Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.

Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

i

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ vii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4

6 Kết cấu của luận án 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ LŨ QUÉT VÀ CẢNH BÁO, DỰ BÁO LŨ QUÉT 5

1.1 Một số khái niệm sử dụng trong Luận án 5

1.1.1 Khái niệm về lũ quét 5

1.1.2 Khái niệm về tràn bờ, lưu lượng tràn bờ 7

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu 10

1.2.1 Tổng quan nghiên cứu dự báo, cảnh báo lũ quét 10

1.2.2 Tổng quan nghiên cứu về lưu lượng tràn bờ 24

1.3 Khoảng trống trong nghiên cứu dự báo, cảnh báo lũ quét theo thời gian thực và định hướng nghiên cứu của Luận án 29

1.3.1 Khoảng trống trong nghiên cứu 29

1.3.2 Định hướng nghiên cứu của luận án 31

1.4 Kết luận Chương 1 33

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP CẢNH BÁO LŨ QUÉT CHO LƯU VỰC NHỎ SÔNG MIỀN NÚI 35

2.1 Cơ sở khoa học xây dựng phương trình thực nghiệm tính toán lưu lượng tràn bờ 35 2.1.1 Xác định ngưỡng tràn bờ từ dấu hiệu nhận biết trên thực địa 35

2.1.2 Xây dựng tương quan giữa mực nước và lưu lượng cho các vị trí điều tra khảo sát 36

2.1.3 Xây dựng phương trình thực nghiệm tính toán lưu lượng tràn bờ 37

ii

2.2 Xây dựng mô hình toán mưa - dòng chảy kết hợp với dữ liệu lượng mưa theo

thời gian thực để tính toán cập nhật liên tục hiện trạng của lưu vực 38

2.2.1 Cấu trúc mô hình toán (CTM) 41

2.2.2 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình 53

2.3 Phương pháp tính toán ngưỡng mưa định hướng có khả năng sinh lũ quét (FFG) và chỉ số mức độ nguy cơ xảy ra lũ quét (FFT) 55

2.3.1 Xác định ngưỡng mưa FFG 57

2.3.2 Xác định chỉ số FFT (Mức độ nguy cơ đe dọa lũ quét) 59

2.4 Kết luận Chương 2 62

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CẢNH BÁO LŨ QUÉT CHO LƯU VỰC NẬM LY VÀ NÀ NHÙNG TỈNH HÀ GIANG 64

3.1 Kết quả xây dựng phương trình thực nghiệm xác định lưu lượng tràn bờ cho 2 lưu vực sông miền núi Nậm Ly và Nà Nhùng tỉnh Hà Giang 64

3.1.1 Khảo sát xác định mực nước tràn bờ và lưu lượng tràn bờ tương ứng 64

3.1.2 Xây dựng phương trình thực nghiệm xác định lưu lượng tràn bờ 70

3.1.3 Nhận xét kết quả 72

3.2 Kết quả xây dựng mô hình toán thủy văn cho lưu vực nghiên cứu 73

3.2.1 Giao diện, công cụ mô hình 74

3.2.2 Khối tính toán 76

3.2.3 Số liệu đầu vào mô hình: 80

3.2.4 Kết quả của mô hình 80

3.2.5 Đánh giá độ tin cậy của mô hình 81

3.2.6 Ứng dụng mô hình CTM cho lưu vực nghiên cứu Nậm Ly và Nà Nhùng 82 3.3 Kết quả đánh giá sự phù hợp của mô hình mưa dự báo GEM cho lưu vực nghiên cứu 92

3.4 Ứng dụng các kết quả nghiên cứu để cảnh báo thử nghiệm lũ quét cho lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng 94

3.4.1 Giao diện chính công cụ cảnh báo cho lưu vực nghiên cứu 94

3.4.2 Trang chủ 94

3.4.3 Trạm đo mưa tự động 99

3.4.4 Cảnh báo 101

3.5 Kết quả dự báo thử nghiệm 101

iii

3.6 Kết luận Chương 3 105

KẾT LUẬN 107

1 Những kết quả đạt được 107

2 Những đóng góp mới 108

3 Tồn tại và hướng đề xuất 108

4 Kiến nghị 108

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

PHỤ LỤC 118

iv

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Mô tả các loại cao trình bãi khác nhau 7

Hình 1.2 Mô tả ngưỡng tràn bờ 9

Hình 1.3 Sơ đồ mô phỏng xác định ngưỡng mưa kích hoạt 12

Hình 1.4 Sơ đồ mô phỏng xác định ngưỡng mưa kích hoạt 13

Hình 1.5 Mối quan hệ giữa lưu lượng tràn bờ với lưu lượng lượng trung bình năm 25

Hình 1.6 Sơ đồ hương nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực sông miền núi 32

Hình 2.1 Sơ đồ phương pháp xác định lưu lượng tràn bờ 35

Hình 2.2 Một số dấu hiệu nhận biết cao trình mực nước tràn bờ điển hình 36

Hình 2.3 Sơ đồ mô phỏng cách xác định giá trị FFG 39

Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc mô hình toán thủy văn xây dựng cho lưu vực nghiên cứu 41

Hình 2.5 Sơ đồ tính toàn dòng chảy cửa ra lưu vực 42

Hình 2.6 Đường quá trình cường độ thấm Kt 44

Hình 2.7 Quá trinh mưa, tổn thất dòng chảy của một trận mưa 45

Hình 2.8 Các thông số phương pháp cắt nước ngầm 48

Hình 2.9 Sơ đồ tính toán dòng chảy theo phương pháp bể chứa tuyến tính 49

Hình 2.10 Sơ đồ biên dịch ngôn ngữ Java 55

Hình 2.11 Mưa tại thời điểm hiện tại và đường quá trình dòng chảy gây ra bởi mưa thực đo 56

Hình 2.12 mô tả cách xác đinh FFG để tạo ra lưu lượng tràn bờ 57

Hình 2.13 Sơ đồ xác định ngưỡng mưa FFG 58

Hình 2.14 Các ô lưới của mô hình GEM trong nghiên cứu 60

Hình 3.1 Xác định mực nước tràn bờ theo các dấu hiệu nhận biết tại mặt cắt N4 65

Hình 3.2 Xác định mực nước tràn bờ theo các dấu hiệu nhận biết tại mặt cắt N5 65

Hình 3.3 Xác định mực nước tràn bờ theo các dấu hiệu nhận biết tại mặt cắt N6 66

Hình 3.4 Xác định mực nước tràn bờ theo các dấu hiệu nhận biết tại mặt cắt N7 66

Hình 3.5 Mặt cắt khảo sát với các dấu hiệu mực nước tràn bờ (1) 67

Hình 3.6 Mặt cắt khảo sát Q5 với các dấu hiệu mực nước tràn bờ (2) và (6) 68

Hình 3.7 Đường quan hệ Q = f(Z) từ dữ liệu khảo sát thực tế của 2 mặt cắt Q14 và Q5 68

Hình 3.8 Bản đồ địa hình và sử dụng đất lưu vực Nậm Ly (trái) và Nà Nhùng (phải) 70 Hình 3.9 Giao diện mô hình CTM 75

Hình 3.10 Giao diện các công cụ mô hình CTM 76

Hình 3.11 Giao diện lựa chọn phương pháp tính toán tổn thất 77

Hình 3.12 Giao diện đặc trưng phương pháp tính thấm đường cong CN 77

Hình 3.13 Giao diện cửa sổ khai báo các thông số tính toán chuyển đổi dòng chảy từ mưa hiệu quả theo phương pháp đường lũ đơn vị SCS 78

v

Hình 3.14 Giao diện cửa sổ khai báo các thống số tính toán dòng ngầm theo phương

pháp đường cong nước rút 79

Hình 3.15 Giao diện cửa sổ khai báo thông số phương pháp diễn toán dòng chảy theo phương pháp hồ chứa tuyến tính (linear) và Muskingum 79

Hình 3.16 Giao diện nhập dữ liệu đầu vào mô hình 80

Hình 3.17 Giao diện kết quả mô hình dưới dạng biểu đồ 80

Hình 3.18 Giao diện kết quả mô hình dưới dạng bảng biểu số liệu 81

Hình 3.19 So sánh kết quả tính toán dòng chảy lưu vực Nậm Ly 1 giữa 2 mô hình CTM và mô hình Hec - Hms 81

Hình 3.20 DEM địa hình khu vực nghiên cứu 85

Hình 3.21 Phân chia các tiểu lưu vực 86

Hình 3.22 Phân chia đa giác theisson cho các lưu vực tính toán 87

Hình 3.23 Kết quả hiệu chỉnh mô hình cho lưu vực Nậm Ly 1 90

Hình 3.24 Kết quả kiểm định mô hình cho lưu vực Nậm Ly 1 90

Hình 3.25 Phân bố lượng mưa ngày từ ngày 5 đến ngày 8 tháng 7 năm 2020 trên các lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng 93

Hình 3.26 Hàm phân bố mưa tích lũy của mô hình và lượng mưa đo tự động trên các lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng trong thời gian từ ngày 19 đến ngày 22 tháng 7 năm 2020 93

Hình 3.27 Giao diện menu hệ thống cảnh báo lũ quét cho khu vực nghiên cứu 94

Hình 3.28 Giao diện menu trang chủ 95

Hình 3.29 Giao diện hiển thị thanh công cụ 95

Hình 3.30 Giao diện menu cảnh báo 96

Hình 3.31 Giao diện chi tiết cảnh báo lũ tiểu lưu vực trên địa bàn xã 96

Hình 3.32 Giao diện chi tiết cảnh báo lũ tiểu lưu vực trên địa bàn thôn 97

Hình 3.33 Giao diện thống kê ngưỡng cảnh báo mới nhất 97

Hình 3.34 Giao diện thống kê dữ liệu dòng chảy mới nhất 98

Hình 3.35 Giao diện bản tin cảnh báo lũ quét 98

Hình 3.36 Giao diện bản đồ cảnh báo lũ quét 99

Hình 3.37 Giao diện trạm đo mưa tự động 99

Hình 3.38 Giao diện thông tin lượng mưa mới nhất 100

Hình 3.39 Giao diện để xuất dữ liệu lượng mưa 100

Hình 3.40 Giao diện thông tin chi tiết trạm 101

Hình 3.41 Giao diện cảnh báo 101

Hình 3.42 Sự phân bố lượng mưa theo thời gian trong 3 trận mưa trên khu vực nghiên cứu 102

Hình 3.43 Tình hình ngập lụt tại thị trấn Quảng Nguyên (lưu vực Nậm Ly) trong đợt lũ ngày 13-14/6/2020 103

Hình 3.44 Tình hình ngập lụt tại thị trấn Quảng Nguyên (lưu vực Nậm Ly) trong đợt lũ ngày 06/7/2020 103

vi

Hình 3.45 Hình ảnh thôn Cốc Nam, xã Bản Nhùng (lưu vực Nà Nhùng) sau trận lũ

ngày 21/7/2020 104

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Vị trí khảo sát và dấu hiệu tràn bờ 69

Bảng 3.2 Mức độ ảnh hưởng của biến độc lập đến lưu lượng tràn bờ 71

Bảng 3.3 Phương trình tương quan đa biến xác định lưu lượng tràn bờ từ các đặc trưng lưu vực 72

Bảng 3.4 Các phương pháp tính toán trong mô hình CTM 74

Bảng 3.5 Tỉ lệ trọng số trạm mưa của các tiểu lưu vực Nậm Ly 88

Bảng 3.6 Tỉ lệ trọng số trạm mưa của các tiểu lưu vực Nà Nhùng 89

Bảng 3.7 Thông số mô hình của các tiểu lưu vực 90

Bảng 3.8 Thông số mô hình của các tiểu lưu vực 91

Bảng 3.9 Phân tích đánh giá hệ thống cảnh báo với 3 trận lũ tháng 6 và 7 năm 2020 trên lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng 104

vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

BĐKH Biến đổi khí hậu

Bộ NN&PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

DEM Mô hình số độ cao

FFG Ngưỡng cảnh báo lũ quét (Flash Flood Guidance)

