Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để thiết lập phương pháp cảnh báo lũ quét thời gian thực cho khu vực miền núi tỉnh thanh hóa

Với luận văn: “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để thiết lập phương pháp cảnh báo lũ quét thời gian thực cho khu vực miền núi tỉnh Thanh Hóa” Tôi xin cam đoan: các nội dung, số l

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỂ THIẾT LẬP PHƯƠNG PHÁP CẢNH BÁO LŨ QUÉT THỜI GIAN THỰC CHO KHU VỰC MIỀN NÚI TỈNH THANH HÓA

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC

NGUYỄN CÔNG TRƯỜNG

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỂ THIẾT LẬP PHƯƠNG PHÁP CẢNH BÁO LŨ QUÉT THỜI GIAN THỰC CHO KHU VỰC MIỀN NÚI TỈNH THANH HÓA

NGUYỄN CÔNG TRƯỜNG

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC

MÃ SỐ: 62440224

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS LÃ THANH HÀ

HÀ NỘI, NĂM: 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS Lã Thanh Hà

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Thanh Hùng

Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS Lương Tuấn Anh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 27 tháng 12 năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Công Trường

MSHV: 1698010035

Hiện đang là học viên lớp CH-2AT chuyên ngành Thủy văn học thuộc Khoa Khí tượng Thủy văn – Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Với luận văn: “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để thiết lập phương

pháp cảnh báo lũ quét thời gian thực cho khu vực miền núi tỉnh Thanh Hóa”

Tôi xin cam đoan: các nội dung, số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố dưới bất kỳ hình thức nào khác

LỜI CẢN ƠN

Để hoàn thành được luận văn này, em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới:

PGS.TS Lã Thanh Hà, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi Khí hậu, Thầy hướng dẫn khoa học cho luận văn của em, những điều đạt được trong luận văn này là những kiến thực vô cùng quý báu mà Thầy đã tận tình chỉ dẫn cho em trong suốt thời gian làm luận văn

Quý Thầy, Cô trong Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Đặc biệt là Thầy, Cô trong Khoa Khí tượng Thủy văn đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ

em trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp

Lãnh đạo, đồng nghiệp tại Đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Đồng Bằng Bắc

Bộ đã tạo điều kiện cho em trong quá trình tham gia và hoàn thành khóa học

Trong quá trình làm luận văn do giới hạn về thời gian cũng như hạn chế về nguồn số liệu nên không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, em rất mong nhận được

sự cảm thông và những ý kiến đóng góp quý báu của Thầy, Cô để em có thể hoàn thiện luận văn tốt nghiệp này

Xin trân trọng cảm ơn

Học viên

Nguyễn Công Trường

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢN ƠN ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH viii

THÔNG TIN LUẬN VĂN x

MỞ ĐẦU 1

1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của Luận văn 1

1.1 Cơ sở khoa học 1

1.2 Cơ sở thực tiễn 2

2 Mục tiêu của Luận văn 3

3 Xác định phạm vi nghiên cứu 3

4 Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu kỹ thuật 4

5 Nội dung nghiên cứu 5

6 Bố cục của Luận văn 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CẢNH BÁO LŨ QUÉT 7

I Nhận dạng lũ quét 7

1.1 Khái niệm về lũ quét 7

1.2 Phân biệt lũ thường và lũ quét 8

1.3 Phân loại lũ quét 9

1.3.1 Phân loại dựa vào nguyên nhân hình thành 9

1.3.2 Phân loại lũ quét theo tính chất của dòng chảy 10

1.3.3 Phân loại theo dạng và nguồn gốc phát sinh 11

1.3.4 Lũ ống – dạng lũ quét tổng hợp 12

II Tổng quan một số phương pháp cảnh báo và dự báo lũ quét 13

2.1 Khái niệm cảnh báo và dự báo lũ quét 13

2.2 Phân loại cảnh báo lũ quét 15

III Tổng quan các phương pháp cảnh báo lũ quét hiện có 17

3.1 Các phương pháp cảnh báo lũ quét trên thế giới 17

3.1.1 Nguyên tắc chung 17

3.1.2 Giới thiệu một số hệ thống cảnh báo lũ quét 19

3.2 Hệ thống cảnh báo lũ quét ở Việt Nam 29

3.2.1 Phương pháp cảnh báo đại thể 29

3.2.2 Phương pháp cảnh báo trên cơ sở thông tin về mưa 29

3.3 Phân tích lựa chọn phương pháp cảnh báo lũ quét 31

3.3.1 Nguyên tắc chung 31

3.3.2 Thiết kế hoạt động của hệ thống cảnh báo lũ quét ở lưu vực sông theo phương pháp ALERT (WMO) 33

3.3.2.1 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cảnh báo 33

3.3.2.2 Sơ đồ quản lý và điều hành hệ thống cảnh báo lũ quét 33

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ HIỆN TRẠNG LŨ QUÉT TẠI KHU VỰC 3 HUYỆN MƯỜNG LÁT, QUAN SƠN, QUAN HÓA TỈNH THANH HÓA 35

2.1 Đặc điểm tự nhiên 3 huyện Quan Hóa, Quan Sơn và Mường Lát tỉnh Thanh Hóa 35 2.1.1.Đặc điểm tự nhiên huyện Quan Hóa 35

2.1.1.1.Vị trí địa lý 35

2.1.1.2 Địa hình địa chất 36

2.1.1.3 Thủy văn tài nguyên nước 38

2.1.2 Đặc điểm tự nhiên huyện Quan Sơn 39

2.1.2.1.Vị trí địa lý 39

2.1.2.2 Địa hình, địa chất 40

2.1.2.3 Thủy văn và tài nguyên nước 41

2.1.3 Đặc điểm tự nhiên huyện Mường Lát 42

2.1.3.1 Vị trí địa lý 42

2.1.3.2 Địa hình, địa chất 43

2.1.3.3 Khí hậu, thời tiết 44

2.1.3.4 Thủy văn và tài nguyên nước 44

2.2 Tổng quan diễn biến lũ quét tại Thanh Hóa 45

2.2.1 Tình hình quan trắc và mạng lưới trạm trong khu vực nghiên cứu 45

2.2.2 Hiện trạng lũ quét trên địa bàn toàn tỉnh Thanh Hóa 46

2.2.2.1 Các hình thế gây mưa lũ ở Thanh Hóa: 46

2.2.2.2 Hiện trạng lũ quét trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa: 47

2.2.2.3 Nguyên nhân hình thành lũ quét ở vùng núi Thanh Hóa 48 2.2.3 Hiện trạng lũ quét và tình hình thiệt hại trên địa bàn 3 huyện Mường Lát, Quan

Sơn, Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa 50

2.2.3.1 Nguồn số liệu thu thập 50

2.2.3.2 Thống kê các trận lũ quét và thiệt hại trên địa bàn 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa 51

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP CẢNH BÁO LŨ QUÉT THỜI GIAN THỰC CHO KHU VỰC 3 HUYỆN MƯỜNG LÁT, QUAN SƠN, QUAN HÓA TỈNH THANH HÓA 52

3.1 Xác định ngưỡng gây lũ quét 52

3.1.1 Đặt vấn đề 52

3.1.2 Một số phương pháp xác định ngưỡng mưa 53

3.2 Xác định ngưỡng gây lũ quét cho khu vực nghiên cứu 54

3.2.1 Lựa chọn phương pháp 54

3.2.2 Cơ sở khoa học của phương pháp 54

3.2.3 Các bước thực hiện 56

3.2.4 Kết quả xác định ngưỡng mưa cho các trạm đo mưa 56

3.2.4.1 Lựa chọn trạm mưa điển hình cho lưu vực 56

3.2.4.2 Xây dựng biểu đồ mưa các trận mưa lớn nhất năm của 4 trạm đo mưa 57

3.2.4.3 Lập quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa lớn nhất thời đoạn trong các trận mưa lớn nhất năm cho 4 trạm đo mưa 63

3.2.4.4 Xây dựng đường tới hạn CL theo các cấp ngưỡng mưa để xác định mức báo động tương ứng cho mỗi trạm mưa 67

3.2.4.5 Xác định mức báo động cho 15 trạm đo mưa thuộc 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa 72

3 Lập phương án cảnh báo lũ quét cho 15 trạm đo mưa 79

3.3.1 Xác lập thời gian bắt đầu và kết thúc trận mưa 79

3.3.2 Xây dựng thuật toán cảnh báo 80

3.4 Xây dựng phần mềm điều hành cảnh báo lũ quét cho 15 vị trí đặt trạm đo mưa 82

3.4.1 Sơ đồ liên kết của phần mềm điều hành hệ thống cảnh báo lũ quét 82

3.4.2 Các phương án thiết lập hệ thống cảnh báo 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

thế giới

cảnh báo lũ quét thời gian thực

Hệ thống tích hợp quan trắc và cảnh báo lũ

Hệ thống dự báo lũ quét Châu Âu

quét

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Quan hệ thời đoạn mưa và ngưỡng gây lũ quét 53 Bảng 3.2: Quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa trận lớn nhất năm trạm Hồi Xuân 63 Bảng 3.3: Quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa trận lớn nhất năm trạm Bái Thượng 64 Bảng 3.4: Quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa trận lớn nhất năm trạm Yên Định 65 Bảng 3.5: Quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa trận lớn nhất năm trạm Lạc Sơn 66 Bảng 3.6: Tính toán hệ số thu phóng của 15 vị trí đo mưa theo trạm gốc Hồi Xuân (X1 ngày lớn nhất 135 mm) 75 Bảng 3.7: Tính toán quan hệ báo động các cấp cho 15 vị trí đo mưa thuộc 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa 76 Bảng 3.8: Số liệu mưa trạm Thành Sơn 81

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống cảnh báo và phòng tránh lũ quét 34

Hình 2.1 Bản đồ vị trí huyện Quan Hóa 35

Hình 2.2 Bản đồ địa 3D hình huyện Quan Hóa 36

Hình 2.3: Bản đồ mạng lưới sông ngòi huyện Quan Hóa 39

Hình 2.4:Bản đồ vị trí huyện Quan Sơn ……….40

Hình 2.5: Bản đồ địa hình 3D huyện Quan Sơn 41

Hình 2.6: Bản đồ mạng lưới sông ngòi huyện Quan Sơn……… 42

Hình 2.7:Bản đồ vị trí huyện Mường Lát 43

Hình 2.8: Bản đồ địa hình 3D huyện Mường Lát 43

Hình 2.9: Bản đồ mạng lưới sông ngòi huyện Mường Lát 45

Hình 2.10: Bản đồ hệ thống mạng lưới các trạm khí tượng trong khu vực nghiên cứu 46 Hình 2.11: Bản đồ hiện trạng lũ quét tỉnh Thanh Hóa 47

Hình 3.1: Biểu đồ quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạnvà cường độ mưa lớn nhất thời đoạn trong các trận mưa thực đo 55

Hình 3.2: Bản đồ vị trí các trạm Khí tượng dùng để tính toán ngoại suy ngưỡng mưa cho khu vực dự án 57

Hình 3.3: Các biểu đồ quá trình mưa lớn nhất năm (1986-2015) trạm Hồi Xuân 62

Hình 3.4: Biểu đồ quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa lớn nhất và đường CL trạm Hồi Xuân 68

