Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp tiêu úng, thoát lũ sông Phan – Cà Lồ

TRANG THÔNG TIN VỀ NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI VỀ MẶT HỌC THUẬT, LÝ LUẬN CỦA LUẬN ÁN TIẾN SỸ 1. Tên luận án: Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp tiêu úng, thoát lũ sông Phan – Cà Lồ Mã số Chuyên ngành: 62440224, Thủy văn học 2. Nghiên cứu sinh: Hoàng Thị Nguyệt Minh Người hướng dẫn: PGS. TS Lã Thanh Hà; PGS. TS Hoàng Minh Tuyển Cơ sở đào tạo: VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 3. Giới thiệu về luận án: Sông Phan – Cà Lồ là một con sông nhánh của sông Cầu, chảy qua địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc và Thành phố Hà Nội được ít người biết đến, nhưng trong tâm trí của những các nhà Thủy văn, Thủy lợi thì nó là con sông rất đặc thù trong hệ thống sông ngòi Việt Nam vì: 1) Nó mang những dấu ấn lịch sử của con sông phân, chậm lũ đầu tiên của nước ta; 2) Là một con sông có độ uốn khúc lớn nhất; 3) Tuy là con sông không lớn nhưng chảy qua 3 dạng địa hình miền núi, trung du và đồng bằng; 4) Lưu vực sông có tốc độ đô thị hóa mạnh mẽ của nước ta; 5) Là khu vực tưới, tiêu rất phức tạp. Những năm gần đây, thiên tai bão lũ xảy ra với tần số và cường độ ngày càng tăng dẫn đến tình hình úng ngập trên toàn lưu vực sông Phan – Cà Lồ ngày càng phức tạp và trầm trọng. Bên cạnh đó, lưu vực sông Phan Cà Lồ nằm trong vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, nơi có tốc độ phát triển kinh tế và tốc độ đô thị hoá mạnh mẽ. Vùng thượng nguồn thuộc tỉnh Vĩnh Phúc là cửa ngõ phía Bắc, động lực thúc đẩy kinh tế vùng phía Bắc, vùng hạ nguồn thuộc Thủ đô Hà Nội là trung tâm hành chính, chính trị của cả nước. Do vậy, để đảm bảo sự phát triển kinh tế xã hội theo định hướng bền vững trên lưu vực, vấn đề giải quyết bài toán tiêu úng, thoát lũ tổng thể trên lưu vực sông Phan Cà Lồ càng trở nên cấp bách hơn bao giờ hết. 4. Đóng góp mới về mặt học thuật, lý luận của luận án 1) Làm rõ tính đặc thù của lưu vực sông Phan Cà Lồ và tác động của con người ảnh hưởng đến quá trình hình thành – diễn biến của ngập úng trên lưu vực tạo cơ sở khoa học để lựa chọn và đề xuất giải pháp tiêu úng, thoát lũ phù hợp; 2) Đề xuất được quy trình vận hành tiêu úng thoát lũ khả thi và các điểm kiểm soát nhằm vận hành hệ thống công trình tiêu úng thoát lũ trên lưu vực, từ đó làm cơ sở cho công tác quy hoạch phòng chống lũ tổng thể trên hệ thống sông Phan Cà Lồ.

ông trình hoƠn thƠnh t i:

