Mô hình tính toán ngập lụt và một số kết quả bước đầu tại vùng ven biển Hải Phòng theo các kịch bản biến ðổi khí hậu và nước biển dâng

45 Tạp chí Khoa học và Công nghệ biển T10 (2010). Số 2. Tr 45 - 62 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN NGẬP LỤT VÀ MỘT SỐ KẾT QUẢ BƯỚC ðẦU TẠI VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG THEO CÁC KỊCH BẢN BIẾN ðỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG VŨ THANH CA, DƯ VĂN TOÁN, NGUYỄN VĂN TIẾN, NGUYỄN HOÀNG ANH, NGUYỄN HẢI ANH, TRẦN THẾ ANH, VŨ THỊ HIỀN Viện Nghiên cứu quản lý biển và hải ñảo Tóm tắt: Bài báo giới thiệu mô hình tính toán ngập lụt cho vùng ven biển Việt Nam trong ñiều kiện nước biển dâng và biến ñổi khí hậu. Trong bài giới thiệu một số kết quả tính toán thí ñiểm quá trình ngập lụt cho xã Vinh Quang, huyện Tiên Lãng, Hải Phòng với ñiều kiện bão trong nước biển dâng. Với giả thuyết vỡ ñê, ñộ sâu ngập lụt hơn 1,5m thì kịch bản 1 (SLR 30 cm) sẽ gây ngập lụt 6% diện tích, kịch bản 2 (SLR 75 cm) gây ngập lụt 48% diện tích, kịch bản 3 (SLR 100 cm) gây ngập lụt 63% diện tích. Các diện tích này cũng chủ yếu là phía ngoài ñê, các khu ñất trũng và các ñầm nuôi trồng thủy sản. Chính quyền ñịa phương xã Vinh Quang có thể tham khảo thông tin và xây dựng lồng ghép quy hoạch diện tích sử dụng ñất của xã, ñặc biệt phía ngoài ñê biển trong tương lai. I. MỞ ðẦU Mực nước biển dâng là hậu quả lớn nhất của biến ñổi khí hậu. Với bờ biển dài hơn 3.260 km và có 2 ñồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long rộng lớn bị ảnh hưởng mạnh của biến ñổi khí hậu và nước biển dâng. Biến ñổi khí hậu và nước biển dâng cũng gây tổn hại nhiều ñến diện tích ñất canh tác, mùa vụ nông ngư nghiệp, xói lở, bồi tụ khu vực ven biển và cửa sông, rừng ngập mặn, ñất ngập nước và các hệ sinh thái ven biển quan trọng khác. Mối nguy lớn nhất khi mực nước biển dâng lên là gia tăng tình trạng ngập lụt trong mùa mưa bão do hệ thống ñê biển, hồ chứa nước bị phá vỡ, có nguy cơ nhấn chìm những cánh ñồng lúa khu vực ñồng bằng ven biển, gây thiệt hại rất lớn ñến kinh tế-xã hội-môi trường và an ninh lương thực, an ninh Quốc phòng. Bài báo này giới thiệu việc xây dựng mô hình thử nghiệm tính toán ngập lụt cho vùng ven biển Việt Nam trong ñiều kiện nước biển dâng và một số kết quả bước ñầu áp dụng ở vùng ven biển ñặc trưng có rừng ngập mặn ở xã Vinh Quang, Tiên Lãng, Hải Phòng. 46 II. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN NGẬP LỤT Mô hình tính toán ngập lụt tại xã Vinh Quang do nước biền dâng (NBD) kết hợp với bão và triều cường ñược xây dựng và tính toán dựa trên cơ sở mô hình tính toán ngập lụt [1, 2]. Sau ñây là các lý thuyết cơ bản về mô hình tính. 1. Mô hình tính toán ngập lụt do sóng dài gây ra 1.1. Các phương trình cơ bản của mô hình tính Từ các kết quả của phép lấy trung bình không gian, có thể rút ra phương trình sau [1, 2]. 0= ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ t S y qf x qf yyxx η (1) ( ) ( ) 0/1 /111 2 2 =+      ∂ ∂ ∂ ∂ −       ∂ ∂ ∂ ∂ − ∂ ∂ +      ∂ ∂ +      ∂ ∂ + ∂ ∂ x cx t x t yxxx Qq d f y dqSd yS x dqSd xSx gd d qSq ySd Sq xSt q ν ν η (2) ( ) ( ) 0 /1 /111 2 2 =+      ∂ ∂ ∂ ∂ −       ∂ ∂ ∂ ∂ − ∂ ∂ +         ∂ ∂ +      ∂ ∂ + ∂ ∂ y cy t y t yxyy Qq d f y dq Sd yS x dq Sd xSy gd d Sq ySd qSq xSt q ν ν η (3) trong ñó xq và yq lần lượt là lưu lượng nước chảy qua một ñơn vị chiều dài theo phương vuông góc với các trục x và y; g là gia tốc trọng trường; d là ñộ sâu nước; tν là hệ số nhớt rối theo phương