Hình 3.5: Biểu đồ quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa lớn nhất và đường CL trạm Bái Thượng 68

Hình 3.6: Biểu đồ quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa lớn nhất và đường CL trạm Yên Định 69

Hình 3.7: Biểu đồ quan hệ lượng mưa tích lũy thời đoạn và cường độ mưa lớn nhất và đường CL trạm Lạc Sơn 69

ình 3.8: Biểu đồ trung bình cấp Báo động 1 từ 4 trạm Hồi Xuân, Bái Thượng, Yên Định, Lạc Sơn 71

Hình 3.9: Biểu đồ trung bình cấp Báo động 2 của 4 trạm Hồi Xuân, Bái Thượng, Yên Định, Lạc Sơn 71

Hình 3.10: Biểu đồ trung bình cấp Báo động 3 của 4 trạm Hồi Xuân, Bái Thượng, Yên Định, Lạc Sơn 72

Hình 3.11: Bản đồ đẳng trị mưa 1 ngày lớn nhất huyện Mường Lát 74 Hình 3.12: Bản đồ đẳng trị mưa 1 ngày lớn nhất huyện Quan Hóa 74 Hình 3.13: Bản đồ đẳng trị mưa 1 ngày lớn nhất huyện Quan Sơn 75 Hình 3.14:Biểu đồ quan hệ dự báo theo 3 cấp báo động tại 15 xã thuộc 3 huyện Mường Lát , Quan Sơn, Quan Hóa 79 Hình 3.15 : Nhận dạng một trận mưa cảnh báo lũ quét 80 Hình 3.16 : Sơ đồ liên kết phần mềm điều hành hệ thống cảnh báo lũ quét 83

THÔNG TIN LUẬN VĂN

Họ và tên học viên: Nguyễn Công Trường

Lớp : CH - 2AT Khóa: 2016 - 2018

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Lã Thanh Hà

Tên đề tài: “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để thiết lập phương pháp

cảnh báo lũ quét thời gian thực cho khu vực miền núi tỉnh Thanh Hóa”

Tóm tắt:

Việt Nam là một trong số những quốc gia nằm trong khu vực thường xuyên bị ảnh hưởng của các thiên tai như: Bão, lũ, lốc, nước dâng, úng, hạn, động đất, sạt lở đất, cháy rừng, trong đó đặc biệt là hiện tượng lũ quét Trong điều kiện biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra khá gay gắt thì vấn đề lũ quét ngày càng trở nên nguy hiểm, khốc liệt hơn Vì vậy, trong điều kiện hiện nay cần phải chọn một hệ thống cảnh báo lũ quét cho phù hợp với điều kiện từng vùng, từng khu vực

Luận văn trình bày được kết quả thiết lập phương pháp cảnh báo lũ quét thời gian thực cho 3 huyện miền núi phía tây tỉnh Thanh Hóa có nguy cơ lũ quét cao nhất, bao gồm 3 huyện: Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa Trong phương pháp cảnh báo lũ quét tác giả dùng phương pháp xác định ngưỡng mưa để làm tiêu chí cho cảnh báo, là thông

số chìa khóa để xác định thời điểm gây lũ quét Để xác định được ngưỡng mưa cho 15 trạm đo mưa thuộc 3 huyện, luận văn đã áp dụng phương pháp theo chỉ dẫn của Bộ Giao thông, Hạ tầng cơ sở của Nhật Bản trên cơ sở sử dụng số liệu mưa thực đo ở các trạm đo mưa tự ghi

Đồng thời, luận văn đã thiết lập được phần mềm điều hành hệ thống cảnh báo lũ quét theo thời gian thực nhằm phục vụ công tác phòng tránh lũ quét hàng năm theo các cấp báo động

MỞ ĐẦU

1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của Luận văn

1.1 Cơ sở khoa học

Hiện tượng lũ núi, lũ bùn - nước xảy ra cực nhanh, có sức tàn phá lớn thường gọi

là lũ quét, xảy ra trên quy mô toàn cầu, đặc biệt trong khoảng vài chục năm trở lại đây, đã gây ra những tổn thất nghiêm trọng về người, tài sản và hủy hoại môi trường sống

Hiện tượng lũ quét được coi là một thiên tai đặc thù có liên quan trực tiếp đến diễn biến chế độ Khí tượng Thủy văn tự nhiên kết hợp với điều kiện mặt đệm và tác động của con người Do mối quan hệ phức tạp này, thiên tai lũ quét không thể được ngăn ngừa một các triệt để mà chỉ có thể hạn chế thiệt hại đến mức thấp nhất kể cả biện pháp công tình và phi công trình Vì lý do như vậy, hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu để đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác hại của lũ quét Tuy nhiên ở các mức độ khác nhau, các phương pháp dự báo, cảnh báo lũ quét vẫn còn nhiều tồn tại, chưa đáp ứng được yêu cầu phòng tránh lũ quét, đặc biệt đối với khu vực miền núi, nơi còn thiếu các thông tin trợ giúp như mạng lưới thu thập

số liệu, mức độ chi tiết các điều kiện mặt đệm

Để việc thực thi mọi biện pháp phòng tránh lũ quét một cách có hiệu quả nhất, các nước đều rất chú trọng tới giải pháp phi công trình, trọng tâm là nhiệm vụ cảnh báo và dự báo Dự báo phải kịp thời, chính xác và phải phối hợp với các kế hoạch, chương trình để ra các thông tin dự báo, cảnh báo cho dân chúng, trong đó có cả hướng dẫn cho họ hiểu rõ phải làm gì, như thế nào khi biết các thông tin dự báo Ví dụ như phải lo phòng chống, tránh, sơ tán, ở những vùng bị lũ quét trực tiếp đe dọa

Công tác cảnh báo, dự báo phải được xem là biện pháp phi công trình quan trọng bậc nhất để quản lý khu vực, giảm thiệt hại

Phương pháp cảnh báo cần phải tức thời: Có thể áp dụng linh hoạt phương pháp Alert cho hình thức cảnh báo này Tin cảnh báo được thực hiện khi mưa và mực nước

đã xuất hiện với xu thế tăng về cường độ và thời gian kéo dài có khả năng xảy ra lũ quét Để thực hiện được cảnh báo này cần có các thiết bị đo được lưu trữ liên tục và tự động truyền số liệu diễn biến mưa đến người phát tin cảnh báo

Các thông tin cảnh báo lũ quét truyền đến trực tiếp cho người dân theo hình thức

nghe được, nhìn thấy được qua các phương tiện: loa, kẻng, đèn tín hiệu, đuốc, hoặc

truyền qua điện thoại hữu tuyến nếu có Trong trường hợp đối với các hộ dân ở vùng không nghe, nhìn thấy được thiết bị báo động thì có thể dùng phương tiện đơn giản (chạy bộ, ngựa, …) để thông báo

Trong luận văn này, học viên mong muốn xây dựng một phương pháp cảnh báo

lũ quét dựa trên việc bố trí thiết lập mạng lưới đo đạc các thông tin đầu vào kết hợp với các thông tin chi tiết về điều kiện địa hình, địa chất… để ra các bản tin cảnh báo theo thời gian thực ở một khu vực cụ thể

1.2 Cơ sở thực tiễn

Việt Nam là một trong số những quốc gia nằm trong khu vực thường xuyên bị ảnh hưởng của các thiên tai như: Bão, lũ, lốc, nước dâng, úng, hạn, động đất, sạt lở đất, cháy rừng, trong đó đặc biệt là hiện tượng lũ quét Trong điều kiện biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra khá gay gắt thì vấn đề lũ quét ngày càng trở nên nguy hiểm, khốc liệt hơn

Số liệu thống kê tình hình lũ quét trong tỉnh Thanh Hóa cho thấy, lũ quét là một hiện tượng Khí tượng Thuỷ văn nguy hiểm gây thiệt hại trước hết là tính mạng con người nên cần phải có các biện pháp giảm thiểu càng sớm càng tốt Trong khoảng chục năm trở lại đây, chu kỳ lặp lại (tái diễn) của lũ quét có xu hướng ngày càng ngắn, cường độ lũ tăng và xuất hiện nhiều vị trí mới, gây bất ngờ cho nhiều địa phương, khu vực, đặc biệt là các huyện miền núi của tỉnh Thanh Hóa

Mức độ thiệt hại về người do lũ quét gây ra 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

Chỉ tính trong vòng 10 năm gÇn ®©y ở các huyện miền núi tỉnh Thanh Hóa đã xảy

ra 3 trận lũ quét ảnh hưởng trực tiếp tới các vùng dân cư, làm chết 9 người, bị thương

5 người; 39 căn hộ bị trôi; 12 căn nhà bị ngập, hư hại nặng và các công trình giao thông thủy lợi, dân sinh kinh tế bị hư hỏng nặng Điển hình năm 2005, trên địa bàn các huyện miền núi Thanh Hóa đã xảy ra 2 trận lũ quét ở huyện Thường Xuân và Quan Hóa , làm chết 8 người, bị thương 1 người, làm sạt lở và ách tắc hàng chục km đường giao thông, cuốn trôi 17 ngôi nhà, 76 đập loại nhỏ, hàng trăm cột điện hàng chục ha đất canh tác bị mất vĩnh viễn Năm 2007 lũ quét xảy ra tại 6 xã ở huyện Bá Thước và Bát Mọt, Thường Xuân

Trước tình hình nguy cơ lũ quét có xu hướng tăng về độ lặp lại, tăng về diện và cường độ nguy hiểm, ngày 21 tháng 11 năm 2013 UBND Tỉnh Thanh Hóa đã ban hành Quyết định số 4110/QĐ –UBND: “Về việc ban hành Kế hoạch hành động thực hiện Nghị quyết số 24-NQ/TW ngày 3/6/2013, Hội nghị lần thứ 7 BCH Trung ương

Đảng khóa XI về chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu, tăng cường quản lý tài nguyên, bảo vệ môi trường”

Do vậy, trong điều kiện hiện nay ở Việt Nam nói chung và ở Thanh Hóa nói riêng cần phải chọn một hệ thống cảnh báo lũ quét cho phù hợp với điều kiện từng vùng, từng khu vực và căn cứ điều kiện kinh tế - kỹ thuật hiện có

Từ những lý do nêu trên, trong Luận văn đề xuất xây dựng một hệ thống cảnh báo lũ quét có tính khả thi cho các huyện miền núi tỉnh Thanh Hóa, trước mắt cho 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa là những khu vực có nguy cơ lũ quét cao nhất

2 Mục tiêu của Luận văn

Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn để thiết lập phương pháp cảnh báo lũ quét

có tính khả thi, hiệu quả cao giúp tạo môi trường sống an toàn hơn cũng như giảm thiểu thiệt hại do lũ quét gây ra tại 3 huyện miền núi phía tây tỉnh Thanh Hóa là Quan Sơn, Quan Hóa và Mường Lát

Phạm vi không gian nghiên cứu là 3 huyện miền núi phía tây tỉnh Thanh Hóa: Quan Sơn, Quan Hóa và Mường Lát