FFGS Hệ thống cảnh báo lũ quét (Flash Flood Guidance System)

FFPI Chỉ số tiềm năng lũ quét (Flash flood potential index)

FFT Mức độ nguy cơ đe dọa lũ quét (Flash Flood Threat)

GEM Mô hình đa quy môi trường toàn cầu (The Global Environment Multiscale Model)

GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System)

KTTV Khí tượng thủy văn

Qbf Lưu lượng tràn bờ (Bankfull Discharge)

SBF Ngưỡng tràn bờ (Bankfull stage)

WMO Tổ chức khí tượng thế giới (World Meteorological Organization)

Trong gần 20 năm qua, theo ghi nhận của Tổng cục phòng chống thiên tai các tỉnh miền núi phía Bắc xảy ra trên 300 trận lũ quét với quy mô và phạm vi ngày càng lớn, gây thiệt hại nặng nề về người, tài sản và cơ sở hạ tầng Từ năm 2005 đến nay đã có nhiều trân lũ quét đặc biệt lớn gây thiệt hại rất lớn đến tính mạng và tài sản của người dân như ở Lai Châu (2012, 2018), Yên Bái (2005, 2011), Lào Cai (2008), Bắc Cạn (2009), Nghệ An (2007, 2016), Đắc Lắk (2001), Kon Tum (2009), Hòa Bình (2011), Hà Giang (2012 – 2020)

Một trong những tỉnh chịu thiệt hại nặng nề của lũ quét là Hà Giang Theo báo cáo công tác phòng, chống thiên tai năm 2019 của Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, trong

5 năm qua, tỉnh Hà Giang đã xảy ra 15 trận lũ quét làm chết 70 người, 01 người mất tích, bị thương 82 người; Làm sập đổ hư hỏng gần 19.500 nhà dân; hơn 3.853ha rau, hoa màu các loại; 12.250 ha lúa Ngô bị thiệt hại…, tổng thiệt hại ước tính 1.500 tỷ

2

đồng Các trận lũ điển hình là lũ quét xảy ra tại huyện Vị Xuyên ra vào trung tuần tháng 7/2013 làm bị thương 03 người; 43 nhà phải dời; vùi lấp 21,6 ha lúa; cuốn trôi 8,64 tấn thóc,lúa; làm chết nhiều gia súc, gia cầm,… và hư hỏng các công trình thủy lợi, giao thông, và nhiều công trình phúc lợi xã hội khác; trung tuần tháng 7/2014 trên địa bàn huyện Hoàng Su Phì đã xảy ra đợt sạt lở đất làm 07 người chết; 02 người bị thương; trận

lũ ống ngày 7/9/2015 tại huyện Vị Xuyên đã cuốn trôi 04 người trong một gia đình và nhà cửa, gia súc… Ngoài ra các loại hình thiên tai trên còn gây hư hỏng nhiều công trình phúc lợi xã hội

Mức độ thiệt hại về người do lũ quét đều vượt xa so với các thiên tai khác như bão, lũ

và tập trung chủ yếu xảy ra ở khu vực dân cư vùng sâu, vùng xa, nơi sinh sống chủ yếu

là cộng đồng các dân tộc ít người

Thực tế đặt ra nhu cầu rất cần thiết và cấp bách phải có các giải pháp cảnh báo sớm lũ quét để giảm thiểu tác hại của lũ quét bằng mọi khả năng, trước hết tạo một môi trường sống an toàn hơn cho cộng đồng dân cư và cung cấp cho họ các thông tin về nguy cơ lũ quét để chủ động phòng tránh Trước đây công tác cảnh báo, dự báo lũ quét vẫn dựa trên các mô hình dự báo tĩnh (với các kịch bản đối phó được xây dựng trước) nhưng thiếu tính khả thi vì chậm số liệu đo mưa trong thực tế hoặc vận hành thủ công, không có tính liên tục, tự động Do đó, phương pháp cảnh báo theo thời gian thực nên được nghiên cứu vì xét được đến ảnh hưởng tích lũy theo thời gian và đưa ra những cảnh báo sát với thực tế hơn ở những thời điểm khác nhau trong mùa lũ

Các phương pháp cảnh báo tức thời đã được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới cũng như trong một số nghiên cứu của Việt Nam Tuy nhiên chưa có những nghiên cứu tập trung cho những khu vực nhỏ, cụ thể đặc biệt là các lưu vực sông miền núi nơi có ít trạm

đo đạc khí tượng thủy văn, cách tiếp cận chưa xem xét các yếu tố gắn với đặc trưng của khu vực nghiên cứu để nâng cao độ chính xác của công tác cảnh báo, dự báo Xuất phát

từ thực tế trên tác giả đã lựa chọn hướng nghiên cứu “Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miển núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và

Nà Nhùng, tỉnh Hà Giang”

3

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miền núi và áp dụng thử nghiệm cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng tỉnh Hà Giang

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của luận án tại các lưu vực nhỏ sông miền núi, nơi ít có các trạm quan trắc đo đạc, nghiên cứu điển hình cho 2 lưu vực Nậm Ly và Nà Nhùng tỉnh Hà Giang

Đối tượng nghiên cứu của luận án: lưu lượng tràn bờ, ngưỡng mưa sinh lũ quét FFG, phương pháp và công cụ cảnh báo lũ quét

4 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa nhằm xây dựng quan hệ giữa lưu lượng và mực nước, xác định mực nước tràn bờ theo các dấu hiệu nhận biết

 Phương pháp phân tích thống kê được sử dụng để xây dựng phương trình thực nghiệm tính lưu lượng tràn bờ;

 Phương pháp mô hình toán: sử dụng mô hình toán thủy văn được phát triển cho lưu vực nghiên cứu để xác định giá trị dòng chảy ở các cửa ra tiểu lưu vực làm cơ sở tính toán xác định ngưỡng mưa sinh lũ quét FFG;

 Phương pháp viễn thám và GIS được sử dụng để xác định các đặc trưng lưu vực từ

dữ liệu bản đổ, mô hình số độ cao, ảnh vệ tinh …

4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học:

Luận án đã xác lập được cơ sở khoa học và thực tiễn trong xây dựng phương trình thực

nghiệm tính toán lưu lượng tràn bờ cho các lưu vực nhỏ miền núi và đã xây dựng thành

công phương trình này cho 2 lưu vực sông Nậm Ly và Nà Nhùng tỉnh Hà Giang

Luận án đã áp dụng phương pháp cảnh báo lũ quét cho các lưu vực miền núi cho 2 lưu

vực Nậm Ly và Nà Nhùng bằng việc tích hợp mô hình thủy văn tự phát triển với xây

dựng phương trình thực nghiệm xác định lưu lượng tràn bờ làm cơ sở xác định ngưỡng

mưa định hướng sinh lũ quét FFG nhằm nâng cao khả năng dự báo, cảnh báo lũ quét

cho 2 lưu vực trên, đồng thời có thể mở rộng cho các lưu vực sông miền núi khác

Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu của luận án là tài liệu tham khảo có giá trị và là công cụ hỗ trợ cho

công tác quản lý của các sở ban ngành địa phương và các ban phòng chống và giảm nhẹ

thiên tai

6 Kết cấu của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận và phụ lục, nội dung nghiên cứu của luận án được bố cục

thành 3 chương:

Chương 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu lũ quét và dự báo lũ quét: tổng quan các

nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam về lũ quét và cảnh báo lũ quét, các khoảng trống

trong nghiên cứu và hướng nghiên cứu đề xuất của tác giả

Chương 2 Nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực sông miền núi: Trình

bày cơ sở nghiên cứu, phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực nhỏ miền núi

Chương 3 Kết quả nghiên cứu phương pháp cảnh báo lũ quét cho 2 lưu vực Nậm Ly và

Nà Nhùng – tỉnh Hà Giang: ứng dụng phương pháp nghiên cứu trình bày trong chương

2 cho 2 lưu vực điển hình Nậm Ly và Nà Nhùng, các kết quả đạt được của nghiên cứu

5

QUÉT VÀ CẢNH BÁO, DỰ BÁO LŨ QUÉT

1.1 Một số khái niệm sử dụng trong Luận án

1.1.1 Khái niệm về lũ quét

Khái niệm về lũ quét cho đến nay vẫn chưa thống nhất về một một định nghĩa chung do

lũ quét là một quá trình tự nhiên phức tạp về nguyên nhân, thành phần, sự xuất hiện và còn do bởi cách tiếp cận khác nhau của các nghiên cứu

a Ngoài nước:

1 Theo WMO (1981) [1]: lũ quét (flash flood) Một trận lũ xảy ra trong thời gian ngắn

với đỉnh lũ tương đối lớn

2 Theo Hội khí tượng Mỹ (AMS) (2005) [2]: lũ quét là một trận lũ mà thời gian lũ lên

và thời gian lũ xuống rất nhanh và có ít hoặc không có những cảnh báo trước, thông thường nó là kết quả của những đợt mưa có cường độ lớn rơi trên toàn lưu vực nhỏ

3 Theo Vụ Nhân đạo – Liên Hiệp Quốc DHA (1992) [3]: lũ quét là lũ có thời đoạn

ngắn và đỉnh lũ cao, khi có bão, mưa lớn tập trung nhanh sinh ra lũ trên các sườn dốc, sóng lũ có thể truyền rất nhanh gây bất ngờ và có sức tàn phá lớn Do lũ hình thành trong một thời gian ngắn nên việc dự báo rất khó khăn

4 Theo Cơ quan Dịch vụ Thời tiết Quốc gia Mỹ (US NWS) (2018) [4]: lũ quét là một

dòng chảy nhanh và cực mạnh do khối nước cao tới khu vực thường xuyên khô hoặc sự dâng mực nước rất nhanh trong suối, kênh, sông vượt quá mức lũ định trước và thường xảy ra trong vòng 6 giờ của sự cố (mưa lớn, vỡ đập, tan băng) Tuy nhiên, ngưỡng thời gian thực có thể khác nhau theo từng vùng, từng lưu vực vực Các trận lũ đang diễn ra làm tăng mạnh khả năng lũ quét khi gặp mưa lớn làm dâng đột ngột mức lũ

5 Theo Georgakakos (1984) [5]: lũ quét thường xảy ra ở các lưu vực miền núi có diện

tich lưu vực từ vài chục km2 đến vài trăm km2 Lũ quét có thời gian đạt đỉnh ít hơn 3 giờ trong lưu vực 5-10 km2 ở Anh, trong khi ở Mỹ thời gian đạt đỉnh lên đến 6 giờ đối với lưu vực 400 km2 được coi là lưu vực lũ quét tiềm năng

6

b Trong nước:

1 Theo Quyết định số 46/2014/QĐ-TTg ngày 15/8/2014 của Thủ tướng chính phủ [6]

quy định về dự báo, cảnh báo và truyền tin thiên tai: Lũ quét là một loại lũ xảy ra bất ngờ trên các lưu vực sông suối nhỏ miền núi, dòng chảy xiết, thường kèm theo bùn đá,

lũ lên nhanh, xuống nhanh, có sức tàn phá lớn

2 Theo Cao Đăng Dư và nnk (2000) [7]: cho rằng: lũ quét là một loại lũ lớn, xảy ra

bất ngờ, duy trì trong một thời gian ngắn (lên nhanh và xuống nhanh) và có sức tàn phá lớn

3 Theo Vũ Minh Cát và nnk (2007) [8]: lũ quét là loại lũ lớn, xảy ra bất ngờ trên một

diện tích nhỏ, duy trì trong một thời gian ngắn, và có sức tàn phá lớn

4 Theo Ngô Đình Tuấn (2006) [9]: lũ quét là loại lũ có tốc độ rất lớn (quét), xảy ra bất

thần (thường xuất hiện vào ban đêm; nơi xảy ra có khi mưa lũ bé – lũ ống ) trên một diện tích nhỏ hay lớn, duy trì trong một thời gian ngắn hay dài (tùy từng trận mưa lũ), mang nhiều bùn cát, có sức tàn phá lớn

