Nhật Lệ có lưu vực khoảng 2.647 km2
, với 24 phụ lưu vực khoảng 45 km2
, bình qn sơng, suối trong lưu vựa có chiều dài 0,84 km/km2
[9].
Sơng Kiến Giang là hợp lưu của nhiều nguồn sông suối phát nguyên từ vùng núi phía tây nam huyện Lệ Thủy đổ về phường Luật Sơn (xã Trường Thủy, Lệ
Thủy) chảy theo hướng nam bắc. Từ đây, sông chảy theo hướng tây nam - đông bắc,
về đến ngã ba Thượng Phong, sông chảy theo hướng đông nam - tây bắc, đến đoạn ngã ba Phú Thọ (An Thủy, Lệ Thủy), sơng đón nhận thêm nước của sông Cẩm Ly (chảy từ hướng tây đổ về), tiếp tục chảy theo hướng trên, băng qua cánh đồng trũng
huyện Lệ Thủy (đoạn này sông rất hẹp). Sắp hết đoạn đồng trũng huyện Lệ Thủy để
vào địa phận huyện Quảng Ninh, sông được mở rộng và chảy băng qua phá Hạc Hải
(có chiều dài gần 2km) về đến xã Duy Ninh (Quảng Ninh), sông tiếp tục chảy ngược
về hướng tây đến ngã ba Trần Xá thì hợp lưu với sông Long Đại đổ nước vào sông
Nhật Lệ. Chảy qua vùng đồng bằng có địa hình thấp, sơng Kiến Giang có độ
dốc và tốc độ dịng chảy nhỏ [9].
Sơng Long Đại là hợp lưu của 3 phụ lưu chính. Nhánh phía bắc phát nguyên từ vùng núi Cô-Ta-Rum trên biến giới Việt Lào, chảy trọn trong vùng địa hình Karst của Bố Trạch và đến động Hiềm (gần bến Tiêm huyện Quảng Ninh) thì gặp sông Long đại. Trước khi đổ nước vào sông Nhật Lệ, sơng Long Đại cịn đón
thêm nước ở hai phụ lưu là Rào Trù và Rào Đá (xã Trường Xuân, Quảng Ninh). Ba
đoạn sông đầu nguồn của sơng Long Đại nằm trong một vùng núi có lượng mưa khá lớn, nên về mùa lũ con sông này nước lên rất lớn và dữ. Sông Long Đại không lớn
bằng sông Gianh nhưng cường độ cấp nước lũ ngang với sông Gianh (70-
85m3/s/km2) [9].
Vùng hạ lưu lưu vực sơng Nhật Lệ chính là nơi tập trung đơng dân cư của tỉnh Quảng Bình. Trong đó, đơng nhất là khu vực ven biển, điển hình là TP. Đồng Hới nơi có mật độ dân số cao gấp 6 lần so với toàn tỉnh. Các huyện ven đồng bằng và biển chiếm đến 85% dân cư của cả tỉnh, dân số cũng tập trung đông hơn ở ven sông. Hai bên bờ sông Nhật Lệ nơi chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của ngập lụt mỗi mùa lũ cũng chính là nơi có mật độ và dân số cao nhất trên lưu vực. Điều này cũng dễ hiểu vì đó là nơi gần nguồn nước, gần nơi sản xuất, có điều kiện quần cư thuận lợi. Tỷ lệ người dân nông thơn khá cao, có đến 86% dân số là nơng thôn, đặc biệt ở Quảng Ninh- Lệ Thủy
lên đến hơn 90%. Mật độ dân số nông thôn cao và năng lực ứng phó thấp, một mặt rất dễ bị tổn thương trước thiên tai ngập lụt, một mặt lại gây sức ép lên điều kiện tự nhiên, tài nguyên và mơi trường. Điều đó gián tiếp hoặc trực tiếp sẽ tác động trở lại ngập lụt. Những tác động của người dân đến ngập lụt có thể do các hoạt động như canh tác, nuôi chồng thủy sản và khai thác vật liệu xây dựng dọc sông… dẫn đến ngăn cản dòng chảy, ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ. Điều này làm cho vấn đề ngập lụt càng trở nên trầm trọng hơn nhất là trong bối cảnh BĐKH như hiện nay.