3 Xác định phạm vi nghiên cứu

Do nằm ở vị trí chịu ảnh hưởng của tính chất nhiệt đới ẩm gió mùa, nên diễn biến thời tiết ở Thanh Hóa rất phức tạp: Lũ lụt thường ở diện rộng, nắng lắm, mưa nhiều, giông, bão, áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) thường xuyên xảy ra, do đặc điểm địa lý chi phối, địa hình của tỉnh Thanh Hóa được hình thành 3 vùng rõ rệt (vùng miền núi; đồng bằng trung du và đồng bằng ven biển) Vùng miền núi có 11 huyện, trong đó (có 5 huyện biên giới) địa hình dốc, đồi núi cao xen giữa sông, suối, hồ đập tạo thành địa hình phức tạp, thời tiết khí hậu khắc nghiệt, thất thường; mùa khô kéo dài nên hạn hán thiếu nước, cháy rừng xảy ra nghiêm trọng, thời kỳ mùa lũ lớn thường ngắn nhưng bất ngờ, độ dốc lớn, lũ lên xuống rất nhanh, gây không ít khó khăn cho dự báo, cảnh báo

và triển khai các phương án ứng phó; đây cũng là khu vực hội tụ nhiều trận mưa lớn, đặc biệt lớn hàng năm

Theo số liệu điều tra chưa đầy đủ toàn tỉnh có 10/11 huyện miền núi, 47 xã, trên

38 điểm đã và có nguy cơ cao có thể xảy ra lũ quét, sạt lở đất với khoảng 1.849 hộ/7.845 khẩu đang sinh sống ở các khu vực trên, cụ thể như sau:

1) Huyện Mường Lát: Các xã Tam Chung (bản Poọng), Pù Nhi (bản Na Tao,

bản Cơm, khu vực suối Sâu), Trung Lý (khu vực suối Táo), Quang Chiểu (bản Xim và Đồn BP 489), Mường Chanh (bản Chai)

2) Huyện Quan Hoá: Các xã Hiền Kiệt (khu vực suối Khiết, bản Chiềng Hin,

Chiềng Căm, Poọng Nưa), Nam Tiến, Thiên Phủ, Phú Lệ, Thanh Sơn và xã Hiền Trung

3) Huyện Quan Sơn: Các xã Tam Thanh (bản Bôn),Tam Lư (Muống), Na Mèo

(bản Cha Khót và bản Son); Sơn Thuỷ (bản Chanh, Mùa Xuân và Xía Nọt); Mường Mìn (bản Yên); Trung Hạ

4) Huyện ThườngXuân: xã Bát Mọt (bản Cạn, Ruộng Chiềng, Phống và bản

Dưu); Luận Thành; Xuân Lệ; Xuân Chinh

5) Huyện Bá Thước: Các xã Vân Nho (Làng Nước), Thiết Kế (đập tràn Làng Cha),

Thành Lâm (Khu vực suối Lếch), Cỗ Lũng, Lũng Liên, Thành Long, Văn Công, Lũng Cao

6) Huyện Lang Chánh: Xã Yên Khương (Bản Yên Lập, Khon Từ Chiềng, Xáng

và bản Muỗng)

7) Huyện Ngọc Lặc: Các xã Thành Lập, Cao Ngọc, Ngọc Liên, Nguyệt Ấn và thị

trấn Ngọc Lặc

8) Huyện Cẩm Thủy: Các xã Cẩm Tú, Cẩm Quí và ngã ba thôn Án Đỗ xã Cẩm

Châu (do trục đường HCM làm hạn chế và thay đổi dòng chảy)

9) Huyện Thạch Thành: Các xã Thạch Quảng, Thạch Lâm

10) Huyện Như Xuân: Các xã Xuân Quỳ, Hóa Quỳ, Thanh Sơn, Thanh Xuân, Thanh Phong và Thanh Lâm

Trong khuôn khổ Luận văn này học viên sẽ trình bày chi tiết hiện trạng, diễn biến

về lũ quét và đề xuất giải pháp cảnh báo nguy cơ này tại 3 huyện Mường Lát, Quan

Sơn, Quan Hóa là khu vực có nguy cơ lũ quét cao nhất của tỉnh Thanh Hóa

4 Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu kỹ thuật

4.1 Phương pháp tiếp cận

1 Tiếp cận đa ngành

Lũ quét được nhìn nhận là một hiện tượng tự nhiên hình thành từ tổ hợp nguy hiểm nhất giữa 3 nhân tố chủ đạo: điều kiện KTTV, điều kiện địa hình - địa chất, lớp phủ thực vật Do vậy, việc phân tích hiện tượng lũ quét, đặc biệt là xác định tiêu chí xảy ra lũ quét là một sản phẩm tổng hợp của các khoa học đa ngành

2 Khảo sát thực địa chi tiết cho từng loại địa hình, lưu vực sông, suối

Địa hình khu vực có nguy cơ xảy ra lũ quét rất dốc (trên 30 độ), địa hình bị chia cắt mạnh mẽ thành những hẻm, vực sâu, độ dốc rất lớn Phạm vi bị lũ quét tác động là

những lưu vực nhỏ, chỉ 100 - 200 km2, thậm chí chỉ vài chục km2

Kết hợp sử dụng các tài liệu, số liệu được lưu trữ tại địa phương như bản đồ địa hình, địa chất, lớp phủ rừng để thiết lập bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét và ngưỡng mưa gây lũ quét

3 Kế thừa các nghiên cứu đã có

Hiện tại ở trong nước có một số công trình nghiên cứu về lũ quét Những kết quả nghiên cứu cả lũ quét và sạt lở nói trên rõ ràng là rất cần thiết và rất có ích, trước hết là đối với những quản lý tầm vĩ mô Về mặt khoa học, các công trình nghiên cứu là những khai phá rất quan trọng về mặt lý thuyết và phương pháp nghiên cứu về xác định nguyên nhân, mô tả diễn biến, đánh giá thiệt hại, thành lập bản đồ phân vùng lũ

quét ở nước ta Các công trình nghiên cứu trên được coi là các nghiên cứu tiền khả thi

của luận văn này

4.2 Nghiên cứu kỹ thuật

Trong Luận văn sẽ sử dụng các phương pháp chuyên đề như:

- Phương pháp điều tra thu thập số liệu quá khứ, gồm số liệu KTTV, số liệu địa hình, bình đồ

- Phương pháp khảo sát, đo đạc số liệu bổ sung: Dùng các thiết bị đo đạc hiện đại để khảo sát địa hình, đo đạc thu thập lượng mưa tự động có sử dụng sóng điện thoại di động

- Phương pháp phỏng vấn, chuyên gia

- Phương pháp phân tích, thống kê dùng để phân tích diễn biến quan hệ mưa –dòng chảy – lũ quét và xác định ngưỡng gây lũ quét

- Phương pháp tin học để áp dụng lập phần mềm điều hành hệ thống cảnh báo lũ quét

5 Nội dung nghiên cứu

5.1 Khái niệm cơ bản về nguyên nhân, diễn biến của hiện tượng lũ quét và công tác dự báo, cảnh báo

5.2 Phân tích lựa chọn hệ thống cảnh báo lũ quét phù hợp với khu vực nghiên cứu 5.3 Tổng quan điều kiện tự nhiên và hiện trạng lũ quét ở khu vực miền núi phía tây tỉnh Thanh Hóa

- Lựa chọn khu vực nghiên cứu chi tiết

- Đặc điểm địa hình, địa chất

- Đặc điểm khí tượng và phân bố mưa

- Đặc điểm chế độ Thủy văn

5.4 Phân tích nguyên nhân, diễn biến lũ quét và tình hình thiệt hại cho khu vực nghiên cứu

5.5 Nghiên cứu xây dựng mô hình cảnh báo lũ quét thời gian thực cho khu vực nghiên cứu

- Phân tích lựa chọn ngưỡng mưa gây lũ quét cho các xã thuộc 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa;

- Báo cáo kết quả ngưỡng mưa cho các vị trí đã xác định;

- Lập phương pháp cảnh báo lũ quét chi tiết cho các xã thuộc 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa;

- Xây dựng phần mềm điều hành hệ thống cảnh báo lũ quét chi tiết theo các cấp báo động cho các xã thuộc 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa;

5.6 Thiết lập Trung tâm thu nhận, xử lý và ra bản tin cảnh báo lũ quét cho các xã thuộc 3 huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa

5.7 Báo cáo hướng dẫn sử dụng phần mềm điều hành và đề xuất các phương án

ra quyết định cảnh báo lũ quét

6 Bố cục của Luận văn

Chương 1 Tổng quan về phương pháp cảnh báo lũ quét

Chương 2 Đặc điểm tự nhiên và hiện trạng lũ quét tại khu vực 3 huyện Mường Lát,

Quan Sơn, Quan Hóa tỉnh Thanh Hóa

Chương 3 Xây dựng phương pháp cảnh báo lũ quét thời gian thực cho khu vực 3

huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa tỉnh Thanh Hóa

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CẢNH BÁO LŨ QUẫT

I Nhận dạng lũ quột

1.1 Khỏi niệm về lũ quột

Lũ quột là một hiện tượng thiờn tai tự nhiờn nguy hiểm, cú nơi cú lỳc tới mức thảm họa, xảy ra hầu khắp cỏc lưu vực sụng suối miền nỳi trờn thế giới, đặc biệt là cỏc lưu vực nhiệt đới, cận nhiệt đới vựng nỳi phụ cận dóy Himalaya thuộc Ấn Độ, ở Trung Quốc, Pakistan, Thỏi Lan, Nepan, Inđụnờxia, Philippines, Malayxia, Nhật Bản, Hàn Quốc, Việt Nam, nơi cú mựa hố khụ núng, mưa rào lớn, mưa do bóo và xoỏy thuận nhiệt đới, giú mựa, đồng thời tại cỏc lưu vực bị khai thỏc mạnh mẽ do hoạt động kinh

tế - xó hội của con người

Do lũ quột mang tớnh địa phương, khỏi niệm về lũ quột trờn thế giới cho đến nay vẫn chưa thống nhất về một định nghĩa chung

Sau đõy xin dẫn quan điểm của một số tỏc giả trong và ngoài nước

1 Theo WMO [15] thỡ lũ quột (flash flood) thường xảy ra trờn diện hẹp và ngắn hạn, biểu đồ lũ nhọn, nước lũ bất thần xuất hiện và biến mất ở thượng nguồn, lờn xuống rất nhanh Sự khỏc nhau cơ bản với lũ thường là sự xuất hiện bất ngờ và khoảng thời gian rất ngắn từ hiện tượng nguyờn nhõn (causative event) đến lũ

2 Theo tài liệu [18] thỡ cỏc trận lũ quột xuất hiện là kết quả của sự tập trung nhanh chúng một lượng nước mưa dụng (rainstorm) ở một vựng đồi nỳi, tốc độ lũ và

sự đổ vỡ do lũ gõy nờn sự nguy hiểm của lũ

3 Theo Vụ Nhõn đạo – Liờn Hiệp Quốc DHA [1] thỡ lũ quột là lũ cú thời đoạn ngắn và lũ cao, khi cú bóo, mưa lớn tập trung nhanh sinh ra lũ trờn cỏc sườn dốc, súng

lũ cú thể truyền rất nhanh gõy ra những tàn phỏ bất ngờ và nghiờm trọng Do lũ hỡnh thành trong một thời gian ngắn nờn việc dự bỏo là rất khú khăn