5 Theo Lã Thanh Hà và nnk (2009) [10]: lũ quét là lũ hình thành do mưa kết hợp với

các tổ hợp bất lợi về điều kiện mặt đệm ( địa hình, địa mạo, lớp phủ…) sinh ra dòng chảy bùn đá trên các sườn dốc (lưu vực, sông suối), dòng chảy lũ truyền rất nhanh gây

ra những tàn phá bất ngờ và nghiêm trọng ở khu vực sườn núi và dọc sông mà nó tràn qua

6 Theo Nguyễn Hiệu (2008) [11]: lũ quét là lũ xuất hiện đột ngột, hoạt động trong

khoảng thời gian ngắn, lan truyền với tốc độ cao và có sức công phá rất lớn

Từ những liệt kê kể trên nhận thấy rằng trong tất cả các định nghĩ về lũ quét, hầu hết các tác giả, tổ chức đều nhận định chung các đặc điểm của lũ quét là một trận lũ xuất hiện nhanh, bất ngờ trên các lưu vực sông suối miền núi từ vài chục đến vài trăm km2 Trong nghiên cứu của mình, tác giả tiếp cận: lũ quét là những trận lũ xảy ra bất ngờ trong thời gian ngắn với đỉnh lũ tương đối lớn, xuất hiện trên sông và gây tràn bờ Đây cũng là khái niệm phù hợp với định nghĩa của WMO về lũ quét Định nghĩa này tạo

cơ sở thuận lợi, có chỉ tiêu rõ ràng để thực hiện các cảnh báo về lũ quét

7

1.1.2 Khái niệm về tràn bờ, lưu lượng tràn bờ

Trong luận án tác giả tiếp cận lũ quét là những trận lũ xảy ra bất ngờ trong thời gian ngắn với đỉnh lũ tương đối lớn, xuất hiện trên sông và gây tràn bờ Theo hướng tiếp cận này yếu tố tràn bờ là cơ sở quan trọng để cảnh báo lũ quét Do đó khái niệm “tràn bờ (bankfull)” và lưu lượng tràn bờ (Q bankfull), yếu tố đặc trưng cho nó có ý nghĩa rất quan trọng đối với nghiên cứu Tràn bờ được hiểu là hiện tượng dòng sông/dòng suối

bắt đầu tràn bờ tự nhiên lên vùng đồng bằng lũ lụt đang hoạt động Wolman và nnk (1957) [12], Woodyer (1968) [13] và Nixon (1959) [14], để đặc trưng cho hiện tượng

tràn bờ ta có ngưỡng tràn bờ (SBF) được định nghĩa là độ cao của vùng ngập lụt đang

hoạt động Williams (1978) [15], Wolman và nnk (1957) [12], Schumm (1960) [16]

và Bray (1972) [17] cho rằng ngưỡng tràn bờ là độ cao của "bãi thấp", trong khi đối với Woodyer (1968) [13], Bray (1972) [18] thì ngưỡng tràn bờ là độ cao của "bãi giữa" đối

với các sông có ba hoặc bốn các bề mặt tràn (Hình 1.1)

Theo nghiên cứu của Wolman và nnk [12], [19], [20] lại xem ngưỡng tràn bờ là độ cao trung bình của các bề mặt cao nhất của các bờ chắn của sông hoặc kênh Schumm (1960)

[16] định nghĩa ngưỡng tràn bờ cho rằng đó là chiều cao của giới hạn dưới của thảm

thực vật lâu năm, thường là cây (tương tự trong nghiên cứu Bray (1972) [17]) Bên cạnh

đó cũng có tác giả tiếp cận xem ngưỡng tràn bờ là độ cao của giới hạn trên của các hạt

có kích thước như cát trong trầm tích ranh giới Leopold (1967) [21] Cuối cùng, một số

Hình 1.1 Mô tả các loại cao trình bãi khác nhau

8

tác giả định nghĩa ngưỡng tràn bờ tương ứng đến sự thay đổi của bờ sông như thay đổi

của mặt cắt ngang sông, Wolman và nnk (1957) và Pickup và nnk (1976) [22] định

nghĩa ngưỡng tràn bờ là độ cao mà tại đó tỷ lệ chiều rộng/chiều sâu (W/D) của mặt cắt ngang nhỏ nhất

Đối với phương pháp xác định ngưỡng tràn bờ, Riley (1972) [23] cũng đề xuất đo tỷ lệ

chiều rộng/chiều sâu của mặt cắt ở các mực nước khác nhau Tỷ lệ chiều rộng/chiều sâu giảm khi mực nước ngày càng tăng, và tăng lại với mực nước dâng cao khi dòng chảy

qua vùng lũ Riley (1972) [23] kết luận rằng mực nước tương ứng với điểm chuyển của

mối tương quan giữa tỷ lệ chiều rộng/chiều sâu với mức nước là ngưỡng tràn bờ Tuy nhiên trong thực tế khi mặt cắt ngang của kênh không đều đặn, hoặc các con sông miền núi vùng cao không có đồng bằng lũ lụt, v.v., việc xác định chính xác ngưỡng tràn bờ là khó khăn

Một đặc trưng có nghĩa quan trọng để mô tả về khái niệm tràn bờ là lưu lượng tràn bờ (Q bankfull) Định nghĩa về lưu lượng tràn bờ (Q bankfull) chỉ có một số ít tác giả đưa

ra định nghĩa, thậm chí có rất ít mô tả cách tính giá trị của nó Cách định nghĩa đơn giản

và phổ biến trong nhiều nghiên cứu về lưu lượng tràn bờ là phương pháp được mô tả

bởi Williams (1978) [15], người đã định nghĩa lưu lượng tràn bờ (Q bankfull) là một

dòng chảy chỉ lấp đầy kênh đến độ cao ngang bằng với ngưỡng tràn bờ sông Vấn đề là trên thực tế, việc xác định chính xác vị trí “bờ sông” gặp rất nhiều khó khăn Việc đo lường chính xác giá trị tràn bờ là rất khó, vì nó rất hiếm khi xảy ra và khả năng nó xảy

ra tại các trạm đo đạc được là rất hiếm

Một cách tiếp cận khác, lưu lượng tràn bờ thường được gọi là “lưu lượng hiệu quả” hoặc

“lưu lượng tạo kênh” Khái niệm “lưu lượng tạo kênh” khó tiếp cận vì không có kênh hình thành đơn lẻ nhưng thay vào đó cách tiếp cận lưu lượng hiệu quả khả thi hơn, dòng chảy có thể được coi là hiệu quả khi có tác dụng trong việc hình thành kênh chính Một cách thích hợp hơn, lưu lượng tràn bờ có thể được coi là đại diện cho dòng chảy hình

thành các kênh sông tự nhiên Emmett (2004) [24] Trong năm, dòng chảy lũ có tác động

di chuyển phù sa và hình thành kênh chính Leopold (1964) [25] Lũ lớn di chuyển một

lượng lớn trầm tích, nhưng chúng rất hiếm; lũ nhỏ thường xuyên xảy ra nhưng di chuyển

lượng trầm tích ít hơn Wolman và Miller (1960) [26] Trong điều kiện trung bình, lưu

9

lượng tràn bờ có thể xảy ra khoảng 1 đến 2 năm một lần Khi lũ chảy vượt qua các bờ suối, tốc độ giảm đột ngột trên các vùng đồng bằng lũ lụt hoạt động gây ra lắng đọng trầm tích dẫn đến việc hình thành các con đê tự nhiên (Hình 1.2)

Nguồn: Sherwood (2002) [27]

Từ dữ liệu thực nghiệm và thực địa chỉ ra rằng vận tốc trên sông kênh tăng lên khi mực nước dâng Ảnh hưởng đến hình thành kênh là lớn nhất khi mực nước ở độ cao của vùng ngập Dòng chảy phân tán và ảnh hưởng đến kênh sự hình thành bị suy yếu khi mực

nước tăng thêm Andrew (1980) [28] cũng kết luận rằng lưu lượng tràn bờ tương ứng

với dòng chảy khi vận chuyển bùn cát là lớn nhất Thực sự là hợp lý khi xem xét rằng lưu lượng tràn bờ có thể được sử dụng như là một lưu lượng đặc trưng gắn liền với quá trình hình thành kênh và phụ thuộc vào các đặc trưng của lưu vực Khi xác định lưu lượng tràn bờ của một đoạn sông Đoạn sông phải đủ dài, và một số mặt cắt mà mực nước tương ứng của chúng phải được đo đạc đầy đủ để tránh những thiếu sót do sử dụng

dữ liệu chỉ có một hoặc hai mặt cắt Lưu lượng tràn bờ được xác định trực tiếp theo mực nước tương ứng với các cao trình của vùng ngập lụt dọc theo đoạn sông Phương pháp

này tương tự như Leopold (1964) [25] đề xuất

Hình 1.2 Mô tả ngưỡng tràn bờ

10

Như vậy có một số khái niệm và cách tiếp cận khác nhau với lưu lượng tràn bờ, nhưng

cách tiếp cận dễ hiểu và phổ biến trong nhiều nghiên cứu hiện nay định nghĩa lưu lượng tràn bờ (Q bankfull) là một dòng chảy chỉ lấp đầy kênh đến độ cao ngang bằng với ngưỡng tràn bờ sông và phụ thuộc vào các đặc trưng lưu vực Đây cũng là cách tiếp

cận của tác giả trong nghiên cứu này và là cơ sở để đề xuất phương pháp tính toán lưu lượng tràn bờ cho lưu vực nghiên cứu

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu

1.2.1 Tổng quan nghiên cứu dự báo, cảnh báo lũ quét

1.2.1.1 Các nghiên cứu trên thế giới

Lũ quét là một trong những loại hình thiên tai nguy hiểm nhất và gây thiệt hại nặng nề nhất liên quan đến thời tiết, do đó được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu từ rất sớm, trong thời kỳ đầu nghiên cứu về lũ quét, các tác giả tập trung vào nghiên cứu nguyên nhân hình thành lũ quét và các biện pháp phòng tránh, tiếp theo là những nghiên cứu xây dựng phương pháp cảnh báo lũ quét, nghiên cứu xác định rủi ro lũ quét… Hướng nghiên cứu lũ quét và lũ bùn đá trên thế giới đã được các nhà khoa học Nga (và Liên Xô), các nhà nghiên cứu Pháp, Đức và Thuỵ Sỹ… quan tâm và các hướng nghiên cứu liên quan đến vùng núi Anpơ, Kavkazơ, Kacpat, các vùng khí hậu lục địa khô hạn như Trung Á Trên cơ sở các công trình công bố, đã có được những kết luận ban đầu về

cơ chế hoạt động cũng như những nguyên nhân phát sinh của loại hình thiên tai này Tại Liên xô: phải kể đến là công trình “Lũ bùn đá và những biện pháp phòng chống” đã phân tích bản chất vật lý, mô hình cơ học, sự phân bố và những tác hại khủng khiếp của trượt lở, lũ bùn đá qua hàng loạt ví dụ cụ thể Những kết luận về cơ chế hoạt động của dạng thiên tai này đến nay vẫn còn nguyên giá trị: điều kiện tiên quyết để xảy ra Lũ bùn

đá điển hình là phải có lượng vật liệu vụn phong phú để khi mưa với cường độ lớn có

cơ hội trượt – lở ồ ạt vào địa bàn khô khan Song, cần nhận xét thêm rằng tất cả đều dừng lại ở những kết luận về bản chất quá trình, về cảnh báo nguy cơ tai biến, các điểm dân cư vẫn cứ tiếp tục bị tàn phá nặng nề, thậm chí bị vùi lấp hoàn toàn, mà hầu như không được báo trước Điều đó dẫn đến xu hướng nghiên cứu dự báo, cảnh báo lũ quét:

11

Nhiều nghiên cứu phát triển hướng tiếp cận cảnh báo lũ quét theo phân vùng nguy cơ

lũ quét được tiến hành dựa trên chỉ số nguy cơ lũ quét FFPI (flash flood potential index)

