Luận văn Nghiên cứu xây dựng bản đồ tính dễ bị tổn thương cho lưu vực sông Nhuệ Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội

LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu xây dựng bản đồ tính dễ bị tổn thương cho lưu vực sông Nhuệ Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 7 CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY, PHẦN THUỘC ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI ......................................................................................................................... 9 1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên .................................................................................. 9 1.1.1. Vị trí địa lý ................................................................................................ 9 1.1.2. Địa hình địa mạo ..................................................................................... 10 1.1.3. Đặc điểm thổ nhưỡng .............................................................................. 13 1.1.4. Đặc điểm khí hậu .................................................................................... 13 1.1.5. Đặc điểm thủy văn ................................................................................... 17 1.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội ............................................................................... 22 1.2.1. Dân cư ..................................................................................................... 22 1.2.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội ........................................................................ 23 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TỔN THƯƠNG VÀ CÁC BƯỚC ĐÁNH GIÁ TÍNH DỄ BỊ TỔN THƯƠNG DO LŨ, NGẬP LỤT ..... 25 2.1. Các khái niệm về tính dễ bị tổn thương ......................................................... 25 2.2. Sự cần thiết đánh giá tính dễ bị tổn thương do lũ .......................................... 27 2.3. Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................ 29 2.4. Các bước đánh giá tính dễ bị tổn thương do lũ, ngập lụt ............................... 31 2.5. Giới thiệu mô hình MIKE FLOOD ................................................................ 33 2.5.1. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11 ........................................................... 34 2.5.2. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 21 ........................................................... 38 2.5.3. Các nguyên tắc coupling trong MIKE FLOOD ...................................... 39 2 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE FLOOD MÔ PHỎNG NGẬP LỤT LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI ....................................................................................................................... 42 3.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu mạng lưới thủy lực một chiều cho MIKE 11 ........... 42 3.1.1. Áp dụng mô hình NAM để tính toán dòng chảy từ mưa .......................... 42 3.1.2. Xây dự cơ sở dữ liệu cho mạng thủy lực một chiều MIKE 11 (1D) ........ 48 3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu mạng lưới hai chiều cho MIKE 21 .......................... 51 3.2.1. Cơ sở dữ liệu ........................................................................................... 51 3.2.2. Thực hiện kết nối trong mô hình MIKE FLOOD .................................... 52 3.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình .................................................................. 53 3.4. Xây dựng bản đồ họa lũ, ngập lụt với tần suất 1% ........................................ 62 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TÍNH DỄ BỊ TỔN THƯƠNG DO NGẬP LỤT LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY, TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI ...................................................................................................... 