Chương 8. Dự báo lũ lụt
8.1. Yêu cầu số liệu cho dự báo thời gian thực
Một trong những cách giảm nhẹ tổn thất của thiệt hại lũ lụt quan trọng nhất là sự chuẩn bị của những cảnh báo thích hợp, cho phép người dân hành động bảo vệ tài sản của họ và bản thân. Trách nhiệm cho cảnh báo lũ của những nước khác nhau cũng
khác nhau. Trong đa số các trường hợp hệ thống này được dựa vào những cơ quan cảnh báo lũ lụt địa phương, hoạt động ngay khi một trận mưa hình thành lũ lụt tiềm tàng được dự báo. Những cơ quan này sau đó sẽ sử dụng mô hình mưa-dòng chảy trong thời gian thực để dự báo lưu lượng và mực nước lũ trong những vùng khác nhau như một cơ sở cho những quyết định xem liệu có phát đi những cảnh báo lũ lụt hay không.
Quá trình này dễ hơn rất nhiều ở những lưu vực lớn nơi mà sự hình thành của một trận lũ, và sự truyền sóng lũ xuống hạ lưu, có thể mất vài ngày hoặc thậm chí hàng tuần. Những ví dụ gần đây là trận lũ lụt ở Mississippi năm 1993 (Chagnon 1996); lũ lụt Meuse và Rhine năm 1995 (Koopmanss và nnk 1995); lũ lụt ở bắc California năm 1997; lũ lụt ở Oder nước cộng hòa Séc, Balan và Đức vào năm 1997 (Kundzewicz và nnk 1999); lũ sông Red năm 1997 ở bắc Hoa kỳ và Canada; các trận lũ ở Chang Chiang (Yangtse) Trung Quốc vào năm 1998 và 1999; và những trận lũ lụt tàn phá ở Limpopo và các sông Save ở Mozambique năm 2000.
Trong những lưu vực nhỏ, với thời gian đến đỉnh ngắn, dự báo thời gian thực có nhiều khó khăn hơn. Những lưu lượng cực hạn nhất ở những lưu vực như vậy có xu hướng xuất hiện như một kết quả của những trận mưa đối lưu địa phương hoặc những
ô lưới cường độ cao bên trong những hệ thống thời tiết synop lớn hơn. Thậm chí những dụng cụ đo từ xa hoặc một rađa đo mưa theo dõi vùng đó, thời gian đáp ứng có thể là quá ngắn để phát ra cảnh báo trong thời gian thực. Tùy chọn duy nhất là sau đó phát ra những cảnh báo trên cơ sở của dự báo những trận mưa, nhưng những cảnh báo như
vậy có xu hướng là rất chung chung. Có thể nhận biết tiềm năng cho một trận mưa sinh lũ nhưng rất khó có thể chỉ rõ chính xác ở đâu. Một ví dụ điển hình của điều này xảy ra tại miền nam nước Pháp và bắc Italy, nơi mà đặc biệt trong tháng chín, những hệ thống thời tiết di chuyển trong đất liền từ Địa Trung Hải vào và tùy thuộc vào sự tăng địa hình núi có thể đưa đến làm tăng những trận mưa và lũ lụt rất mãnh liệt.
Thực tế hàng năm có ít nhất một trận lũ phụ ở đâu đó trong vùng rộng lớn này.
Những ví dụ nổi tiếng là lũ năm 1988 ở Nice và lũ năm 1992 trên 560 km2 Ouveze tại Vaison-la-Romaine ở Pháp.