4 Theo Ngụ Đỡnh Tuấn [12], lũ quột là loại lũ cú tốc độ rất lớn (quột), xảy ra bất ngờ (thường xuất hiện vào ban đờm; nơi xảy ra khi cú mưa lớn – lũ ống ) trờn một diện tớch nhỏ hay lớn, duy trỡ trong một thời gian ngắn hay dài (tựy từng trận mưa lũ), mang nhiều bựn cỏt, cú sức tàn phỏ lớn

5 Ló Thanh Hà [4], trờn cơ sở phõn tớch những ý kiến trờn, kết hợp với việc khảo

sỏt tớnh chất của cỏc trận lũ quột đó xảy ra ở Việt Nam trong khuụn khổ dự ỏn: "Điều

tra, khảo sỏt, phõn vựng và cảnh bỏo khả năng xuất hiện lũ quột ở miền nỳi Việt Nam, Giai đoạn 1- miền nỳi Bắc Bộ", đi đến khái niệm:

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) và truyền rất nhanh xuống hạ lưu gây ra những tàn phá bất ngờ và khủng khiếp ở khu vực sườn núi và dọc sông mà nó tràn qua

Như vậy khái niệm trên [4] đã đề cập đến:

- Chỉ rõ nguyên nhân hình thành lũ quét, do mưa với cường độ khác nhau làm sạt

lở đất trên các khu vực bề mặt núi dốc, cuốn theo bùn, đất, đá dọc sông, suối

- Lũ quét tương tự như lũ thường có 3 giai đoạn hình thành dòng chảy nhưng có tác hại tàn phá lớn do dòng chảy gây sạt lở (quét) bùn đá trên bề mặt dốc lưu vực và cuốn theo bùn đá xuống hạ lưu các sông, suối

1.2 Phân biệt lũ thường và lũ quét

Lũ thường là lũ hình thành theo quy luật mưa - dòng chảy trên nền mặt đệm ổn định Theo quy định chung, khi mực nước ở một vị trí nào đó vượt mức trung bình

nhiều năm thì quá trình lũ xuất hiện Lũ thường có thể gây ngập lụt ở một khu vực rộng lớn tùy theo lượng mưa và chủ yếu hay được nhắc tới ở khu vực hạ lưu vùng châu thổ các sông lớn

Đối với khu vực miền núi, rất khó phân biệt giữa lũ thường và lũ quét Khi lũ thường có tốc độ chảy tăng đột biến và dòng chảy bắt đầu kéo theo đất, đá, cây cối thì

có thể coi là sự bắt đầu một trận lũ quét

Lũ quét khác lũ thông thường cả về cơ chế hình thành, quá trình vận động lẫn hàm lượng vật rắn trong dòng chảy lũ với các đặc điểm sau:

- Đỉnh lũ quét thường cao hơn đỉnh lũ bão hoà do lũ quét lên xuống nhanh hơn

với thời gian chỉ bằng 1/2 hoặc bằng 1/3 lũ bão hoà

- Hệ số dòng chảy lũ quét thường cao hơn lũ bão hòa vì lũ quét sinh ra thường do hiện tượng vượt thấm Do đó lũ quét sinh ra ít bị tổn thất do thấm và hệ số dòng chảy

sẽ cao hơn

- Thời kỳ xuất hiện lũ quét ở Việt Nam: Lũ quét xảy ra thời gian dài trên phạm vi

toàn quốc vào các tháng mùa lũ (tháng V - XI ở Bắc bộ, VII – XII ở Trung bộ, Tây Nguyên) Cá biệt, có trường hợp lũ quét không xảy ra vào thời kỳ mùa lũ mà xảy ra do các nhiễu động thời tiết gây mưa lớn kèm theo dông ở các dạng địa hình đặc thù

- Thời điểm xuất hiện lũ quét: Khác với lũ thường, lũ quét xuất hiện rất phức tạp,

xảy ra bất ngờ khi hội tụ đủ yếu tố bất lợi như mưa, điều kiện địa hình, địa mạo, địa

chất và lớp phủ Thời điểm bắt đầu xuất hiện lũ quét tại một vị trí thường được xác

định qua ngưỡng cường độ mưa (là nhân tố tác động trực tiếp) và thay đổi liên tục qua

các trận mưa do điều kiện giữ độ ẩm của đất

- Lũ quét thường xảy ra bất ngờ vào ban đêm và ác liệt, sức tàn phá cực lớn nên không kịp và rất khó triển khai các biện pháp phòng tránh phù hợp

Do các đặc điểm trên, muốn nhận biết trận lũ đó có phải là trận lũ quét hay

không, cần phải chú ý các biểu hiện có thể quan sát được như dưới đây:

- Thời gian lũ lên cực nhanh;

- Đỉnh lũ cao hơn đỉnh lũ bình thường trong cùng điều kiện (lượng mưa tương đương nhau);

- Hàm lượng phù sa lớn hơn bình thường, kéo theo nhiều vật chất rắn;

- Dòng lũ chảy phát ra tiếng động lớn do mang theo đất, đá, cây cối,

1.3 Phân loại lũ quét

Cũng tương tự như khái niệm về lũ quét, việc nhận dạng lũ quét cũng có nhiều ý kiến khác nhau Có thể nêu một số ý kiến được nhắc đến trong các tài liệu tham khảo

1.3.1 Phân loại dựa vào nguyên nhân hình thành

Theo [2,3], lũ quét được phân thành 4 loại sau đây:

- Lũ quét xảy ra do mưa lớn, tập trung rơi trên lưu vực mà điều kiện tự nhiên hầu như vẫn được giữ nguyên Đây thường là những trận lũ quét đã xảy ra cách đây nhiều năm, trên lưu vực nhỏ miền núi, hẻo lánh nên thiệt hại trực tiếp về người và của thường rất ít vì dân thưa thớt, kinh tế kém phát triển Những dấu tích tàn phá môi trường để lại những vết trượt lở có khi cả mảng núi lớn, những bãi bồi lấp rộng hàng chục hecta

- Lũ quét gây ra do mưa lớn, tập trung trên các lưu vực, mà ở đó hoạt động của con người mạnh mẽ, phá vỡ cân bằng sinh thái, làm biến đổi lớp phủ, mặt đệm chế độ dòng chảy (thấm ít, dòng chảy mặt là chủ yếu) thay đổi khả năng trữ nước của đất, đất

dễ bị xói mòn sụt lở Đây là loại phổ biến đáng quan tâm nhất hiện nay

- Phá rừng, khai thác gỗ, củi thiếu quy hoạch, không dọn sạch trước khi lũ xảy ra, cũng làm tăng mức độ nguy hiểm của lũ Gỗ, củi, cây cối cùng với đá sỏi, đất, cát, rác

bị lũ cuốn trôi có thể tạo thành berie ngăn nước tạm, sau bị đổ vỡ tràn xuống, sức tàn phá của lũ tăng gấp bội Trận lũ quét xảy ra ngày 26 tháng 5 năm 1989 trên sông Ngàn Phố là một trường hợp tương tự Sau khi lũ xảy ra, một số vùng quanh thị trấn Phố

Châu, huyện Hương Sơn bị gỗ và cây cối phủ kín

- Tác động của công trình như xây cầu, cống qua sông suối, xây dựng các công trình ven sông suối không được quy hoạch và tính toán thiết kế đầy đủ, không lường hết khả năng xảy ra của lũ quét đã làm tắc nghẽn lòng dẫn, nước lũ thoát đi khó khăn, tạo nên các điểm tích năng, đến một lúc nào đó, nước lũ cuốn trôi cả cầu cống, phá huỷ các công trình cản dòng chảy lũ, gây thiệt hại rất lớn

Ở nước ta, ngoài việc xây dựng cầu cống qua sông suối, các công trình xây dựng ven sông suối, các đập, phai ngăn sông suối lấy nước ở vùng thượng lưu cũng là những barie cản lũ, dễ đổ vỡ khi lũ đến, tăng thêm tính khốc liệt của lũ quét

Vỡ đập chắn nước gây nên một loại lũ quét khốc liệt nhất mà vai trò của con người trong đó là rất quan trọng Ảnh hưởng tổng hợp của quá trình tập hợp tài liệu, tính toán, thiết kế, xây dựng và những hoạt động đa dạng, ở nhiều mức độ trên lưu vực phía thượng lưu, những thay đổi điều kiện khí hậu, thời tiết trên phạm vi toàn cầu đều

có thể tham gia vào việc hình thành lũ quét do vỡ đập

1.3.2 Phân loại lũ quét theo tính chất của dòng chảy

theo các thuật ngữ Anh:

- Sweeping flood, flash flood: Loại lũ quét xảy ra với tốc độ lớn và ngắn, quét đi mọi chướng ngại trên đường nó đi qua

- Mudflow: Loại lũ bùn đá có mang nhiều bùn, đá trong dòng lũ

- Debris flood: Loại lũ mang nhiều rác, cành cây, cuội sỏi

Các dạng lũ quét thường gây thiệt hại ở nước ta là lũ kèm theo bùn đá Lũ bùn đá là một dạng đặc biệt của lũ quét, có sức tàn phá huỷ diệt ghê gớm

1.3.3 Phân loại theo dạng và nguồn gốc phát sinh

Tổng hợp theo 2 dạng phân loại trên đây và căn cứ vào phân tích đặc điểm của các trận lũ quét ở Việt Nam từ năm 1953 đến nay, lũ quét có 2 dạng cơ bản sau:

1)Lũ quét sườn dốc: Lũ hình thành do mưa lớn trên bề mặt sườn dốc và xuất hiện

dòng chảy mặt trong 2 trường hợp:

• Khi đất đã bão hòa thấm và

• Trận mưa có cường độ không

lớn nhưng kéo dài nhiều ngày làm tăng độ ẩm đất Khi lượng ẩm trong đất đã đạt đến mức bão hòa kết hợp với các điều kiện bất lợi khác như độ dốc, thảm phủ, sẽ gây sạt

lở đất tạo thành dòng chảy bùn đá trên sườn dốc

Lũ sườn dốc có tính cục bộ cho một khu vực nhỏ, thường xuất hiện ở đầu nguồn các suối, khe và gây tác hại trên sườn dốc và vùng thấp liền kề (như thung lũng) và không tham gia gây lũ lớn trên mạng lưới sông Sức phá hoại của loại lũ này cực lớn, diễn ra cực nhanh do dòng bùn đá đổ trực tiếp trên sườn dốc xuống thung lũng, nơi thường có dân cư sinh sống (như trận lũ quét kinh hoàng ngày 9/8/2008 tại xã Trịnh Tường, huyện Bát Xát, Lào Cai đã vùi lấp cả một làng, làm chết 22 người, trận lũ quét

ở xã Du Già, Du Tiến, Yên Minh, Hà Giang ngày 18/7/2004 cũng do mưa đặc biệt lớn

đã làm sạt lở sườn núi tạo thành dòng bùn đá làm vùi lập cả một làng dưới chân núi)

2)Lũ quét dòng:Cũng tương tự như lũ sườn dốc về nguyên nhân hình thành, nhưng lũ

quét dòng hình thành do mưa lớn trên diện rộng toàn lưu vực sông gây lũ lớn, đặc biệt

lớn trên sông, suối chính ( hoặc do nhiều lũ quét sườn dốc xảy ra cùng thời điểm hoặc

trước đó), làm ngập và quét tất cả làng mạc, công trình,… dọc hai bên bờ xuống hạ lưu Điển hình cho loại lũ quét này là trận lũ trên sông Ngòi Lao ngày 27-28/9/2005 thuộc các tỉnh Yên Bái, Phú Thọ Do ảnh hưởng mưa lớn của các cơn bão số 6 và 7, lũ

đã hình thành trên các các khu vực thượng nguồn và tập trung nhanh gây lũ lớn kéo theo bùn cát trên dòng chính sông Ngòi Lao Trên đường đi khi đến thượng lưu đập Ba

Một dạng của lũ quét sườn dốc

Khe do lưu lượng dòng lũ bị chắn Dòng

chảy lũ bị tràn bờ đã quét gần một nửa

khu dân cư ở thị tứ Ba Khe, xã Cát Thịnh,

huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái và tiếp tục

quét thêm một số nhà cửa dọc sông Ngòi

Lao thuộc địa phận các huyện Yên Lập,

Hạ Hòa, tỉnh Phú Thọ Chỉ đến khi ra

vùng cửa sông gặp dòng chính sông Hồng,

dòng lũ mới bớt tính hung dữ của nó

1.3.4 Lũ ống – dạng lũ quét tổng hợp

Hiện nay trên các phương tiện thông tin đại chúng (Đài Phát thanh, Truyền hình, báo viết và báo mạng, ) rất phổ biến các thông tin thiên tai về “lũ ống” Tuy nhiên, khái niệm về loại lũ quét này không có trong các tài liệu tham khảo cả trong và ngoài nước Vậy lũ ống là gì và có xuất hiện ở Việt Nam hay không?