VI N KHOA H ệ T NG TH V N V N I KHÍ H U

PGS TS oƠng Minh Tuy n

Ph n bi n 1: PGS TS Ngô Lê Long

M U

1 LỦ do l a ch n đ tƠi

Sông Phan ậ Cà L (PCL) là m t con sông nhánh c a sông C u ch y qua

đ a bàn t nh V nh Phúc và TP Hà N i, theo các nhà th y v n, th y l i nó là con

sông đ c thù trong h th ng sông ngòi Vi t Nam vì: 1) N mang nh ng d u n

l ch s c a con sông phân ch m l đ u tiên c a n c ta; 2) Là m t con sông có

đ u n khúc l n nh t; 3) Tuy là con sông không l n nh ng ch y qua 3 d ng đ a

hình mi n núi, trung du và đ ng b ng; 4) L u v c sông có t c đ đô th hóa vào

lo i m nh m c a n c ta; 5) Là khu v c t i, tiêu r t ph c t p

Vào nh ng n m đ u c a th k 20 (n m 1918-1919) đ b o v Thành ph

Hà N i kh i nh ng tr n l l n trên h th ng sông H ng, sông Phan ậ Cà L

đ c dùng làm n i phân ch m l Nh ng hi u qu phân ch m l không cao mà

còn gây ng p l t nên sau này c a phân l đã đ c b t kín nên sông Cà L không

còn n i v i sông H ng Sông Phan - Cà L tr thành l u v c sông có d ng khép

kín v i c a ra duy nh t đ vào sông C u

Nh ng n m g n đây, thiên tai bão l x y ra v i t n s và c ng đ ngày càng t ng d n đ n tình hình úng ng p trên khu v c này n i riêng và trên toàn l u

v c sông Phan ậ Cà L ngày càng nhi u Bên c nh đ , l u v c sông Phan - Cà

L n m trong vùng kinh t tr ng đi m B c B Do v y, đ đ m b o s phát tri n

kinh t - xã h i theo đ nh h ng b n v ng trên l u v c, v n đ tiêu úng, thoát l

t ng th trên l u v c sông càng tr nên c p bách h n bao gi h t

Tr c b i c nh đ , đ tài lu n án “Nghiên c u c s khoa h c và đ xu t

gi i pháp tiêu úng, thoát l sông Phan- Cà L ” đ c l a ch n nh m ti p c n gi i

quy t v n đ tiêu úng, thoát l t ng th và lâu dài trên l u v c sông Phan- Cà L

M c tiêu nghiên c u c a lu n án là:

- Xác l p c s khoa h c và th c ti n nh m làm rõ đ c tính đ c thù c a

l u v c sông Phan - Cà L đ phân tích nguyên nhân hình thành và di n bi n

ng p úng;

- xu t đ c gi i pháp tiêu úng thoát l sông Phan - Cà L ph c v phát

tri n kinh t - xã h i và b o v môi tr ng theo h ng phát tri n b n v ng l u

v c sông

n p p n n u i u tra kh o sát th c đ a; phân tích th ng kê;

mô h nh h a th y v n th y l c k t h p v i công c S; chuyên gia và s tham

v n c a c ng đ ng; phân tích h th ng

i t ng nghiên c u c a lu n án là tiêu úng thoát l trên l u v c sông

Phan - Cà L ng v i các đi u ki n c th theo các ph ng án khác nhau Ph m

vi nghiên c u v không gian là toàn b l u v c sông Phan - Cà L v i t ng di n tích l u v c là 1229 km2

1) Làm rõ tính đ c thù c a l u v c sông Phan - Cà L và tác đ ng c a con

ng i nh h ng đ n quá trình hình thành ậ di n bi n c a ng p úng trên l u v c

t o c s khoa h c đ l a ch n và đ xu t gi i pháp tiêu úng, thoát l phù h p;

2) xu t đ c quy trình v n hành tiêu úng thoát l kh thi và các đi m

ki m soát nh m v n hành h th ng công tr nh tiêu úng thoát l trên l u v c, t

đ làm c s cho công tác quy ho ch phòng ch ng l t ng th trên h th ng

sông Phan - Cà L

5 u tr c c a lu n án

Ngoài ph n m đ u và k t lu n, lu n án đ c b c c thành 4 Ch ng:

h ng 1: T ng quan v nghiên c u tiêu úng, thoát l trên th gi i và trong

n c h ng 2: Phân tích nguyên nhân úng ng p và đánh giá kh n ng tiêu úng thoát l sông Phan ậ à L h ng 3: ác l p c s khoa h c cho vi c đ xu t

gi i pháp tiêu úng, thoát l sông Phan ậ à L h ng 4: xu t gi i pháp tiêu úng thoát l sông Phan ậ à L

h ng 1 T N QU N V N ểN U T ểU ÚN , T OỄT L

1.1 Tình hình nghiên c u tiêu, thoát l trên th gi i

Nh ng n m g n đây, l l t ngày càng t ng c v t n s l n c ng đ gây

thi t h i nghiêm tr ng đ n các n c trên th gi i L l n đi n hình m t s

qu c gia nh Trung Qu c, tr n l 1998 làm 3000 ng i ch t, thi t h i kho ng 21

t US , l l n trên sông ng T n m 2010 làm 4150 ng i thi t m ng; Thái

Lan, tr n l t tháng /1995 trên l u v c sông Chao Phraya gây ng p 60.000 ha,

thi t h i 11.858 tri u baht, đ c bi t tr n l l ch s n m 2011 gây thi t h i hàng t