65 4.1. Xây dựng bản đồ độ lộ diện trước hiểm họa lũ, ngập lụt lưu vực sông Nhuệ Đáy, trên địa bàn thành phố Hà Nội ...................................................................... 65 4.2. Xây dựng bản đồ khả năng chống chịu của người dân .................................. 70 4.3. Thành lập bản đồ tính dễ bị tổn thương do ngập lụt trên lưu vực sông Nhuệ Đáy, phần thuộc thành phố Hà Nội ....................................................................... 73 KẾT LUẬN VÀ GIẢI PHÁP ............................................................................. 76 KIẾN NGHỊ VỀ NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ................................................ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 80 3 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Bản đồ lưu vực hệ thống sông Nhuệ Đáy ............................................... 11 Hình 2.1 Các bước xác định tính tổn thương lũ .................................................... 32 Hình 3.1. Hộp thoại khai báo các thông số lưu vực ............................................. 45 Hình 3.2. So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình mưa dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Ba Thá .......................................................... 47 Hình 3.3. So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình mưa dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Hưng Thi ...................................................... 47 Hình 3.4. So sánh giữa kết quả tính toán kiểm định mô hình mưa dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Ba Thá .......................................................... 48 Hình 3.5. So sánh giữa kết quả tính toán kiểm định mô hình mưa dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Hưng Thi ..................................................... 49 Hình 3.6. Sơ đồ mạng sông trong MIKE 11 ....................................................................... 50 Hình 3.7. Sơ đồ mạng lưới thủy lực 1D .................................................................... 51 Hình 3.8. Giới hạn miền tính toán 2D ................................................................... 53 Hình 3.9. Lưới tính khu vực nghiên cứu ............................................................... 53 Hình 3.10. Kết nối trong mô hình MIKE FLOOD .............................................. 54 Hình 3.11. Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại trạm Phủ Lý (Trận lũ 10/2007) .................................................................................................... 54 Hình 3.12. Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại trạm Phủ Lý (Trận lũ 11/2008) ..................................................................................................... 55 Hình 3.13. Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại trạm Ba Thá (Trận lũ 11/2008) ..................................................................................................... 56 Hình 3.14. Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại trạm Hà Đông (Trận lũ 11/2008) ..................................................................................................... 56 Hình 3.15. Quá trình mưa giờ thực đo trận mưa thiết kế 1% ............................. 58 Hình 3.16a. Bản đồ ngập lụt lưu vực sông Nhuệ- Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) ứng với mưa tần suất 1% tại trạm Láng ...................................................... 59 Hình 3.16b. Bản đồ ngập lụt lưu vực sông Nhuệ- Đáy (phần thuộc thành phố 4 Hà Nội) ứng với mưa tần suất 2% tại trạm Láng ................................................ 60 Hình 3.16c. Bản đồ ngập lụt lưu vực sông Nhuệ Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) ứng với mưa tần suất 5% tại trạm Láng ...................................................... 61 Hình 3.16d. Bản đồ ngập lụt lưu vực sông Nhuệ- Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) ứng với mưa tần suất 10% tại trạm Láng .............................................. 