Qua các đợt khảo sát, phỏng vấn các nhà quản lý và cộng đồng dân cư ở các vùng

có lũ quét tại một số khu vực, có thể tìm hiểu thêm cách nhận dạng và hiểu về dạng lũ quét này như sau:

Do địa hình trên bề mặt trái đất không bằng phẳng, ở miền núi có nhiều dãy đồi núi đan xen và kéo dài; giữa chúng là các thung lũng gắn liền với các khe suối, sông nhỏ Tại những vị trí khe suối, sông nhỏ chảy qua 2 bên sườn đồi núi thung lũng bị khép lại làm cho đường tiêu thoát nước bị hẹp dần và co thắt ở 1 điểm, đó là nơi thường sinh ra lũ ống Khi mưa ở thượng nguồn lớn, nước đổ về nhiều; điểm co thắt không tiêu nước kịp làm cho nước dâng nhanh ở phía trên và tạo dòng chảy xiết ở phía dưới eo co thắt sẽ sinh ra một dòng chảy lũ có tốc độ cực mạnh được gọi là “lũ ống”

Lũ ống là loại lũ thường xảy ra trên các lưu vực nhỏ, miền núi, nơi có địa hình khép kín bởi các dãy núi cao bao quanh và chỉ thông với bên ngoài bằng các hang, khe hoặc suối nhỏ hẹp có bờ dựng đứng (dạng ống) Khi có mưa lớn nước tập trung nhanh

về thung lũng làm nước dâng cao gây ngập lụt vùng thung lũng và lũ lớn tại các cửa hang, khe, suối nhỏ hẹp và chuyển động nhanh chóng về hạ lưu

Lũ ống cũng có thể xảy ra ở nhưng khu vực núi đá vôi, thường có các hang động,

hồ chứa ngầm được thông với bên ngoài bằng những cửa hang, khe núi nhỏ hẹp Khi

có mưa lớn, nước tập trung nhanh về phía các hồ, động ngầm làm nước dâng cao, có

Lũ quét dòng

áp lực lớn gây ra lũ ống tại các cửa ra

Như vậy, theo cách phân loại lũ quét, lũ ống cũng thuộc loại lũ quét nghẽn dòng

Lũ ống gây ngập lụt vùng thung lũng, đặc biệt có sức tàn phá rất lớn khu vực phía dưới cửa ra, quét mọi thứ gặp phải trên đường đi

II Tổng quan một số phương pháp cảnh báo và dự báo lũ quét

2.1 Khái niệm cảnh báo và dự báo lũ quét

Ở hầu hết các nước, cảnh báo và dự báo lũ quét được xem như một biện pháp

đặc biệt, rất quan trọng trong số các biện pháp phi công trình phòng tránh lũ quét

Cảnh báo lũ quét là sự báo trước khả năng lũ quét có thể xảy ra trong thời gian

sắp tới ở một vị trí nào đó hoặc nói chung xảy ra trên lưu vực mà không chú ý tới những đặc trưng (trị số) định lượng (lưu lượng, mực nước, diện ngập do lũ tràn qua) của trận lũ sẽ xảy ra Cảnh báo lũ thực chất đơn giản hơn dự báo lũ về nội dung, nhưng việc cảnh báo thường cho phép báo trước dài hơn

Để việc thực thi mọi biện pháp phòng tránh lũ quét một cách có hiệu quả nhất, các quốc gia đều rất chú trọng tới cảnh báo và dự báo Dự báo phải kịp thời, chính xác

và phải phối hợp với các kế hoạch, chương trình thông báo các thông tin dự báo, cảnh báo cho dân chúng, trong đó có cả hướng dẫn cho họ hiểu rõ phải làm gì, như thế nào khi biết các thông tin dự báo: Chẳng hạn phải lo phòng chống, tránh, sơ tán, ở những vùng bị lũ quét trực tiếp đe dọa, công tác cảnh báo, dự báo phải được xem là biện pháp phi công trình quan trọng bậc nhất để quản lý khu vực, giảm thiệt hại

Ý nghĩa to lớn của cảnh báo, dự báo lũ đối với khu vực bị lũ đe dọa thể hiện ở hai mặt, trực tiếp và gián tiếp: Trực tiếp tránh thiệt hại về người và tài sản và gián tiếp giảm tối thiểu sự tổn hại kinh tế và xã hội Hiệu quả trực tiếp của cảnh báo và dự báo

lũ quét có thể đạt được ở nơi có thể thực thi các hoạt động cứu người, giảm thiệt hại do

lũ quét (gồm cứu sống, sơ tán người và tài sản của họ, duy tu các công trình như đê, điều hành hồ cắt lũ, giảm lũ, trữ lũ, chậm lũ, dựa trên thông tin dự báo) Nhìn chung

ở các nước, hiệu quả của công tác cảnh báo lũ quét có thể thấy rất rõ ở các trung tâm dân cư, kinh tế vùng bị lũ quét đe dọa

Dự báo lũ quét cũng như dự báo mưa - lũ nói chung là ước tính trước mưa, mực

nước, lưu lượng, thời gian xảy ra, khoảng thời gian lũ tồn tại, đỉnh lũ và thời gian xảy

ra đỉnh lũ ở những vị trí cụ thể trên sông Dự báo thường chỉ có thời gian dự kiến ngắn, đặc biệt là đối với lũ quét, chỉ ở điều kiện thông tin đặc biệt tốt, điều kiện lưu

vực lớn ở mức nhất định mới cho phép dự báo được trước 3-6h, thậm chí 1-2h Tất nhiên, trong dự báo lũ quét, nhiều nước còn quan tâm đến thành phần dòng chảy rắn, trạng thái bề mặt trên lưu vực trong quá trình lũ quét tràn qua

Khác với quy luật hình thành lũ sông (lũ thường), lũ quét được hình thành do tổ

hợp vừa mang tính tất nhiên, vừa mang tính ngẫu nhiên của nhiều nhân tố (mưa, địa hình, địa chất, và tác động của con người) tác động tại cùng một thời điểm nên công tác

dự báo lũ quét vẫn còn là vấn đề nan giải cho các nhà khoa học trong và ngoài nước Có

thể nói, cho đến nay chưa có một công trình nghiên cứu nào trên thế giới và ở nước ta

công bố đã dự báo chính xác lũ quét

Như trên đã nói, cảnh báo và dự báo lũ quét trên thực tế là vấn đề rất khó

khăn Ở mỗi nước, tùy theo điều kiện kỹ thuật và tình trạng cụ thể của lưu vực có lũ

quét, có thể giải quyết những vấn đề rất khác nhau Nhìn chung đều nhằm kéo dài thời gian dự kiến của cảnh báo và dự báo, nâng cao độ chính xác của dự báo Mặc dù vậy, việc ứng dụng những mô hình phổ biến trong dự báo, các phương pháp thường dùng trong cảnh báo lũ nói chung để cảnh báo, dự báo lũ quét nói riêng cũng cho phép cung cấp những thông tin quan trọng cho phòng tránh, trước hết là sơ tán, cứu trợ, tổ chức chống lũ, giúp ích lớn trong giảm nhẹ thiệt hại về kinh tế, xã hội

Với tình trạng kỹ thuật hiện nay, nhìn chung, các hệ thống cảnh báo, dự báo lũ quét ở các nước thường có mức đảm bảo thấp, ít khi đạt đến 80%, thường chỉ khoảng 60% trên cơ sở các thông tin về dự báo mưa, hình thế thời tiết gây mưa, tình trạng lưu vực Hiệu quả của dự báo, cảnh báo lũ quét phụ thuộc trước hết vào mức đảm bảo của

nó và việc sử dụng chính các thông tin cảnh báo, dự báo trong phòng tránh,trong đó có các yếu tố:

- Hiệu quả của thời hạn cảnh báo đối với nhân dân vùng bị lũ quét đe dọa để thực thi các biện pháp phòng tránh, sơ tán

- Trình độ nhận thức của nhân dân về các thông tin cảnh báo và chỉ dẫn về lũ để

từ đó có hành động phòng tránh phù hợp

- Mức đảm bảo tin cậy của cảnh báo (cả thời hạn xảy ra và trị số) do cơ quan cảnh báo cung cấp

Cũng cần lưu ý rằng, lũ quét là một thiên tai đặc biệt trên lưu vực, xảy ra bất ngờ

về thời gian và không gian với độ lặp lại rất khác nhau Trong nhiều trường hợp lũ quét có kèm theo sạt lở, trượt lở đất liên quan đến điều kiện địa chất mang tính đặc thù của một khu vực Do vậy, kinh nghiệm cảnh báo, dự báo lũ quét thường vừa ít, vừa

thiếu và việc cảnh báo, dự báo lũ thường (lũ sông) không thể áp dụng một cách tương

tự trong cảnh báo, dự báo lũ quét Độ chính xác, tin cậy của cảnh báo, dự báo lũ quét còn phụ thuộc vào dạng lũ sẽ xảy ra, điều kiện chi tiết của địa hình, trình độ phát triển

kỹ thuật của cơ quan dự báo, bao gồm mạng quan trắc, thông tin và xử lý thông tin, chất lượng thông tin, trình độ của cán bộ làm dự báo, cảnh báo

