Nghiên cứu cơ sở khoa học đánh giá rủi ro và cảnh báo nguy cơ lũ quét cho lưu vực sông ngàn phố ngàn sâu

Mục tiêu nghiên cứu - Xác định được phương pháp và bộ tiêu chí đánh giá rủi ro lũ quét cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu - Đề xuất được phương pháp xác định được ngưỡng mưa phục vụ cả

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

HOÀNG VĂN ĐẠI

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ RỦI RO VÀ CẢNH BÁO NGUY CƠ LŨ QUÉT CHO LƯU VỰC SÔNG NGÀN PHỐ - NGÀN SÂU

LUẬN ÁN TIẾN SĨ THỦY VĂN HỌC

HÀ NỘI - 2021

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ RỦI RO VÀ CẢNH BÁO NGUY CƠ LŨ QUÉT

CHO LƯU VỰC SÔNG NGÀN PHỐ - NGÀN SÂU

Ngành: Thủy văn học

Mã số: 9440224

LUẬN ÁN TIẾN SĨ THỦY VĂN HỌC

Tác giả luận án

Hoàng Văn Đại

Giáo viên hướng dẫn 1

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong Luận án này là trung thực, không sao chép dưới bất kỳ hình thức nào từ bất kỳ một nguồn nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn đầy đủ và ghi nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định

Tác giả Luận án

Hoàng Văn Đại

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Biến đổi khí hậu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận án

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới hai người thầy hướng dẫn khoa học là GS TS Trần Hồng Thái và PGS

TS Lã Văn Chú đã tận tình giúp đỡ tác giả từ những bước đầu tiên xây dựng hướng nghiên cứu, cũng như trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án Các Thầy luôn ủng hộ, động viên và hỗ trợ những điều kiện tốt nhất

để tác giả hoàn thành Luận án

Tác giả trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn

và Biến đổi khí hậu, Phòng Khoa học Đào tạo và Hợp tác Quốc tế, Bộ môn Thủy văn học tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ trong thời gian nghiên cứu, hoàn thành Luận án

Tác giả chân thành cảm ơn các chuyên gia, các nhà khoa học của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, các đồng nghiệp và các cơ quan đã có những góp ý về khoa học cũng như hỗ trợ nguồn tài liệu, số liệu cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện Luận án

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn gia đình đã luôn ở bên cạnh, động viên cả về vật chất lẫn tinh thần, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tác giả có thể hoàn thành Luận án của mình

TÁC GIẢ

Hoàng Văn Đại

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG IV DANH MỤC HÌNH VI DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT IX

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của luận án 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 3

3 Câu hỏi nghiên cứu 3

4 Luận điểm bảo vệ 3

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

6 Phương pháp nghiên cứu 4

7 Đóng góp mới của luận án 4

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4

9 Bố cục của luận án 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ LŨ QUÉT 7

1.1 Một số khái niệm 7

1.2 Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước 8

1.2.1 Tổng quan chung về lũ quét và hiểm họa 8

1.2.2 Tổng quan nghiên cứu về rủi ro do lũ quét 15

1.2.3 Tổng quan nghiên cứu về tổn thương do lũ quét 17

1.2.4 Tổng quan nghiên cứu ngưỡng mưa phục vụ cảnh báo lũ quét 21

1.3 Tổng quan lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 25

1.3.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu 25

1.3.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 30

1.3.3 Thực trạng lũ, lũ quét tại lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 31

1.4 Tiểu kết Chương 1 34

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU 37

2.1 Cách tiếp cận 37

2.1.1 Tiếp cận theo lưu vực sông 37

2.1.2 Tiếp cận lịch sử 37

2.1.3 Tiếp cận theo thời gian và không gian 37

2.1.4 Tiếp cận phân tích, tổng hợp 37

2.2 Phương pháp nghiên cứu 37

2.2.1 Phương pháp tổng hợp tài liệu 37

2.2.2 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa 38

2.2.3 Phương pháp chuyên gia 42

2.2.4 Phương pháp tổng hợp các tiêu chí rủi ro 42

2.2.5 Đánh giá độ tin cậy và mức độ ảnh hưởng của các tiêu chí hiểm họa lũ quét 49 2.2.6 Phân cấp mức độ rủi ro do lũ quét 53

2.2.7 Phương pháp xây dựng ngưỡng mưa sinh lũ quét 54

2.3 Dữ liệu sử dụng trong luận án 65

2.4 Tiểu kết Chương 2 66

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ RỦI RO VÀ CẢNH BÁO NGUY CƠ LŨ QUÉT CHO LƯU VỰC SÔNG NGÀN PHỐ - NGÀN SÂU 68

3.1 Ảnh hưởng lũ quét và cơ sở thực tiễn xây dựng bộ tiêu chí đánh giá rủi ro lũ quét 68

3.1.1 Ảnh hưởng của lũ quét đến các hoạt động dân sinh kinh tế của người dân 69

3.1.2 Ảnh hưởng của lũ quét đến cơ sở hạ tầng 72

3.1.3 Ảnh hưởng của lũ quét đến y tế 76

3.1.4 Ảnh hưởng của lũ quét đến tài nguyên môi trường 78

3.2 Đề xuất bộ tiêu chí đánh giá mức độ rủi ro lũ quét 81

3.2.1 Đề xuất nhóm tiêu chí tính toán hiểm họa 81

3.2.2 Đề xuất nhóm tiêu chí tính toán mức độ phơi bày trước hiểm họa 90 3.2.3 Đề xuất nhóm tiêu chí tính toán tính dễ bị tổn thương 92

3.3 Áp dụng bộ tiêu chí đánh giá mức độ rủi ro lũ quét cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 96

3.3.1 Xác định thành phần hiểm họa 96

3.3.2 Xác định thành phần mức độ phơi bày trước hiểm họa 106

3.3.3 Xác định thành phần tính dễ bị tổn thương 110 3.3.4 Đánh giá mức độ rủi ro lũ quét cho lưu vực sông Ngàn Phố-Ngàn Sâu 112

3.4 Xác định ngưỡng mưa sinh lũ quét 119

3.4.1 Đánh giá cân bằng nước cho các tiểu lưu vực 120 3.4.2 Xác định ngưỡng mưa sinh lũ quét phục vụ cảnh báo rủi ro lũ quét 126

3.5 Tiểu kết chương 3 129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ

LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 136

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Thống kê các sông suối trên lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 28

Bảng 2 1 Số lượng phiếu điều tra phỏng vấn 39

Bảng 2 2 Sơ đồ các bước đánh giá rủi ro do lũ quét bằng phương pháp chỉ số 44

Bảng 2 3 Diễn giải giá trị thể hiện mức độ quan trọng giữa các tiêu chí 45

Bảng 2 4 Ma trận ý kiến chuyên gia 46

Bảng 2 5 Bảng chỉ số ngẫu nhiên RI 47

Bảng 2 6 Phân loại mức độ nhất quán theo Altman 51

Bảng 2 7 Tính toán độ chính xác theo hệ số Kappa 51

Bảng 2 8 Diễn giải đường cong ROC 52

Bảng 2 9 Diễn giải ý nghĩa của diện tích AUC dưới đường cong ROC 53

Bảng 2 10 Tài liệu sử dụng trong mô hình hóa MIKE SHE 59

Bảng 2 11 Các chỉ số đánh giá kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình 64

Bảng 2 12 Các chỉ số đánh giá kết quả mô phỏng theo mùa 65

Bảng 2 13 Thông tin dữ liệu các đợt điều tra khảo sát phục vụ cho luận án 65

Bảng 3 1 Thống kê kết quả tự đánh giá của người dân về mức độ ảnh hưởng của lũ quét đến kinh tế của gia đình 69

Bảng 3 2 Thống kê kết quả tự đánh giá của người dân về mức độ ảnh hưởng của lũ quét đến năng suất trồng trọt của gia đình 70

Bảng 3 3 Thống kê kết quả tự đánh giá của người dân về mức độ ảnh hưởng của lũ quét đến số lượng đàn gia súc, gia cầm của gia đình 70

Bảng 3 4 Thống kê kết quả tự đánh giá của người dân về khả năng cấp nước sinh hoạt sau khi có lũ, lũ quét xảy ra 79

Bảng 3 5 Thống kê kết quả tự đánh giá của người dân về chất lượng nước sinh hoạt sau khi có lũ, lũ quét xảy ra 79

Bảng 3 6 Thống kê kết quả tự đánh giá của người dân về tình hình vệ sinh môi trường sau khi có lũ, lũ quét xảy ra 79

Bảng 3 7 Các tiêu chí tính toán hiểm họa lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 82

Bảng 3 8: Phân tích các thành phần chính (Principal Components Analysis) theo 12 tiêu chí được rút gọn 83Bảng 3 9 Phân loại nhóm đất trong khu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu…………84 Bảng 3 10 Các tiêu chí phụ tính toán thành phần phơi bày trước hiểm họa 91Bảng 3 11 Các tiêu chí tính dễ bị tổn thương cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 93Bảng 3 12 Hiệu quả áp dụng phương pháp đánh giá rủi ro lũ quét lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 105Bảng 3 13 Tính toán độ chính xác theo kệ số Kappa 105Bảng 3 14 Phân độ mạnh của tương hợp theo Altman 105Bảng 3 15 Ma trận so sánh cặp và trọng số các thành phần của các nhóm tiêu chí hiểm họa trên lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 107Bảng 3 16 Diện tích rủi ro do lũ quét trên lưu vực sông Ngàn Phố-Ngàn Sâu 114Bảng 3 17 Thống kê các yếu tố cân bằng nước trên toàn lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu (Đơn vị:mm) 125