US ; ngladesh, tr n l t 1998 làm 738 ng i ch t, t ng thi t h i 1,0 t USD;

Hà Lan, tr n l t l n n m 1995 gây thi t h i hàng tr m tri u USD

Phòng ch ng l trên th gi i đang ti n t i qu n lý t ng h p c ngh a là

bao g m t t c các ho t đ ng c a các l nh v c liên quan nh m gi m thi u t i đa

tác h i c a l Theo quan đi m này phòng ch ng l đ c xét ngay t tr c khi

x y ra l , trong khi l x y ra và sau khi l đã h t

Các bi n pháp công tr nh, phi công tr nh đ c nhi u n c trên th gi i đã

và đang áp d ng Tu theo đi u ki n c th t ng vùng sao cho phát huy tính hi u

qu c a nó l n nh t Phòng ch ng l là đ h n ch thi t h i t i m c th p nh t c

v m t kinh t , xã h i và con ng i Do v y, không th ch dùng m t gi i pháp

duy nh t mà ph i k t h p m t s gi i pháp v i nhau ng th i tu thu c vào

đi u ki n t nhiên c th và tr nh đ phát tri n kinh t , xã h i và khoa h c công

ngh c a m i qu c gia, m i l u v c sông t đ l a ch n các gi i pháp phù h p

Nghiên c u v tiêu thoát l n c ta hi n nay t p trung nghiên c u v

nguyên nhân hình thành, di n bi n l l t trên các sông, nh h ng c a n đ n

kinh t xã h i, các gi i pháp tiêu thoát l nhi u nghiên c u v l l t đ c

th c hi n trên h th ng sông H ng, sông Thái Bình, sông C u Long và các sông

l n mi n Trung, trong đ t p trung nghiên c u nhi u nh t trên h th ng sông

H ng - Thái Bình

1 3 Nghiên c u ng p ng vƠ thoát l trên l u v c sông Phan- Ơ L

Các nghiên c u đã và đang th c hi n v i nh ng n l c tìm l i gi i trong

vi c phòng, ch ng, kh c ph c tác h i do ng p úng gây ra trên l u v c nh ng

ch a c đ c ph ng án gi i quy t mang tính tri t đ trên toàn l u v c sông

Phan ậ Cà L t th ng l u đ n h l u và khu v c nh p l u v i sông C u

Nguyên nhân c a các h n ch trên là do:

- h a c s ph i h p đ u t nghiên c u gi a các đ a ph ng: T nh V nh Phúc đ u t nghiên c u ph n th ng l u còn ph n h l u l i do Hà N i th c

hi n M t khác, hai huy n S c S n và ông nh thu c Hà N i đ c đ nh h ng

phát tri n thành khu du l ch sinh thái nên vi c gi i quy t v n đ úng ng p ch a

đ c quan tâm

- Các nghiên c u tr c đây ch a đ c p t i vi c ph i h p v n hành h

th ng các công trình hi n c trên l u v c Các quy ho ch v tiêu thoát n c

đ c th c hi n d a trên n ng l c ho t đ ng c a h th ng các công trình tiêu thoát n c và đ xu t c i t o nâng c p h th ng tiêu thoát hi n có, vì v y còn mang tính đ nh h ng nhi u h n

- M t khác, ch đ dòng ch y trên sông r t ph c t p, ng p úng x y ra

th ng xuyên, nh ng do quan ni m sông Phan - Cà L là sông nh và n i t nh,

không nh h ng nhi u đ n các l u v c xung quanh nên vi c đ u t nghiên c u cho l u v c sông còn r t h n ch