nằm ngang; cf là hệ số trở kháng dòng chảy gây ra bởi ma sát ñáy và các chướng ngại vật như nhà cửa, cây cối, các khu ñất cao; và Q là lưu lượng toàn phần. Cần chú ý là các phương trình từ (1) ñến (3) sẽ tự ñộng trở thành phương trình dòng chảy hai chiều theo phương ngang (phương trình Saint - Vernant) khi mà toàn bộ miền nghiên cứu ñược phủ nước. Hệ số trở kháng dòng chảy ñược tính toán dựa theo các kết quả thí nghiệm bằng mô hình vật lý của Viện Nghiên cứu các công trình công cộng Nhật bản [5] như sau: 3/1 2 h gnf c = (4) trong ñó hệ số nhám n ñược xác ñịnh như sau: 47 3/42 0 2 100 020.0 dnn θ θ − += (5) với θ ñại diện cho các công trình xây dựng hay khu ñất cao trong nút lưới và ñược ñịnh nghĩa là tỷ số giữa diện tích phần có công trình của nút lưới trên tổng diện tích của nút lưới. 0n ñại diện cho trở kháng của dòng chảy do ñất nông nghiệp, ñường xá và ñất sử dụng với các mục ñích khác và ñược tính như sau: 321 3 2 32 2 21 2 12 0 AAA AnAnAn n ++ ++ = (6) với n1=0.06, n2=0.047 và n3=0.05. 1A , 2A và 3A lần lượt là tỷ lệ giữa diện tích ñất nông nghiệp, ñất làm ñường và ñất sử dụng với mục ñích khác trên toàn bộ diện tích mỗi nút lưới. Các phương trình từ (1) tới (3) là các phương trình chỉ áp dụng ñươc cho các khu vực mặt ñất có ñộ dốc không lớn và dòng chảy có vận tốc không vượt quá vận tốc lan truyền của sóng dài (dòng chảy êm). Khi có những chướng ngại vật như con ñường cao, có ñê hoặc vùng ñất cao cũng như thay ñổi ñộ cao ñột ngột, giới hạn áp dụng của các phương trình từ (1) tới (3) bị vi phạm và ñể ñảm bảo có ñược các kết quả tính toán với ñộ chính xác cao, dòng chảy qua ñây cần ñược xử lý theo các công thức thực nghiệm. Giả sử ta có dòng chảy tràn qua chướng ngại vật như vẽ trên hình (1). Ký hiệu mực nước thượng lưu của chướng ngại vật là uW , mực nước hạ lưu chướng ngại vật là dW và cao ñộ mặt ñê là bW , lưu lượng chảy tràn qua chướng ngại vật ñược tính theo các công thức từ (7) ñến (10) do Homma ñề nghị [4]. Rõ ràng là ta có thể áp dụng công thức (9) ñể tính lưu lượng nước chảy tràn qua một vùng ñất có ñộ dốc rất lớn mà dòng chảy không thể tính toán ñược bằng cách giải phương trình (2) và (3). buu WWd −= (7) bdd WWd −= (8) 3/2/ ≤ud dd uu gddQ 235.0= (9) 3/2/ >ud dd ( )dud ddgdQ −= 291.0 (10) Các công thức từ (7) tới (10) cũng có thể ñược sử dụng ñể tính dòng chảy tràn qua ñê tạo ra trao ñổi nước giữa lưới tính và các sông lớn trong trường hợp có ñê. 48 Hình 1: Dòng chảy vượt chướng ngại vật ðể có thể mô phỏng ñược hiện tượng lan truyền sóng dài qua các kênh rạch nhỏ, trong mô hình ñã tính dòng chảy trong kênh riêng biệt với dòng chảy tràn trên bề mặt bằng cách giải phương trình chuyển ñộng ñã ñược tuyến tính hoá sau cho kênh 3/4 21 rm rrrrr d VVn l H t V g − ∂ ∂ −= ∂ ∂ (11) trong ñó, rV là vận tốc trung bình của dòng chảy trong kênh, rH là mực nước trong bình trong kênh, có thể khác với mực nước trong lưới, l là khoảng cách dọc theo kênh từ một lưới tới lưới cạnh ñó, rn là hệ số nhám trung bình trong kênh và rmd là ñộ sâu dòng chảy trung bình trong kênh. Mực nước trong kênh ñược tính bằng cách giải phương trình cân bằng nước cho ñoạn kênh nằm trong lưới như sau [ ] AQQ t H outin r /∑ ∑−=∂ ∂ (12) trong ñó, inQ và outQ lần lượt là lưu lượng nước chảy vào và chảy ra khỏi ñoạn kênh, bao gồm cả dòng chảy tràn qua ñê (nếu có); A là diện tích bề mặt của ñoạn kênh. Dòng chảy tràn qua ñê tạo ra trao ñổi nước giữa kênh và lưới sẽ ñược tính theo công thức Homma. Tuy nhiên, cũng cần phải nhấn