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Đặc trưng hiểm họa lũ quét được xác định từ các trạm quan trắc [73] 11Hình 1 2 Bản đồ hiểm họa lũ quét dựa trên tổng hợp nhân tố [89] 12Hình 1 3 Kết nối giữa các nhóm tiêu chí đánh giá tính dễ bị tổn thương xã hội [36] 20Hình 1 4 Quan hệ lượng mưa giờ và lượng mưa hoạt động để xác định đường tới hạn phục vụ cảnh báo lũ quét 24Hình 1 5 Vị trí địa lý lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 26 Hình 2 1 Quy trình đánh giá tổng hợp mức độ rủi ro do lũ quét sử dụng trong nghiên cứu 43Hình 2 2 Đồ thị scree trong phân tích thành phần chính 50Hình 2 3 Quy trình xác định ngưỡng mưa sinh lũ quét 56Hình 2 4 Sơ đồ ba chiều mô tả các quá trình thủy văn được mô phỏng bằng MIKE SHE [94] 58Hình 2 5 Sơ đồ tính toán của mô hình MIKE SHE 60Hình 2 6 Sơ đồ mô hình hóa MIKE SHE (trái) và MIKE 11 (phải) áp dụng cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 61Hình 2 7 Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại trạm Sơn Diệm và trạm Hòa Duyệt (01/01/2002 – 31/12/2004) 62Hình 2 8 Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại trạm Sơn Diệm và trạm Hòa Duyệt (01/01/2007 – 31/12/2008) 63 Hình 3 1 Thống kê ảnh hưởng của lũ quét đến thiệt hại về người tại các hộ dân được điều tra khảo sát phân theo đơn vị hành chính 69Hình 3 2 Thống kê thời gian ổn định sinh hoạt và sản xuất sau lũ quét của người dân phân theo đơn vị hành chính 71Hình 3 3 Hỗ trợ của chính quyền địa phương cho người dân sau khi xảy ra lũ quét 71Hình 3 4 Biện pháp hỗ trợ của chính quyền địa phương giúp đỡ cho người dân để ổn định sinh hoạt sau khi xảy ra lũ quét 72Hình 3 5 Thống kê loại hình nhà ở của người dân trong vùng khảo sát 73

Hình 3 6 Thiệt hại sau lũ quét đến các tuyến đường giao thông trong khu vực khảo

sát 73

Hình 3 7 Tình hình ngập lụt hệ thống đường giao thông tại khu vực khảo sát trong và sau lũ quét 74

Hình 3 8 Tình hình hư hại của các công trình công cộng khác tại khu vực khảo sát trong và sau lũ quét phân theo đơn vị hành chính 74

Hình 3 9 Tình hình hoạt động của hệ thống các công trình phòng tránh lũ, lũ quét phân theo địa phương khảo sát 75

Hình 3 10 Hoạt động của hệ thống thông tin liên lạc của địa phương khi xảy ra lũ quét 76

Hình 3 11 Hoạt động của hỗ trợ của trung tâm y tế khi xảy ra lũ quét 77

Hình 3 12 Tác động đến vấn đề sức khỏe của người dân tại địa phương khi xảy ra lũ, lũ quét 77

Hình 3 13 Sự thay đổi về diện tích rừng tại vùng khảo sát 78

Hình 3 14 Thống kê nguyên nhân gây ra diện tích rừng giảm tại vùng khảo sát phân theo đơn vị hành chính 80

Hình 3 15 Giá trị riêng (Eigenvalue) và phần trăm tích lũy của phương sai (cumulative variability -%) của 12 thành phần được biểu diễn theo Scree plot 83

Hình 3 16 Quy trình tính toán tiêu chí thành phần hiểm họa lũ quét 90

Hình 3 17 Tiêu chí độ dốc lưu vực sông Ngàn phố - Ngàn Sâu 97

Hình 3 18 Tiêu chí độ cong địa hình cho lưu vực sông Ngàn phố - Ngàn Sâu 97

Hình 3 19 Chỉ số ẩm ướt địa hình cho lưu vực sông Ngàn phố - Ngàn Sâu 98

Hình 3 20 Chỉ số vị trí địa hình TPI cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 99

Hình 3 21 Chỉ số năng lượng sông lưu vực sông Ngàn phố - Ngàn Sâu 99

Hình 3 22 Chỉ số mật độ sông suối lưu vực sông Ngàn phố - Ngàn Sâu 100

Hình 3 23 Phân bố lượng mưa 6 giờ tần suất 5% 101

Hình 3 24 Hệ số xói mòn các loại đất lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 102

Hình 3 25 Ảnh Landsat 8 khu vực Hương Sơn, Hà Tĩnh 103

Hình 3 26 Kết quả tiêu chí NDVI cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 103

Hình 3 27 Đường cong ROC thể hiện khả năng tính toán rủi ro lũ quét của phương

pháp nghiên cứu 104

Hình 3 28 Bản đồ hiểm họa do lũ quét lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 106

Hình 3 29 Bản đồ chuẩn hóa hiện trạng sử dụng đất tính toán mức độ phơi bày trước hiểm họa lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 107

Hình 3 30 Kết quả chuẩn hóa cho tiêu chí mật độ dân số 108

Hình 3 31 Bản đồ mức độ phơi bày trước hiểm họa lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn sâu 109

Hình 3 32 Bản đồ phân cấp mức độ phơi bày trước hiểm họa do lũ quét cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 109

Hình 3 33 Kết quả chuẩn hóa tỷ lệ hộ nghèo 111

Hình 3 34 Bản đồ tính dễ bị tổn thương do lũ quét cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 111

Hình 3 35 Bản đồ chỉ số rủi ro do lũ quét lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 113

Hình 3 36 Bản đồ phân cấp mức độ rủi ro lũ quét lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 118

Hình 3 37 Sơ đồ phân chia các tiểu lưu vực trên sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu 120

Hình 3 38 Sơ đồ cân bằng nước tổng quát trên lưu vực sông 121

Hình 3 39 Biểu đồ các thành phần cân bằng nước trung bình tháng trên LVS Ngàn Phố - Ngàn Sâu 122

Hình 3 40 Sơ đồ thể hiện tỷ lệ đóng góp trong cân bằng nước trên lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu mùa lũ 122

Hình 3 41 Các thành phần cân bằng nước trung bình tháng tiểu lưu vực 1 123

Hình 3 42 Các thành phần cân bằng nước trung bình tháng tiểu lưu vực 2 124

Hình 3 43 Các thành phần cân bằng nước trung bình tháng tiểu lưu vực 3 125

Hình 3 44 Đường ngưỡng mưa gây lũ quét CL xây dựng cho tiểu lưu vực 1 (TLNP) 127

Hình 3 45 Đường ngưỡng mưa gây lũ quét CL cho tiểu lưu vực 2 (TLNS) 128

Hình 3 46 Đường ngưỡng mưa gây lũ quét CL cho tiểu lưu vực 3 (HL) 128

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

1 AHP Phân tích thứ bậc (Analytic Hierachy Process)

2 AUC Giá trị diện tích dưới đường cong (Area Under the Curve)

3 BĐKH Biến đổi khí hậu

9 IDF Chỉ số Cường độ mưa - thời đoạn – tần suất

10 IMHEN Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu

11 IPCC Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu

(Intergovernmental Panel on Climate Change)

12 KTTV Khí tượng thủy văn

18 RRTT Rủi ro thiên tai

19 RTI Chỉ số kích hoạt lượng mưa

20 SPI Chỉ số năng lượng sông suối

21 SWI Chỉ số nước trong đất

22 TLNP Thượng lưu sông Ngàn Phố

23 TLNS Thượng lưu sông Ngàn Sâu

24 TPI Chỉ số vị trí địa hình

25 TWI Chỉ số ẩm ướt địa hình

26 WMO Tổ chức Khí tượng thế giới

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Lũ quét được coi là một trong những loại hình thiên tai khí tượng thủy văn nguy hiểm, được đặc trưng bởi tính đột ngột, xuất hiện bất ngờ và di chuyển hầu như không thể đoán trước Lũ quét đã và đang gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến xã hội dưới dạng thiệt hại về tính mạng, tài sản, đường, thông tin liên lạc và môi trường tự nhiên, đặc biệt ở các khu vực miền núi có độ dốc cao Theo Tổ chức Khí tượng Thế giới [133], lũ quét gây ra những thiệt hại về kinh tế hàng tỷ USD mỗi năm Theo IMHEN, từ năm 1953 đến nay, đã xảy ra hàng trăm trận lũ quét ở quy mô khác nhau gây thiệt hại lớn về kinh tế và ảnh hưởng trầm trọng đến xã hội tại các khu vực miền núi trên hầu khắp lãnh thổ Việt Nam [10] Số lượng các trận lũ quét có xu thế ngày một gia tăng, đặc biệt

từ năm 2000 trở lại đây Phần lớn các trận lũ quét đều xảy ra ở khu vực miền núi hẻo lánh, dân cư thưa thớt Lũ quét có sức tàn phá lớn, gây tổn thất lớn về tính mạng và tài sản của nhân dân, đặc biệt ở các thung lũng sông khi lũ quét