1.5. Tình hình lũ lụt trên hệ thống sơng Nhật Lệ
Quảng Bình là một trong các tỉnh miền Trung hàng năm chịu ảnh hưởng nặng nề nhất trước thiên tai, bão lũ, tính trung bình cứ 10 năm thì có đến 9 năm có bão lũ lớn xảy ra [1, 20]. Theo số liệu thống kê trong vòng 10 năm trở lại đây, trên địa bàn tỉnh Quảng Bình có xảy ra 36 đợt lũ, tổng số thiệt hại khoảng 4.800 tỷ đồng [20]. Những năm gần đây, Quảng Bình cùng với các tỉnh miền Trung phải hứng chịu một số trận lũ lớn lịch sử như lũ các năm 1953, 1983, cuối năm 1998, 1999, 2007, 2008. Gần đây nhất là trận lũ kép xảy ra vào tháng 10/2010 và trận lũ năm 2013 (trong cơn bão Wutip1). Các trận lũ này đã gây ngập lụt và thiệt hại to lớn về người và tải sản tại Quảng Bình. Các trận lũ như năm 1999, 2007 và 2010 được coi là lũ lịch sử với tần suất 1% gây thiệt hại to lớn cho Quảng Bình [7].
Bảng 1.1. Thống kê thiệt hại gây ra bởi lũ lụt một số trận lụt lịch sử tại Quảng Bình [7]
Sự kiện Tác động/thiệt hại
Lũ lụt (1985)
Mưa lớn diện rộng xuất hiện, trên hai lưu vực sông Gianh và sông Nhật Lệ. Đỉnh lũ trên báo động cấp 3 từ 0.6-1.0 m. Trong trận ngập lụt này có đến 6/7 huyện của tỉnh bị thiệt hại, làm hơn 500.000 người phải sống trong ngập lụt, 84 người bị chết, 697 ngôi nhà bị sập đổ và 18.820 ngôi nhà khác bị ngập trong nước; 26.490 ha lúa, hoa màu, cây ăn quả bị ngập và hư hại.
Lũ lụt (2005)
Lũ năm 2005 nguyên nhân bởi mưa lớn: 17 người chết. Thiệt hại về kinh tế: 166.730 triệu đồng.
Lũ lụt và bão (2006)
Bão và lũ lụt trong cơn Xang-sane đã làm hơn 300.000 người mất nhà cửa. Lũ lụt
(10/ 2010)
Đây là một trong những trận lũ kép lớn chưa từng xãy ra ở miền Trung Việt Nam trong mấy thập kỷ qua. Lượng mưa trong đợt lũ này tại Tân Mỹ (Quảng Bình) khá lớn, khoảng 583mm, Sơng Gianh tại Mai Hố (Quảng Bình) là
1 Wutip tên quốc tế của cơn bão số 10 đổ bộ trực tiếp vào Quảng Bình, Wutip được đánh giá mạnh ngang với cơn bão Xangsane đã tàn phá Đà Nẵng năm 2006.
7,10m trên báo động 3: 0,6m; Sơng Kiến Giang tại Lệ Thủy (Quảng Bình): 3,14m, trên báo động 3: 0,44m. Quảng Bình bị thiệt hại nặng nề trong cơn bão này: Có 53 nghìn ngơi nhà bị ngập; hơn 50 người thiệt mạng ước tính thiệt hại cả về tài sản, vật chất, lên tới 1.392,547 tỷ đồng.