FFPI mô tả định lượng tiềm năng lũ quét của một lưu vực dựa trên những đặc tính tĩnh vốn có của nó như là độ dốc, lớp phủ bề mặt, sử dụng đất, loại và cấu trúc của đất

Phương pháp này được Jeffrey Zogg và Kevin Deitsch (2013) [29] giới thiệu và được nhiều tác giả nghiên cứu ứng dụng như: Greg Smith - vùng Colorado, Mỹ (2003) [30], Brewster - vùng Binghamton, Mỹ (2009) [31], Kruzdlo - vùng Mount Holly, Mỹ

2010 [32] Phương pháp đơn giản xác định FFPI là sử dụng công nghệ GIS để xây dựng

cơ sở dữ liệu (CSDL) GIS gồm 4 lớp cơ bản ở dạng raster là: độ dốc, thảm phủ thực vật/sử dụng đất, loại đất, mật độ rừng/thực vật Theo các tác giả, mặc dù FFPT có ưu điểm sử dụng đơn giản, không đòi hỏi dữ liệu phức tạp, nhưng nó chỉ là một công cụ bổ sung chứ không phải là công cụ toàn năng và có nhược điểm là không xét đến điều kiện

bề mặt tức thời (như độ ẩm và hiện trạng dòng chảy sông suối) Do vây, kết quả chỉ được xem như một thông tin nền tham khảo có giá trị Hướng nghiên cứu trên mới chỉ dừng lại đưa ra các bản đồ tĩnh đánh giá tiềm năng nguy cơ lũ quét cho các vùng, kết quả chỉ đánh giá về mặt định tính, chưa đánh giá mức độ rủi ro do lũ quét gây ra đối với các thành phần tự nhiên - kinh tế, xã hội

Một số các nhà Khoa học dựa vào ngưỡng mưa để cảnh báo lũ quét Phương pháp truyền

thống trong cảnh báo lũ quét được xây dựng trên các quan hệ thống kê giữa các tham số lượng mưa trong lịch sử và sự xuất hiện lũ quét; các tham số mưa gồm lượng mưa kỳ trước, lượng mưa lũy tích, cường suất và thời đoạn mưa Ngưỡng kích hoạt mưa được

thiết lập dựa trên lượng mưa lũy tích gây nguy hiểm (Hình 1.3)

12

Các nghiên cứu theo hướng này có thể kể đến: Forestieri (2016) [33] sử dụng mô

hình TOPDM để đánh giá ngưỡng mưa nhằm xác định rủi ro lũ quét cho lưu vực Sicilian với điều kiện ban đầu cố định Việc sử dụng mô hình toán đã đem lại nhưng kết quả nhất định Tuy nhiên nhược điểm của cách tiếp cận này là không quan tâm đến sự thay đổi theo thời gian của điều kiện lưu vực Do vậy giá trị ngưỡng mưa sẽ là giá trị cố định theo thời gian Điều này chưa được hợp lý vì khi lưu vực khô, khả năng trữ nước lớn, cần phải có một lượng mưa lớn để tạo nên lũ quét Tuy nhiên khi lưu vực đã bão hòa nước, những cơn mưa nhỏ cũng có thể gây nên lũ quét

Ngoài phương pháp xác định ngưỡng mưa/dòng chảy sinh lũ quét đề cập ở trên thì phương pháp Đường tới hạn (CL) được sử dụng tại Nhật Bản trong “Hướng dẫn xác định ngưỡng mưa cho cảnh báo và di dân khỏi các tai biến trầm tích” của Bộ Xây dựng Nhật Bản vào năm 2005, để xác định ngưỡng cảnh báo lũ và lũ quét Phương pháp này được sử dụng để dự báo sự xuất hiện của lũ quét sử dụng các chỉ số mưa (cường độ và tổng lượng mưa) rút ra từ số liệu về cường độ mưa và tổng lượng mưa thu thập được từ các trận lũ quét đã xảy ra trong khu vực nghiên cứu

Để xác định ngưỡng mưa phục vụ cho cảnh báo lũ quét, số liệu mưa giờ của các trận mưa đã từng sinh lũ quét và sinh lũ được thu thập, trên cơ sở đó tiến hành phân tích xác định lượng mưa hoạt động (lượng mưa lũy tích có xem xét đến hệ số triết giảm (gọi là lượng mưa hoạt động) của các ngày trước đó và lượng mưa của trân mưa sinh lũ quét

Hình 1.3 Sơ đồ mô phỏng xác định ngưỡng mưa kích hoạt

13

hoặc sinh lũ Trên cơ sở đó tiến hành vẽ đồ thị quan hệ giữa lượng mưa hoạt động và lượng mưa giờ trước khi xảy ra lũ quét, từ đó xác định được đường ranh giới tới hạn (CL) phục vụ cảnh báo lũ quét (Hình 1.4)

Hướng tiếp cân khác trong nghiên cứu dự báo lũ quét tập trung tới các chỉ số cảnh báo

sớm (early-warning index), đặc biệt là là dựa trên yếu tố ngưỡng mưa Golian và nnk

(2010) [34] đã sử dụng đường cong ngưỡng mưa như là cách tiếp cận cho việc cảnh báo

lũ Trong một vài nghiên cứu trước đây về việc trích xuất các đường cong ngưỡng mưa

để dự báo lũ lụt, lượng mưa được giả định là đồng nhất trong không gian trong khi sự phân bố theo thời gian là tùy thuộc vào các giả định nhất định Trong nghiên cứu này,

sự phân bố theo không gian của lượng mưa được mô phỏng bằng phương pháp Monte Carlo (MC) và mô hình Huff trung bình cho tất cả các thời đoạn mưa được áp dụng cho

sự phân bố theo thời gian Mô hình HEC – HMS với hai phương pháp thấm khác nhau

là SCS – CN và Green – Ampt và phương pháp diễn toán Muskingum đã được sử dụng làm mô hình thủy văn Sau khi hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cho lưu vực đầu nguồn Madarsoo ở tỉnh Golestan ở Đông Bắc Iran, các mô phỏng Monte Carlo (MC) được thực hiện trong các khoảng thời gian 1, 2, 6 và 12 giờ Kết quả đầu ra từ phương pháp SCS –

CN chỉ cho thấy giá trị ngưỡng tăng nhẹ so với thời lượng và không nằm trong phạm vi

Hình 1.4 Sơ đồ mô phỏng xác định ngưỡng mưa kích hoạt

 Khu vực khôngan toàn

14

kỳ vọng của tác giả, tức là lượng mưa có thời lượng lớn hơn nên có độ sâu lớn hơn để tạo ra lưu lượng đỉnh lũ cụ thể Đối với phương pháp thấm Green – Ampt, các ngưỡng mưa có xác suất 50% liên quan đến lưu lượng tới hạn trong điều kiện độ ẩm của đất khô lần lượt là 44,5, 49,0, 64,2 và 94,6 mm trong thời gian 1, 2, 6 và 12 giờ Kết quả mô phỏng tháng 7 năm 2001 cho thấy lượng mưa tích lũy giao nhau với tất cả các đường cong ngưỡng lượng mưa 10%, 50% và 90% nhưng đối với trận lũ tháng 7 năm 2005, lượng mưa tích lũy chỉ giao với đường cong ngưỡng mưa 10% Ưu điểm của đường cong ngưỡng lượng mưa dựa trên MC phù hợp dự báo theo thời gian thực giúp những người ra quyết định có thể linh hoạt áp dụng đường cong phù hợp hơn dựa theo số liệu quan trắc về các trận lũ trong khu vực nghiên cứu: đây là hướng tiếp cân được các nước tiên tiến xây dựng cho các hệ thống cảnh báo lũ quét với việc sử dụng các nguồn dữ liệu viễn thám; các phương pháp, mô hình dự báo dòng chảy; dự báo mức độ bất ổn định:

trong nghiên cứu của Hapuarachchi và nnk (2011) [35] đánh giá về những tiến bộ gần

đây trong dự báo lũ quét thấy rằng trong thập kỷ qua, thời gian thực hiện dự báo lũ quét

đã mở rộng lên đến sáu giờ do dự báo lượng mưa được cải thiện Tuy nhiên, nguồn dự báo lũ quét không chắc chắn lớn nhất vẫn là dự báo lượng mưa trong tương lai Ngày càng có nhiều mô hình thủy văn dựa trên vật lý được phát triển và sử dụng để dự báo lũ quét và chúng cho kết quả hợp lý hơn khi so sánh với kết quả của các mô hình mạng lưới khái niệm, thống kê và mạng thần kinh Trong số các phương pháp xác định mức

độ xảy ra lũ quét được thảo luận trong nghiên cứu, phương pháp so sánh lượng mưa dự báo với ngưỡng mưa định hướng sinh lũ quét (FFG) được sử dụng phổ biến nhất để dự báo lũ quét vì nó dễ hiểu và áp dụng

Nghiên cứu cảnh báo lũ quét dựa trên ngưỡng mưa sinh lũ quét FFG (Flash Flood

Khác với hướng nghiên cứu dựa vào ngưỡng mưa tích lũy làm cơ sở dự báo lũ quét chưa gắn với yếu tố tràn bờ, thì hướng nghiên cứu này dựa vào chỉ số FFG là lượng mưa trong một khoảng thời gian nhất định trên một lưu vực nhỏ cần thiết để tạo ra các điều kiện ngập lụt (tràn bờ) tại cửa ra của lưu vực Vì vậy, FFG được hiểu là một chỉ số chỉ ra

lượng mưa cần thiết để gây ngập tối thiểu trong lưu vực

15

Lưu lượng tràn bờ (Bankfull discharge -Qbf) là lưu lượng trong sông/kênh vừa đủ lớn

để ngập toàn bộ vùng lòng sông ngang bằng với cao trình 2 bên bờ sông (theo USDA):

𝑄𝑏𝑓 = q𝑝RA (1-1)

Trong đó: Qbf : Lưu lượng tràn bờ (m3/s); qp: lưu lượng đỉnh lũ ứng với đường lũ đơn

vị ((m3/s)/km2/mm); A: Diện tích lưu vực (km2); R: Lượng mưa hiệu quả gây ra lũ quét (mm)

Nghiên cứu dự báo lũ quét dựa trên ngưỡng mưa định hướng (FFG) đã được nhiều tác

giả nghiên cứu và phát triển Timothy L.s và nnk -NOAA, Mỹ (1992) [36] đã xác định

ngưỡng sinh lũ quét dựa trên ngưỡng mưa FFG, nghiên cứu này mô tả sự phát triển và các quy trình nâng cao tại trung tâm dự báo sông (RFCS) Hoa Kỳ để xác định FFG Mục tiêu chung là xác định FFG chính xác hơn và chắc chắn hơn dựa trên: (1) một phương pháp thống nhất và khách quan tính toán dòng chảy vượt ngưỡng và (2) một thuật toán

tiêu chuẩn để tính toán hướng dẫn lũ quét; Konstantine và nnk (Hydrologie Research Center, California, Mỹ) (2006), (2013), (2018) [37] [38] [39] đã phát triển mô hình của Timothy L.s và nnk -NOAA, Mỹ (1992) [36] và triển khai ứng dụng cho vùng có

diện tích từ 2.000 - 4.000 km2 để tính nguy cơ lũ quét theo tần suất mưa thời đoạn (1,2,4,

5 và 6 giờ) Mô hình ứng dụng cách tiếp cận ngưỡng mưa thời đoạn và tiểu lưu vực, xác định lũ theo ngưỡng mưa phục vụ cảnh báo lũ quét có thể xảy ra tại mỗi tiểu lưu vực nếu mưa thời đoạn vượt ngưỡng chịu đựng của tiểu lưu vực Phương pháp tích hợp mô hình thủy văn, thủy lực Trong đó sử dụng: dữ liệu đất và sử dụng đất, dữ liệu lớp phủ

bề mặt, dữ liệu DEM, mưa thời đoạn (quan trắc, ước lượng từ ảnh vệ tinh hoặc RADAR) Mỗi lưu vực tính toán tổng lượng mưa hiệu quả có khả năng sinh lũ quét (FFG) trong một thời đoạn nào đó (1, 2, 6 giờ) của một lưu vực Từ đó, đã thiết lập được các bản đồ/lớp dữ liệu về FFG cho từng thời đoạn mưa được xác lập Dựa trên lượng mưa đo đạc (trạm đo hoặc chiết xuất từ ảnh vệ tinh) xác định các lưu vực có nguy cơ lũ quét và cảnh báo