đi qua

Mặc dù lũ quét ở Việt Nam là nghiêm trọng, nhưng các công trình nghiên cứu về đánh giá rủi ro do lũ quét còn chưa nhiều và chưa đầy đủ Các nghiên cứu trước đây về lũ quét thường tập trung các vấn đề như: xây dựng bản đồ phân vùng lũ quét; xây dựng hệ thống cảnh báo sớm; tuyên truyền nâng cao nhận thức của người dân trong vùng có nguy cơ cao xảy ra lũ quét, v.v… [7] nhưng việc đánh giá rủi ro do lũ quét chưa được nghiên cứu đầy đủ và rõ ràng Bên cạnh đó, sự gia tăng nhanh chóng về dân số cùng với sự phát triển kinh tế

- xã hội, sự suy thoái môi trường, sự gia tăng của các hiện tượng thời tiết cực đoan do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu (BĐKH) đã và đang là những nguyên nhân làm gia tăng lũ quét cũng như hậu quả của chúng Lũ quét đang gây tổn thương hiện hữu hàng năm và tiềm ẩn rủi ro cao cho các hoạt động kinh tế - xã hội trong đó tính mạng con người tại khu vực vùng sâu, vùng xa của đất nước

Tuy nhiên, theo nhu cầu phát triển của xã hội, việc đưa ra các biện pháp giảm thiểu hậu quả cũng như sự chuẩn bị sẵn sàng trước những nguy cơ của thiên tai, trong đó có thiên tai lũ quét ngày càng được quan tâm một cách nghiêm túc

Do vậy, vấn đề về cảnh báo hiểm họa, phân vùng nguy cơ, cảnh báo và đánh giá tổn thương, rủi ro liên quan đến lũ quét ngày càng được quan tâm và nghiên cứu rộng rãi ở trong và ngoài nước

Việc cảnh báo sớm nguy cơ lũ quét đã và đang được ngành Khí tượng Thủy văn thực hiện, góp phần tăng cường sự sẵn sàng, khả năng ứng phó để giảm nhẹ các thiệt hại do lũ quét gây ra Tuy nhiên, đến nay, những tiến bộ trong lĩnh vực thủy văn, khí tượng cũng như sự phát triển của công nghệ GIS

và viễn thám vẫn chưa đủ để dự báo thời gian thực nguy cơ lũ quét Nghiên cứu

từ các nước phát triển cho thấy, cần tập trung hơn nữa trong việc đánh giá rủi

ro, phát triển một hệ thống cảnh báo sớm hiệu quả với sự hợp tác của cộng đồng địa phương để giám sát rủi ro lũ quét Trong đánh giá rủi ro lũ quét, việc phân tích các nhân tố khác nhau của các lưu vực sông có vai trò quyết định khi phương pháp về mô hình hóa chưa thực sự phản ánh được quá trình vật lý của

lũ quét [78]

Vì các lý do trên, việc nghiên cứu, đánh giá rủi ro do lũ quét có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, góp phần nâng cao hiệu quả phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai cho các khu vực miền núi

Lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu là lưu vực thuộc khu vực miền Trung với các đặc điểm điển hình là sông ngắn, độ dốc cao, thời gian tập trung lũ nhanh Nơi đây cũng đã từng xảy ra nhiều trân lũ, lũ quét trong lịch sử và là khu vực có sự đa dạng về điều kiện dân cư, kinh tế - xã hội và môi trường

Do vậy, nghiên cứu cơ sở khoa học đánh giá rủi ro và cảnh báo nguy cơ

lũ quét cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu vừa có tính khoa học, vừa có

tính thực tiễn

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định được phương pháp và bộ tiêu chí đánh giá rủi ro lũ quét cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu

- Đề xuất được phương pháp xác định được ngưỡng mưa phục vụ cảnh báo nguy cơ lũ quét trên cơ sở nghiên cứu cho một lưu vực cụ thể

3 Câu hỏi nghiên cứu

(1) Bộ tiêu chí nào để định lượng được rủi ro do lũ quét cho các lưu vực sông miền núi? Có thể ứng dụng bộ tiêu chí cho một lưu vực sông trong điều kiện số liệu hiện tại hay không? Làm thế nào để xây dựng được một bộ tiêu chí đánh giá rủi ro có sự tham gia của người dân?

(2) Làm thế nào để xác định được ngưỡng mưa sinh lũ quét cho từng vùng cụ thể? Phương pháp mô hình hóa có thể sử dụng để nâng cao độ chính xác

và điều chỉnh hệ số triết giảm trong xác định lượng mưa hoạt động trong tính toán ngưỡng mưa sinh lũ quét hay không?

4 Luận điểm bảo vệ

(1) Rủi ro lũ quét có thể được định lượng hóa bằng bộ tiêu chí đánh giá rủi

ro lũ quét bao gồm: (i) nhóm tiêu chí thành phần hiểm họa; (ii) nhóm tiêu chí phơi bày trước hiểm họa; (iii) nhóm tiêu chí tính dễ bị tổn thương

Bộ tiêu chí này có thể áp dụng thành công cho lưu vực sông miền núi trong điều kiện số liệu hiện tại Độ tin cậy của nhóm tiêu chí hiểm họa

có thể được đánh giá thông qua đường cong đặc tính thu nhận Receiver Operating characteristic Curve) thông qua mức độ phân loại AUC (Area Under the Curve)

(ROC-(2) Ngưỡng mưa sinh lũ quét ở lưu vực sông là ngưỡng động phụ thuộc không gian và thời gian trên cơ sở quan hệ giữa lượng mưa lũy tích và cường độ mưa giờ của mỗi trận mưa đã và sẽ xảy ra

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Ngưỡng mưa sinh lũ quét, hiểm họa lũ quét, mức

độ phơi bày, tính dễ bị tồn thương và rủi ro lũ quét

Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu là phần lưu

vực nhập lưu phía hữu của hệ thống sông Cả - La thuộc địa bàn các huyện Hương Khê, Hương Sơn và Đức Thọ tỉnh Hà Tĩnh

Chuỗi số liệu sử dụng: Nghiên cứu, phân tích bộ số liệu khí tượng, thủy

văn từ năm 1976 đến nay Đối với hiện tượng lũ quét, sử dụng tài liệu các trận xảy ra lũ quét từ thời gian có ghi nhận hiện tượng lũ quét tại lưu vực sông nghiên cứu đến hiện nay

6 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện Luận án này, nghiên cứu sinh đã sử dụng cách tiếp cận lịch

sử, lưu vực sông, không gian-thời gian, phân tích – tổng hợp Cùng với đó, một

số phương pháp chính được sử dụng gồm phương pháp tổng hợp tài liệu, điều tra, phỏng vấn, chuyên gia, phương pháp tổng hợp tiêu chí, đánh giá độ tin cậy của tiêu chí, phân cấp rủi ro, phương pháp xác định ngưỡng mưa ngưỡng mưa, phương pháp mô hình hóa được sử dụng trong Luận án

7 Đóng góp mới của luận án

Đề xuất được phương pháp và bộ tiêu chí để đánh giá rủi ro lũ quét và đã

áp dụng thành công để đánh giá rủi ro lũ quét cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu

Xây dựng được phương pháp xác định ngưỡng mưa sinh lũ quét trên cơ sở phân tích đặc trưng cân bằng nước tự nhiên, qua đó đã tiến hành sử dụng phương pháp này để xác định ngưỡng mưa cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học:

Luận án đã xây dựng được phương pháp chung đánh giá rủi ro do lũ quét trên cơ sở sử dụng đầy đủ và tích hợp đa dạng các tiêu chí về mặt tự nhiên và

xã hội Đồng thời, đã xác định ngưỡng mưa phục vụ công tác cảnh báo nguy

cơ lũ quét thông qua việc kế thừa phương pháp xác định ngưỡng mưa và có minh chứng cơ sở khoa học để điều chỉnh phương pháp xác định ngưỡng mưa

có ý nghĩa quan trọng nhằm nâng cao hiệu quả trong cảnh báo nguy cơ lũ quét

Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu của Luận án có thể được sử dụng làm cơ sở xây dựng

hệ thống cảnh báo lũ quét và đánh giá rủi ro lũ quét trong kế hoạch phòng, chống thiên tai cho các lưu vực sông ở những vùng/khu vực có đặc điểm tương

Chương 2 Phương pháp và số liệu nghiên cứu Chương này giới thiệu các phương pháp sử dụng trong nghiên cứu nhằm xây dựng bộ tiêu chí đánh giá rủi

ro lũ quét cho các lưu vực sông miền núi và dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu Chương 3 Đánh giá và cảnh báo rủi ro lũ quét cho lưu vực sông Ngàn Phố