62 Hình 3.18. Bản đồ thời gian ngập lụt lưu vực sông Nhuệ- Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) ứng với mưa tần suất 1% tại trạm Láng .............................. 63 Hình 3.19. Bản đồ hiểm họa lũ, ngập lụt lưu vực sông Nhuệ- Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) ứng với mưa tần suất 1% tại trạm Láng ............................. 65 Hình 4.1. Nhóm sử dụng đất vùng nghiên cứu ...................................................... 67 Hình 4.2. Bản đồ độ lộ diện trước nguy cơ lũ, ngập lụt của các đối tượng trên lưu vực sông Nhuệ Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) .................................... 70 Hình 4.3. Bảng câu hỏi điều tra khả năng chống chịu lũ, ngập lụt ..................... 72 Hình 4.4. Bản đồ thể hiện khả năng chống chịu của cộng đồng .......................... 73 Hình 4.5. Bản đồ tính dễ bị tổn thương do lũ, ngập lụt của các đối tượng trên lưu vực sông Nhuệ Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) .................................... 76 5 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Khí hậu tại Hà Nội (1898-2011) ............................................................ 17 Bảng 1.2. Một số các yếu tố khí tượng khác tại trạm Láng (1961-2010) ........... 17 Bảng 1.3. Một số đặc trưng hình thái sông ngòi, kênh mương lưu vực sông Nhuệ Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) ..................................................................... 20 Bảng 1.4. Các hồ chính trên địa bàn Thành phố Hà Nội ................................... 21 Bảng 3.1: Các trạm mưa được sử dụng để tính toán dự báo thuỷ văn cho các trạm thượng nguồn hệ thống sông Đáy, sông Hoàng Long ................................ 44 Bảng 3.2: Các trạm mưa được sử dụng để tính toán dự báo thuỷ văn cho các trạm thượng nguồn hệ thống sông Đáy, sông Hoàng Long ................................ 44 Bảng 3.3. Giá trị các thông số mô hình mưa- dòng chảy (NAM) cho các lưu vực sông ................................................................................................................... 46 Bảng 3.4. Kết quả hiệu chỉnh mô hình mưa - dòng chảy .................................... 47 Bảng 3.5. Kết quả kiểm nghiệm mô hình mưa - dòng chảy ................................ 48 Bảng 3.6. Các biên sử dụng trong mô hình ........................................................... 51 Bảng 3.7. Các kết nối đã thực hiện trong MIKE FLOOD ................................... 53 Bảng 3.8. Diện tích ngập lớn nhất tính toán và thực tế trong trận mưa 2008 (lưu vực sông Nhuệ Đáy, phần thuộc thành phố Hà Nội) ................................... 57 Bảng 3.9: Giá trị mưa 2 ngày lớn nhất ứng với các tần suất thiết kế .................... 58 Bảng 3.10: Trọng số của các yếu tố tạo lên nguy cơ lũ ........................................ 63 Bảng 4.1: Tính dễ bị tác động của nhóm sử dụng đất .......................................... 68 Bảng 4.2: Ma trận tính toán sự lộ diện của các đối tượng trước lũ, ngập lụt .... 69 Bảng 4.3. Ma trận tính toán mức độ tổn thương do lũ, ngập lụt ........................ 75 Bảng 4.4: Thống kê diện tích tổn thương theo các cấp độ ................................... 75 6 BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT HD: Hydraulic Dynamic (Thủy động lực) IPCC: Intergovermental Panel on Climate Change (Ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu) ISDR: International Strategy for Disaster Reduction (Chiến lược giảm nhẹ thiên tai quốc tế) KTTV: Khí tượng thủy văn NAM: NedbØr – AfstrØmning – Model (Mô hình mưa – dòng chảy) RR: Rainfall - Runoff (mưa – dòng chảy) SAR: Second Assessment Report (Báo cáo đánh giá lần II) TAR: Third Assessment Report (Báo cáo đánh giá lần III) UNDP: United Nations Depvelopment Programme (Chương trình Phát triển Liên hợp quốc) UNESCO: United Nations Emducation, Scientific and Cultural Organization (Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa Liên Hiệp Quốc) 7 MỞ ĐẦU Ngập lụt là một trong những tai biến tự nhiên, thường xuyên đe dọa cuộc sống của người dân và sự phát triển kinh tế xã hội ở nước ta. Lũ lụt đã để lại hậu quả hết sức nặng nề, hàng