Ưu điểm của phương pháp là sau khi chạy mô hình, mỗi tiểu lưu vực sẽ được giá trị Qbf

sử dụng công thức kinh nghiệm thông qua các thông số thủy văn lưu vực như diện tích,

độ dài sông suối xác định và gắn cho một ngưỡng mưa R Trong thực tế, số liệu mỗi thời đoạn mưa (từ đo đạc, viễn thám) được sử dụng để tính lượng mưa hiệu quả và được

tràn bờ Qbf được xác định bằng đo đạc trực tiếp tại mặt cắt Tuy nhiên, không phải lưu

vực nào cũng có đủ dữ liệu khảo sát và cần phải được tính toán

Xây dựng các hệ thống giám sát và cảnh báo sớm lũ quét do mưa kích hoạt

Các nghiên cứu theo hướng này thực chất dựa trên ngưỡng mưa để dự báo nhưng chú trọng xây dựng các hệ thống cảnh báo, dự báo lũ quét với mạng lưới trạm đo đạc từ xa, rađa đo mưa và các phần mềm cảnh báo, dự báo

Để đo mưa cường độ cao có khả năng gây lũ quét, các trạm đo mưa phải được đặt thường xuyên ở đầu nguồn, nơi tập trung mưa lớn của các lưu vực sông Trạm đo mưa trong hệ thống cảnh báo lũ quét gồm: một bộ phận điều biến, một bình chứa, một bộ tự cấp nhiên liệu, một bộ điện báo dữ kiện

Đối với trạm đo dòng chảy (chủ yếu là đo mực nước): Trạm đo dòng chảy để nắm được diễn biến quá trình mưa – dòng chảy tại các vị trí ở hạ lưu và ở nơi dễ phát sinh lũ, lũ quét của một lưu vực sông

Các thông tin truyền bằng sóng vô tuyến từ các trạm đo khí tượng thủy văn là những dạng sóng thẳng Tuỳ thuộc vị trí giữa các trạm thu và các trạm phát mà bố trí hệ thống chuyển tiếp ở cao trình vừa đủ để thu và phát thông tin

Số liệu thu thập và thiết bị xử lý được đặt ở địa phương, nơi chịu trách nhiệm với chương trình cảnh báo lũ

Các thiết bị gồm:

 Một bộ thu để nhận tín hiệu điện báo dữ kiện

 Một hệ thống máy tính để thu thập và tải số liệu

Điểm thu nhận số liệu hoạt động tự động, liên tục thu nhận, xử lý và thông báo toàn bộ

số liệu mưa và dòng chảy

17

Trung tâm dự báo sử dụng mô hình thuỷ văn để phân tích số liệu và cung cấp các thông tin về khả năng đe doạ lũ lụt Chương trình dự báo được cài đặt trong máy tính có thể tự động thu thập số liệu ở mạng lưới trạm, mô phỏng dòng chảy của lưu vực, cập nhật những điều kiện biên của dòng lũ khoảng 20 phút một lần

Kết quả của mô hình mô phỏng thuỷ văn cung cấp cho các địa phương ước tính tốt nhất

về mức độ của lũ Từ đó, địa phương có thể tiến hành các ứng phó cần thiết

Một số hệ thống cảnh báo lũ quét trên thế giới đã và đang hoạt động có thể kể tới như sau:

Hệ thống cảnh báo lũ quét Alert của Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) Hệ thống

ALERT ban đầu được phát triển vào những năm 1970s theo dự báo sông Nevada, bao gồm các thiết bị cảm biến khí tượng và thủy văn tự động báo cáo sự kiện, thiết bị truyền thông và phần mềm và phần cứng máy tính Trong hình thức đơn giản nhất của nó, cảm biến ALERT truyền tín hiệu mã hoá, thường là thông qua radio tần số rất cao (VHF) và cực tần cao (UHF) WMO đã khuyến cáo thành lập các hệ thống cảnh báo lũ quét ALERT và đã thành công ở Mỹ và một số nước khác

California-Từ năm 1980 đến 1990, WMO đã thực thi nhiều dự án đẩy mạnh công tác cảnh báo, dự báo lũ và lũ quét ở các nước vùng Châu Á - Thái Bình Dương như ở Trung Quốc, Ân

Độ, Inđônesia, Bangladesh, Burma, Nepal, Pakistan, Philippines, Malaysia,

Hệ thống cảnh báo Alert bao gồm 4 thành phần cơ bản:

 Máy đo mưa và đo mực nước tự động;

 Thiết bị thu thập số liệu tự động;

 Kỹ thuật tính toán phân tích số liệu;

 Truyền và phân phát bản tin

Hệ thống cảnh báo và di dân ứng phó với tai biến lũ quét ở Nhật Bản (Trường hợp nghiên cứu ở Mt Unzen-Fugen)

Từ khi núi lửa Mt Unzen-Fugen lần đầu tiên phun trào năm 1990, sự xuất hiện dòng chảy rắn đã trở thành một mối đe dọa thực sự cho các con sông bắt nguồn từ núi này (sông Mizunashi, sông Akanatsudani, sông Nakao, sông Yue, sông Hijkuro) Ứng phó

18

với tình trạng này, Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng và Giao thông, chính quyền thành phố Nagasaki và các cơ quan liên quan xung quanh núi này đã cùng nhau thiết lập hệ thống cảnh báo và di dân nhằm hạn chế thiệt hại gây ra bởi dòng chảy rắn Hệ thống quan trắc chuyển động của dòng chảy rắn được thiết lập với các sensor dây, sensor rung cũng như các trạm đo mưa Số liệu quan trắc được truyền về bằng sóng vô tuyến tới trạm xử lý đặt ở Cục Phát triển Shimabara của thành phố Nagasaki bằng hai trạm trung gian Sau

đó thông tin từ trạm xử lý này được chuyển tới các tổ chức liên quan bằng đường điện thoại

Hệ thống cảnh báo ứng phó với tai biến lũ quét thiết lập ở vùng núi lửa Merapi (Indonexia)

Trên sườn dốc của núi Mt Merapi, 16 trạm quan trắc đã được thiết lập, mỗi trạm đều được trang bị một hệ thống thiết bị đo xa Để thu thập số liệu 6 trạm đo mưa có thể đo mưa với thời đoạn 10 phút, 9 trạm đo mực nước, 6 trạm đo chấn động và các sensor dây được cài đặt Trạm radar đo mưa được thiết lập ở Trung tâm kỹ thuật Sabo (STC)/Trung tâm Nghiên cứu sông ngòi và Sabo (RCRS) ở thành phố Yogyakarta Dữ liệu được truyền tới trạm thu nhân đặt ở STC/RCRS

Trong khu vực này, ngưỡng mưa được xác định theo phương pháp đường giới hạn CL (Nhật Bản) và thời gian bán hủy được xác định là nửa ngày Thông tin cảnh báo được truyền tới người dân trong vùng nguy hiểm qua đường của một văn phòng điều hành được thiết lập ở khu vực sau khi nó được gửi từ STC và RCRS

Hệ thống Theo dõi và Cảnh báo Lụt tích hợp (IFLOWS-Integrated Flood Observing and Warning System)

Từ năm 1999, Cục dự báo thời tiết Mỹ đã xây dựng phần mềm máy tính kết nối mạng kết nối các cơ quan dự báo trên toàn liên bang trong việc giám sát và quản lý lũ quét Phần mềm nhân và truyền dữ liệu từ một mạng cảm biến thời tiết theo thời gian thực, chủ yếu là các máy đo mưa, bao gồm một phần của khu vực phía đông của Hoa Kỳ và

có khả năng hiển thị dữ liệu đo, thiết lập báo động và trao đổi tin nhắn với các mạng khác người dùng Hệ thống này khá cũ, nhưng rất hữu ích ở Mỹ

19

Hệ thống Giám sát và dự báo lũ quét (FFMP)

Hệ thống Theo dõi và Dự báo Lũ lụt Flash của Hoa Kỳ (NWMP) được tích hợp đa cảm biến để phát hiện, phân tích, theo dõi lượng mưa và đưa ra cảnh báo nhanh hỗ trợ công tác cảnh báo lũ quét Hệ thống FFMP được triển khai trên toàn nước Mỹ Lượng mưa lưu vực trung bình dựa trên ước tính lượng mưa từ radar Doppler, được so sánh với ngưỡng mưa định hướng sinh lũ quét (FFG) để xác định nguy cơ và mức độ nghiêm trọng của lũ quét

Hệ thống báo động lũ quét ở Thái Lan

Hệ thống thiết bị gồm các trạm đo mưa tự động lắp đặt từ thượng nguồn và cả ở hạ lưu Phần mềm chuyên dụng tự động phân tích các bộ số liệu và cơ quan phụ trách sẽ ra thông báo cuối cùng về nguy cơ lũ lụt, lũ quét Một mạng lưới truyền tin: internet, điện thoại di động vệ tinh Bởi thế, dân vùng hạ lưu sông Ping, một chi lưu đổ vào Chao Phraya - một trong những con sông lớn nhất Thái Lan và chảy qua Thủ đô Bangkok, thường xuyên nhân được tin từ 30-120 phút trước khi lũ đổ về Các trân lụt lớn năm

2004, 2005, tại đây hầu như không gây thiệt hại về người

1.2.1.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam

Nghiên cứu lũ quét ở Việt Nam bắt đầu từ khá lâu, hướng nghiên cứu xây dựng bản đồ tiềm năng lũ quét dựa trên cơ sở nghiên cứu phân tích các nhân tố hình thành từ đó đưa

ra các bản đồ nguy cơ rủi ro có thể kế đến một số công trình nghiên cứu tiêu biểu sau: Trần Viết Ổn (2006) [40] nghiên cứu chủ yếu phân vùng lũ quét trên địa bàn các tỉnh

Điện Biên, Sơn La Nghiên cứu này ứng dụng công cụ GIS và chồng ghép các nhân tố

để phân vùng lũ quét Các nhân tố chính gây ra lũ quét được xác định là mưa lớn, độ dốc lớn, độ che phủ và khả năng thẩm thấu kém của lớp phủ bề mặt Nghiên cứu chỉ đánh giá về mặt định tính Lượng mưa 7 ngày trước khi mưa gây ra lũ quét thường là lớn làm bão hòa hoàn toàn lớp phủ cũng như làm đầy hết sông suối trong lưu vực Theo tác giả, với những khu vực có độ che rất thấp <10% và hoặc độ dốc >30% thì thường xuyên có lũ quét Tác giả phân lũ quét thành 4 cấp: nguy cơ cao, nguy cơ, nguy cơ trung bình, và nguy cơ thấp dựa theo đánh giá định tính chồng ghép các lớp nhân tố cho từng lưu vực Điểm khác ở đây so với các nghiên cứu khác ở chỗ đối tượng nghiên cứu là lưu

20

vực chứ không phải là ô lưới Tuy nhiên, tác giả cũng không chỉ rõ kích cỡ (diện tích) của lưu vực và cách xây dựng các lưu vực và cũng không có kiểm chứng định lượng với thực tế Tác giả cũng nhấn mạnh rằng sự hình thành lũ quét là phức tạp và cần hội tụ đầy đủ các yếu tố như: mưa vượt ngưỡng có thể chỉ là 100 mm/vài giờ, độ dốc >30%,