- Ngàn Sâu Trong phần này, tác giả tập trung thể hiện kết quả điều tra khảo sát

xã hội học tại khu vực nghiên cứu dưới tác động của lũ quét làm cơ sở thực tiễn

đề xuất bộ tiêu chí hiểm họa, phơi bày trước hiểm họa và tính dễ bị tổn thương Trên cơ sở đó, áp dụng bộ tiêu chí đánh giá rủi ro lũ quét cho lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu Tiếp đó, Luận án ứng dụng mô hình hóa xác định cân

bằng nước nhằm cải tiến phương pháp thực nghiệm xác định ngưỡng mưa sinh

lũ quét cho các tiểu lưu vực của lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ LŨ QUÉT 1.1 Một số khái niệm

Lũ quét (Lã Thanh Hà, 2017) 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 với thời đoạn ngắn [7]

Rủi ro thiên tai (RRTT), theo IPCC, 2012 được hiểu là khả năng xảy

ra các thay đổi nghiêm trọng trong các chức năng bình thường của một cộng đồng hay một xã hội ở một giai đoạn cụ thể, do các hiểm họa tự nhiên tương tác với các điều kiện dễ bị tổn thương của xã hội, dẫn đến các ảnh hưởng bất lợi [59]

Hiểm họa (Hazard) là sự xuất hiện tiềm tàng của các hiện tượng tự

nhiên hoặc do con người gây ra có thể gây thương tật, chết người hoặc ảnh hưởng sức khỏe, làm hư hại hoặc mất mát tài sản, cơ sở hạ tầng, sinh kế, cung cấp dịch vụ và tài nguyên môi trường [59]

Mức độ phơi bày trước hiểm họa (Exposure - E) được sử dụng để chỉ

sự hiện diện (theo vị trí) của con người, sinh kế, các dịch vụ môi trường và các nguồn tài nguyên, cơ sở hạ tầng, hoặc các tài sản kinh tế, xã hội hoặc văn hóa

ở những nơi có thể chịu những ảnh hưởng bất lợi bởi các hiện tượng tự nhiên

và vì thế có thể là đối tượng của những tổn hại, mất mát, hư hỏng tiềm tàng trong tương lai [59]

Tính dễ bị tổn thương (Vulnerability - V) là xu hướng hay khuynh

hướng bị ảnh hưởng xấu Khuynh hướng này cấu thành một đặc tính nội bộ của các yếu tố ảnh hưởng Trong lĩnh vực rủi ro thiên tai, điều này bao gồm các đặc tính của một người hoặc một nhóm và tình hình của họ có ảnh hưởng đến khả năng để dự đoán, đối phó, chống lại, và phục hồi từ các tác động có hại của các hiện tượng vật lý [59]

Mức độ nhạy cảm (Sensitivity - S) được hiểu là sự nhạy cảm của môi

trường với thiên tai, làm tăng tính dễ bị tổn thương của khu vực trước thiên tai [59]

Khả năng thích ứng (Adaptive capacity - AC) là sự kết hợp của tất cả

các điểm mạnh, thuộc tính, và nguồn lực sẵn có cho một cá nhân, cộng đồng,

xã hội, hoặc tổ chức có thể được sử dụng để chuẩn bị và thực hiện các hành động để giảm tác động xấu, giảm thiệt hại hoặc tận dụng các cơ hội có lợi Năng lực thích ứng đề cập đến khả năng dự đoán và thay đổi cơ cấu, chức năng, hoặc

tổ chức để tồn tại tốt hơn trước các hiểm họa [59]

1.2 Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Tổng quan chung về lũ quét và hiểm họa

Lũ quét xảy ra trong vòng vài giờ khi có lượng mưa lớn hoặc sau khi các

hồ xảy ra sự cố hoặc vỡ kè, đê Lã Thanh Hà, 2017 ghi nhận lũ quét xảy ra kèm theo lượng lớn bùn và thường xuất hiện ở các thung lũng nhỏ nơi có dòng chảy không liên tục [7] Trong các trận lũ quét, lượng nước trong sông thường tăng lên bất ngờ và tốc độ dòng chảy rất cao mang theo một lượng lớn đá vụn, đá tảng, cây bật gốc, phá hủy các cơ sở hạ tầng và các công trình xây dựng nằm trên đường đi của nó Theo WMO, 1999 giai đoạn ứng phó khẩn cấp thời gian xảy ra lũ quét thường nhỏ hơn 6 giờ [112] Lũ quét thường xảy ra sau khi có cường độ mưa lớn ở một khu vực nhất định hoặc một lưu vực nhỏ với đặc điểm

cụ thể như độ dốc và yếu tố hình dạng, thảm phủ, thổ nhưỡng,… của lưu vực Các đặc điểm của thổ nhưỡng có tác dụng quyết định quá trình dòng chảy lũ quét như tính thấm, giãn nở của đất, phân bố rễ cây và các hoạt động của con người

Theo IMHEN [9], các nhân tố gây lũ quét bao gồm mưa lớn, đồi núi dốc (>30%), mật độ sông suối cao, địa hình bị chia cắt mạnh, và điều kiện tự nhiên khá đặc biệt, nhưng có chỉ ra rằng lũ quét thường chỉ xuất hiện ở các lưu vực

nhỏ với diện tích khoảng từ vài chục đến 500 km2 và yếu tố biến động nhiệt lớn trong ngày và trong năm cũng làm gia tăng khả năng gây lũ quét Biên độ nhiệt lớn làm cho quá trình phong hóa bề mặt mạnh hơn dẫn đến giảm độ liên kết, tăng mức độ rời rạc và vì vậy dễ bị rửa trôi và sạt lở Lũ quét trên các lưu vực sông ở Việt Nam có nguyên nhân do tự nhiên và yếu tố con người [7] Nhóm nhân tố tự nhiên gồm nhân tố biến đổi nhanh (mưa lớn, lũ, động đất, xói mòn, trượt lở, độ ẩm lưu vực), chậm (chuyển động kiến tạo, phong hóa, biến đổi khí hậu, địa chất thủy văn, lớp phủ thực vật) và ít biến đổi (địa hình, địa mạo, địa chất) [2,3,6,7,9,23,27] Nhân tố con người liên quan đến sự gia tăng lũ quét gồm chặt phá rừng, xây dựng công trình (hồ, đập, giao thông) và lấn chiếm lòng dẫn [4,7,108,126]

Các nghiên cứu trên thế giới xem lũ quét là một dạng lũ đặc biệt xuất hiện

ở khu vực vùng núi [35,40,45,51,57,65,101,117], hoặc đồng bằng, đô thị [39,50,61,85,87] Do vậy, xem xét về nguyên nhân hình thành cũng có sự khác nhau đáng kể Đối với các trận lũ quét xảy ra ở khu vực đô thị, nơi có nhiều điều kiện để đảm bảo mô hình hóa thủy văn, thủy lực thì việc xem xét yếu tố hình thành lũ quét chủ yếu do điều kiện về địa hình, mặt đệm và mưa [61,65] Mặt khác, khi lũ quét xảy ra ở khu vực miền núi, các nghiên cứu xem xét nguyên nhân hình thành lũ quét dựa trên những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành lũ trên lưu vực như yếu tố về địa mạo, địa hình, thổ nhưỡng, địa chất, lớp phủ thực vật, mưa [44,93,103,105,116,118,119,122] Qua đó cho thấy, mặc dù dựa trên góc nhìn khác nhau, nhưng có sự thống nhất về các nhân

tố hình thành lũ quét ở các nghiên cứu trong và ngoài nước Các tác giả đều cho rằng kết cấu và cấu trúc đất rất quan trọng trong việc xác định đặc tính giữ nước Độ dốc và đặc trưng hình học của lưu vực có ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy và sự tập trung của dòng chảy trong khi đó thảm thực vật có thể ảnh hưởng đến sự lưu trữ lượng mưa Hoạt động sử dụng đất, đặc biệt là đô thị hóa, có vai

trò quan làm tăng hệ số dòng chảy mặt và làm gia tăng lưu lượng đỉnh lũ Những thay đổi trong thảm thực vật hoặc thay đổi theo mùa có thể làm giảm hoặc tăng dòng chảy

Trong đánh giá rủi ro lũ quét, việc xác định hiểm họa do lũ quét được xem

là quan trọng nhất Theo Khosravi & Cs hiểm họa được cấu trúc bởi bốn thành phần gồm tần suất, độ lớn, thời gian duy trì và tính nguy hiểm [73] Đối với dạng lũ quét có thể mô phỏng bằng mô hình hóa (lũ quét tại các khu vực có hệ thống quan trắc, có cơ sở dữ liệu KTTV cũng như các bản đồ liên quan) thì việc xác định các thành phần hiểm họa được xem xét trên các yếu tố như độ sâu ngập, tốc độ, thời gian duy trì ngập do lũ quét [36,45,80,104] Trong khi đối với các dạng lũ quét xảy ra ở khu vực miền núi, nơi không có khả năng mô hình hóa (khu vực thiếu hoặc hầu như không có số liệu, không có hệ thống quan trắc, ghi chép và địa hình phức tạp trên một đơn vị diện tích nhỏ) thì việc xác định hiểm họa có thể dựa trên dữ liệu thống kê liên quan đến bốn thành phần nêu trên Do vậy, tiếp cận đánh giá hiểm họa lũ quét được phân chia thành 03 nhóm gồm mô hình hóa, thống kê và phân tích nhân tố (tiêu chí) theo không gian Điển hình theo hướng mô hình hóa, nghiên cứu của Dingtao Shen & Cs,