mạnh rằng khi sóng dài lan truyền trên bãi, ñộng lực rất mạnh của sóng dài làm cho vận tốc lan truyền của nó dọc theo kênh không sai khác ñáng kể so với vận tốc lan truyền của nó ở trên bờ nếu như kênh khá nhỏ. Vì vậy, phép uW dW ud dd bW 49 xấp xỉ nêu trên trong việc tính toán lan truyền của sóng dài trong lưới có tính ñến ảnh hưởng của kênh chỉ nâng cao ñược ñộ chính xác nếu như lưới tính là khá lớn (có bậc vài chục mét) và kênh có chiều rộng ñáng kể (khoảng từ 3 m trở lên). Vì rằng lưới tính trong mô hình là khá lớn nên ñể có thể nâng cao ñộ chính xác tính toán, cần phải mô phỏng sự di chuyển của ñường mặt, tức là ñường phân chia giữa khu vực có nước ñã tới và vùng nước chưa tới trong mỗi nút lưới. ðể làm ñiều này, chúng tôi ñã sử dụng giả thiết sau. Như trình bày trong lý thuyết sóng nói chung, sóng vỡ khi mà vận tốc chuyển ñộng của hạt nước tại mặt sóng bằng với vận tốc lan truyền của sóng. Khi sóng dài lan truyền trên bờ, mặt phía trước của sóng dài hoàn toàn tương tự với mặt sóng vỡ. ðiều ñó có nghĩa là tốc ñộ chuyển ñộng của hạt nước tại mặt phía trước của sóng dài ñúng bằng vận tốc lan truyền của sóng dài. Do vậy, có thể giả thiết rằng mặt sóng dài trong lưới tính fV
chuyển ñộng với vận tốc lan truyền của sóng dài tại mặt sóng dài, tức là: gdV f =
(13) 1.2. ðiều kiện biên và ñiều kiện ban ñầu Các biên của miền tính có thể ñược phân loại thành các biên cứng và các biên hở. a- ðiều kiện biên tại các biên cứng ñược giả thiết là trượt tự do. b- Có hai loại biên hở ñược sử dụng trong tính toán. Loại biên hở thứ nhất là biên hở phía ngoài biển. Như ñã trình bày ở trên, do kích thước lưới tính quá trình ngập lụt quá nhỏ nên việc tính toán chỉ có thể thực hiện ñược trên các miền tính nhỏ. Mô hình số trị tính toán sự thành tạo và lan truyền của sóng trên phạm vi toàn Biển ðông ñược sử dụng ñể tính toán, cung cấp các ñiều kiện biên cho các miền tính nhỏ này tại các biên hở phía ngoài biển. c- ðiều kiện ban ñầu là mực nước ñược cho trước trên toàn bộ miền tính và vận tốc dòng chảy bằng không. 1.3. Sơ ñồ sai phân hữu hạn và lời giải số trị Các phương trình liên tục và phương trình chuyển ñộng từ (1) ñến (3) ñược sai phân hoá trên một lưới sai phân vuông góc. Một lưới tính so le ñược sử dụng trong ñó lưu lượng nước và vận tốc dòng chảy ñược tính tại các cạnh của lưới và mực nước ñược tính tại trung tâm lưới. Thành phần phi tuyến (thành phần bình lưu) của các phương trình chuyển ñộng ñược sai phân hoá theo sơ ñồ cho - nhận [4]. 50 Hình 2: Hệ toạ ñộ và phương pháp ñánh giá biên ướt và khô trong một nút lưới Theo sơ ñồ này thì căn cứ vào hướng dòng chảy tại hai nút lưới lân cận nhau mà quyết ñịnh một nút lưới là nút lưới cho, một nút lưới là nút lưới nhận và một sơ ñồ ñón gió sẽ ñược áp dụng ñể sai phân hoá thành phần bình lưu của phương trình chuyển ñộng giữa hai nút lưới. Tuy sơ ñồ ñón gió như trên ñảm bảo với ñộ chính xác rất cao ñiều kiện bảo toàn khối lượng, nhưng nó tạo ra ñộ nhớt số trị rất lớn do sai số làm tròn. ðể giảm ảnh hưởng của sai số làm tròn, ñồng thời ñảm bảo ñiều kiện ổn ñịnh của sơ ñồ tính, trong mô hình ñã lấy trung bình giữa sơ ñồ sai phân trung tâm (có ñộ chính xác bậc 2) và sơ ñồ ñón gió như ở trên. Sơ ñồ sai phân trung tâm Crank-Nicholson có ñộ chính xác bậc 2 ñược dùng ñể sai phân thời gian. Vì ñây là sơ ñồ sai phân ẩn nên một quá trình tính lặp ñã ñược áp dụng. Thứ tự tính toán như sau: trước hết, lưu lượng dòng chảy qua các cạnh của lưới ñược giả ñịnh và mực nước tại trung tâm