ bao trùm một phần của lưu vực, sự suy giảm của biểu đồ quá trình dòng chảy lũ đó là kết quả. Khi lũ di chuyển qua mạng lưới lòng dẫn tới cửa ra, trong một lưu vực lớn thì đỉnh lũ sẽ lớn hơn so với đỉnh lũ của một lưu vực nhỏ. Lần nữa, dạng lưu vực và dạng của mạng lưới lưu vực kết hợp với ảnh hưởng kích thước và hình dạng của đỉnh lũ tại cửa ra lưu vực như được chỉ ra trong Hình 7.24. Một số mối quan hệ phức tạp nhất, giữa các nhân tố lưu vực khác nhau, có một ảnh hưởng quan trọng trên ba biến thuỷ văn quan trọng, tức là lượng trữ nước trong đất và những lớp dưới mặt sâu hơn có thể ảnh hưởng cả thời gian tính toán lẫn cường độ thấm xuất hiện khi có lũ lụt cùng với giáng thuỷ, với lượng trữ trong sông thấp thường dẫn đến lũ nhanh và cường suất mạnh. Những giá
trị thấm cao cho phép thấm một lượng nước mưa nhiều nhờ sức hút bề mặt đất và do đó có thể giảm bớt lượng lũ lụt trên lưu vực. Lượng thấm này phụ thuộc vào phạm vi của mưa và sự tăng trưởng của những vùng dòng chảy tràn bão hoà và vận chuyển của nước dưới mặt. Khi giá trị thấm thấp sẽ làm tăng dòng chảy tràn vượt thấm dẫn tới những sự tăng nhanh lưu lượng lòng dẫn (xem thêm mục 7.4).
Những ảnh hưởng của con người
Hoạt động con người (ví dụ sự đô thị hóa, lâm nghiệp và nông nghiệp) thường tác động như là một nhân tố tăng cường lũ bằng việc sửa đổi những biến thuỷ văn cơ bản như lượng trữ nước, sự thấm vào trong đất, và khả năng vận chuyển của nước.
Hình 7.24 Mối quan thệ giữa hình dạng lưu vực, tỉ lệ nhánh rẽ (Rb) và hình dạng của đường quá trình lũ (phỏng theo biểu đồ gốc của Strahler, 1964).
Phạm vi mà tới đó những đặc trưng lũ lụt bị biến đổi bởi sự đô thị hóa phụ thuộc rất nhiều vào tự nhiên của bề mặt thành thị bị biến đổi, hệ thống thuỷ văn thành thị và khí hậu. Những bề mặt thành thị thì ít khả năng ngấm qua được hơn do hầu hết bề mặt đất đã được thay thế bằng bê tông. Như một kết quả chúng là những vùng nguồn có hiệu quả cho dòng chảy nhanh và biểu đồ quá trình lũ của chúng có xu hướng có các đỉnh lũ cao hơn và sớm hơn (Hình 7.25). Điều này phản ánh thể tích lớn hơn của dòng chảy nhanh và sự chuyển động nhanh của lũ ngang qua bề mặt thành thị. Tương ứng, sự đô thị hoá có xu hướng làm tăng thể tích và đỉnh lũ xuôi dòng. Tuy nhiên, phần nhiều phụ thuộc vào khả năng thấm trái ngược nhau giữa một vùng đô thị hóa và bề mặt trước khi đô thị hoá.
Để thấy rõ những điều kiện lũ lụt được tăng lên rất nhiều do sự đô thị hóa thông qua sự thấm ta lấy ví dụ vùng đô thị hoá có cát sẽ thấm cao hơn vùng đô thị hoá là một vùng đất sét có tính thấm vào thấp. Dòng chảy nhanh bổ sung được sản sinh bởi những bề mặt thành thị đi theo một tuyến đường nhất định qua những hệ thống nước lũ như ở Anh. Hệ thống tiêu nước cũ là không có khả năng để đối phó với những sự kiện lũ có cường độ cao. Như một kết quả, sự quá tải nước lũ là tình trạng chung và có thể dẫn tới lũ lụt lan rộng làm ngập thành phố.
Hình 7.25 Đường quá trình lũ phản ánh sự mở rộng của quá trình đô thị hóa (chỉ ra phần trăm của lưu
vực bị đô thị hóa) ở phía Tây Tokyo, Nhật Bản (phỏng theo biểu đồ gốc của Yoshimoto và Suetsugi,