2020 [104] đã sử dụng mô hình hai chiều và dữ liệu DEM độ phân giải cao để

mô phỏng ngập lụt do lũ quét cho lưu vực Gongshuangcha, Trung Quốc Trong

đó, thành phần hiểm họa bao gồm các đặc trưng độ sâu ngập, tốc độ dòng chảy

và thời gian duy trì dòng chảy, ngoài ra một số đặc trưng độ cao địa hình, khoảng cách tới đường/mương, sông, hạ tầng được sử dụng để đại diện cho mức độ nguy hiểm Theo hướng này Muhammad Masood & Kuniyoshi Takeuchi, 2011 [80] đã sử dụng mô hình 1 chiều, Wenjing Li & Cs, 2019 [77]

sử dụng mô hình 1-2 chiều (MIKE FLOOD) để mô phỏng ngập lụt do lũ quét

và hiểm họa được xác định là độ sâu ngập lụt

Sepideh Khajehei [73] đã sử dụng bộ cơ sở dữ liệu lũ quét của đại học Oklahoma và NWS để đánh giá hiểm họa lũ quét cho toàn nước Mỹ Theo đó, tác giả đã xác định 04 tính chất hiểm họa của lũ quét dựa trên dữ liệu tại các trạm quan trắc bao gồm tần suất, độ lớn, thời gian duy trì và mức độ nguy hiểm (Hình 1.1), mức độ nguy hiểm của lũ quét được định nghĩa là độ lớn của lũ quét chia cho thời gian duy trì

Hình 1 1 Đặc trưng hiểm họa lũ quét được xác định từ các trạm quan trắc [73]

Trong điều kiện lũ quét xảy ra tại khu vực miền núi, dữ liệu đặc điểm lũ quét thông thường phải khảo sát để xác định vị trí và một số đặc điểm bề mặt [9,10,90,115,130], hoặc sử dụng kết hợp giữa các vị trí đã xảy ra lũ quét và dữ liệu viễn thám để xác định các vị trí đã xảy ra lũ quét [91,130], điều này dẫn đến việc không xác định các đặc trưng của hiểm họa Trên cơ sở đó, có nhiều nghiên cứu đã khắc phục khó khăn bằng cách tiếp cận phân tích không gian GIS của các nhân tố hình thành lũ quét [14,17,22,24,25,33,54,71,81,107] Một

số nghiên cứu sử dụng thuật ngữ độ nhạy [101,124] để xác định hiểm họa do

lũ quét Theo cách tiếp cận này, không xem xét các thuộc tính của thành phần hiểm họa, theo đó chúng được tổng hợp thông qua các tiêu chí và được phân thành các cấp khác nhau (Hình 1.2)

Hình 1 2 Bản đồ hiểm họa lũ quét dựa trên tổng hợp nhân tố [89]

Các nhân tố để xác định hiểm họa được xác định dựa trên các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình dòng chảy trên bề mặt lưu vực [40,57,89] Theo đó, các nhân tố liên quan đến địa hình, địa mạo (độ dốc, hướng dốc, hương phơi sườn, chỉ số tích tụ dòng chảy, chỉ số ẩm ướt địa hình, ), địa chất (đứt gãy, kiến tạo, ) thảm phủ (sử dụng đất, NDVI, lớp phủ rừng), các đặc trưng thủy văn (mật độ sông suối, chỉ số năng lượng sông, hệ số nhám bề mặt, khoảng cách đến sông, , mưa) được sử dụng khá phổ biến trong các nghiên cứu trên thế giới

Trong khi đó, ở trong nước, khái niệm hiểm họa do lũ quét mới xuất hiện trong một vài năm trở lại đây Tuy nhiên, theo hướng tiếp cận trên thế giới về hiểm họa lũ quét cho thấy, ở góc độ nào đó có sự tương đồng giữa thuật ngữ

phân vùng nguy cơ và và hiểm họa lũ quét Điều này thể hiện thông qua việc xác định các nhân tố, tổng hợp nhân tố, đặc biệt là nhân tố mưa lớn trong hầu hết các nghiên cứu ở Việt Nam Theo cách hiểu này, xác định hiểm họa lũ quét tại Việt Nam thường phân chia thành hai hướng chính Hướng thứ nhất, theo góc độ chuyên môn về thủy văn, yếu tố phân vùng được tập trung vào độ dốc, thảm phủ, thổ nhưỡng, mưa [2,3,5,6,8-10,13,20,108] Trong khi đó, ở góc độ chuyên môn về địa lý, địa chất, địa mạo thì các nhân tố phân vùng có tính đa dạng hơn khi xem xét thêm các nhân tố địa hình, địa mạo, địa chất [5,19,27,28,30] Cụ thể một số nghiên cứu điển hình như sau:

Trần Viết Ốn [15] nghiên cứu phân vùng lũ quét trên địa bàn các tỉnh Điện Biên, Sơn La dựa trên ứng dụng công cụ GIS để chồng ghép các nhân tố 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 lóp phủ bề mặt 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 đó, với những khu vực với độ che rất thấp <10% và hoặc độ dốc >30% thì thường xuyên có lũ quét

Phạm Thị Hương Lan [13] đã áp dụng phương pháp phân loại lũ quét, và phân tích nhân tố, thực địa, chồng ghép nhân tố bằng công cụ GIS và xây dựng bản đồ tiềm năng lũ quét cho 5 loại lũ quét gồm lũ quét sườn dốc, lũ quét nghẽn dòng, lũ ống, lũ quét, và lũ bùn đá với các nhân tố gây lũ quét bao gồm mưa lớn (mưa ngày), địa hình, địa mạo, thổ nhưỡng và thảm thực vật Qua nghiên cứu tác giả đã có những nhận dạng được một số nhân tố trội gây lũ quét trên vùng nghiên cứu: lũ quét thường xảy ra trên nền thổ 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 & Cs [6] đã 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 Các nhân tố gây lũ quét chính bao gồm: lượng mưa ngày lớn nhất ứng với tần suất 50%; nguy cơ xói mòn đất; độ dốc lưu vực; và khả năng rừng phòng hộ Trọng số cho các nhân tố gây lũ quét được gán ban đầu định tính và sau đó được dò và điều chỉnh để phù hợp với dữ liệu thống kê của

58 trận lũ lịch sử từ 1977 đến 2008 trên khu vực nghiên cứu Phân loại khả năng xuất hiện lũ quét ở đây được thực hiện theo phương pháp định tính, nguy

cơ lũ quét được phân ra thành 5 loại: rất cao, cao, trung bình, thấp, và rất thấp Phương pháp thống kê từ chuỗi dữ liệu lịch sử lũ quét trên địa bàn là phù hợp nhất để xác định nhân tố và trọng số của nhân tố trong quá trình xây dựng bản

đồ phân vùng lũ quét Phương pháp này cũng được áp dụng trong dự án phân vùng nguy cơ lũ quét cho khu vực miền núi phía Bắc Việt Nam [9]

Xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét dựa trên điều tra đánh giá hiện trạng, quy mô phát triển của tai biến trượt lở, lũ quét - lũ bùn đá giai đoạn

từ 1996 đến 2005 [30], giai đoạn từ 2000 đến 2013 [29] Qua đó, 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

km2 Tốc độ 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 trận lũ với mật độ pha rắn trong dòng chảy rất lớn Sự tích tụ các vật liệu bở rời trong lòng các dòng tạm thời hoặc dòng suối nhỏ và hoạt động núi lửa là thành phần vật liệu bị cuốn đi trong các trận lũ quét [29] Tác động của địa động lực tác động đến mặt đệm, yếu tố có vai trò chính trong việc hình thành lũ lụt và lũ quét [18,29,30] Nhưng các quá trình địa động lực chỉ là yếu tố gián tiếp tác động đến mặt đệm và rất khó đánh giá, định lượng và dự báo [18,29]

Đánh giá mức độ hợp lý của hiểm họa lũ quét được dựa trên các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành dòng chảy trên bề mặt sườn dốc ở mức độ khác nhau Một số các nghiên cứu trong nước đã kiểm chứng mức độ chính xác

của thành phần hiểm họa thông qua cách đơn giản là thống kê tổng số vị trí phân vùng đúng/sai so với số liệu thực tế [6,9] nhằm xem xét sự phù hợp tốt nhất Trong thời gian gần đây, một số phương pháp kiểm chứng mới để đánh giá đã được nghiên cứu như phương pháp đường cong ROC, chỉ số Kappa và giá trị dưới đường cong AUC [41,81,103,110,124] Đường cong mô tả mối liên

hệ giữa độ nhạy và độ đặc hiệu, có trục tung là tỉ lệ dương tính thật, và trục hoành là tỉ lệ dương tính giả Kết quả các nghiên cứu cho thấy, phương pháp kiểm chứng này đã chứng minh được hiệu quả của việc xác định mức độ phù hợp giữa hiểm họa mô phỏng và vị trí đã xảy ra hiểm họa thực tế