lưới ñược tính bằng cách giải phương trình liên tục (1). Sau khi ñã có mực nước, mực nước ñược thế vào các phương trình ñộng lượng (2) và (3), kết hợp với các phương trình chảy tràn từ (7) ñến (10), ñể giải và tính lưu lượng. Các giá trị lưu lượng mới này lại ñược thay thế vào phương trình (1) ñể tính mực nước. Quá trình này cứ tiếp diễn cho ñến khi có nghiệm hội tụ. Sau ñó, diện tích ướt, ñộ dài ướt và các thông số khác ñược tính trên cơ sở mực nước ñược tính toán như trên. i,j i,j+1 i,j-1 i-1,j i+1,j I II i+1,j+1 ∆x2 x y ∆y1 0 uij ui+1j vij vij-1 i-1,j+1 i-1,j-1 i+1,j-1 AB C D Onshore Offshore ∆x1 ∆x ∆y Bờ Biển 51 Chu vi ướt trong 1 nút lưới, chiều dài ướt trên mỗi cạnh và diện tích ướt trong mỗi nút lưới ñược tính theo sơ ñồ hiện tại mỗi thời ñiểm bằng cách sử dụng mực nước, cao trình mặt ñất và ñộ dốc mặt ñất theo hai hướng trục x và trục y. Có thể trình bày thủ tục tính toán bằng sơ ñồ trong hình 2. Sai phân không gian của các phương trình (2) và (3) ñược tiến hành theo một sơ ñồ tương tự sơ ñồ “thể tích lỏng” (VOF) do Hirt và Nichols ñề xuất [4]. Trong sơ ñồ này, mực nước ñược giả thiết là nằm ngang trong mỗi nút lưới. Cao ñộ mặt ñất tại mỗi góc của nút lưới (thí dụ như các ñiểm A, B, C và D trong hình 2 ñược giả thiết là bằng giá trị trung bình của cao ñộ mặt ñất tại 4 nút lưới lân cận. Thí dụ, cao ñộ mặt ñất tại ñiểm C trong hình ñược tính như sau: 4 ,11,11,, jijijiji c bbbb b ++++ +++ = (14) với bc là cao ñộ mặt ñất tại ñiểm C, và bi,j, bi,j+1, bi+1,j+1 và bi+1,j lần lượt là cao ñộ mặt ñất tại trung tâm các nút lưới (i,j), (i,j+1), (i+1,j+1) và (i+1,j). Mực nước tại 1 cạnh của nút lưới ñược xem là bằng giá trị trung bình của mực nước tại hai nút lưới kế bên, nếu như hai nút lưới này ñều ngập nước. Thí dụ, mực nước tại cạnh BC của nút lưới i, j trong hình 1 ñược tính như sau: 2 1,, ++ = jiji bc ηη η (15) với bcη , ji,η và 1, +jiη lần lượt là mực nước tại cạnh BC, và tại tâm các nút lưới (i,j) và (i,j+1). Nếu 1 trong 2 nút lưới nằm cạnh cạnh chung là hoàn toàn khô (không có nước, tức diện tích ướt trong nút lưới bằng 0), mực nước trung bình tại cạnh của nút lưới ñược xem là bằng mực nước tại nút lưới ướt. Chiều dài ướt và diện tích ướt trong mỗi nút lưới ñược tính toán theo cao ñộ mặt ñất tại tâm nút lưới, mực nước trong lưới và ñiểm cắt giữa mặt nước và mặt ñất tại một cạnh của nút lưới. Khi mực nước trung bình trong một nút lưới cao hơn cao ñộ ñáy tại hai ñầu của 1 cạnh, cạnh ñó ñược xem là hoàn toàn bị ngập nước, và chiều dài ướt tương ứng tại cạnh ñó ñược xem là bằng 1. Trong các trường hợp khác, giá trị chiều dài ướt ñược xem là bằng tỷ số giữa chiều dài phần ướt và chiều dài tổng cộng của cạnh. Sau khi ñã xác ñịnh ñược tất cả các ñiểm ướt trên 4 cạnh của nút lưới, chu vi ướt và diện tích ướt trong mỗi lưới ñược xác ñịnh bằng cách nối 2 ñiểm ướt cạnh nhau bằng 1 ñường thẳng. Trên hình 2 ñường thẳng này là các ñường ñứt ñoạn. Diện tích ướt trong lưới i, j trong hình là phần lưới ñược tính từ ñường ñứt ñoạn về phía biển. Chu vi ướt và diện tích ướt trong một nút lưới ñược giữ không ñổi trong một bước thời gian. 52 2. Kiểm chứng mô hình ngập lụt do sóng dài Việc kiểm ñã ñược tiến hành theo các số liệu trong phòng thí nghiệm trong các ñiều kiện thí nghiệm có thể kiểm soát ñược, nên có thể cô lập các ảnh hưởng riêng rẽ của các yếu tố khác nhau tới kết quả tính toán, trên cơ sở ñó có thể hiệu chỉnh mô hình số trị tốt hơn. Kiểm nghiệm ñầu tiên về ñộ chính xác của mô hình ñã ñược tiến hành