ngàn hộ dân bị ngập lụt, các công trình bị tàn phá, các hoạt động kinh tế - xã hội bị gián đoạn. Quá trình đô thị hoá mạnh cùng với sự tác động của Biến đổi Khí hậu và tình hình mưa lớn gây ra ngập úng trên các khu đô thị diễn ra với tần suất lớn dần. Lưu vực sông Nhuệ Đáy là một tiểu lưu vực thuộc hệ thống sông Hồng – Thái Bình, phần lớn diện tích thủ đô Hà Nội nằm trên lưu vực này. Đây là một lưu vực sông có ý nghĩa hết sức quan trọng cả về kinh tế, xã hội và an ninh quốc phòng, tuy nhiên đây cũng là một khu vực dễ chịu tác động của ngập lụt mỗi khi mưa lớn. Khác với nguyên nhân gây lũ lụt miền Trung chủ yếu là do nước tràn bờ, các địa phương đồng bằng Bắc bộ, đặc biệt thành phố Hà Nội thường xuyên bị úng ngập gây ra bởi mưa nội đồng, nguyên nhân do đã có hệ thống đê kiên cố vừa ngăn không cho nước dâng từ sông vào nhưng lại khiến việc tiêu úng nội đồng gặp nhiều khó khăn. Để tăng cường ứng phó với ngập úng ngoài các biện pháp công trình (đê kè, hồ chứa thượng lưu, các trạm bơm tiêu...) thì các biện pháp phi công trình đóng vai trò rất quan trọng, mà phần lớn trong số đó có tính dài hạn và bền vững như các biện pháp quy hoạch sử dụng đất và bố trí dân cư, nâng cao nhận thức của người dân. Mặt khác, ứng phó nhanh với lũ lụt bằng các biện pháp tức thời như cảnh báo, dự báo vùng ngập, di dời và sơ tán dân cư đến khu vực an toàn,... đã tỏ ra rất hiệu quả trong việc hạn chế những thiệt hại về người và tài sản. Việc nghiên cứu về tính dễ bị tổn thương gây ra do ngập lụt trên khu vực nghiên cứu là rất cần thiết. Để đánh giá được tính dễ bị tổn thương do lũ lụt tác động tới kinh tế - xã hội thì hướng tiếp cận đa ngành trong công tác quản lý tổng hợp rủi ro thiên tai là cần thiết để xây dựng các giải pháp nhằm giảm nhẹ tác hại của lũ gây ra. Đây cũng là lý do dẫn đến sự hình thành luận văn “ Nghiên cứu xây dựng bản đồ tính dễ bị tổn thương cho lưu vực sông Nhuệ Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội”. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở khoa học, thực tiễn cho các nhà 8 quản lý, các nhà hoạch định chính sách xác định chiến lược phát triển bền vững và đảm bảo an ninh xã hội. Cấu trúc luận văn gồm có: Mở đầu Chương 1. Đặc điểm địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội lưu vực sông Nhuệ Đáy, phần thuộc địa bàn thành phố Hà Nội Chương 2. Tổng quan về các nghiên cứu tổn thương và các bước đánh giá tính dễ bị tổn thương do lũ, ngập lụt Chương 3. Ứng dụng mô hình MIKE FLOOD mô phỏng ngập lụt lưu vực sông Nhuệ Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội Chương 4. Xây dựng bản đồ tính dễ bị tổn thương do ngập lụt lưu vực sông Nhuệ Đáy, trên địa bàn thành phố Hà Nội Kết luận và giải pháp Kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo 9 CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY, PHẦN THUỘC ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 1.1.1. Vị trí địa lý Lưu vực sông Nhuệ- Đáy nằm ở hữu ngạn sông Hồng trong phạm vi từ 20 0 đến 21020' vĩ độ Bắc và từ 1050 đến 106030' kinh độ Đông, với tổng diện tích tự nhiên là 7665 km2. Giới hạn của lưu vực như sau: - Phía Bắc và Đông Bắc được bao bởi đê sông Hồng từ ngã ba Trung Hà tới cửa Ba Lạt với tổng chiều dài khoảng 242 km. - Phía Tây Bắc giáp sông Đà từ Ngòi Lát tới Trung Hà với chiều dài khoảng 33 km. - Phía Tây và Tây Nam là đường phân lưu giữa lưu vực sông Hồng và lưu vực sông Mã bởi dãy núi Ba Vì, Cúc Phương - Tam Điệp, kết thúc tại núi Mai An Tiêm (nơi có sông Tống gặp sông Cầu Hội) và tiếp theo là sông Càn dài 10 km rồi đổ ra biển tại cửa Càn. - Phía Đông và Đông Nam là biển Đông có chiều dài khoảng 95 km từ cửa Ba Lạt tới cửa Càn. Trong đó sông Đáy là dòng sông chính của lưu vực, bắt nguồn từ sông Hồng thông qua hệ thống phân chứa lũ Vân Cốc thuộc huyện Phúc Thọ chảy qua các tỉnh Hà Nội, Hà Nam, Ninh Bình và Nam Định trước khi đổ ra biển Đông tại cửa Đáy. Sông Đáy có chiều dài khoảng 250 km.