Lũ lụt và Bão (9/2013)
Mưa lớn trong bão Wutip là ngập lụt hầu hết các sơng Quảng Bình. Tâm bão Quảng Bình, chịu thiệt hại nặng nề, về kinh tế ước tính khoảng 8.000 tỷ đồng. Lũ lụt ở lưu vực sơng Nhật Lệ nói riêng và miền Trung nói chung thường chủ yếu gây ra bởi hiện tượng mưa lớn diện rộng và kéo dài. Mưa lớn gây lũ lụt ở đây thường xuất hiện trong các hình thế thời tiết như: gió mùa, bão, áp thấp nhiệt đới, dải hội tụ nhiệt đới...hay sự kết hợp giữa các hình thế thời tiết này. Điều này có thể lý giải là do Quảng Bình nằm trong đới khí hậu gió mùa chí tuyến, á đới nóng ẩm, chịu ảnh hưởng chuyển tiếp giữa hai vùng khí hậu nóng lạnh nam bắc. Chính sự giao thoa này kết hợp với điều kiện địa hình làm cho khối khơng khí gần mặt đất khơng ổn định, dẫn đến những xáo trộn bất thường.
Khí hậu Quảng Bình chia ra hai mùa (mùa mừa và mùa khơ) rõ rệt. Trong đó,
mùa mưa kéo dài từ tháng IX đến tháng XII, với lượng mưa trung bình năm là 2.315
mm, số ngày mưa trung bình là 152 ngày/năm [20]. Tuy nhiên, lượng mưa mùa mưa
lại chủ yếu tập trung vào ba tháng (IX - X - XI), lượng mưa và lưu lượng mùa mưa
chiếm đến 65-70% và 70-80% lượng mưa và lưu lượng cả năm. Giai đoạn mùa mưa
cũng là thời gian gió mùa Đơng Bắc bắt đầu hoạt động; dải hội tụ nhiệt đới hoạt động trở lại sau khi qua đây (vào khoảng tháng IV, V trên đường lên phía bắc); cũng trùng với thời gian hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới trên Biển Đơng. Do đó, cũng dễ hiểu khi Quảng Bình là một trong các tỉnh chịu tác động mạnh mẽ của thiên tai, thời tiết bất thường, các trận lũ lớn lịch sử cũng thường xảy ra trên khu vực vào thời gian này.
Lượng mưa lớn diện rộng gây ra bởi các hình thế thời tiết trên sinh ra một lượng nước lớn. Thêm vào đó, lưu vực lại hẹp ngang (chỉ khoảng 45km), độ dốc lớn nên lượng nước lớn tập trung nhanh và đổ dồn về hạ lưu và thốt ra biển. Tuy nhiên, khơng như các hệ thống sông khác lượng nước thường đổ thẳng ra biển qua nhiều của thốt (điển hình như hệ thống sông Hồng và sông Cửu Long). Hệ thống sơng Nhật Lệ chỉ có một của thốt duy nhất (của Nhật Lệ) và dịng chảy lũ cũng khơng thể đổ thẳng ra biển do gặp phải một dãy cồn cát khá cao (30- 40m) chạy song song với bờ biển. Dải cồn cát này
có tác dụng như một con đê chắn lũ đã ngăn dòng chảy đổ thẳng ra biển mà buộc nó uốn khúc chảy dọc theo dãy cồn cát. Ngồi ra, do địa hình phần hạ lưu thấp có dạng lịng chảo, phần lớn có độ cao địa hình thấp hơn mực nước biển (0.8-1 m) nên khi có mưa bão kết hợp thủy triều dâng cao, nước bị ứ lại thoát ra biển rất chậm [20]. Do đó, ngồi tính chất lũ lớn và nhanh ở thượng lưu thì ở vùng hạ lưu Nhật Lệ cịn chịu ngập úng dài ngày trên diện rộng.
Ngồi những nguyên nhân do đặc điểm tự nhiên, tình trạng ngập lụt lưu vực sơng Nhật Lệ cịn bị ảnh hưởng nguyên nhân do con người. Các nguyên nhân này thường đến từ các hoạt động kinh tế - xã hội trên lưu vực. Việc thay đổi hiện trạng sử dụng đất bất hợp lý, hay như nạn phá rừng làm thay đổi bề mặt lưu vực dẫn dến lũ lớn, nhanh và nguy hiểm hơn (do làm khả năng thấm kém đi kéo theo gia tăng dòng chảy trực tiếp).