với các ñiều kiện thí nghiệm về bài toán vỡ ñập của Martin và Moyce [5]. Nguồn số liệu thứ 2 ñược dùng ñể kiểm chứng ngập lụt do sóng dài gây ra là thí nghiệm mô phỏng sóng tràn trên bãi thoải do Synolakis [6] tiến hành. Một thí nghiệm bằng mô hình vật lý ñược các nhà khoa học trên Thế giới coi là thí nghiệm quan trọng nhất ñể kiểm chứng ñộ chính xác của các mô hình số trị mô phỏng sóng dài là thí nghiệm của Briggs và nnk [7] về sóng leo xung quanh một ñảo hình nón. Xuất phát của thí nghiệm này là kinh nghiệm thực tế về sự tàn phá của sóng dài xung quanh một số ñảo. Người ta thấy rằng khi sóng dài tấn công một ñảo nằm giữa biển khơi, sóng dài sẽ gây ngập lụt lớn nhất tại phía ñón sóng dài. Tuy vậy, tại phía khuất sóng nằm ở sườn phía bên kia của ñảo, do có sự hội tụ của sóng từ hai bên ñảo, ngập lụt do sóng dài gây ra cũng rất lớn và sóng dài gây ra những thiệt hại rất ñáng kể về tính mạng và của cải cho dân cư ở ñó. Từ các kết quả tính toán trên, có thể sơ bộ kết luận rằng mô hình số trị ñã có thể mô phỏng quá trình sóng leo trong các ñiều kiện thí nghiệm khác nhau với ñộ tin cậy thoả mãn. Kết quả tính toán mô phỏng sóng leo trong trường hợp thí nghiệm trên mô hình vật lý và khoảng cách xâm nhập của sóng dài vào ñất liền trong trường hợp sóng dài quan trắc ngoài hiện trường, có thể kết luận rằng mô hình số trị ñã mô phỏng ngập lụt do sóng dài gây ra với ñộ chính xác chấp nhận ñược. Dựa trên cơ sở tính toán lan truyền thủy lực ñó, mô hình này ñược áp dụng trong ñiều kiện tại xã Vinh Quang ñể tính toán lan truyền và mô phỏng ngập lụt. 3. Các số liệu ñầu vào phục vụ tính toán 3.1. Các kịch bản nước biển dâng Trên cơ sở các kịch bản biến ñổi khí hậu và nước biển dâng (BðKH&NBD) của Bộ Tài nguyên và Môi trường [3], nhóm thực hiện dự án ñã tiến hành tính toán ngập lụt kết hợp với ñiều kiện nước dâng trong bão và triều cường. Các kịch bản lựa chọn ñược bôi ñen trong bảng 1. 53 Bảng 1: Mực nước biển dâng (cm) tại Việt Nam so với thời kỳ 1980 - 1999 Các mốc thời gian của thế kỷ 21 Kịch bản 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 Thấp (B1) 11 17 23 28 (1) 35 42 50 57 65 Trung bình (B2) 12 17 23 30 (2) 37 46 54 64 75 Cao (A1FI) 12 17 24 33 44 57 71 86 100 (3) 3.2. Số liệu bão Sử dụng số liệu các cơn bão thống kê từ năm 1951 ñến năm 2008 của Trạm Khí tượng Hòn Dáu, Hải Phòng. Giá trị áp suất tâm bão theo công thức [4]: ( ) 2/1max 575,5 pU ∆= . Bảng 2: Số liệu bão tại Hòn Dáu STT Tần suất xuất hiện (%) Vận tốc gió bão Vmax (m/s) Áp suất tâm bão P (mb) 1 1 42.6 969.77 2 2 39.7 975.49 3 5 35.8 982.49 3.3. Số liệu mực nước Bảng giá trị mực nước cực ñại theo tần suất tại trạm Hòn dấu 370 380 390 400 410 420 430 440 450 0 20 40 60 80 100 Tần suất (năm) M ự c n ư ớ c (cm ) Hình 3: Mực nước cao nhất năm tại Trạm Hòn Dấu tính theo tần suất Gumbell 54 Bảng 3: Giá trị mực nước cực ñại tính theo tần suất Gumbell tại trạm Hòn Dấu Tần suất (năm) 10 15 20 50 70 100 Mực nước (cm) 405.5 412.3 417 432 437.4 443.2 3.4. ðiều kiện ñịa hình Hình 4: Vị trí ñiểm vỡ ñê và sơ ñồ xã Vinh Quang (Bản ñồ xã Vinh Quang, 2005) Trong quá trình tính toán, chúng tôi ñã sử dụng ñiều kiện ñịa hình hiện trạng năm 2005 của xã Vinh Quang. Trong quá trình số hóa bản ñồ chúng tôi có bổ sung thêm các ñiều kiện hiện tại 2009 vào bản ñồ sau khi ñược sự góp ý của người dân ñịa phương tại buổi tham vấn ngày 18/9/2009. Nói chung, ñịa hình khu vực xã Vinh Quang khá ñều và bằng phẳng. ðộ cao trung bình từ 1,5 - 2 m (so với hệ cao ñộ Quốc gia). Diện tích ñất chủ yếu là sản xuất nông nghiệp, các khu ñất cao là các khu dân cư, ñê và ñường giao thông. Xã Vinh Quang có hệ thống ñê biển khá tốt, kết hợp với rừng ngập mặn hệ thống ñê có thể bảo ñảm an toàn cho xã trong ñiều kiện bão cấp 12. ðể tính toán mô phỏng ngập lụt cho trường hợp xấu nhất có thể xảy ra, chúng tôi ñã giả thiết trường hợp xảy ra vỡ một ñoạn ñê xung yếu dài 80m tại thôn ðông Dưới trong ñiều kiện bão cấp 12 kết hợp nước biển dâng và triều cường. 