độ che phủ rừng <10%, và đất đã bão hòa

Nguyễn Trọng Yêm và nnk (2006) [41] đã nghiên cứu và xây dựng bản đồ phân vùng

nguy cơ lũ quét cho 3 huyện Sa Pa, Bát Xát, TP Lào Cai, tỉnh Lào Cai, nơi lũ quét xảy

ra tương đối thường xuyên Tác giả sử dụng các phương pháp điều tra khảo sát ngoài thực địa; thống kê; phân tích, đánh giá các nhân tố sinh trượt lở, lũ quét - lũ bùn đá; ứng dụng công nghệ viễn thám để bổ sung tài liệu; và ứng dụng công nghệ GIS và một số

mô hình toán học đánh giá nguy cơ và thiệt hại Cùng với các chuyến thực địa nhóm nghiên cứu đã thu thập thông tin về tai biến trong 10 năm từ 1996 đến 2005 và ghi nhận những đặc điểm lũ quét và nhân tố của khu vực: Những trân lũ quét - lũ bùn đá thường xảy ra trên sông suối có độ dốc lớn và hướng thay đổi, thuộc dòng cấp 2 và cấp 3, kể cả các dòng trên những lưu vực nhỏ với diện tích vài km: (ví dụ, ngày 15 tháng 8 năm 1993 tại xã Tả Giàng Phình, huyện Sa Pa đã xảy ra lũ quét - lũ bùn đá trên lưu vực có diện tích 3- 4km2); Lưu tốc của dòng lũ lớn (hơn 3m/s - theo quan sát thể tích các tảng đá bị cuốn trôi), sức công phá mạnh, biên độ đỉnh lũ thường từ 3 - 5m; và có những trân lũ với mật độ pha rắn trong dòng chảy rất lớn

Phạm Thị Hương Lan và nkk (2007) [8] đã tiến hành xây dựng bản đồ tiềm năng cảnh

báo lũ quét cho vùng Đông Bắc, thử nghiệm tại ba tỉnh Cao Bằng, Bắc Kạn và Thái Nguyên, trong đó áp dụng phương pháp phân loại lũ quét, phân loại và phân tích nhân

tố, chồng ghép nhân tố bằng công cụ GIS và xây dựng bản đồ tiềm năng lũ quét Tác giả

đã phân ra 5 loại lũ quét chính là: Lũ quét sườn dốc; lũ quét nghẽn dòng; lũ ống, lũ quét;

và lũ bùn đá Các nhân tố gây lũ quét bao gồm: Mưa lớn; địa hình, địa mạo; thổ nhưỡng;

và thảm thực vật Nhân tố mưa được sử dụng là lượng mưa ngày Đánh giá trọng số cho các nhân tố gây lũ quét và phân loại khả năng xuất hiện được thực hiện theo phương pháp định tính Tiềm năng lũ quét được phân thành 4 loại: Xuất hiện rất nhiều, xuất hiện nhiều, xuất hiện ít, và không xuất hiện Qua nghiên cứu, tác giả đã nhân dạng được một

số nhân tố trội gây lũ quét trên vùng nghiên cứu: lũ quét thường xảy ra trên nền thổ

21

nhưỡng đất vàng trên nền đá macma axit; độ dốc trên 45°; và thảm phủ là loại nghèo xen kẽ với tre nứa, hoặc cây bụi xen kẽ với rừng non

Lã Thanh Hà (2009) [42] đã nghiên cứu, xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét

phục vụ công tác phòng tránh lũ quét cho tỉnh Yên Bái, trong đó áp dụng phương pháp phân loại, phân tích nhân tố, thống kê, chồng ghép nhân tố bằng công cụ GIS và xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét Gần đây, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn

và Biến đổi Khí hâu tiến hành phân vùng và cảnh báo khả năng xuất hiện lũ quét ở khu vực miền núi phía bắc Việt Nam và đang tiếp tục triển khai xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét và hệ thống giám sát ra quyết định cảnh báo lũ quét cho những vùng có nguy cơ cao thuộc Miền Trung và Tây Nguyên Tuy nhiên, các nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở việc xây dựng bản đồ phân vùng và cảnh báo khả năng xảy ra lũ quét, chưa đánh giá mức độ rủi ro do lũ quét gây ra đối với các thành phần tự nhiên - kinh tế, xã hội

Nguyễn Lập Dân và nnk (2011) [43] nghiên cứu dự báo nguy cơ các thiên tai liên quan

đến dòng chảy (lũ lụt, lũ quét, hạn hán) theo lưu vực sông ở đới khô trên lãnh thổ Việt Nam (lấy sông Cái Phan Rang làm ví dụ) và đề xuất chiến lược phòng tránh và giảm thiểu Đối với thiên tai lũ lụt, lũ quét nhóm nghiên cứu kết hợp những tài liệu sẵn có, tiến hành phân tích, đánh giá điều kiện địa chất, địa mạo của khu vực nghiên cứu tác động đến loại hình thiên tai này, dữ liệu GIS, công cụ GIS, và chồng ghép các nhân tố theo trọng số (định tính) để thành lập bản đồ nguy cơ lũ quét Phân loại cấp nguy cơ lũ quét theo định tính Theo nghiên cứu này cho khu vực sông Cái, Ninh Thuận thì tiểu lưu vực có độ dốc trung bình từ 8-25° lại có diện tích nguy cơ xuất hiện lũ quét ở hầu hết các cấp lớn nhất (chiếm 68%) Trong khi đó lưu vực có độ dốc lớn hơn 25° chỉ chiếm 4% và trên 30° thì không có nguy cơ lũ quét Điều khác biệt ở kết quả của nghiên cứu này so với các nghiên cứu khác có thể là do yếu tố giá trị dòng chảy tích tụ làm gia tăng khả năng ở những lưu vực phía dưới có độ dốc trung bình thấp Tác giả cũng đã áp dụng phương pháp này để thành lập bản đồ nguy cơ trượt lở đất và lũ quét ở tỉnh Quảng Trị Nhưng trong nghiên cứu này nhóm nghiên cứu sử dụng lượng mưa trung bình tháng lớn nhất thay vì lượng mưa trung bình ngày lớn nhất

Năm 2000, trong chuyên đề “Thiên tai lũ quét ở Việt Nam” thuộc Dự án UNDP VIE/97/002 - DISASTER MANAGEMENT UNIT thuộc Chương trình phát triển Liên

22

Hợp quốc, Việt Nam [44], Ngô Đình Tuấn trên cơ sở phân tích các trận lũ quét đã xác định ngưỡng gây lũ quét ở Việt Nam theo quan hệ ngưỡng mưa và ngưỡng sinh lũ quét Tuy nhiên cách tiếp cận này mời chỉ dừng lại coi giá trị ngưỡng mưa sẽ là giá trị cố định theo thời gian Điều này là chưa hợp lý

Một số công trình nghiên cứu tiếp cận theo hướng cảnh báo lũ quét dựa theo ngưỡng mưa tích lũy có thể kể đến như sau:

Năm 2009, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường thực hiện Dự án: “Điều tra, khảo sát, phân vùng và cảnh báo khả năng xuất hiện lũ quét ở miền núi Việt Nam- Giai đoạn 1” [45] Dự án đã thực hiện lập bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét, tỷ

lệ 1:100.000 cho 14 tỉnh miền núi phía Bắc và lập bản đồ cảnh báo ngập lụt do mưa có khả năng gây lũ quét cho 37 lưu vực sông suối thuộc 14 tỉnh nói trên trên bản đồ tỷ lệ 1:5000 Để phục vụ cho công tác cảnh báo lũ quét cho các lưu vực nhỏ, dự án đã sử dụng phương pháp Đường tới hạn (CL) theo “Hướng dẫn xác định ngưỡng mưa cho cảnh báo và di dân khỏi các tai biến trầm tích” của Bộ Xây dựng Nhật Bản vào năm

2005 để xác định ngưỡng gây lũ quét trên cơ sở mối quan hệ lượng mưa tích lũy và cường độ mưa lớn nhất trong một trận mưa Kết quả đã xây dựng được 37 biểu đồ Đường tới hạn CL cho 37 lưu vực sông Tuy nhiên, do số liệu các trạm đo mưa tự ghi vừa thưa vừa có thời gian quan trắc ngắn nên các biểu đồ trên chưa phản ánh thực chất ngưỡng gây lũ quét cho mỗi vị trí Tồn tại của nghiên cứu này là bản đồ tỷ lệ nhỏ trong khi địa điểm lũ quét phần lớn ở quy mô cấp xã, bản Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét chủ yếu được xây dựng trên cơ sở các dữ liệu tĩnh, chưa xây dựng được hệ thống bản đồ động được tích hợp trên nền GIS phục vụ công tác cảnh báo lũ quét

Năm 2017 Đỗ Hoài Nam [46] tiếp cận xác rủi ro lũ quét cho sông, suối khu vực miền

núi dựa trên chỉ số lượng mưa tích lũy ở thượng lưu thời đoạn ngắn được phân tích từ

bộ dữ liệu mưa ngày, tái tạo cho khu vực gió mùa châu Á trong giai đoạn khí hậu

1961-2007 (APHRODITE) Nghiên cứu điển hình được áp dụng cho lưu vực sông Cả và đã xác định được mức độ rủi ro lũ quét cho toàn bộ mạng lưới sông, suối Kết quả nghiên cứu đã sơ bộ được kiểm nghiệm, phản ánh sự phù hợp với thực tế và cho thấy khả năng ứng dụng để cảnh báo lũ sớm Tuy nhiên đối với những lưu vực nhỏ miền núi thiếu các trạm đo đạc quan trắc, việc áp dụng cách tiếp cận này gặp nhiều khó khăn

2012 – 2017 [47] đã xây dựng Hệ thống Cảnh báo lũ quét của Việt Nam VNFFGS dựa trên cách tiếp cận dựa trên ngưỡng mưa định hướng có khả năng sinh lũ quét (FFG) cho riêng Việt Nam Hệ thống được mở một phần và phân chia hệ thống tiểu lưu vực chi tiết hơn (từ 10-30 km2) để chủ động trong việc cảnh báo cũng như phù hợp với đặc điểm sinh lũ quét

Tuy nhiên, hệ thống cảnh báo lũ quét VNFFGS xây dựng tập trung chủ yếu cho khu vực

miền Trung và Tây Nguyên, do đó việc tính toán, xác định ngưỡng Qbf khu vực Bắc Bộ chưa được xem xét và chưa tính chi tiết Cần xác định bổ sung Qbf và kiểm định thêm việc xác định Qbf tại các tiểu lưu vực Hệ thống VNOFFG sử dụng dữ liệu mưa dự báo

WRF của Viện KH KTTV và BĐKH Hệ thống sử dụng nguồn mưa dự báo WRF (1, 3,

6, 24h) dự báo lượng mưa chưa thật sự tốt (theo đánh giá của Viện Khoa học KTTV và Biến đổi khí hâu), kém chính xác với ngưỡng mưa lớn từ 30mm trở lên Trong khi đó,

lũ quét thường xảy ra do mưa lớn cục bộ tại 1 khu vực nào đó trong một thời gian ngắn (< 6 giờ), nên việc sử dụng 1 nguồn mưa dự báo WRF với độ chính xác không cao là chưa đủ độ tin cây để dự báo viên có thể tham khảo cho công tác cảnh báo lũ quét Thêm vào đó, hệ thống VNOFFG chưa sử dụng dữ liệu radar trong tính toán cảnh báo lũ quét

Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn quốc gia (2020) [48] nghiên cứu phương pháp

tính toán xác định nguy cơ lũ quét dựa trên sản phẩm của hệ thống định hướng cảnh báo

lũ quét của Trung tâm nghiên cứu thủy văn Hoa Kỳ (MRCFFGS) và tổ hợp các sản phẩm mưa dự báo số trị đang sử dụng tại Trung tâm Công cụ tính toán nguy cơ lũ quét được viết trên ngôn ngữ lập trình C–Sharp Kết quả nghiên cứu đã được cảnh báo thử nghiệm cho 3 đợt lũ quét đã xảy ra trong tháng 10/2020 tại các tỉnh Trung Trung Bộ Kết quả cho thấy, bản đồ nguy cơ lũ quét đều khoanh vùng nguy cơ rất cao đối với các khu vực đã xảy ra lũ quét Nghiên cứu được tập trung thực hiện cho các khu vực vùng