Ngồi ra, hệ thống đường giao thơng vận tải đường bộ, đường sắt và đường thủy nội địa chính đều có hướng vng góc với dịng chảy của sơng nên làm giảm khả năng tiêu thoát lũ. Các tuyến đường lớn như Quốc lộ 1A (mới được nâng cao), tuyến đường sắt bắc – nam, và mới đây là tuyến đường Hồ Chí Minh có tác dung như những con đê làm ngăn cản đường tiêu thoát lũ làm cho tình trạng úng ngập càng trầm trọng hơn.
Trong bối cảnh hiện nay, biến đổi khí hậu đang có những hiểu hiện rõ ràng và tác động mãnh mẽ đến hầu hết các vùng địa lý, các lĩnh vực khác nhau. Trong đó, như đã đề cập tài nguyên nước là một trong các lĩnh vực chịu tác động mãnh mẽ nhất của biến đổi khí hậu. Tác động của biến đổi khí hậu đến ngập lụt thông qua một loạt các cơ chế bao gồm những sự thay đổi lượng mưa, nhiệt độ, mực nước biển và lịng sơng [30]. Trong hầu hết các trường hợp tác động của biến đổi khí hậu dẫn đến những thay đổi về lượng mưa. Đặc biệt là sự thay đổi lượng mưa lớn cực đoan có thể được xem là có động trực tiếp và mạnh mẽ nhất đến tình trạng lũ lụt ở lưu vực sơng này. Ngồi những tác động trực tiếp kể trên, BĐKH cịn có các ảnh hưởng gián tiếp khác đến ngập lụt. Ví dụ như, những thay đổi của lượng mưa sẽ dẫn đến các thay đổi trong q trình vận chuyển dịng vật chất trầm tích, qua đó ảnh hưởng đến địa hình lịng sơng. Điều này có thể trở nên phức tạp hơn trong các đoạn sông đổ ra biển bởi vì mực nước biển dâng làm chậm đi q trình thốt nước ra biển [30].
Với những lý do đó, việc đánh giá được các tác động đến lượng mưa cực đoan, lưu lượng dòng chảy, diện và độ sâu ngập là vấn đề cấp thiết và có ý nghĩa. Sản phẩm
nghiên cứu với các bản đồ thể hiện diện và độ sâu ngập lụt dưới các kịch bản BĐKH có thể được sử dụng như là các cơng cụ trực quan, hữu hiệu cho cơng tác phịng chống cũng như lập kế hoạch, chiến lược ứng phó với những biến đổi của lũ lụt trong tương lai.
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ NGUỒN SỐ LIỆU
Trong chương này sẽ trình bày và phân tích một cách tuần tự và logic về bài toán đánh giá tác động của BĐKH đến ngập lụt. Bắt đầu từ đặt bài toán, tiếp đến là các cách tiếp cận, phương pháp luận, nguồn số liệu có được và một loạt các phương pháp được áp dụng cụ thể cho lưu vực sơng Nhật Lệ cũng sẽ được trình bày chi tiết.
2.1. Đặt bài toán
Như đã đề cập, bài toán đánh giá tác động của BĐKH đến ngập lụt đòi hỏi phải xem xét được sự biến đổi cả về tần suất và độ lớn của các đặc trưng ngập lụt như: lượng mưa cực đoan; lưu lượng dịng chảy lũ; độ sâu và diện tích ngập lụt; thời gian ngập lụt2
. Việc xác định những biến đổi của các đặc trưng ngập lụt đó được thực hiện dựa trên việc so sánh các giá trị của chúng trong tương lai theo kịch bản BĐKH và giá trị của chúng trong giai đoạn nền (giai đoạn được chọn là thời kỳ chuẩn: Baseline). Độ lớn chênh lệch giá trị của mỗi đặc trưng sẽ cho thấy mức độ ảnh hưởng của BĐKH lên đặc trưng đó.