55 III. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN NGẬP LỤT TẠI XÃ VINH QUANG 1. Kết quả tính ngập lụt cho kịch bản 1 Bảng 4: Mức ñộ nguy cơ ngập lụt tại xã Vinh Quang theo kịch bản 1 Mức ñộ ngập (m) 0.00 0.15 0.25 1.25 2.25 2.50 2.75 3.00 3.50 Tổng Diện tích ngập (ha) 407.0 84.2 266.7 1121.9 16.6 11.7 10.8 10.9 0.0 1929.8 Trên các hình 5 và 6 ta thấy hình ảnh ngập lụt tại xã Vinh Quang kịch bản 1 trong ñiều kiện bão cấp 12 kết hợp với triều cường tại của sông Văn Úc, cùng với ñó là mực nước biển dâng 30 cm theo [3], với giả thiết là xảy ra tình huống vỡ một ñoạn ñê dài 80 m tại thôn ðông Dưới. Hầu hết diện tích rừng ngập mặn, các ñầm nuôi trồng thủy sản phía ngoài ñê ñều bị ngập, ñộ sâu ngập trung bình 1 - 1,25 m. Phía trong ñê, ngay tại khu vực ñoạn ñê bị vỡ thôn ðông dưới, ñộ sâu ngập lụt trong khoảng 0,5 - 1 m nước. Các khu vực khác trong xã bị ngập lụt là những vùng ñất trũng trồng lúa của các thôn: Nam, Thư Sinh, Thái Ninh, ðồn Dưới, Vam Trên, Yên mức ñộ sâu ngập lụt <1 m. Do ñây là những khu vực thoát nước chậm vì vậy xã Vinh Quang cần phải bố trí hệ thống trạm bơm ñể tiêu nước kịp thời tránh gây úng ngập, mất mùa. Các khu ñất cao, ñường giao thông dọc theo kênh chung là không bị ngập. Hình 5: Ngập lụt tại xã Vinh Quang - kịch bản 1 56 Hình 6: Dòng chảy cực ñại - kịch bản 1 2. Kết quả tính ngập lụt cho kịch bản 2 Bảng 5: Mức ñộ nguy cơ ngập lụt tại xã Vinh Quang theo kịch bản 2 Mức ñộ ngập (m) 0.00 0.15 0.25 1.25 2.25 2.50 2.75 3.00 3.50 Tổng Diện tích ngập (ha) 359.1 152.1 266.7 747.4 326.8 31.6 16.6 22.1 7.5 1929.8 Các hình 7 và 8 cho thấy hình ảnh ngập lụt và lưu tốc dòng chảy cực ñại tại xã Vinh Quang kịch bản 2 trong ñiều kiện bão cấp 12 kết hợp với triều cường tại của sông Văn Úc cùng với ñó là mực nước biển dâng 75 cm theo kịch bản 2, với giả thiết là xảy ra tình huống vỡ một ñoạn ñê dài 80 m tại thôn ðông Dưới. Toàn bộ diện tích rừng ngập mặn và các ñầm nuôi trồng thủy sản của xã Vinh Quang ñều bị ngập, ñộ sâu ngập trung bình lớn hơn kịch bản 1, khoảng 1,5 m, Tại những vùng ñất thấp ở phía Bắc của xã và phần tiếp giáp với xã Tiên Hưng thuộc các thôn ðông Dưới, thôn Nam, thôn Thư Sinh ñây là những vùng trũng tiêu nước chậm nên chịu ảnh hưởng lớn khi có ngập lụt xảy ra, ñộ sâu ngập lụt từ 0,5 - 1,25 m.Chỉ có các khu ñất cao, mặt ñê là không bị ngập. Vì vậy, chính quyền ñịa phương cần có kế hoạch, phương án tiêu thoát lũ, lâu dài cần phải có quy hoạch phát triển kinh tế và sử dụng ñất hợp lý ñể giảm thiểu tối ña thiệt hại do ngập lụt gây ra. 57 Hình 7: Ngập lụt tại Vinh Quang - kịch bản 2 Hình 8: Dòng chảy cực ñại - kịch bản 2 58 3. Kết quả tính ngập lụt cho kịch bản 3 Hình 9: Ngập lụt tại Vinh Quang - kịch bản 3 Hình 10: Dòng chảy cực ñại - kịch bản 3 59 Tương tự, các hình 9 và 10 cho thấy hình ảnh ngập lụt tại xã Vinh Quang vào năm 2100 trong ñiều kiện bão cấp 12 kết hợp với triều cường tại của sông Văn Úc cùng với ñó là mực nước biển dâng 100cm theo kịch bản cao nhất A1F1 cho vùng ñồng bằng Bắc bộ, với