24

núi nơi hay xảy ra lũ quét Các khu vực đó gồm có: Khu vực vùng núi Việt Bắc, Tây Bắc, Đông Bắc, Bắc Trung Bộ, Trung Trung Bộ, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên Nghiên cứu này dựa trên sản phẩm của hệ thống định hướng cảnh báo lũ quét của Trung tâm nghiên cứu thủy văn Hoa Kỳ (MRCFFGS), sản phẩm của hệ thống này mới chỉ là cơ sở định hướng về khả năng xảy ra lũ quét dựa trên các mối quan hệ lượng mưa và trạng thái lưu vực

Ở Việt Nam Một số hệ thống cảnh báo lũ quét dựa trên thiết bị đo đạc đã và đang được nghiên cứu triển khai thử nghiệm dưới sự tài trợ của New Zealand tại tỉnh Hà Tĩnh để cảnh báo lũ quét tại lưu vực sông La (vùng Hòa Duyệt, Sơn Diệm, Linh Cảm) và lưu vực Kẻ Gỗ Tiếp theo, một hệ thống như vậy cũng đã được Ban Chỉ đạo PCLB Trung ương thiết lập ở lưu vực Nậm La, Nậm Pàn - Sơn La năm 1995-1996 Đây là một trong những hệ thống cảnh báo lũ và lũ quét đầu tiên được thiết lập ở Việt Nam Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cảnh báo lũ, lũ quét tại lưu vực sông La có thể tóm tắt như sau:

- Thông qua 4 trạm đo mực nước và đo mưa bằng các thiết bị tự động (tại Chu Lễ, Hòa Duyệt, Sơn Diệm, Kẻ Gỗ) và các thiết bị truyền tin vô tuyến tự động, các thông tin mưa

- lũ trên các sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu, Kẻ Gỗ được truyền qua 1 trạm chuyển tiếp về Trung tâm điều hành tại Hà Tĩnh

- Ở trung tâm, các thông tin mưa - lũ được lưu trữ, xử lý, khai thác trong tính toán bằng một số mô hình mưa - dòng chảy để đưa ra thông tin dự báo rồi tự động ra lệnh cảnh báo nếu có khả năng xảy ra lũ, lũ lớn, lũ quét ứng với các cấp mực nước lũ báo động I,

II, III khác nhau ở thượng và hạ lưu các sông Ngoài ra, tuỳ theo cường độ mưa, cường

độ nước lũ lên và mực nước lũ ở thời điểm đo, hệ thống có thể tự động phát lệnh báo động lũ, lũ quét

1.2.2 Tổng quan nghiên cứu về lưu lượng tràn bờ

Phương pháp xác định lưu lượng tràn bờ có thể chia thành một số hướng tiếp cận như sau:

1.2.2.1 Xác định lưu lượng tràn bờ theo các công thức thực nghiệm

1 Theo công thức nghiên cứu Viện thủy lực Đan Mạch (1978) [49]

Trong đó: Qbf : Lưu lượng tràn bờ (m3/s); F: diện tích lưu vực (km2)

3 Theo công thức William (1978) [15]

Qbf = 4𝐹1.21𝑆0.28 (1-4)

Trong đó: Qbf : Lưu lượng tràn bờ (m3/s); F: diện tích ướt của mặt cắt ở ngưỡng tràn bờ (km2); S: độ dốc đường mực nước

4 Xác định lưu lượng tràn bờ theo quan hệ với lưu lượng trunh bình năm

Dựa trên dữ liệu được công bố bởi Schumm (1968), Carlston (1965), và Chang (1979)

[51], [52], [53] thiết lập mối quan hệ giữa lưu lượng tràn bờ và lưu lượng trung bình hàng năm thể hiện trong (Hình 1.5)

Hình 1.5 Mối quan hệ giữa lưu lượng tràn bờ với lưu lượng lượng trung bình năm

Lưu lượng bình quân năm (m3/s)

26

Nhận thấy việc xác định lưu lượng tràn bờ đều dựa trên kinh nghiệm của tác giả chỉ phù hợp vùng nghiên cứu hẹp trong phạm vi nghiên cứu của tác giả không thể áp dụng rộng rãi cho các vùng có các đặc điểm khác với lưu vực nghiên cứu

1.2.2.2 Lưu lượng tràn bờ được xác định theo thời kỳ lặp lại

Leopold (1964) [25] nhận thấy rằng khoảng thời gian lặp lại của lưu lượng tràn bờ là 1,5 năm, dựa trên dữ liệu từ 13 trạm đo ở miền đông Hoa Kỳ Nixon (1959) [54] kết

luận rằng lưu lượng tràn bờ có tần suất trung bình 0,6% dựa trên dữ liệu từ các con sông

ở Anh và xứ Wales Pickup (1976) [22] phát hiện ra rằng trong 2 thử nghiệm xác định

lưu lượng tràn bờ dựa trên dữ liệu từ các con sông ở Cumberland (lưu vực sông ở Australia), lưu lượng tương ứng với một trận lụt với khoảng thời gian lặp lại 20 năm, đóng vai trò trong sự hình thành các bờ sông, kích thước và hình dạng của kênh chính Một trận khác tương ứng với lũ lụt xảy ra từ 3 đến 5 lần/năm ảnh hưởng đến chiều rộng

kênh và độ dốc mực nước thấp Emmett (1975) [55] phát hiện ra rằng khoảng thời gian lặp lại của lưu lượng tràn bờ là 1,5 năm Quian và nnk (1987) [56] kết luận rằng việc

sử dụng lưu lượng tràn bờ với một tần suất lặp lại là hợp lý Ông đã đơn giản hóa việc tính toán lưu lượng tràn bờ Một trận lụt với khoảng thời gian lặp lại 1,5 năm có thể được áp dụng để xác định lưu lượng tràn bờ trong trường hợp không có đủ dữ liệu

Emmett (2001) và Gordon (1990) [57, 58] đã phát hiện ra rằng chu kỳ của lưu lượng

tràn bờ có xu hướng tăng lên khi độ dốc sông tăng lên; có nghĩa là, các con sông có độ dốc cao có vật liệu thô thì dòng chảy có xu hướng tràn bờ ít thường xuyên hơn các sông

có độ dốc thấp, Các con sông có vật liệu thô sẽ hạn chế về tính lưu động của vật liệu đáy, điển hình là các kênh phủ đá sỏi có mối quan hệ dốc hơn mức trung bình giữa lưu lượng di chuyển bùn cát đáy với với lưu lượng dòng chảy, có thể có lưu lượng tràn bờ xảy ra ở các giai đoạn cao hơn và khoảng thời gian lặp lại lớn hơn so với lưu lượng bùn cát đáy Lưu lượng bùn cát được đo tại năm con sông có lớp phủ đá sỏi, do tuyết tan chiếm ưu thế ở phía bắc dãy núi Rocky, Hoa Kỳ; diện tích thoát nước tại các khu vực dao động trong khoảng 55 đến 4950 km2 và lưu lượng tràn bờ từ bờ sông dao động trong khoảng 6,5 đến 650 m3/s Các hạt bề mặt trung bình d50 dao động từ 40 đến 173 mm,

và d90 dao động từ 132 đến 310 mm Lũy thừa tỷ trọng bùn cát đáy cho biết mối quan

hệ giữa lưu lượng bùn cát đáy với lưu lượng nước, nằm trong khoảng từ 2,30 đến 5,06

27

Các giá trị của lũy thừa tương quan tốt với các giá trị d50 hoặc d90 của vật liệu bề mặt đáy và chứng minh ảnh hưởng của vật liệu bề mặt lên Tỷ trọng của bùn cát đáy Lưu lượng tràn bờ đã được xác định cho từng địa điểm Tỷ lệ giữa lưu lượng hiệu quả và lưu lượng tràn bờ, Qe / Qb, nằm trong khoảng từ 0,98 đến 1,31 Các giá trị Qe / Qb tương quan tốt với các giá trị lũy thừa của tỷ trọng bùn cát đáy sông Dữ liệu chỉ ra rằng, khi

số mũ của tỉ trọng bùn cát đáy tăng từ giá trị điển hình đến giá trị dốc hơn, lưu lượng hiệu quả tăng từ giá trị xấp xỉ lưu lượng tràn bờ đến khoảng 1 – 3 lần lưu lượng tràn bờ Điều này tương ứng cho khoảng thời gian lặp lại tăng gấp đôi Đối với nghiên cứu này, điều quan tâm là tìm là một cách tiếp cận nhằm giảm thiểu độ bất định của việc xác định lưu lượng tràn bờ

1.2.2.3 Lưu lượng tràn bờ được xác định thông qua khảo sát thực tế, xây dựng tương

quan với các đặc trưng lưu vực

Một cách để khắc phục những vấn đề tính bất định khi xác định lưu lượng tràn bờ theo các phương pháp ở trên là xác định giá trị lưu lượng tràn bờ thông qua khảo sát địa hình

thực tế Bent (2013) [59] đưa ra 6 dấu hiệu để nhận biết mực nước tương ứng với lưu

lượng tràn bờ - chỉ số tràn bờ (bankfull indicators), trong nghiên cứu này mực nước tràn

bờ (Bankfull stage) là cao trình mặt nước sông, suối khi dòng chảy lấp đầy sông, kênh

tự nhiên của nó; có thể được nhận ra theo một số chỉ số và đặc điểm vật lý dọc theo bờ sông, suối Xác định chỉ số nhân dạng mực nước tràn bờ đã được thảo luận trong nghiên

cứu USDA (2006), (2013), (2014) [60, 61, 62] Đối với nghiên cứu này, trọng tâm là

các chỉ báo mực nước tràn bờ theo các dấu hiệu thứ tự như sau: (1) cao trình bãi sông nơi mà dòng chảy bắt đầu tràn bờ, (2) cao trình cao nhất tại những điểm bồi tụ trong lòng sông, (3) cao trình nơi có sự thay đổi độ dốc bờ sông, (4) cao trình nơi có sự thay đổi vật liệu hạt, (5) cao trình của cao nhất của hồ xói hàm ếch (under cut) bên bờ sông, (6) cao trình nơi có sự thay đổi độ loại thực vật (ví dụ, từ vùng không có thực vật sang vùng có thực vật) những thay đổi trong thảm thực vật trên bờ (ví dụ: một khu vực không

có cây cối, chuyển sang một khu vực có cây cối) Đặc trưng phổ biến nhất để xác định mực nước tràn bờ là dấu hiệu (1) cao trình bãi sông nơi mà dòng chảy bắt đầu tràn bờ

của nó Nghiên cứu này đã được thực hiện nhiều vùng ở Mỹ như Florida của Blanton

và nnk (2010) [63], New York - Mulvihill và nnk (2009) [64], Massachusetts - Bent

và nnk (2013) [59], North Carolina – Doll (2003) [65] hay Virginia và Maryland –

28

Krstolic (2007) [66] Nhưng chưa có một nghiên cứu nào ứng dụng cách tiếp cận này ở

Việt Nam Một nhược điểm cũng cần phải nói tới đối với cách tiếp cận này là yêu cầu khối lượng khảo sát lớn Bên cạnh đó, không phải lúc nào cũng tồn tại các chỉ số tràn

bờ, hoặc các chỉ số tràn bờ không đồng nhất với nhau

Carpenter (1999) [67] đề xuất cách tính toán lưu lượng tràn bờ dựa trên mối quan hệ

với các đặc trưng hình dạng và độ nhám của đoạn sông, theo nghiên cứu này Lưu lượng dòng chảy tràn bờ được tính toán từ các đặc điểm hình học và độ nhám của kênh bằng

cách sử dụng công thức Manning của Chow (1988) [68]