Từ đó, có thể thấy rằng bài tốn đánh giá tác động của BĐKH đến ngập lụt thực
chất là phải giải quyết được ba bài tốn chính gồm: 1) Dự tính được lượng mưa cực
đoan; 2) Tính tốn được dịng chảy sinh ra từ lượng mưa dự tính đó; và 3) Tính tốn được mức độ ngập từ lượng dịng chảy sinh ra ở 2).
1) Dự tính lượng mưa cực đoan: Bất cứ việc xem xét ảnh hưởng của BĐKH đến ngập lụt nào cũng phải bắt đầu với những ảnh hưởng đến lượng mưa [48]. Nhiều bằng chứng chỉ ra rằng sự ấm lên toàn cầu gây những biến đổi mạnh mẽ đến lượng mưa. Việc dự tính được những thay đổi cả về giá trị trung bình và giá trị cực đoan của lượng mưa dưới tác động của hiện tượng ấm lên toàn cầu là rất cần thiết, đặc biệt đối với bài toán ngập lụt. Hầu hết các nghiên cứu đến lũ lụt thường sử dụng lượng mưa dự tính dựa trên các kịch bản phát thải khí nhà kính trực tiếp từ các mơ hình khí hậu tồn cầu (CGM) hay sử dụng các kỹ thuật hạ quy mô để tăng độ phân giải đáp ứng cho các mơ hình thủy văn. Có hai kỹ thuật hạ quy mơ thường được sử dụng là hạ quy mô động lực và hạ quy mơ thống kê. Trong đó, hạ quy mơ động lực với các mơ hình khí hậu
khu vực (RCM) được sử dụng rộng rãi. Các RCM có thể cung cấp thơng tin khí hậu
2 Trong nghiên cứu này chưa xem xét được đến đặc trưng này
với độ phân giải cao (10-20 km hoặc nhỏ hơn) đa thập kỷ và có khả năng phản ánh tính địa phương. Các RCM thơng dụng có thể kể ra như: HadRM3, RegCM, PRECIS, WRF, HIRRAM4, REMO, CCLM, Wettreg ….
2) Tính tốn được dịng chảy: Với những biến đổi về lượng mưa cực đoan dự
tính được từ các CGM hay RCM ta cần phải biết được dịng chảy trong sơng sẽ biến đổi như thế nào? Các mơ hình thủy văn thường được sử dụng để trả lời cầu hỏi này.
Thông thường mơ hình thủy văn sẽ cho ra biến lượng thủy văn chưa biết ở đầu ra dựa trên những thông tin đã biết ở đầu vào. Với các mơ hình được lập trình để thực thi bằng ngơn ngữ máy tính, thì thơng tin đã biết đầu đầu vào là giáng thủy và thông tin đầu ra chưa biết là dịng chảy, các mơ hình thủy văn này được biết đến chính là các mơ hình mưa-dịng chảy. Trong trường hợp biến đầu vào là thơng tin đã biết về dịng chảy ở thượng lưu và thông tin đầu ra chưa biết là dịng chảy ở hạ lưu của sơng thì các mơ hình thủy văn này chính là các mơ hình diễn tốn dịng chảy3hay mơ hình thủy lực (sẽ được đề cập đến trong mục 3)).
Theo Ven Te Chow (1988) [19], mơ hình thủy văn được phân ra thành hai loại: mơ hình vật lý và mơ hình trừu tượng. Mơ hình vật lý bao gồm các mơ hình tỷ lệ, tức biểu thị hệ thống thật dưới dạng thu nhỏ có tính chất tương tự mơ hình thực tế. Mơ hình trừu tượng biểu thị hệ thống dưới dạng toán học. Sự vận hành của hệ thống được mơt tả bằng các phương trình liên kết giữa các biến vào và biến ra của hệ thống. Các biến lượng này có thể là hàm của khơng gian, thời gian, cũng có thể là hàm của q trình ngẫu nhiên. Dựa vào tính biến đổi của biến mà các mơ hình thủy văn lại được phân ra thành các mơ hình khác nhau. Xét tính ngẫu nhiên có các mơ hình tất định và