1 4 ng nghiên c u c a lu n án

- Phân tích làm rõ nguyên nhân chính gây ra ng p úng và l l t trên l u v c;

- ánh giá hi n tr ng ng p úng trên l u v c sông, đ c bi t là trong tr n l

l ch s 2008 v th i gian ng p, di n ng p, ph m vi ng p úng, t đ đ a ra h ng

nghiên c u gi i quy t bài toán ng p úng cho l u v c;

- Xây d ng và l a ch n các ph ng án tính toán d a trên bài toán hi n

tr ng và nguyên nhân gây ra ng p úng, các đi u ki n ràng bu c k t h p v i tình

hình th c t đã đ c th c hi n đ gi m thi u ng p úng trên l u v c

- L a ch n, ng d ng công c mô hình toán phù h p trong vi c di n toán

l trên l u v c Áp d ng tính toán theo các ph ng án khác nhau, d a vào k t

qu tính toán phân tích đánh giá hi u qu các ph ng án, t đ đ xu t các gi i

pháp tiêu úng c th cho l u v c sông

- xu t quy trình v n hành h th ng tiêu thoát g m công tr nh đ u m i,

h th ng tr m b m, c ng đi u ti t, kênh tiêu thoát n c v i tr n l n m 1978

1 5 t lu n Ch ng

h ng 1 Lu n án đánh giá l i t nh h nh l l t c ng nh các nghiên c u

đã c trên l u v c sông Phan - Cà L , k t h p v i bi n pháp tiêu thoát ng p úng các n c trên th gi i và trong n c đ t đ làm c s cho các ch ng ti p

theo l a ch n các gi i pháp khoa h c phù h p và hi u qu tiêu thoát ng p úng

trên l u v c sông Phan- Cà L

đ l u v c sông Phan 348 km2, l u v c sông Cà L 881 km2 L u v c bao g m

ph n l n di n tích t nhiên t nh V nh Phúc (g m các huy n Bình Xuyên, Tam

2 2 i n tr ng công trình tiêu thoát n c

1) V công tr nh đ u m i tiêu thoát cho toàn l u v c theo truy n th ng là

tiêu t ch y, v i tr c tiêu chính là sông Cà L và h ng tiêu ra sông C u

2) V các công tr nh tiêu thoát n c n i đ ng, trong l u v c sông Phan -

Cà L , đ n nay đã đ c xây d ng nhi u công tr nh tiêu thoát n c n i đ ng

Tuy nhiên, t t c ch m i đ m nhi m đ c ph n nhi m v tiêu thoát n c trong

vùng canh tác b ng p úng hàng n m trên l u v c sông Phan - Cà L

2 3 Phơn tích nguyên nhơn ng, ng p trên l u v c sông

Có nhi u nguyên nhân gây úng ng p trên l u v c sông, song n i tr i có 5 nguyên nhân chính là: 1) c đi m đ a h nh, 2) c đi m m a l , 3) Lòng d n

c đ u n khúc l n, 4) nh h ng n c v t sông t sông C u, 5) Kh n ng tiêu úng, thoát l hi n tr ng

2 4 Ph ng pháp gi i quy t bƠi toán ng ng p

L u v c sông Phan ậ Cà L có di n tích nh , g m 4 sông nhánh c đ a hình

ph c t p, bao g m đ a hình mi n núi, trung du, đ ng b ng gi i quy t bài toán tiêu thoát l c n k t h p mô hình thu v n, thu l c 1 chi u, 2 chi u T m c tiêu đ t

n m 1973, 1975

Tính toán thu l c

D a trên các tài li u v đ a hình, m t c t c a các sông và m ng l i sông

trong vùng nghiên c u ti n hành s hoá m ng l i trong mô hình MIKE11 M ng

l i đ c s hoá v i 3960 đi m s hoá, 418 m t c t đ c tr nh bày trong H nh 2.1

- iên trên: Quá tr nh l u l ng c a các tr m phía th ng ngu n c th

trên sông Phan t i An H ; sông C u Tôn t i c u G c G o, sông Tranh t i c u

L m Pó, trên sông Ba Hanh t i c u trên t nh l 310, trên sông C u t i tr m thu

v n ia y;