Qua đó cho thấy, các nghiên cứu trong và ngoài nước về đánh giá hiểm họa lũ quét đã và đang được phát triển bằng việc nghiên cứu, bổ sung nhiều nhân tố có liên quan đến quá trình hình thành dòng chảy mặt Các nhân tố được

sử dụng để xác định thành phần hiểm họa có sự khác nhau khá lớn về số lượng giữa các nghiên cứu trong và ngoài nước Một số phương pháp xác định trọng

số cũng được bổ sung, cập nhật trong thời gian gần đây góp phần phong phú hệ thống phương pháp nhưng không có một phương pháp nào được coi là hoàn hảo Cùng với đó, việc xác định thành phần hiểm họa trong thời gian gần đây

đã sử dụng một số phương pháp mới để kiểm chứng sự phù hợp của phương pháp đánh giá, thành phần quan trọng nhất để phục vụ đánh giá rủi ro lũ quét cũng như phục vụ các ngành trong công tác phòng, chống và giảm nhẹ thiên tai

lũ quét

1.2.2 Tổng quan nghiên cứu về rủi ro do lũ quét

Trên thế giới, một số nhà khoa học cho rằng, rủi ro là sự kết hợp các yếu

tố có khả năng xảy ra của các sự kiện cực đoan cùng với những tác động của

sự kiện đó, do đó rủi ro bao gồm hai thành phần: khả năng xảy ra (hay xác suất)

và tác động (hậu quả) Rủi ro được xác định bằng công thức: Rủi ro = xác suất xuất hiện sự kiện * hậu quả [66,102] Plate [88], đã xây dựng một chương trình

khung cho việc đánh giá rủi ro do lũ lụt bao gồm phân tích rủi ro (xác định tai biến, phân tích tính dễ bị tổn thương, và xác định rủi ro), giảm nhẹ thiên tai (công trình và phi công trình) và sự sẵn sàng đương đầu với lũ lụt (các dự án cứu trợ, cảnh báo sớm và việc sơ tán)

Một số công trình xác định rủi ro lũ lụt lại không xét đến các yếu tố xã hội mà chỉ dựa vào các thông số hình thái của lưu vực (diện tích lưu vực, độ dốc, mật độ thoát nước, tần suất thoát nước, tỉ lệ phân nhánh Rb, tỉ lệ kết cấu

Rt, độ nhám, hình dạng, độ cao), điển hình như nghiên cứu của Elmoustafa [58] đánh giá rủi ro lũ quét bằng cách phát triển các nhân tố rủi ro, phản ánh ảnh hưởng của các thông số hình thái lưu vực đến đường quá trình và kiểm tra bằng giả thiết xuất hiện cơn bão

Một số nghiên cứu khác cho rằng, các yếu tố kinh tế xã hội ảnh hưởng quan trọng đến hậu quả tiềm tàng của các hiện tượng vật lý, bao gồm các tác động cực đoan Vì vậy, khi đánh giá rủi ro cần phải đánh giá cả yếu tố KT-XH, nghĩa là để đánh giá rủi ro trở thành công cụ hiệu quả thì việc thiết lập chỉ số tính dễ bị tổn thương, năng lực (ứng phó) của con người cần được xem xét Merz & Cs [82] cho rằng trước đây con người can thiệp vào các lưu vực và hệ thống sông có thể thay đổi được nguy cơ lũ lụt, các hậu quả và rủi ro lũ lụt Reyna [52] cũng xác định rủi ro là kết quả từ 4 yếu tố: nguy cơ, tính dễ bị tổn thương, giá trị thiệt hại và khả năng ứng phó Crichton cho rằng rủi ro phụ thuộc vào 3 yếu tố: nguy cơ, tính dễ bị tổn thương và mức mức độ phơi bày Nếu một trong 3 yếu tố tăng hoặc giảm thì rủi ro cũng tăng hoặc giảm tương ứng Crichton [49] đề xuất rủi ro được cấu thành bởi 3 thành phần (phơi lộ, tính dễ

bị tổn thương và mức độ phơi bày) Theo hướng tiếp cận này, khá nhiều công trình nghiên cứu cho đến nay sử dụng phục vụ cho đánh giá rủi ro nói chung và cho rủi ro lũ quét nói riêng Munir [121] thông qua các ý kiến chuyên gia về hình thức tiếp cận thích hợp cho đánh giá rủi ro theo nhận thức của của cộng

đồng Rủi ro lũ quét được cấu thành bởi hiểm họa và tính dễ bị tổn thương, phương pháp ma trận để đánh giá rủi ro do lũ quét

Theo IPCC [59], rủi ro được cấu thành từ 3 yếu tố gồm: hiểm họa, mức

độ phơi bày trước hiểm họa và tính dễ bị tổn thương Trong khung hướng dẫn đánh giá rủi ro của UNISDR [32,132] cho sông trên toàn cầu là hàm của hiểm họa, tiếp xúc và dễ bị tổn thương, mức độ phơi bày được xác định dựa vào quy

mô dân số (để ước tính GDP thiệt hại hàng năm) và sử dụng đất

Song song với các nghiên cứu đánh giá rủi ro lũ quét bằng các phương pháp tổng hợp chỉ thị và phương pháp mô hình toán thủy văn, ứng dụng mô hình mạng trí tuệ nhân tạo cũng bắt đầu được quan tâm sử dụng trong các nghiên cứu gần đây [36,55,67,70,76,84,92,98,113,114,120,127-129]

Nhìn chung, có thể thấy hiện nay trên thế giới và trong nước có nhiều tiếp cận để đánh giá rủi ro lũ quét, mỗi phương pháp đều yêu cầu cần có một hệ thống hay tiêu chí đánh giá tính chính xác, độ hiệu quả và tính đặc hiệu của mô hình ứng dụng nhằm đảm bảo tính tin cậy trong kết quả tính toán phục vụ công tác ứng phó và giảm thiểu rủi ro

1.2.3 Tổng quan nghiên cứu về tổn thương do lũ quét

Tính dễ bị tổn thương được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực giảm thiểu rủi

ro, quản lý rủi ro và thiên tai cũng như trong các lĩnh vực thay đổi môi trường toàn cầu như biến đổi khí hậu [73] Tính dễ bị tổn thương liên quan đến mức

độ đe dọa đối với một nhóm dân cư cụ thể hoặc năng lực của một hệ thống, có thể bị ảnh hưởng trước các hiểm họa thiên tai [59] Ở khía cạnh khoa học xã hội, tổn thương do thiên tai có liên quan đến những tổn thất tiềm năng, mức độ tiếp xúc như con người và cơ sở hạ tầng …

Trong khi đó, ở khía cạnh khoa học tự nhiên, tổn thương được hiểu là độ lớn của cấu trúc của một quá trình vật lý [12,21,26,106], và được xác định thông qua tổn thất tiềm năng Cách tiếp cận này phải tiếp cận theo nhiều kịch bản để

phân tích được tính phức tạp của hệ thống [59] thông qua việc xác định các tham số, nhân tố như công nghệ, phân tích thảm họa [11], các tính chất của quá trình vật lý [109]

Trong những năm gần đây, một số nghiên cứu về tổn thương thường tập trung vào lũ lụt [97] thông qua việc ứng dụng phương pháp mô phỏng thủy văn, thủy lực để xác định hiểm họa ở mức độ chi tiết khác nhau [21,26] Điểm chung

ở các nghiên cứu này là sử dụng tiếp cận tổn thương vật lý (là hàm của hiểm họa và tổn thất)

Đánh giá tính dễ bị tổn thương giúp ích cho việc xây dựng, cơ sở hạ tầng liên quan đến sinh kế, nông nghiệp, bệnh viện, đường xá, hệ thống thông tin liên lạc và nhiều hoạt động khác của xã hội Tình trạng dễ bị tổn thương xã hội bao gồm phụ nữ, trẻ em, người khuyết tật về tinh thần và thể chất, người già, người nghèo và người tị nạn Trong khi đó, đánh giá tính dễ bị tổn thương kinh

tế liên quan đến rủi ro của mối nguy và tác động của nó đối với các tài sản, những thiệt hại trực tiếp và gián tiếp như thiệt hại về sinh kế và cơ sở hạ tầng

xã hội [40]

Lũ lụt hoặc lũ quét gia tăng trong vài thập kỷ qua gây thiệt hại về người

và tài sản, gây ra những tổn thương về kinh tế và xã hội Tính dễ bị tổn thương được đánh giá dựa trên bộ tiêu chí thông qua phương pháp tổng hợp các chỉ thị Tính dễ bị tổn thương nội tại đề cập đến khả năng ứng phó của con người hoặc

hệ thống, trong khi yếu tố bên ngoài của tính dễ bị tổn thương tập trung vào ảnh hưởng bên ngoài như việc người dân tiếp xúc với lũ quét Tính dễ bị tổn thương vật lý có thể được đánh giá bằng cách phơi bày các yếu tố có nguy cơ

lũ, lũ quét [9,10,123]