[3] Sông Nhuệ là một phụ lưu lớn của sông Đáy, cũng lấy nước từ sông Hồng qua cống Liên Mạc ở Từ Liêm, Hà Nội chảy qua các các quận: Cầu Giấy, Hà Đông, huyện Từ Liêm, Thanh Trì, Hoài Đức, Thường Tín, Thanh Oai, Phú Xuyên rồi đổ vào sông Đáy tại Phủ Lý (Hình 1.1). Ngoài ra, trên lưu vực còn có nhiều các sông nhỏ, là phụ lưu của sông Đáy hoặc sông Nhuệ, một số phụ lưu chính như: Sông Bùi (Hòa Bình, Hà Nội); sông 10 Thanh Hà (Mỹ Đức); sông Hoàng Long (Ninh Bình); sông Vân, sông Sắt, sông Đào (Nam Định)... Phần lớn diện tích thành phố Hà Nội thuộc lưu vực sông Nhuệ Đáy, trừ Quận Gia Lâm, một phần Quận Long Biên, huyện Mê Linh và Sóc Sơn. Khu vực nghiên cứu nằm chếch về phía Tây Bắc của trung tâm vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng, có vị trí từ 20034’ đến 21017’ độ vĩ Bắc và 105017’ đến 106000’ kinh độ Đông (Hình 1.1). Có ranh giới tự nhiên là sông Hồng ở phía Bắc và Tây. Tổng diện tích thủ đô Hà Nội sau khi mở rộng là: 3344.7 km2, trong đó, diện tích thuộc lưu vực Nhuệ Đáy: 2361 km 2. Bao gồm: 10 quận, 15 huyện, với một vị trí chiến lược về an ninh quốc phòng, là trung tâm văn hóa - xã hội, kinh tế, chính trị, giáo dục - khoa học của cả nước, vấn đề ngập lụt và tổn thương do ngập lụt cần phải được chú trọng nghiên cứu. 1.1.2. Địa hình địa mạo Nằm trên vùng châu thổ sông Hồng, lưu vực Nhuệ Đáy nằm trải dài theo phương vĩ tuyến từ Hà Nội đến Nam Định lại chịu ảnh hưởng của nhiều đới cấu trúc địa chất khác nhau khiến cho địa hình khu vực nghiên cứu có sự phân hoá tương phản thể hiện rõ nét theo hướng Tây - Đông và hướng Bắc - Nam. Xét về mặt cấu trúc ngang đi từ Tây sang Đông có thể chia địa hình khu vực nghiên cứu thành vùng chính như sau: Vùng đồi núi Địa hình núi phân bố ở phía Tây và Tây Nam và chiếm khoảng 30% diện tích, có hướng thấp dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam ra biển và thấp dần từ Tây sang Đông. Phần lớn là các dãy núi thấp có độ cao trung bình 400 - 600m được cấu tạo bởi các đá trầm tích lục nguyên, cacbonat; chỉ một vài khối núi có độ cao trên 1000m được cấu tạo bởi đá trầm tích phun trào như khối núi Ba Vì có đỉnh cao 1296m, khối núi Viên Nam có đỉnh cao 1031m và cấu tạo bởi đá xâm nhập granit như khối núi Đồi Thơi (Kim Bôi - Hoà Bình) có đỉnh cao 1198m. Địa hình núi trong khu vực cũng có sự phân dị và mang những đặc trưng hình thái khác nhau. [3] 11 Hình 1.1. Bản đồ lưu vực hệ thống sông Nhuệ Đáy 12 Địa hình đồi được tách ra với địa hình núi và đồng bằng bởi độ chênh cao <100m, độ phân cắt sâu từ 15 - 100m. Trong phạm vi lưu vực sông Đáy - Nhuệ, địa hình đồi chỉ chiếm khoảng 10% diện tích có độ cao phần lớn dưới 200m, phân bố chuyển tiếp từ vùng núi xuồng đồng bằng. Theo đặc điểm hình thái, có thể chia thành 2 khu vực: Vùng đồi phía Bắc và vùng đồi phía Nam. Vùng đồng bằng Diện tích vùng đồng bằng chiếm khoảng 60% lãnh thổ, địa hình khá bằng phẳng có độ cao <20m và thấp dần từ Tây sang Đông, từ Tây Bắc xuống Đông Nam. Bề mặt đồng bằng lại bị chia cắt bởi hệ thống sông và kênh mương chằng chịt. Có thể chia đồng bằng thành 4 khu vực có đặc điểm khác nhau: Vùng đồng bằng phía Bắc, Vùng đồng bằng trung tâm, Vùng đồng bằng phía Nam, Vùng đồng bằng thung lũng. Bề mặt lưu vực có hướng dốc thay đổi, đầu nguồn hệ thống sông hướng Bắc - Nam; trung và hạ nguồn hướng Tây Bắc - Đông Nam. Thượng lưu hệ thống sông uốn khúc, quanh co, hẹp và dốc, nhiều thác ghềnh, nước chảy xiết, là nguy cơ tạo nên các hiện tượng xói lở, lũ quét... Trung lưu và hạ lưu lòng sông được mở rộng, dòng sông chảy chậm, khả năng thoát nước kém dẫn đến tình trạng ngập lũ mỗi khi xuất hiện mưa lớn. Địa hình khu vực nghiên cứu chủ yếu là vùng đồng bằng nhờ phù sa bồi đắp (chiếm 4/5 diện tích tự nhiên toàn khu vực), độ cao địa hình giảm dần theo hướng từ Bắc xuống Nam, từ Tây sang Đông với độ cao trung bình từ +5 đến +20m so với mực nước biển. Phía Tây Bắc là vùng núi Ba Vì là thượng nguồn của sông Tích (một nhánh của sông Đáy), phía Đông là khu vực nội thành thành phố Hà Nội, với mật độ dân cư và các công trình dày đặc, cũng là khu vực thường xuyên xảy ra ngập lụt khi mưa lớn. Phía Tây Nam là khu vực các huyện Ứng Hòa, Phú Xuyên, Thường Tín đây là vùng trũng nhất. Ngoài địa hình đồng bằng thì khu vực nghiên cứu cũng có một dạng địa hình