- Biên nh p l u: Quá tr nh l u l ng (Q ~ t) c a 12 ti u l u v c; biên

d i: Quá trình m c n c (H~ t) t i tr m Ph L i; biên ki m tra: Tr m M nh Tân và L ng Phúc

K t qu tính toán hi u ch nh (t 1/V /2006 đ n 31/IX/2006) và ki m đ nh mô

hình (t 1/V /2008 đ n 31/IX/2008) t i hai tr m M nh Tân và L ng Phúc là khá

t t ng quá tr nh l th c đo và tính toán c s đ ng b v i nhau v hình d ng và

tr s đ nh, trong đ h s t ng quan 0.9 và sai s v tr s đ nh trong ph m vi 0.01

đ n 0.06, hàm m c tiêu N SH n m trong gi i h n cho phép (≥ 0.8)

Hình 2.1 Các biên trong mô hình thu l c sông Phan ậ Cà L

K t qu bài toán úng ng p hi n tr ng n m 2008

K t qu tính toán trong ng 2.1 và H nh 2.2 cho th y, di n tích úng ng p trên l u v c sông t p trung đ sâu ng p 1 m (245,394 km2) Kh n ng tiêu thoát di n tích ng p sau 4 ngày t i t t c các c p đ sâu ng p v n duy tr m c

cao trên 20 km2 K t qu tính toán hoàn toàn phù h p v i s li u th ng kê t nh

Trong ch ng 2, Lu n án gi i thi u t ng quan v l u v c sông nghiên

c u Trên c s phân tích t nh h nh l l t trên l u v c sông, t đ phân tích và làm rõ h n nguyên nhân ng p úng trên l u v c, đ ng th i c n c các nguyên

nhân chính gây ra ng p úng đ đ xu t các h ng gi i quy t c th Lu n án đã

s d ng công c mô hình mô ph ng tình hình ng p úng tr n l 2008, đ ki m

đ nh b thông s c ng nh tính kh thi c a mô hình s đ c áp d ng trong các

ch ng sau

h ng 3 XỄ L P S O V T T N O V

XU T P ỄP T ểU ÚN , T OỄT L

L U V SỌNG PHAN ậ L

3 1 s đ xu t gi i pháp tiêu ng, thoát l l u v c sông PCL

Nguyên t c chung: 1) em xét l u v c sông Phan ậ Cà L là h th ng

t ng th và th ng nh t; 2) Gi i pháp tiêu úng và thoát l đ c th c hi n đ ng

th i và h tr cho nhau; 3) c n xem xét m i quan h l trong đ ng và ngoài

sông; 4) Các gi i pháp tiêu úng, thoát l ph i phù h p v i tính ch t đi n hình

c a l u v c

3 2 Phơn vùng tiêu thoát l cho l u v c sông Phan - Ơ L

a) Phân chia các vùng tiêu:

L u v c sông Phan - Cà L đ c chia ra 5 vùng tiêu (Hình 3.1) bao g m:

* Vùng I: Ranh gi i phía Tây là đê t sông Ph áy, phía Nam là đê t

sông H ng, phía ông là kênh n Tre đ n m V c; di n tích 236,3 km2

; lòng d n thoát

n c là kênh B n Tre qua m V c vào sông Phan

* Vùng : Là l u v c các sông nhánh s n Tam o c a sông Cà L

g m l u v c sông C u Tôn - sông Tranh, sông a Hanh và sông ng ò; di n

tích 307,4 km2; lòng d n là các sông nhánh đ vào sông Cà L

* Vùng IV: Ranh gi i phía B c là vùng II và III, phía Tây là vùng I, phía

Nam là đê t sông H ng, phía Tây Nam gi i h n b i đê t sông Cà L C t tính

B c gi i h n b i đ ng phân l u t nhiên v i các nhánh sông C u, phía Nam là

h th ng kênh tiêu thu c sông Ng Huy n Khuê (huy n ông nh, huy n ia

Lâm) và c a sông Cà L ; t ng di n tích vùng tiêu là 496 km2; lòng d n dòng chính sông Cà L đ ra sông C u