2.2 Phân loại cảnh báo lũ quét

Có thể chia công tác cảnh báo lũ quét làm hai loại: Cảnh báo theo không gian và

cảnh báo theo thời gian thực (real time)

a) Cảnh báo lũ quét theo không gian – cảnh báo quy hoạch

Khái niệm cảnh báo lũ quét theo không gian được coi là khái niệm mới là phương

thức cảnh báo khả năng xuất hiện lũ quét trên bề mặt đất trên cơ sở phân tích các yếu

tố nền gây ra hiện tượng lũ quét Các yếu tố nền được chọn tùy theo đặc điểm tự nhiên

từng khu vực, trong đó có yếu tố trội là thứ yếu Kết quả của phương thức này là xây

dựng được bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét cho một khu vực hay một lưu vực sông

nào đó được chọn

Cần nhắc lại, đây là bản đồ phân vùng nguy cơ xuất hiện lũ quét được lập dựa trên tổ hợp các nhân tố tự nhiên có ảnh hưởng nhiều nhất đến hình thành lũ quét và phụ thuộc vào từng khu vực cụ thể Do vậy bản đồ này là bản đồ nền và không phải là bản đồ cảnh báo thời gian thực cho các trận lũ quét xảy ra trong tương lai Để phục vụ cho công tác cảnh báo lũ quét hàng năm cần phối hợp với các thông tin cảnh báo, dự báo diễn biến mưa và xếp chồng các thông tin đó lên bản đồ nền để trợ giúp công tác cảnh báo khả năng lũ quét cho từng khu vực

Phương pháp lập bản đồ nguy cơ lũ quét được mô tả ở phần tiếp theo của chương này

Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét có tác dụng:

1 Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét cho biết trước vùng có khả năng xuất hiện

lũ quét tại bất kỳ điểm nào trong lưu vực sông Điều này rất cần thiết cho các nhà quản

lý khi quyết định xử lý tình huống khẩn cấp trong sơ tán dân cư

2 Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét là công cụ tạo cơ sở lựa chọn và phối hợp

các biện pháp phòng tránh lũ quét Như đã biết, quy hoạch phòng tránh lũ quét bao

gồm nhiều biện pháp như đê bao, kè, hồ, đường thoát nước đến các biện pháp phi công trình như quy hoạch quản lý sử dụng đất và quy chế xây dựng trong khu vực có nguy cơ lũ quét, lũ lụt

3 Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét là công cụ để thực hiện phân vùng quản lý

sử dụng đất trong khu vực có nguy cơ lũ quét Không phân vùng sử dụng đất cho khu

vực dân cư, xây dựng công trình và các hoạt động kinh tế - xã hội khác trong vùng có nguy cơ lũ quét Do vậy, trong trường hợp này, bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét có

thể được gọi là bản đồ cảnh báo quy hoạch

4 Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét là công cụ giúp nghiên cứu biện pháp

phòng lũ quét và ngập lụt trong xây dựng cơ bản Khi bắt buộc phải chấp nhận việc

xây dựng công trình trong vùng có nguy cơ lũ quét và ngập úng thì ngoài biện pháp công trình cần có các giải pháp kỹ thuật nhằm tăng cường sức chịu đựng của công trình đối với lũ quét Trong trường hợp như vậy các tính chất của dòng lũ quét, tốc độ dòng chảy và cả lượng cát bùn là những thông tin rất cần thiết để xác định các giải

pháp kỹ thuật tăng cường nói trên

5 Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét là tài liệu cơ bản để thiết kế các công trình

khống chế lũ quét và ngập úng Việc thiết kế các công trình khống chế, ngăn ngừa lũ

quét và ngập như hồ chứa, tường bao, chắn dòng phải dựa vào nhiều tài liệu điều tra khảo sát các trận lũ quét đã xảy ra, các kết quả nghiên cứu, tính toán thuỷ văn, thuỷ lực trong đó bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét là tài liệu không thể thiếu

Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét không phải là bản đồ cảnh báo lũ quét thời

gian thực mà chỉ bản đồ tạo nền cho công tác cảnh báo lũ quét Người sử dụng căn

cứ vào thông tin dự báo hay cảnh báo mưa lớn theo không gian để tích hợp thông tin lên bản đồ nền đã có để có thể cảnh báo khả năng xuất hiện lũ quét

Cụ thể: Nếu khu vực có dự báo, cảnh báo mưa lớn rơi trùng với khu vực có nguy

cơ rất cao thì khả năng xuất hiện lũ quét ở đó rất dễ xảy ra cần có biện pháp đối phó

thích ứng Trong trường hợp này bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét trở thành bản đồ

phân vùng cảnh báo lũ quét thời gian thực

b) Cảnh báo lũ quét theo thời gian thực

Tương tự như khái niệm dự báo hạn ngắn thường dùng trong dự báo thủy văn,

cảnh báo lũ quét theo thời gian thực là thông báo khả năng xuất hiện lũ quét theo thời

gian ở một địa điểm cụ thể nào đó trong lưu vực sông trên cơ sở dự báo các thông tin (đầu vào) ảnh hưởng trực tiếp để hình thành lũ quét

Có thể thấy 3 loại cảnh báo sau:

- Thứ nhất: Đơn giản nhất, cảnh báo lũ quét khi thấy có mưa cường độ lớn trên lưu vực nhỏ, thời gian tập trung nước rất ngắn bằng các thủ thuật dự báo lũ thông thường

- Thứ hai: Cảnh báo khi thấy mưa lớn, kéo dài bao trùm thượng nguồn lưu vực

Để cảnh báo cần có các thông tin về mưa trên lưu vực

- Thứ ba: Sử dụng hệ thống trạm đo mưa thời đoạn ngắn và truyền dữ liệu thực

đo qua các phương tiện hữu tuyến hoặc vô tuyến về trung tâm xử lý, tính toán và ra bản tin cảnh báo theo các cấp báo động theo ngưỡng mưa xuất hiện của quá trình mưa Thông thường, bên cạnh hệ thống cảnh báo lũ quét là hệ thống báo động lũ quét

Hệ thống này bao gồm: các trạm trên sông để theo dõi dòng chảy, trạm trung chuyển

và trạm báo động Trạm trên sông sẽ phát báo động khi mực nước đạt mức nguy hiểm, trạm chung chuyển dùng để truyền các tín hiệu theo mạng vô tuyến hoặc hữu tuyến đến trạm phát báo động; như ở Mỹ, thường đặt ở đồn Cảnh sát hoặc nơi có thể thông báo cho cộng đồng Lũ quét có thể được cảnh báo ngay từ khi có thông tin sẽ xảy ra mưa lớn nhờ xử lý thông tin trên rađa thời tiết Ở một số nước, tin về lũ quét đã xảy ra

ở thượng nguồn được truyền cho hạ lưu theo đường điện thoại lũ quét năm

1981-1982 ở Yemen đã được cảnh báo bằng cách này

Trong phần tiếp theo sẽ giới thiệu chi tiết hơn về loại cảnh báo này

III Tổng quan các phương pháp cảnh báo lũ quét hiện có

3.1 Các phương pháp cảnh báo lũ quét trên thế giới

3.1.1 Nguyên tắc chung

Các mô hình, phương pháp dùng trong cảnh báo lũ quét nói chung thường ít thích hợp để dự báo, cảnh báo lũ quét do đòi hỏi phải đáp ứng thời gian dự kiến Tuy nhiên, bài toán cảnh báo lũ quét hạn ngắn khác nhau ở những nơi khác nhau Các hoạt động thông báo xuất hiện lũ quét gồm;

- Thu thập số liệu (cả Khí tượng Thuỷ văn và tình trạng lưu vực);

- Truyền số liệu;

- Dự báo Khí tượng (các hình thế thời tiết, hoạt động của nó, mưa);

- Mô hình, phương án dự báo;

- Chuẩn bị cảnh báo;

- Truyền, phổ biến tin cảnh báo;

- Nhận tin cảnh báo và thực thi các hoạt động phòng tránh;

- Liên hệ ngược để điều chỉnh, chính xác hoá cảnh báo

WMO (World Meteorology Organisation) đã khuyến cáo thành lập các hệ thống

cảnh báo lũ quét ALERT và đã thành công ở Mỹ và một số nước khác

Từ năm 1980 đến 1990, WMO đã thực thi hơn chục 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, với tổng số vốn đầu tư trên 10 triệu USD Trong các dự án này đã chú trọng xây dựng các hệ thống cảnh báo, dự báo lũ quét với mạng lưới trạm đo đạc từ xa,

ra đa đo mưa và các phần mềm cảnh báo, dự báo

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

1) Máy đo mưa và đo mực nước tự động;

2) Thiết bị thu thập số liệu tự động;

3) Kỹ thuật tính toán phân tích số liệu,

4) Truyền và phát bản tin

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 ở 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

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, trong đó việc xác định ngưỡng mưa để cảnh báo giữ vai trò có tính quyết định

Hiện nay, công tác cảnh báo lũ quét dựa trên xác định ngưỡng mưa theo 2 phương pháp:

1) Ngưỡng mưa gây lũ quét trên cơ sở phương pháp lượng mưa hoạt động được

xác định trên đường tới hạn (đã trình bày trên);

2) Ngưỡng mưa sinh lũ quét FFG (Flash Flood Guidance) và xác định ngưỡng dòng chảy tràn bờ (Q bankfull) cũng là hướng nghiên cứu phổ biến trong cảnh báo lũ quét 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

3.1.2 Giới thiệu một số hệ thống cảnh báo lũ quét

Subsystems )

LFWS, trong đó có hệ thống thủ công, tự động (ALERT, IFLOWS), và hệ thống báo động LFWS có thể được chia thành hai loại cơ bản dựa trên dữ liệu đo được thu thập, đó là; hoặc thủ công (Manual LFWS) hoặc tự động (ALFWS) Trong cả hai trường hợp, mục tiêu là như nhau: phát hiện lượng mưa vượt quá ngưỡng với thời gian hợp lý và chuẩn bị trước để giảm thiểu những ảnh hưởng của trận lũ quét tiếp theo Xác định các loại LFWS hiệu quả nhất cho cộng đồng là một vấn đề phức tạp Các loại

hệ thống được sử dụng sẽ phụ thuộc vào sự quen thuộc và phù hợp của các tổ chức cộng đồng với các loại công nghệ Có lẽ sự tự tin của họ trong bài thuyết trình của nhà cung cấp hoặc trong khuyến nghị bởi cộng đồng xung quanh rằng có một LFWS thành công sẽ có đủ thông tin để lựa chọn một hệ thống Khá thường xuyên, mặc dù các tổ chức không biết họ có nhiều lựa chọn

Những điểm quan trọng cần nhớ về Hệ thống cảnh báo lũ lụt địa phương (LFWS):

- LFWS bằng tay và tự động có cùng một mục tiêu: phát hiện lượng mưa vượt quá ngưỡng với thời gian dẫn đầy đủ và chuẩn bị trước để giảm thiểu những ảnh hưởng của trận lũ quét tiếp theo thông qua các cảnh báo kịp thời

- Hướng dẫn sử dụng hệ thống tự hỗ trợ (bao gồm một hệ thống thu thập dữ liệu địa phương, dự báo viên cộng đồng, trình tự dự báo lũ, mạng lưới thông tin liên lạc để phân phối các cảnh báo và một kế hoạch phản ứng) có chi phí thấp và đơn giản để hoạt động mà có thể có trong thời gian ngắn nhất cần thiết