Trong trường hợp của Vaison-la-Romaine, cơ quan khí tượng Pháp đã phát báo một cảnh báo khả năng có lũ quét cho khu vực. Thật khó trong một trường hợp như
vậy cho những cộng đồng riêng lẻ để phản ứng lại, vì mưa có thể không rơi trên lưu vực sẽ ảnh hưởng đến họ. ở Vaison, 179 mm được ghi trong 24 giờ, với lượng cao hơn bất kỳ đâu trên lưu vực và cường độ trên 200 mm trong suốt thời gian 6 phút. Thời gian giữa lúc bắt đầu trận mưa và lúc đỉnh lũ chỉ là 3.5 giờ. Lưu lượng đỉnh lũ ước lượng là 600-1100 m3/s, với mực nước đỉnh trong thị trấn Vaison là 21 m. Cầu La mã
cổ trong trung tâm của Vaison đã bị vượt đỉnh nhưng trận lũ vẫn tồn tại lâu, mặc dầu có đoạn băng viđêô đầy ấn tượng về việc trôi nổi những đoàn lữ hành chen chúc ở dưới nó. Phần lớn những nạn nhân trong sự kiện này là những khách du lịch ở một điểm cắm trại ở đáy thung lũng thượng lưu Vaison. Có nhiều thảo luận sau sự kiện này về việc liệu có phải sự phát triển của thị trấn trên thượng lưu đồng bằng ngập lụt đã làm
độ sâu của lũ và tác động của lũ lụt xấu hơn nhiều (Arnaud-Fassetta và nnk 1993). Rõ
ràng là nhiều cuộc sống có thể đã được bảo vệ nếu có thể một cảnh báo lũ chính xác.
Để làm những cảnh báo đúng đắn đòi hỏi kiến thức về những trận mưa khi chúng xẩy ra, hoặc, thậm chí tốt hơn, các dự báo chính xác những cường độ mưa tiềm tàng đi trước thời gian. Điều này cho phép tăng thời gian dự kiến của dự báo, có thể là quan trọng cho những trận lũ quét và các lưu vực nhỏ, như Vaison-la-Romaine. Một số phương pháp hiện thời phát triển để lập dự án một chuỗi trạm đo mưa hoặc số liệu mưa rađa trong tương lai (ví dụ Krajewski và Pháp 1994; Andrieu và nnk 1996;
Dolcine và nnk 1998) nhưng bất cứ phương pháp đã sử dụng nào, những dự báo có xu hướng giảm giá trị rất nhanh chóng. Trong tương lai, có những khả năng kỹ thuật sử dụng một mô hình dự báo thời tiết số trị quy mô nhỏ, lồng trong các lưới của một mô
hình tuần hoàn lớn hơn, nhưng những dự báo chính xác cũng sẽ đòi hỏi những sự cải tiến những quan niệm hình thành mưa sử dụng trong phát sinh hiện thời của mô
hình. Cho đến nay, các dự báo mưa do những mô hình qui mô trung bình cung cấp không đủ chính xác. Tại thời gian hiện nay hầu hết các hệ thống cảnh báo lũ lụt bị phụ thuộc vào số liệu từ các trạm đo từ xa hoặc mưa rađa, được truyền trở lại trung tâm dự báo trong thời gian thực.
Lợi thế của rađa thời tiết trong những tình huống này là rađa sẽ thường nhặt ra những ô mãnh liệt nhất của trận mưa trong hệ thống thời tiết (ví dụ Smith và nnk 1996; xem phần 3.1). Những ô như vậy có thể nhỏ hơn khoảng cách giữa các trạm đo từ xa, và bởi vậy có thể bị mất bởi những hệ thống trên mặt đất. Vấn đề với rađa, như
một đầu vào để dự báo kết quả lưu lượng lũ, là mối quan hệ giữa tín hiệu rađa và cường độ trận mưa có thể không thường xuyên đưa ra một ước lượng chính xác cường
độ tuyệt đối (xem mục 3.1), đặc biệt khi có những hiệu ứng suy giảm vì trận mưa lớn gần rađa che lấp tín hiệu từ xa hơn. Như vậy, cho cả rađa lẫn những hệ thống trạm
đo, nó có thể là có khả năng để đoán nhận rằng trận mưa mãnh liệt đang xuất hiện trên một diện tích lưu vực nhưng không chính xác là mạnh như thế nào.