giả thiết là xảy ra tình huống vỡ một ñoạn ñê dài 80 m tại thôn ðông Dưới. Toàn bộ diện tích rừng ngập mặn, các khu ñầm nuôi trồng thủy sản phía ngoài ñê của xã Vinh Quang ñều ngập, ñộ sâu ngập trung bình lớn hơn kịch bản 2, khoảng 2,5 m, ñặc biệt là dọc theo mép bờ của cửa sông Văn Úc ñộ sâu ngập có chỗ lên tới 3,5 m. Khu vực ñất trồng lúa từ Cầu Ông Nước tới cầu Hàng và Thôn Kim bị ngập nặng, có chỗ ñộ sâu ngập lên tới 1,25 m. Chỉ có các khu ñất cao, các khu dân cư, nhà kiên cố, khu vực mặt ñê là không bị ngập. Lưu tốc dòng chảy khá lớn, tại vị trí vỡ ñê, lưu tốc dòng chảy trong khoảng 3,5- 4m/s, dọc theo sông Văn Úc từ cống BaZan ñến cống Thành Tre 2, lưu tốc dòng chảy khá lớn, vì vậy nguy cơ xói cấp tính trong ñiều kiện bão rất lớn. ðặc biệt là khu vực cống Thành Tre 2, trong lịch sử ñã xảy ra vỡ ñê năm 1955 gây ngập lụt và chết người. Vì vậy, chính quyền ñịa phương cần có kế hoạch, phương án trước mắt di dân ñến nơi an toàn, về lâu dài cần phải có quy hoạch phát triển kinh tế và sử dụng ñất hợp lý, tránh những vùng có rủi ro cao, ñể giảm thiểu tối ña thiệt hại do ngập lụt gây ra. Bảng 6: Mức ñộ nguy cơ ngập lụt tại xã Vinh Quang theo kịch bản 3 Mức ñộ ngập (m) 0.00 0.15 0.25 1.25 2.25 2.50 2.75 3.00 3.50 Tổng Diện tích ngập (ha) 273.1 204.6 303.8 411.1 403.7 265.0 25.6 25.0 17.1 1929.0 4. So sánh mức ñộ ngập lụt giữa các kịch bản Bảng 7: Mức ñộ ngập lụt theo các kịch bản 1, 2, 3 Nhìn vào bảng 7 có thể so sánh ñược mức ñộ ngập lụt của 3 kịch bản. Phần diện tích phía trong ñê hầu như là không bị ngập hoặc ngập không ñáng kể <0,25 m cho cả ba kịch ðộ sâu ngập lụt (m) 3,5 KB Diện tích ngập (ha) 657.97 342.5 806.49 86.35 22.33 14.01 0.25 0 % 100 34.1 17.7 41.8 4.5 1.2 0.7 0.0 0.0 1 Diện tích ngập (ha) 601.24 93.7 312.42 764.37 122.03 22.55 13.53 0.06 % 100 31.2 4.9 16.2 39.6 6.3 1.2 0.7 0.0 2 Diện tích ngập(ha) 570.42 110.97 29.35 504.83 654.99 33.16 21.32 4.86 % 100 29.6 5.8 1.5 26.2 33.9 1.7 1.1 0.3 3 60 bản. ðây cũng là ñặc ñiểm dễ nhận thấy và các kịch bản là phù hợp với thực tế vì ñịa hình xã Vinh Quang có hệ thống ñê biển che chắn bao bọc khá tốt, khả năng xảy ra ngập lụt phía trong ñê là thấp, trừ khi vỡ ñê kết hợp với nước lũ dồn từ trên xuống. Kịch bản 1 chủ yếu bị ngập với ñộ sâu nhỏ hơn 1,5 m (84%). Các diện tích này cũng chủ yếu là phía ngoài ñê, các khu ñất trũng và các ñầm nuôi trồng thủy sản, kịch bản 2 gây ngập lụt 52% diện tích, kịch bản 3 gây ngập lụt 37% diện tích. Từ biểu ñồ trên ta thấy rằng mức ñộ ngập lụt với ñộ sâu hơn 1,5m tăng dần từ kịch bản 1 ñến kịch bản 3. Như vậy, theo các kịch bản BðKH&NBD kết hợp với bão, xã Vinh Quang bị ngập lụt, nhưng chủ yếu là diện tích phía ngoài ñê - là vùng ñất nuôi trồng thủy sản và rừng ngập mặn ñều có giá trị kinh tế và giá trị sinh thái cao. Do ñó, thiệt hại do ngập lụt gây ra là ñáng kể. ðiển hình là năm 2005 cơn bão Damrey ñã gây ngập lụt và thiệt hại riêng cho các hộ nuôi tôm ngoài ñê là 10,2 tỷ ñồng (Nguồn: UBND xã Vinh Quang 2008). Với mức ñộ thiệt hại như vậy, trong tương lai, ñặc biệt với kịch bản 3, mức ñộ ngập lụt lớn chắc chắn sẽ còn thiệt hại nặng nề hơn. IV. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN - Mô hình tính toán ngập lụt trong bài miêu tả tốt quá trình ngập lụt trong bão do nước biển và triều cường kết hợp, có thể sử dụng cho các vùng ven biển Việt Nam, ñặc biệt tính toán trong bối cảnh theo các kịch bản nước biển dâng. - Việc ñánh giá tác ñộng ngập lụt thí ñiểm do NBD ñối với xã Vinh Quang, cho thấy nếu nước biển càng dâng cao thì diện tích ngập lụt càng gia tăng, gây tác ñộng xấu tới kinh tế, xã hội, môi trường và các hệ sinh thái ven biển của ñịa phương. - Những kết quả về mức ñộ ngập lụt theo các kịch bản tại xã Vinh Quang giúp bổ sung thông tin cho chính quyền xã Vinh Quang xây dựng kế hoạch lồng ghép quy hoạch diện tích sử dụng ñất tại xã, ñặc biệt phía ngoài ñê biển. - Rừng ngập mặn tại ñây có vai trò quan trọng trong việc ngăn sóng bão và triều, bảo vệ ñê biển rất tốt. Chính quyền xã có phương án giao cho các hộ dân quản lý và khai thác rừng ngập mặn rất hợp lý, ñây là gương sáng bảo vệ rừng ngập mặn mà các vùng ven biển cần phải học tập và áp dụng. ðề nghị áp dụng mô hình tính toán ngập lụt rộng rãi cho các ñịa phương ven biển Việt Nam khác ñể cung cấp ñầy ñủ thông tin cho chính quyền ñịa phương xây dựng tốt kế hoạch ứng phó với nước biển dâng và BðKH trên ñịa bàn ñịa phương, nhằm thực hiện tốt Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến ñổi khí hậu ñã ñược Chính phủ Việt 61 Nam phê duyệt năm 2008. Mô hình tính toán cần phải có ñược bản ñồ ñịa hình rất chi tiết tỷ lệ 1/2000, do vậy ñề nghị Bộ Tài nguyên và Môi trường cho thành lập sớm các bản ñồ ñịa hình tỷ lệ 1/2000 cho tất cả các khu vực ven biển và hải ñảo Việt Nam nhằm hỗ trợ việc nghiên cứu tác ñộng của nước biển dâng. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Vũ Thanh Ca, Trần Thục, Nguyễn Kiên Dũng, 2005. Một mô hình tính toán sự truyền lũ trên ñịa hình rất phức tạp. Tạp chí Thuỷ lợi Môi trường, số Tháng 6, Hà Nội. 2. Vũ Thanh Ca, Trần Thục, 2005. Mô hình số trị tính lan truyền sóng dài trên toàn Biển ðông. Tuyển tập các công trình khoa học, Hội nghị Khoa học Viện Khí tượng Thuỷ văn, Hà Nội. 3. Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2009. Kịch bản biến ñổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam. Hà Nội, 68 tr. 4. Hội kỹ sư công chính Nhật, 2000. Công thức thuỷ lực (tiếng Nhật). 5. Phòng nghiên cứu sông, 1997. Hướng dẫn sử dụng mô hình truyền lũ trong thành phố (tiếng Nhật). Lưu trữ tại Viện Nghiên cứu các công trình công cộng Nhật bản. 6. Synolakis C. E., 1987. The run up of solitary waves. Journal of Fluid Mechanics, 185, 523-545. 7. Briggs M. J., Synolakis C. E., Harkins G. S., and Green D. R., 1995. Laboratory experiments of tsunami run-up on a circular island. Pure and Applied Geophysics; 144, 569-593. SOME PRELIMINARY RESULTS AND NUMERICAL MODEL FOR INUDATION CALCULATION OF HAIPHONG COASTAL AREA IN THE CLIMATE CHANGE AND SEA LEVEL RISE VU THANH CA, DU VAN TOAN, NGUYEN VAN TIEN, NGUYEN HOANG ANH, NGUYEN HAI ANH, TRAN THE ANH, VU THI HIEN Summary: This paper introduces a model for calculating flood coastal Vietnam in terms of sea level rise and climate change. In this paper introduce some results calculated flood inudation for Vinh Quang commune, Tien Lang district, Hai Phong storm conditions in 62 the sea level rise. Award presentation with broken dike, flood depths over 1.5 m, the the scenario 1 (SLR 30 cm) would cause flooding 6% area, the scenario 2 (SLR 75 cm) caused flooding 48% of the area, the scenario 3 (SLR 100 cm) caused flooding 63% of the area. The area is also mostly outside the dike, and the low ground and lagoon aquaculture. Local government Vinh Quang commune can refer to building information and integrate the planning of land use area of town, especially the outer sea dikes in the future. Ngày nhận bài: 06 - 02 - 2010 Người nhận xét: PGS. TS. Nguyễn Chu Hồi