- Một hệ thống báo động lũ quét bao gồm một cảm biến mực nước (s) kết nối với một thiết bị báo động âm thanh hoặc nhìn thấy được nằm ở một cơ quan cộng đồng với

các hoạt động phục vụ 24 giờ

- Một LFWS tự động (hệ thống báo động lũ quét, ALERT (Automated Local Evaluation in Real Time), hoặc IFLOWS) có thể có cấu hình độc lập hoặc một cấu hình mạng và có thể bao gồm các thiết bị sau: máy ghi mực nước và lượng mưa tự động, hệ thống thông tin liên lạc, thu thập và xử lý dữ liệu tự động, một bộ vi xử lý (trạm gốc), phân tích và dự báo phần mềm

- Hệ thống tích hợp quan trắc và cảnh báo lũ IFLOWS (Integrated Flood Observing and Warning System) là một mạng diện rộng của hệ thống ALERT- type với khả năng thông tin liên lạc tăng cường, đầy đủ, hai chiều (thoại, dữ liệu và văn bản)

Cục Khí tượng Bureau (The Bureau of Meteorology - BoM) vận hành hệ thống

dự báo và cảnh báo lũ theo thời gian thực Dự báo được cung cấp cho các khu vực chính thông qua các trung tâm cảnh báo lũ (FWC) tại mỗi bang và vùng lãnh thổ phía Bắc Tuy nhiên cảnh báo lũ quét chỉ được ban hành bởi các cơ quan nhà nước

và địa phương sử dụng các hệ thống của địa phương được thiết lập trên cơ sở xác định nhu cầu và ưu tiên ở mức thích hợp Dự báo được thực hiện bằng cách sử dụng một loạt các phương pháp như mối tương quan thực nghiệm của lượng mưa và lưu lượng đỉnh, mô hình hóa thủy văn đơn vị và mô hình thủy văn (ví dụ RORB, RAFTS, URBS) (Carroll, 1992) BoM cung cấp thông tin thời tiết cần thiết dựa trên radar và hỗ trợ chuyên môn cho những FWCs và chính quyền khu vực

Kể từ năm 1987, BoM đã giới thiệu một hệ thống cảnh báo lũ quét tự động được gọi là ALERT (Baddiley, 1990) với một số cơ quan địa phương Hệ thống này

có thể được sử dụng để phát hiện và cảnh báo lũ lụt khởi phát ở các lưu vực nhỏ cũng như các lưu vực sông lớn

Hệ thống ALERT sử dụng sóng vô tuyến để truyền dữ liệu được đo từ xa về lượng mưa và mực nước theo thời gian thực, từ một trạm trong vùng tự động vào văn phòng của thành phố / thị xã / Shire Council / FWCs nơi dữ liệu được phân tích Trong một số trường hợp, dữ liệu trực tiếp là đầu vào cho một mô hình dự báo lũ để đánh giá mức độ và thời gian của các trận lũ Trong các trường hợp khác, mức độ nghiêm trọng của lũ lụt có thể được đánh giá bằng những hướng dẫn đơn giản của nhãn hiệu ("look-

up tables") được cung cấp bởi Ban Giám đốc Các hệ thống ALERT cũng có khả năng

có sẵn để gửi tin nhắn cảnh báo cho các quan chức (đến điện thoại di động hoặc máy

nhắn tin) nếu cường độ mưa hoặc mực nước vượt quá một tiêu chí sẵn có

Một hệ thống cảnh báo lũ quét tương tự như ALERT được sử dụng ở Hobart, Tasmania Hệ thống này bao gồm ba chức năng được kết nối: cảm biến mực nước sông; giải thích dữ liệu và truyền thông tin (MacGeorge, 1997) Trong suốt quá trình lũ, mực nước dâng cao được phát hiện bởi một cảm biến đặt ở một mức xác định trước trong các dòng suối và một cảnh báo thích hợp được phát hành thông qua một hệ thống thông tin liên lạc qua điện thoại đổ chuông tuần tự theo một tập hợp các số điện thoại Khi điện thoại được trả lời, hệ thống gửi một tin nhắn thoại được

số hóa cho các vị trí trạm và mức độ báo động trên sông (One of the main disadvantages of the ALERT system is the poor lead-time - Một trong những nhược điểm chính của hệ thống ALERT là thời gian hướng dẫn ngắn)

Ngoài ra hệ thống ALERT không thể dễ dàng thực hiện những cảnh báo lũ quét cho đô thị BoM hoạt động với vùng phủ sóng rộng lớn trên nước Australia, đặc biệt

là dọc theo bờ biển phía bắc Australia và các khu với số lượng dân cư lớn BoM cũng đã phối hợp với CSIRO, vận hành một mô hình NWP Tuy nhiên các dữ liệu radar có sẵn và kết quả đầu ra mô hình NWP chỉ có chất lượng khi được sử dụng trong các hệ thống dự báo lũ hiện tại Úc Người ta tin rằng hiệu suất của hệ thống cảnh báo lũ hiện tại của BoM có thể được cải thiện bằng cách kết hợp nhiều nguồn thông tin sẵn có

Chương trình lũ quét của báo Thời tiết Quốc gia (NWS) của Mỹ là một trong những chương trình dự báo lũ quét sớm nhất và bắt đầu vào năm 1969 Trong những năm 1970 và 1980, the NWS River Forecast System (NWSRFS) đã được phát triển chủ yếu bởi văn phòng thủy văn chính của Hydrologic Research Laboratory (HRL) Vào cuối những năm 1980, NWSRFS đã được sửa đổi thành flash flood guidance system (FFGS) và hoạt động kể từ thời điểm đó đến nay (Sweeney, 1992) Các FFGS được cho phép cho tạo ra các giá trị trung bình FFG theo quận và lưu vực và tạo thành lưới FFG dựa trên mô hình thủy văn nằm bên dưới NWSRFS Tuy nhiên lưới FFG sản xuất bởi các FFGS chỉ được gọi là "gridded" Nó chỉ đơn giản là sự chuyển đổi của các lưu vực lớn hơn, giá trị FFG trung bình lưu vực cho các dự án phân tích

thời tiết vẫn tiếp tục sử dụng các không gian FFG trung bình trong các hoạt động

cảnh báo lũ quét của họ

Trong đầu những năm 2000, các phần mềm giám sát và dự báo lũ quét (FFMP)

đã được phát triển để sử dụng tại WFO để hỗ trợ trong việc lũy tích các ước lượng radar của lượng mưa và so sánh những lũy tích với một giá trị FFG FFMP là một kết quả tự nhiên và sáp nhập của các khả năng hiện có trong ứng dụng WFO Hydrologic Forecast System (WHFS) HydroView và Hệ thống Convection Analysis and Nowcasting (SCAN) (Smith et al., 2000), cũng như phương pháp luận Pittsburgh WFO’s Areal Mean Basin Estimated Rainfall (AMBER, Davis et al., 1996)

Để đạt được lợi ích đầy đủ từ việc sử dụng các FFMP trong hoạt động cảnh báo lũ quét, phương pháp gridded flash- flood guidance (GFFG) phản ánh tính chất vật lý của biến số FFMP của các lưu vực đã được đưa ra GFFG dựa trên kiến trúc hiện có của mô hình FFG hiện đại hóa của NWS được mô tả bởi Sweeney (1992), nhưng sử dụng một mô hình phân phối thủy văn (Hydrology Laboratory Research Modelling System, HL-RMS) vào số liệu cho sự thay đổi độ ẩm của đất GFFG tục

sử dụng các dịch vụ bảo tồn tài nguyên thiên nhiên (Natural Resource Conservation Service’s) của (NRCS) - sử dụng mô hình số đường cong (Curve Number Model) để giải thích cho sự đa dạng của các đặc tính vật lý và các mô hình đường đơn vị quá trình thực đo (NRCS Unit Hydrograph Model) kết hợp với việc thiết kế một cơn bão

để ước tính dòng chảy tràn bờ (bank-full flow) Phương pháp GFFG được áp dụng trên lưới HRAP có sự nhất quán hơn với quy mô không gian của các lưu vực FFMP

và do đó cho phép để GFFG xử lý mỗi ô lưới HRAP như một lưu vực sông đầu nguồn độc lập

Mỗi lần GFFG được sản xuất tại mỗi ô lưới, giá trị lưới được tích lũy và tính trung bình trong mỗi khu vực được xác định (thường là một hạt) để đáp ứng các yêu cầu của chương trình dịch vụ Cuối cùng dự báo GFFG thường được cung cấp trong các thuật ngữ của lưới, quận hoặc giá trị trung bình trong khu vực Cảnh báo được ban hành khi lũ quét đang được quan sát hoặc QPE và QPF đang hiển thị số vượt quá hướng dẫn trong một khoảng thời gian xác định, trong một khu vực cụ thể Hiện

hệ thống GFFG sử dụng nhiều cảm biến dựa trên radar NEXRAD để ước tính và dự báo lượng mưa, đo mưa và kết quả đầu ra mô hình NWP

Phương pháp GFFG có khả năng kết nối cho sự phân bố không gian của các ô lưới bão hòa trong lưu vực Đây là một dấu hiệu thô cho thấy khả năng xảy ra lũ lụt

cục bộ bên trong một ô Với phương pháp GFFG hiện nay việc có lượng mưa để đáp ứng các giá trị GFFG của các ô lưới trong lưu vực không có nghĩa là nó sẽ dẫn đến

lũ quét tại các đầu ra, nhưng tất cả các ô trong lưu vực cần phải thỏa mãn GFFG Mặc dù FFG được tạo ô lưới, có hàm ý tổng thể trên lũ quét được gộp Vì thế bất lợi chính của phương pháp tổng quát FFG là nó không có cho biết cho các mối đe dọa của lũ quét cục bộ bên trong các lưu vực do mưa lớn mà chỉ bao gồm một phần của lưu vực Hơn nữa, các giá trị ngưỡng của dòng chảy tại đầu ra của mỗi lưu vực có

sự không chắc chắn cao

Hệ thống cảnh báo sớm và hướng dẫn lũ quét Trung Mỹ (The Central American Flash Flood Guidance-CAFFG) đã hoạt động tại Viện Khí tượng Quốc gia (IMN) của Costa Rica kể từ tháng 9 năm 2004 Nó cung cấp sự hướng dẫn và cảnh báo lũ quét cho tất cả 7 nước Trung Mỹ: Belize, Costa Rica, El Salvador, Guatemala, Honduras, Nicaragua và Panama Hệ thống này chủ yếu sử dụng lượng mưa và lượng mưa được đo lường từ vệ tinh dựa có nguồn gốc từ HydroEstimator (độ phân giải 4 km, 60N-60S toàn cầu), một sản phẩm được phát triển bởi các dữ liệu và thông tin dịch vụ vệ tinh môi trường quốc gia Các HydroEstimator (HE) là một sửa đổi thích ứng của hướng dẫn sử dụng của Interactive Flash Flood Analyser (IFFA) đã được sử dụng bởi các nhà dự báo hoạt động tại chi nhánh Ứng dụng vệ tinh của NESDIS trong hơn 20 năm Kể từ năm 2005, CAFFG sử dụng lượng mưa dự báo bắt nguồn từ lượng mưa ở điểm đo và lượng mưa được đo từ vệ tinh, dự báo lượng mưa với thời đoạn ngắn dựa trên vệ tinh được đưa ra bởi các mô hình WS-ETA (Black,