Kết quả của các nghiên cứu liên quan đến thiên tai cho thấy những người

dễ bị tổn thương xã hội có khả năng sẵn sàng ứng phó với thiên tai ở mức thấp

do một số lý do như thu nhập thấp, trình độ học vấn và nhận thức thấp, ít cơ hội

sinh kế, hệ thống nhà ở kém, các vấn đề sức khỏe, không có nguồn cung cấp thực phẩm khẩn cấp và ít để ý đến hiểm họa Tính dễ bị tổn thương của xã hội đối với lũ quét có thể được đánh giá bằng cách xác định các biến số khác nhau như vấn đề về tài chính, kinh nghiệm lũ lụt, trình độ phát triển kinh tế, khả năng ứng phó Chỉ số dễ bị tổn thương có thể được xác định thông qua các tiêu chí

và được phân cấp [42-43] Có hai biến số quan trọng trong đánh giá tính dễ bị tổn thương xã hội chủ yếu tập trung vào tính gắn kết của địa phương và thứ hai

là đặc điểm kinh tế xã hội Đặc tính thứ nhất gồm vốn xã hội, hiệu quả tập thể, tính gắn kết với mạng lưới xã hội của mỗi địa phương Đặc điểm kinh tế xã hội thứ hai dựa trên cấu trúc hộ gia đình, tình trạng giáo dục, người khuyết tật, sự

đa dạng trong việc làm và cơ hội của nó, tỷ lệ phụ thuộc, tình trạng tài chính và tài sản hiện tại, tình trạng chính trị và khả năng tiếp cận các nguồn lực Tất cả các biến này ảnh hưởng mạnh mẽ đến tình trạng dễ bị tổn thương xã hội trong một khu vực

UNISDR cho rằng tính dễ bị tổn thương không chỉ là sự tàn phá do thiên tai gây ra đối với các yếu tố vật chất, nó cũng có những tác động tiêu cực đến điều kiện kinh tế xã hội của cộng đồng Thiên tai có ảnh hưởng sâu rộng đến cấu trúc sinh kế của hộ gia đình, và sinh kế bền vững trở thành một phần thiết yếu trong việc thích ứng với các biện pháp đối phó Đánh giá tính dễ bị tổn thương liên quan đến lũ quét, vốn tài chính là một yếu tố quan trọng quyết định mức độ dễ bị tổn thương của các hộ gia đình, vì hầu hết các hộ gia đình có thu nhập thấp, không có tiền tiết kiệm và bảo hiểm Ở các vùng nông thôn, sinh kế dựa trên việc trồng cây, nuôi gia súc, sử dụng tài nguyên thiên nhiên, do vậy thường dễ bị tổn thương hơn các vùng khác [131]

Tổn thương kinh tế - xã hội được sử dụng trong đánh giá rủi ro [36] Chỉ

số tổn thương xã hội là công cụ để định lượng và lập các bản đồ các khía cạnh của con người về mức độ dễ bị tổn thương trước các nguy cơ thiên tai Nhóm

tiêu chí được sử dụng bao gồm đặc điểm dân số, tình trạng kinh tế - xã hội, sức khỏe, khả năng ứng phó/khả năng thích ứng [26,60,69,97], Hình 1.3 lựa chọn tiêu chí để tính toán tính dễ bị tổn thươngthường dựa vào đặc điểm của mỗi loại nguy cơ và khả năng sẵn có về dữ liệu

Hình 1 3 Kết nối giữa các nhóm tiêu chí đánh giá tính dễ bị tổn thương xã hội

[36]

Bên cạnh đó, việc tính toán đánh giá tính dễ bị tổn thương cần phải có sự đánh giá rõ ràng và cụ thể các tiêu chí thành phần Hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa các yếu tố thúc đẩy tính dễ bị tổn thương xã hội có ý nghĩa quan trọng trong giai đoạn trọng số và tổng hợp của quá trình phát triển chỉ số tổng hợp Trọng số của các chỉ số thành phần nên phản ánh tầm quan trọng tương đối của chúng trong việc ảnh hưởng đến tính dễ bị tổn thương xã hội Có rất nhiều các phương pháp trọng số và phân cấp các chỉ số thành phần tính dễ bị tổn thương trên thế giới hiện nay như phương pháp trọng số bằng nhau, phương pháp thống kê Iyengar & Sudarshan [68], phương pháp phân cấp thứ bậc AHP [100]

Bên cạnh đó, phương pháp trọng số bằng nhau cũng được sử dụng với cách lý giải điển hình tương tự như sau: Mỗi yếu tố được xem là có đóng góp

như nhau vào tình trạng dễ bị tổn thương chung Trong khi đó, có nhiều khả năng là các chỉ số riêng lẻ khác nhau về mức độ ảnh hưởng của chúng đến tính

dễ bị tổn thương xã hội Nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng các chỉ số thứ bậc và quy nạp về tính dễ bị tổn thương xã hội rất nhạy cảm với phương pháp tiếp cận trọng số được sử dụng [96] Đối với các chỉ số áp dụng cho quá trình lập kế hoạch và phân bổ nguồn lực, việc sử dụng các trọng số theo ngữ cảnh cụ thể được phát triển bằng cách sử dụng các phương pháp khảo sát và tham gia [96]

Mặt khác, đối với các tiêu chí thứ cấp phản ánh mức độ xã hội học khác nhau khó có thể định lượng một cách chính xác rõ ràng trong tính toán tính dễ

bị tổn thương, phương pháp AHP trở nên khó khăn để áp dụng (do chủ yếu dựa trên kinh nghiệm chuyên gia và các tiêu chí thứ cấp có thể định lượng) Theo

đó, phương pháp Iyengar & Sudarshan cho thấy khả năng phản ánh mang tính khách quan nhất với cách phân cấp dựa trên tính toán thống kê Do đó, nghiên cứu đề xuất sử dụng phương pháp này tính toán và đánh giá tính dễ bị tổn thương do lũ quét cho các lưu vực sông miền núi

1.2.4 Tổng quan nghiên cứu ngưỡng mưa phục vụ cảnh báo lũ quét

Công tác cảnh báo lũ quét đang phải đối mặt với nhiều thách thức do nhiều lưu vực ở quy mô nhỏ tại các khu vực vùng núi có địa hình dốc, nơi bị ảnh hưởng bởi vi khí hậu và khí hậu địa phương Các nghiên cứu đã và đang nỗ lực vào việc tìm hiểu các yếu tố gây ra lũ quét, trong đó có lượng mưa (ví dụ: lượng mưa tích lũy, thời gian mưa và lượng mưa tức thời), độ ẩm của đất, độ dốc địa hình, quá trình vận chuyển bùn cát Độ ẩm đất là một yếu tố kiểm soát quan trọng của lũ quét, tại nơi có đất bão hòa sẽ làm tốc độ thấm xảy ra chậm hơn dẫn đến quá trình hình thành dòng chảy mặt nhanh hơn Khi ước tính lượng mưa tới hạn gây lũ quét do vậy cần có sự phân biệt giữa lượng mưa trước đó

và lượng mưa trong ngày gây ra lũ quét Các nghiên cứu trên thế giới về phòng

chống lũ quét tập trung vào chỉ số cảnh báo sớm, đặc biệt là ngưỡng mưa [62] Ngưỡng mưa thể hiện giá trị cường độ mưa và lượng mưa tích lũy xảy ra trước khi xuất hiện hiện tượng lũ quét Giá trị này liên quan chặt chẽ đến đặc tính của lượng mưa, độ ẩm đất [53]

Hiện nay, phương pháp cảnh báo lũ quét được sử dụng rộng rãi nhất là Chỉ dẫn lũ quét (FFG), được Cơ quan Thời tiết Quốc gia Hoa Kỳ (NWS) thiết lập vào cuối những năm 1970 [83] FFG là khái niệm để chỉ lượng mưa (được gọi là ngưỡng) cần thiết để dòng chảy tràn bờ tại các sông suối nhỏ trong một khoảng thời gian nhất định Theo đó, việc cảnh báo lũ quét cần xem xét toàn diện nguy cơ lũ bằng cách so sánh lượng mưa tích lũy đo được, hoặc lượng mưa dự báo với ngưỡng mưa trong cùng thời kỳ Trong khi đó, độ ẩm đất theo không gian được tính toán theo thời gian thực bằng mô hình thủy văn tập trung đối với các lưu vực có quy mô trên 1000 km2 [63] Đã có nhiều nghiên cứu theo hướng này để cải thiện FFG theo hướng sử dụng các mô hình thủy văn phân

bố, cải tiến dữ liệu mưa đầu vào [47] Tuy nhiên, các mô hình thủy văn liên quan đến phương pháp này thường phù hợp với các lưu vực có quy mô lớn và

có tính đến hầu hết các yếu tố ảnh hưởng, do vậy đòi hỏi dữ liệu có mức độ chi tiết cao Do đó, độ chính xác mô phỏng của các mô hình thủy văn vẫn còn hạn chế

Một cách tiếp cận khác, cảnh báo lũ quét truyền thống dựa trên phương pháp thống kê, như dựa trên Chỉ số nước trong đất (SWI) [34], Chỉ số kích hoạt lượng mưa (RTI) [31,46], Chỉ số Cường độ mưa - thời đoạn – tần suất (IDF) [43] SWI là một phương pháp ước tính độ ẩm của đất từ các quan trắc bề mặt,

nó chỉ có một thông số liên quan đến quá trình thấm nên khó áp dụng vào thực

tế, rất khó để có thể có được các thông số SWI trong khi nguồn lực quan trắc còn rất hạn chế khi triển khai ở quy mô rộng