Điều này trở nên quan trọng mà bất kỳ mô hình mưa-dòng chảy nào sử dụng cũng có khả năng thích nghi thời gian thực để tính toán bất kỳ sai số nào trong những kết quả dự báo từ những sai số đầu vào, dù từ rađa hay trận mưa, hoặc từ sai số trong cấu trúc mô hình. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi rằng trung tâm cảnh báo lũ lụt cũng nhận những thông tin về mực nước sông trong thời gian thực, tại một hoặc nhiều hơn những trạm đo trong một lưu vực, để dự báo mô hình có thể được so sánh với những mực nước hoặc lưu lượng quan trắc trong thời gian thực và mô hình thích nghi để tạo ra những dự báo chính xác hơn (ít nhất cho đến khi trạm đo bị hư hỏng hoặc hệ thống đo từ xa sai lệch). Một số cách làm này được bàn luận đến trong mục tiếp theo.
Cũng có lý do khác tại sao thông tin lưu lượng có thể hữu ích trong cảnh báo lũ lụt, đặc biệt trong những lưu vực lớn hơn. ở đâu các thời gian trễ trong hệ thống lòng dẫn là đủ dài so với thời gian dự kiến yêu cầu cho một dự báo (nói chung trong 3-6 tiếng là thời gian dự kiến khả thi tối thiểu để cho phép một cảnh báo sẽ được truyền
đến dân chúng), thì đo đạc lưu lượng hay mực nước lũ ở thượng lưu có thể được sử dụng như một bộ phận của hệ thống để dự báo mực nước và lưu lượng lũ và theo thời gian của đỉnh lũ xa hơn về phía dưới hạ lưu.
Nói chung, những cảnh báo lũ lụt được phát đi trong quan hệ với mực nước dự báo của sông ở một điểm đo đạc nguy cấp mà không mô hình hóa biểu đồ chi tiết của sự lụt lội phía thượng lưu của điểm đó. Trong nhiều tình huống điều này có thể là thích hợp, vì nếu lũ lụt được dự báo xuất hiện ở đâu đó trong đồng bằng ngập lụt, thì một cảnh báo chung có thể được phát ra. Tuy nhiên, trong những dòng sông lớn, như
Mississippi, sự phát triển của sóng lũ xuôi dòng có thể được kiểm soát rất chặt chẽ bằng bản đồ lụt lội trong suốt trận lũ, bao gồm những ảnh hưởng của những sự hỏng hóc đê mà vốn đã khó để dự báo trước thời gian. Như vậy có thể cần thiết sử dụng một mô hình diễn toán thủy lực trong dự báo những độ sâu chờ đợi ở phía hạ lưu, liên tục xem lại các tính toán khi những điều kiện thay đổi. Điều này yêu cầu bổ sung thêm về những hiểu biết địa hình lòng dẫn và đồng bằng ngập lụt để sử dụng trong mô hình thủy lực, cùng với những thông số như những hệ số sức cản hiệu quả. Tài liệu địa hình thường được cung cấp như một chuỗi các mặt cắt ngang được khảo sát trên đồng bằng ngập lụt và lòng dẫn tại những vị trí khác nhau, nhưng việc tăng sử dụng của những mô hình tích hợp độ sâu hai chiều sẽ dẫn tới sử dụng số liệu đo vẽ địa hình ở dạng những bản đồ cao trình số hoá chi tiết của đồng bằng ngập lụt. Tất nhiên, dạng lòng dẫn có thể thay đổi trong thời gian một trận lũ vì sự xói mòn và bồi lắng. Những mô
hình vận chuyển trầm tích trong các sông chưa phát triển đến giai đoận mà chúng có thể được sử dụng một cách có hiệu lực và đa số các mô hình diễn toán thủy lực hiện thời sử dụng giả thiết 'đáy cố định’.