Các phương pháp CAFFG sử dụng một độ bão hòa vượt quá cơ sở vật lý của

mô hình tính toán độ ẩm đất (Georgakakos và Smith, 2001) để tính độ ẩm đất thiếu trong thời gian thực Đánh giá về mối đe dọa của lũ quét được thực hiện trên quy

thể được thiết kế để cho phép các dự báo viên thời tiết phải thêm kinh nghiệm của

họ với điều kiện địa phương, kết hợp các dữ liệu và thông tin khác (ví dụ như đầu ra NWP) và bất cứ quan sát địa phương vào phút chót (ví dụ như dữ liệu đo phi truyền thống) nhằm đánh giá mối đe dọa của lũ quét cục bộ

Hai trường hợp nghiên cứu đã xác nhận được thực hiện để kiểm tra tính chính

xác của dự báo CAFFG (WMO, 2007) Trong nghiên cứu đầu tiên, các dự báo

bốn máy đo mưa trong và gần các lưu vực Kết quả CAFFG dự báo cho 20 năm hoạt động đã đưa ra một ước tính của khả năng xuất hiện bằng 0,83 với xác suất cảnh báo sai ít hơn hơn 0,1

Nghiên cứu thứ hai được thực hiện đối với các khu vực mà CAFFG chỉ ra thì khả năng xuất hiện lũ Những cảnh báo (3h lead-time) trong trường hợp này bao gồm các điều chỉnh cục bộ về thuỷ văn và khí tượng học cho El Salvador và Costa Rica Các kết quả cho toàn bộ khu vực Trung Mỹ (chứa cả hai địa phương được điều chỉnh

và hướng dẫn chưa hiệu chỉnh) cho thấy tần số phát hiện là 57%, tần số báo động sai

là 30% và tần số của bỏ lỡ là 13% Đối với Costa Rica, kết quả cho thấy tần số phát hiện là 100% với 0% xác suất báo động sai và bỏ lỡ Đối với El Salvador, cho một tần số phát hiện là 63%, tần số báo động sai là 21% và một tần số bỏ lỡ là 16% Những kết quả này cho thấy rõ ràng rằng việc điều chỉnh mang tính địa phương nâng cao hiệu quả hoạt động của các dịch vụ cảnh báo Tuy nhiên, hiệu suất của hệ thống

là nghèo trong những tháng mùa đông (warm top clouds) do các ước lượng lượng mưa nghèo theo H-E Cải thiện chất lượng dự báo lượng mưa thời đoạn ngắn, tỷ lệ báo động sai và tính kịp thời của các cảnh báo, thông báo Hệ thống CAFFG cũng có những hạn chế tương tự như hệ thống FFGS được mô tả trong phần trên

Mô hình dự báo lũ quét theo phân bố không gian đang được sử dụng (độ phân giải 15 phút) ở Bắc Austria kể từ năm 2006 để dự đoán với thời gian 48 giờ (Bloschl

mô phỏng các quá trình tuyết, quy trình độ ẩm đất, diễn toán tỷ lệ độ dốc của đồi cho mỗi ô lưới Có 21 tham số cho mỗi ô Để tăng hiệu quả tính toán, các ô lưới được phân loại với các đơn vị phản ứng thuỷ văn (hydrological response units - HRU) như các khu vực đô thị, sườn dốc dựng đứng, sườn rừng dốc dựng đứng, đồi

mở, rừng núi, cao nguyên, khu vực bão hòa, các khu vực có tầng chứa nước, hồ, hồ chứa (A linear storage cascade method is used for routing within-catchment and a lumped model is used for routing in streams) - phương pháp lưu trữ tuyến tính theo dòng thác được sử dụng để định tuyến trong lưu vực và một mô hình gộp được sử dụng cho việc định tuyến trong các dòng suối (Szolgay, 2004) Người ta tin rằng

việc gộp mô hình định tuyến có hiệu quả hơn và mạnh hơn so với một mô hình thủy động lực học Chi tiết về công thức toán học của các mô hình có thể được tìm thấy trong Bloschl và các cộng sự (2008)

tin của radar thời tiết thu nhỏ và lượng mưa được dự báo bởi Văn phòng Khí tượng Austria (Austrian Meteorological Office - ZAMG) Các dự báo lượng mưa ở thời đoạn 15 phút trong thời gian 48h và được ước tính là hai thành phần Các thành phần đầu tiên là một phép ngoại suy dựa trên quan sát hoặc nowcast của lượng mưa nội suy Các nowcast có nguồn gốc sử dụng các vector vận động được xác định từ các trường liên tiếp Thành phần thứ hai là trung bình có trọng số của vào các trường được dự báo của các mô hình dự báo thời tiết số ALADIN và ECMWF (Wang et al., 2006) Một hàm có trọng số khác được sử dụng để chuyển đổi giữa hai thành phần (nowcast và dự báo NWP) (Golding, 1998) Độ chính xác của nowcast là tốt hơn so với sự kết hợp nowcast - dự báo NWP, do đó giá trị (1.0) được trao cho nowcast trong 2h đầu tiên và trọng số giảm tuyến tính bằng không tại 6h và bằng không đổi với thời gian dài hơn Để tăng cường chính xác của dự báo dòng chảy, Ensemble Kalman Filtering được sử dụng để cập nhật các biến trạng thái của mô hình (độ ẩm đất của các ô lưới) trong thời gian thực dựa trên việc quan sát dòng chảy Mô hình có khả năng dự báo lũ quét (lưu lượng dòng) với độ chính xác chấp nhận được trong thời gian 48 giờ

Kiểm tra mô hình một cách toàn diện cho thấy mô hình thực hiện tốt Phân tích

mô hình trung bình khoảng từ 10% đến 30% cho 4-24 giờ đầu, nhưng các lỗi nhỏ hơn nhiều nếu thống kê lỗi được đánh giá trong cả năm Nếu các lần dự báo dài hơn thời gian lưu vực đáp ứng được, thì sự không chắc chắn của các dự báo lượng mưa

sẽ chiếm ưu thế trong sự không chắc chắn của các mô hình thủy văn Các thuật toán

đã được tìm thấy và cập nhật để cải thiện đáng kể độ chính xác của dự báo

System - EFFS)

Các EFFS cung cấp thông tin hàng ngày về tiềm năng lũ lụt cho các con sông lớn như sông Rhine và sông Oder, cũng như lũ quét ở các lưu vực nhỏ Hệ thống này bao gồm các thành phần cơ bản sau đây (Roo et al, 2003):

1 Mô hình dự báo thời tiết số toàn cầu

2 Thu hẹp tùy chọn của lượng mưa toàn cầu từ (1) sử dụng một mô hình dự báo thời tiết bằng số khu vực

3 Một mô hình thủy văn lưu vực bao gồm một mô hình cân bằng nước trong đất với bước thời gian ngày và một mô hình mô phỏng lũ với bước thời gian tính theo giờ

4 Mô hình ngập lụt với độ phân giải cao

Tất cả các thành phần được tích hợp trong một khuôn khổ mô hình chung và liên kết với một cơ sở dữ liệu trung tâm mà được gắn trên một kiến trúc mở, với nền tảng độc lập cho phép gói gọn các mã mô phỏng khác nhau tồn tại từ trước Hệ thống

sử dụng dự báo thời tiết quy mô lớn có nguồn gốc thuộc Trung tâm châu Âu Medium Range Weather Forecasting Ensemble Prediction System (MRWFEPS, Molteni et al., 1996) Các MRWFEPS sử dụng hai mô hình quy mô lớn để tạo ra một

dự báo của các biến số thời tiết (ví dụ như nhiệt độ trên 2m cách mặt đất, tốc độ gió trên 10m từ mặt đất và lượng mưa) cho mỗi tế bào (độ phân giải ngang 40-80 km) mỗi 6 giờ cho đến 10 ngày thời gian dẫn

Để tăng mức dự báo về không gian và độ phân giải của đầu ra của mô hình quy

mô toàn cầu, hai mô hình NWP khu vực được sử dụng: mô hình DMI-HIRLAM (Kallen, 1996; Sass et al, 2000) và mô hình DWD-LM (Damrath et al., 2000) Mô hình DMI-HIRLAM là một mô hình thủy tĩnh dựa trên các ô lưới, đưa kết quả đầu

ra theo giờ cho toàn bộ châu Âu với thời gian lên đến 72h (~ 11 km độ phân giải ngang) Các DWD-LM sử dụng một đại diện phi thủy tĩnh của không gian cho mạng

ô lưới bao bao phủ toàn Tây Âu với độ phân giải ngang ~ 7 km và tạo đầu ra từ 6h đến 48h Cả hai mô hình sử dụng điều kiện biên từ MRWFEPS Độ phân giải không gian và thời gian cao hơn của mô hình này sẽ cung cấp các dự báo thời tiết thực tế hơn so với các mô hình quy mô toàn cầu

Các đầu ra từ DMI-HIRLAM và các mô hình DWD-LM được tái định dạng và

sử dụng trong các mô hình phân bố dựa vào raster của lượng mưa và dòng chảy tràn, LISFLOOD (Roo et al., 2000, 2001) Các LISFLOOD-FF mô phỏng dòng chảy

ảnh hưởng của địa hình, lượng mưa và cường độ mưa, độ ẩm của đất, loại đất và sử dụng đất Một mô-đun thủy lực hai chiều, LISFLOOD-FP được sử dụng để mô hình

hóa các dòng chảy tràn bờ và các khu vực bị ngập lụt Các LISFLOOD-FP giải quyết một phương trình sóng động học một chiều cho dòng chảy trong kênh bằng cách sử dụng một chương trình khác sử dụng phần tử hữu hạn tường minh cho vùng

lũ khi đạt đến tới 100 km chiều dài và quy mô không gian ở 10-100m (Roo et al., 2000) Một khi độ sâu nước trong kênh vượt quá độ sâu tràn bờ, nước được chuyển sang các phần ngập tiếp giáp với kênh và mỗi ô bị ngập trên lưới sẽ được mô hình

xử lý như một ô lưu trữ Điều này đại diện cho tính chất vật lý của dòng chảy ngập,

do đó có thể tạo ra những dự báo về độ sâu nước ở nhiều thời điểm khác nhau; mức

độ ngập lụt có thể được được sử dụng bởi các nhà quản lý lưu vực và các cơ quan

Một hệ thống hỗ trợ ra quyết định cho cảnh báo lũ quét đã được thành lập ở Uttaradit, Sukhothai và các tỉnh Phrae của Thái Lan Hệ thống sử dụng dữ liệu của Trạm đo thời tiết tự động (Automatic Weather Station - AWS), hình ảnh vệ tinh khí tượng và đầu ra của mô hình NWP để dự báo lũ quét Các hệ thống tổng thể bao gồm truyền dữ liệu và các bước xây dựng mô hình, một mạng lưới cảnh báo sớm giữa người dự báo và người sử dụng tại các khu vực địa phương thông qua các mạng lưới truyền thông (bao gồm cả truyền hình, đài phát thanh, internet, fax, điện thoại, điện thoại di động vv) và một hệ thống hỗ trợ việc ra quyết định Các mạng AWS làm việc hoàn toàn tự động và cung cấp dữ liệu với thời gian thực (khoảng 5 phút) của lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm tương đối và tốc độ / hướng gió thông qua một hệ thống truyền thông GPRS/GSM Dự báo lũ quét được tạo ra bằng cách sử dụng trên mô hình mạng thần kinh nhân tạo có sự so sánh các mô hình dự báo với số liệu quan trắc