Phương pháp IDF, lần đầu tiên được đề xuất bởi Caine [42], phương pháp này được sử dụng rộng rãi để mô tả mối quan hệ thực nghiệm giữa thời gian duy trì và cường độ mưa Hiện tại phương pháp này đang được áp dụng cho khu vực có quy mô nhỏ Cách tiếp cận này đã bỏ qua vai trò của quá trình thủy văn xảy ra trên bề mặt lưu vực, và tập trung chủ yếu vào đặc điểm lượng mưa sinh lũ quét và không xem xét đến các điều kiện ban đầu, sự thay đổi cường độ

mưa Phương pháp này sử dụng quan hệ I= 𝛼𝐷−𝑦 Trong đó: I là cường độ

mưa; D là thời gian duy trì; 𝛼 và y là các tham số thực nghiệm được xác định bằng cách sử dụng các phân tích thống kê Với y nhỏ hơn 1 nghĩa là độ nhạy của I chiếm ưu thế hơn D trong mô hình ngưỡng thực nghiệm

Phương pháp RTI tập trung vào các điều kiện ban đầu, sử dụng tích số của cường độ mưa (I) và lượng mưa tích lũy hiệu quả để cảnh báo lũ quét, phương pháp này đã được áp dụng tại Nhật Bản, Đài Loan, Việt Nam RTI chủ yếu được sử dụng để xác định các đường ranh giới ngưỡng cảnh báo Phương pháp này khá đơn giản với yêu cầu dữ liệu không lớn và phù hợp với các trận lũ quét xảy ra trong thực tế Tuy nhiên, RTI bị ảnh hưởng bởi việc tính toán lượng mưa

kỳ trước bằng cách sử dụng hệ số triết giảm của các ngày trước đó dẫn đến tỷ

lệ cảnh báo sai cao hơn đối với một số hình thế thời tiết gây mưa

Trong những năm qua, công tác nghiên cứu cảnh báo lũ quét đã được triển khai ở hầu khắp lãnh thổ Việt Nam với các dự án có quy mô liên vùng [9,10], quy mô xã, huyện [16] Một số thành tựu đã đạt được, trong thời gian vừa qua

đã triển khai hệ thống cảnh báo nguy cơ lũ quét trên toàn lãnh thổ Việt Nam và một số hệ thống cảnh báo tại các địa phương như Thanh Hóa, Hà Giang, Yên Bái [16] Các nghiên cứu đã góp phần đáng kể vào việc bảo vệ tính mạng và tài sản tại các khu vực có nguy cơ cao xảy ra lũ quét trên toàn lãnh thổ Việt Nam Nhìn chung, chỉ số cảnh báo sớm lũ quét thường sử dụng chỉ số lượng mưa, chỉ

số cảnh báo sớm mực nước, hoặc lưu lượng nước tràn bờ

Một cách tiếp cận khác về xác định ngưỡng mưa, phương pháp Đường tới hạn (CL) [31] được Bộ Xây dựng, Hạ tầng Giao thông và Du lịch Nhật Bản khuyến cáo sử dụng để cảnh báo 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 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 trận mưa sinh lũ quét 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)

Hình 1 4 Quan hệ lượng mưa giờ và lượng mưa hoạt động để xác định

đường tới hạn phục vụ cảnh báo lũ quét

Do ngưỡng mưa được xác định dựa vào các trận lũ, lũ quét xảy ra thực tế, không đòi hỏi việc áp dụng các mô hình toán và các công cụ phức tạp, trong khi các khu vực nhỏ, có dữ liệu quan trắc đủ dày có thể sử dụng phương pháp này để cảnh báo trực tiếp nguy cơ lũ quét Theo hướng tiếp cận này, nhiều nghiên cứu cũng như hệ thống cảnh báo lũ quét trên thế giới áp dụng như Trung Quốc, Hàn Quốc

Theo hướng nghiên cứu này, một số nghiên cứu, dự án tại Việt Nam đã được triển khai Điển hình như dự án, khảo sát, phân vùng nguy cơ và cảnh báo khả năng xuất hiện lũ quét ở miền núi Việt Nam được IMHEN thực hiện cho một số vùng thuộc miền núi Bắc Bộ [9] Trong nghiên cứu này, IMHEN đã xác định CL cho 36 lưu vực sông khác nhau trên phạm vi 14 tỉnh miền núi phía Bắc Dự án xây dựng hệ thống quan trắc, cảnh báo hệ thống lũ ống, lũ quét và sạt lở đất tại các huyện miền núi, tỉnh Thanh Hóa, Giai đoạn 1 (2014-2016) [16], đã xây dựng hệ thống cảnh báo dựa trên phương pháp CL cho các huyện Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hóa

1.3 Tổng quan lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu

1.3.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu

a) Vị trí địa lý và khí hậu, thủy văn

Sông Ngàn Phố bắt nguồn từ các dòng suối nhỏ vùng núi Giăng Màn, trong địa phận các xã Sơn Hồng, Sơn Kim 1 và Sơn Kim 2 huyện Hương Sơn, ven biên giới Việt-Lào, ở độ cao khoảng 700m Vị trí địa lý hệ thống sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu được thể hiện trong Hình 1.5

Hình 1 5 Vị trí địa lý lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu

Hệ thống sông có chiều dài tối đa khoảng 71–72 km, diện tích lưu vực 1.060 km², độ cao trung bình 331 m, độ dốc trung bình 25,2% Mật độ sông suối 0,91 km/km² Sông Ngàn Phố chảy gần như theo hướng Tây-Đông tới ngã

ba Tam Soa, giáp ranh các xã Sơn Tân, Sơn Long (huyện Hương Sơn) với các

xã Trường Sơn, Tùng Ảnh (huyện Đức Thọ) Tại đây, hợp lưu với sông Ngàn Sâu từ các huyện Hương Khê, Vụ Quang chảy từ phía Nam lên để tạo thành sông La, một phụ lưu của sông Lam

Hệ thống sông Ngàn Sâu là phụ lưu lớn thứ hai của sông Cả, gồm các chi lưu: sông Ngàn Sâu dài 135km, diện tích lưu vực rộng 3214km²; sông Tiêm dài 39km, diện tích lưu vực 213km²; Sông Rào Nổ dài 28km, diện tích lưu vực 206km²; Sông Ngàn Trươi dài 62km, diện tích lưu vực 560km²; Sông Ngàn Phố dài 70km, diện tích lưu vực 1060km² Sông Ngàn Sâu bắt nguồn từ vùng núi ông Giao (cao 1100m) và cù Lân (cao 1014m) chảy theo hướng Tây Bắc -

Đông Nam, từ Đức Sơn đến Linh Cảm sông chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc

Lưu vực sông nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa Hướng gió thịnh hành vào mùa đông là tây bắc; mùa hạ là tây và tây nam với tần suất trên dưới 50% Đồng thời, đây là vùng có khí hậu biến đổi mạnh, thể hiện rõ trong chế độ nhiệt mùa đông và chế độ mưa bão mùa hạ Theo đó, mùa mưa đến muộn từ hạ tuần tháng 8, tháng 9 đến trung tuần tháng 11 Lượng mưa trung bình hàng năm ở

hạ lưu là 2000mm và thượng lưu là hơn 3000mm Mùa lũ ở đây ngắn, kéo dài

từ tháng 9 đến tháng 11 Mùa khô: Từ tháng 12 đến tháng 7 năm sau, đây là mùa nắng gắt có gió tây nam rất khô nóng nên lượng bốc hơi lớn

Xu thế biến đổi lượng mưa trung bình năm trên địa bàn tỉnh khá rõ rệt theo các thời kỳ và các vùng khác nhau Lượng mưa trung bình giai đoạn (2011 - 2014) so với thời kỳ (1959 - 2010) tại các khu vực hầu như có sự thiếu hụt (3 - 7%) Lượng mưa trung bình giai đoạn 2006 - 2010 là 182,4 mm, trong khi đó lượng mưa trung bình giai đoạn 2011 - 2015 là 191,9 mm

Về nhiệt độ, đây là vùng có xu thế tăng nhiệt độ rõ rệt Kể từ năm 1959 đến năm 2010 nhiệt độ trung bình năm tại khu vực Hà Tĩnh tăng lên khoảng ≈ 1,00C Nhìn chung, nhiệt độ mùa Hè tăng nhanh hơn mùa Đông Cụ thể, trong những năm gần đây (2011 - 2014) nhiệt độ trung bình tăng lên so với thập kỷ

2001 - 2010 khoảng 0,30C Mùa đông có 3 tháng (tháng XII, I, II) nhiệt độ xuống dưới 200C Mùa hạ có tới 3 – 4 tháng trung bình vượt quá 280C (từ tháng

V đến tháng VIII)

Lũ sông Ngàn Sâu lên nhanh, xuống nhanh, cường suất mực nước lớn nhất bình 50cm/h; biên độ mực nước lớn nhất năm vượt quá 11m tại trạm thuỷ văn Hoà Duyệt Lượng dòng chảy các tháng mùa lũ lớn nhất có thể chiếm khoảng

24 - 25% lượng dòng chảy cả năm Dòng chảy nhỏ nhất trên lưu vực sông Ngàn Sâu cũng thuộc loại phong phú nhất miền Bắc, dòng chảy tháng bình quân nhỏ