b) Ch tiêu thi t k tiêu - thoát n c

Theo Quy chu n qu c gia công trình thu l i v các quy đ nh ch y u v

thi t k QCVN 04 ậ 05: 2012/ NNPTNT, trong đ : p thi t k c p I; t n su t

tiêu thi t k P = 10 % M a tiêu thi t k là 10 %: Lu n án tính cho th i đo n

m a T = 3 ngày theo tài li u m a tr m Tam o, tr m V nh ên; d ng m a c

đ nh gi a tr n, cùng g p g l trong đ ng 10 % và l ngoài sông 10 %

+ D a vào chu i s li u m a quan tr c 35 n m (1970 - 2005) t i hai tr m Tam o và V nh ên, cho th y l ng m a ba ngày l n nh t thi t k v i 10 %

t i tr m V nh ên là 380 mm x p x v i X1978 = 371.6 mm;

+ Quá tr nh m a tính toán theo th i đo n t = 1 gi v i d ng m a gi

đi n hình c a tr n m a t ngày 07 đ n ngày 09 tháng n m 1978

- Các biên m c n c thi t k : M c n c sông C u t i tr m ia y

Hmax10 % = +9.06 m

Hình 3.1 B n đ ranh gi i các vùng tiêu l u v c sông PCL

3 3 ác ph ng án tiêu thoát n c

Bài toán tiêu úng, thoát l l u v c sông Phan ậ Cà L : M a 3 ngày tiêu 5

ngày; v i m c tiêu t ng l ng tiêu thoát đ t 80% so v i t ng l ng tiêu thoát

ác ph ng án tiêu thoát n c đ c tr nh bày trong ng 3.1

B ng 3.1 ác ph ng án tính toán

1 Ph ng án hi n tr ng Hi n tr ng công tr nh

2 Ph ng án 1 (P 1) t dòng sông à L đo n h l u

3 Ph ng án 2 (P 2) PA1+ C i t o lòng d n m t s đo n sông

4 Ph ng án 3 (P 3) PA2+ B m tiêu t i Nguy t c

5 Ph ng án 4 (PA4) PA3+ B m tiêu t i Ng Kiên

3 4 Tính toán thu l c tiêu thoát n c

3.4.1 Ph ng án hi n tr ng (PAHT)

K t qu tính toán úng ng p hi n tr ng cho th y, m c n c trên sông luôn

duy trì m c cao trên +8,46 m, l ng n c c n tiêu là 115.90 x 106

m3, trong đ

l n nh t là vùng V đ t 36.6 x 106

m3,t p trung phía h l u sông à L và th

xã Mê Linh i n tích ng p và t ng l ng úng ng p c a tr n l tháng X/1978

đ c tr nh bày trong ng 3.2, b n đ ng p l t sông Phan ậ à L H nh 3.2

ng 3.2 i n tích ng p l n nh t và yêu c u dung tích c n tiêu

trì m c cao trên +9,6 m gây ra úng ng p huy n V nh T ng và m t ph n

huy n Yên L c, kh n ng tiêu thoát ch m sau 5 ngày di n ng p m i rút đ c

còn 0,32 km2

Vùng II, t ng l ng n c c n tiêu thoát 3,57 x106

m3 t p trung ch y u Thành ph V nh ên V i h th ng công trình hi n có vùng này không đáp

ng đ kh n ng t tiêu thoát và tiêu thoát ch m

Vùng III, t ng l ng n c c n tiêu thoát 34,36 x106

m3, t p trung ch y u khu v c n i sông C u Tôn ậ Ba Hanh thu c huy n Bình Xuyên và th xã Phúc

Yên

Vùng IV, t ng l ng n c c n tiêu thoát 21,74 x106

m3, t p trung t i m t

ph n c a huy n Yên L c và khu v c g n sông Cà L (t nh V nh Phúc); đây là

khu v c có kh n ng tiêu thoát kém và không n đ nh

Hình 3.2 B n đ ng p l t l u v c Sông Phan ậ Cà L , PAHT

3.4.2 Ph ng án 1 - C t dòng sông Cà L đo n h l u

Lu n án l a ch n đ xu t 4 tr ng h p (TH) n n dòng theo th t c t

dòn đ n n th ng d n khu v c h l u đ vào sông C u