𝑄𝑝 = Qbf = B𝑏𝐷𝑏5/3𝑆𝑐0.5/𝑛 (1-5) Trong đó: QP là lưu lượng đỉnh lũ (m3/s); Qbf lưu lượng tràn bờ (m3/s); Bb bề rộng đỉnh kênh tại vị trí tràn bờ (m); Db độ sâu thủy lực tại bờ (m); Sc độ dốc thủy lực; n hệ số nhám maning

Trong nghiên cứu này, các tác giả cũng nhận định việc đo đạc mặt cắt sẽ không khả thi nếu tiến hành cho các lưu vực lớn Do vậy, việc xây dựng mối tương quan giữa các đặc trưng hình dạng và độ nhám với các đặc trưng lưu vực là cần thiết Việc xây dựng phương trình tương quan giữa các đặc trưng lưu vực với lưu lượng đỉnh lũ ứng với các

tần suất cũng đã được nhiều nghiên cứu thực hiện Lumia (2006) [69] xây dựng phương

trình tương quan của lưu lượng đỉnh lũ ứng các các tần suất khác nhau với các đặc trưng lưu vực cho 06 vùng của New York, nghiên cứu đã tính toán cường độ và tần suất lưu lượng lũ trên các con sông, suối địa phương, chưa có sự điều tiết ở New York, ngoại trừ Long Island Dữ liệu tần suất lưu lượng đỉnh lũ và đặc điểm lưu vực từ 388 trạm đo dòng chảy ở New York và các bang lân cận đã được sử dụng để phát triển nhiều phương trình hồi quy tuyến tính cho lưu lượng lũ với khoảng thời gian lặp lại từ 1,25 đến 500 năm Một phương pháp bình phương nhỏ nhất tổng quát (GLS) đã được sử dụng để phát triển các phương trình hồi quy Các bộ phương trình riêng biệt đã được phát triển cho từng vùng trong số sáu vùng thủy văn của New York; sai số tiêu chuẩn của tính toán nằm trong khoảng từ 14 đến 43% Các biến có ý nghĩa thống kê trong phương trình hồi quy bao gồm diện tích thoát nước, độ dốc kênh chính, phần trăm khả năng trữ lưu vực, lượng mưa trung bình hàng năm, phần trăm diện tích có rừng, hệ số trễ lưu vực, tỷ lệ độ dốc kênh chính trên độ dốc lưu vực, dòng chảy trung bình hàng năm, độ sâu tối đa của tuyết

29

và phần trăm lưu vực trên 1.200 feet Khu vực thoát nước cho 388 điểm được sử dụng trong phân tích dao động từ 0,41 đến 4773 dặm vuông Các phương pháp tính toán lưu lượng lũ từ các phương trình hồi quy khác nhau, tùy thuộc vào việc tính toán dành cho lưu vực có thiết kế hay không được đánh dấu và liệu lưu vực có vượt qua ranh giới vùng thủy văn hay tiểu bang hay không Các ví dụ về tính toán được bao gồm: tính toán lưu lượng dòng chảy theo tần suất cho thêm 122 trạm phân tích dòng chảy Đặc điểm lưu vực, số liệu thống kê log-Pearson Loại III, và các ước tính hồi quy và có trọng số của quan hệ với lưu lượng đỉnh lũ được lập bảng cho các trạm phân tích dòng chảy được sử dụng trong phân tích hồi quy Các phân tích độ nhạy cho thấy lượng mưa trung bình hàng năm, diện tích thoát nước, dòng chảy trung bình hàng năm và độ sâu tuyết tối đa

là các biến mà lưu lượng tính toán nhạy cảm nhất trong các phương trình hồi quy Cách

tiếp cận tương tự cũng được Ahearn (2004) [70] ứng dụng trong nghiên cứu của mình

Những đặc trưng lưu vực (ví dụ: diện tích, độ dốc lưu vực ) hay đoạn sông (vi dụ: chiều dài, độ dốc lòng sông, ) có thể xác định dễ dàng thông qua các công cụ GIS Do vây, nếu coi lưu lượng tràn bờ cũng là một giá trị lưu lượng ứng với 1 tần suất giả định thì đây là cách tiếp cận khả thi để xác định lưu lượng tràn bờ

Như vậy có rất nhiều cách tiếp cận để xác định lưu lượng tràn bờ như dựa theo các công thức kinh nghiệm, phương pháp này chỉ phù hợp với lưu vực nghiên cứu điển hình của tác giả khó áp dụng rộng rãi Cách xác định lưu lượng tràn bờ theo thời kỳ lặp lại không phản ánh được các đặc trưng lưu vực Một cách khác xác định giá trị lưu lượng tràn bờ thông qua khảo sát địa hình thực tế, tuy nhiên việc đo đạc mặt cắt sẽ không khả thi nếu tiến hành cho các lưu vực lớn Do vậy việc kết hợp khảo sát địa hình thực tế với việc xây dựng phương trình tương quan giữa lưu lượng tràn bờ với các đặc trưng lưu vực là một cách tiếp cận khả thi phù hợp với vùng nghiên cứu tác giả lựa chọn lưu vực Nậm

Ly và Nà Nhùng tỉnh Hà Giang

1.3 Khoảng trống trong nghiên cứu dự báo, cảnh báo lũ quét theo thời gian thực và định hướng nghiên cứu của Luận án

1.3.1 Khoảng trống trong nghiên cứu

Có nhiều các công trình nghiên cứu của các tác giả khác nhau về cảnh báo lũ quét, tuy nhiên trong các nghiên cứu này vẫn còn các điểm tồn tại: Cảnh báo lũ quét theo phân

30

vùng nguy cơ lũ quét được tiến hành dựa trên chỉ số nguy cơ lũ quét FFPI có ưu điểm

sử dụng đơn giản, không đòi hỏi dữ liệu phức tạp, nhưng nó chỉ là một công cụ bổ sung chứ không phải là công cụ toàn năng và có nhược điểm là không xét đến điều kiện bề mặt tức thời (như độ ẩm và dòng chảy sông suối) Do vậy, kết quả chỉ được xem như một thông tin nền tham khảo có giá trị Hướng nghiên cứu trên mới chỉ dừng lại đưa ra các bản đồ tĩnh đánh giá tiềm năng nguy cơ lũ quét cho các vùng, kết quả chỉ đánh giá

về mặt định tính, chưa đánh giá mức độ rủi ro do lũ quét gây ra đối với các thành phần

tự nhiên - kinh tế, xã hội

Nhiều nghiên cứu dựa theo ngưỡng mưa nhằm xác định rủi ro lũ quét cho lưu vực với điều kiện ban đầu cố định Tuy nhiên nhược điểm của cách tiếp cận này là không quan tâm đến sự thay đổi theo thời gian của điều kiện lưu vực Do vậy giá trị ngưỡng mưa sẽ

là giá trị cố định theo thời gian Điều này chưa được hợp lý vì khi lưu vực khô, khả năng trữ nước lớn, cần phải có một lượng mưa lớn để tạo nên lũ quét Tuy nhiên khi lưu vực

đã bão hòa nước, những cơn mưa nhỏ cũng có thể gây nên lũ quét

Một số nghiên cứu tiếp cận ngưỡng mưa thời đoạn cho các tiểu lưu vực, xác định lũ theo ngưỡng mưa phục vụ cảnh báo lũ quét có thể xảy ra tại mỗi tiểu lưu vực nếu mưa thời đoạn vượt ngưỡng chịu đựng của tiểu lưu vực Phương pháp tích hợp mô hình thủy văn, thủy lực (physically-based hydrologic-hydraulic models) Trong đó sử dụng: dữ liệu đất

và sử dụng đất, dữ liệu lớp phủ bề mặt, dữ liệu DEM, mưa thời đoạn (quan trắc, ước lượng từ ảnh vệ tinh hoặc RADAR) Mỗi lưu vực tính toán tổng lượng mưa hiệu quả có khả năng sinh lũ quét (FFG) trong một thời đoạn nào đó (1, 2, 6 giờ) của một lưu vực

Từ đó, đã thiết lập được các bản đồ/lớp dữ liệu về FFG cho từng thời đoạn mưa được xác lập Dựa trên lượng mưa đo đạc (trạm đo hoặc chiết xuất từ ảnh vệ tinh) xác định các lưu vực có nguy cơ lũ quét và cảnh báo

Ưu điểm của phương pháp là sau khi chạy mô hình, mỗi tiểu lưu vực sẽ được giá trị Qbf

sử dụng công thức kinh nghiệm thông qua các thông số thủy văn lưu vực như diện tích,

độ dài sông suối xác định và gắn cho một ngưỡng mưa R Trong thực tế, số liệu mỗi thời đoạn mưa (từ đo đạc, viễn thám) được sử dụng để tính lượng mưa hiệu quả và được

so sánh với R, nếu vượt qua R sẽ được cho là có nguy cơ lũ quét Đây là phương pháp đơn giản, dễ áp dụng trong GIS vì có tính chất ứng dụng cao

31

Nhược điểm của phương pháp này là chỉ tính R tại mỗi cửa ra của tiểu lưu vực và từ đó xác định lũ quét cho toàn bộ tiểu lưu vực đó như vây có thể dẫn tới cảnh báo khống khả năng gây lũ quét ở những nơi thượng nguồn của tiểu lưu vực Vùng đồi núi thường thiếu

số liệu đủ tin cây để xây dựng được R Lưu lượng tràn bờ Qbf được xác định bằng đo

đạc trực tiếp tại mặt cắt Tuy nhiên, không phải lưu vực nào cũng có đủ dữ liệu khảo sát

và cần phải được tính toán Xác định ngưỡng Qbf cho các khu vực nhỏ chưa được nghiên

cứu chi tiết, chưa có sự kết hợp đo đạc thực tế tăng độ chính xác

Xây dựng các hệ thống cảnh báo lũ quét đã bắt đầu nghiên cứu và đầu tư xây dựng trên thế giới cũng như ở Việt Nam Tuy nhiên, hệ thống cảnh báo lũ quét có nhược điểm là

độ chính xác phụ thuộc vào mật độ mạng lưới quan trắc, điều này khó đáp ứng với nhiều quốc gia, đặc biệt lũ quét thường xảy ra ở các khu vực miền núi, nơi ít trạm quan trắc

và độ chính xác của dữ liệu cũng không cao Một vấn đề khác các hệ thống dự báo thường sử dụng 01 nguồn mưa dự báo như WRF (1,3,6,24h) chưa có nghiên cứu phân tích đánh giá mô hình mưa dự báo sử dụng cho lưu vực nghiên cứu dẫn đến độ chính xác không cao và chưa đủ độ tin cậy để dự báo viên có thể tham khảo cho công tác cảnh báo lũ quét

1.3.2 Định hướng nghiên cứu của luận án

Xuất phát từ thực tế công tác dự báo, cảnh báo lũ quét hiện nay gặp rất nhiều khó khăn cũng như các khoảng trống trong nghiên cứu dự báo, cảnh báo lũ quét còn tồn tại một

số vấn đề như: cách tiếp cận xác định ngưỡng cảnh báo lũ quét cho lưu vực sông miền núi có ít hoặc không có các trạm đo đạc khí tượng, thủy văn mới bắt đầu được nghiên cứu; phương pháp cảnh báo lũ quét dựa trên ngưỡng mưa FFG gắn với xác định lưu lượng tràn bờ chủ yếu xác định theo công thức kinh nghiệm của một số tác giả trên thế giới, theo các giá trị lưu lượng lũ ứng với các thời kỳ lặp lại hoặc theo quan hệ với lượng mưa và trạng thái lưu vực Các phương pháp này còn nhiều tồn tại và khó khăn trong việc áp dụng cho lưu vực nhỏ miền núi thiếu các trạm đo đạc khí tượng, thủy văn Trong nghiên cứu này, tác giả sẽ tiếp cận theo hướng nghiên cứu xây dưng phương pháp cảnh báo lũ quét cho lưu vực sông miền núi dựa trên cơ sở xác định ngưỡng mưa sinh lũ quét (FFG) gắn với lưu lượng tràn bờ được xác định dựa trên phương pháp thực nghiệm Tác giả kết hợp điều tra khảo sát với thống kê để xây dựng phương trình thực nghiệm xác