Đánh giá ảnh hưởng của nước biển dâng do bão đến khu vực ven biển tỉnh quảng nam trong bối cảnh biến đổi khí hậu

Trong thời kỳ triều cường, nước dâng bão gây ảnh hưởng rất lớn tới vùng ven bờ với các hình thái như là ngập lụt, xâm nhập mặn và xói lở bờ biển.. Nghiên cứu về nước dâng bão và ngập lụt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH

ĐINH VIỆT HOÀNG

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG

DO BÃO ĐẾN KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH QUẢNG NAM TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

HÀ NỘI - 2019

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA CÁC KHOA HỌC LIÊN NGÀNH

ĐINH VIỆT HOÀNG

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG

DO BÃO ĐẾN KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH QUẢNG NAM

TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Mã số: 8900201.01QTD

PGS TS Trần Hồng Thái

HÀ NỘI - 2019

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là thành quả nghiên cứu của riêng tôi dưới sự

sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Trần Hồng Thái và TS Đoàn Quang Trí Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và không sao chép theo bất cứ công trình nghiên cứu tương tự nào khác

Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo

Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn

Hà Nội, Ngày tháng năm 2019

Học viên

Đinh Việt Hoàng

Trân trọng cảm ơn đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước “Nghiên cứu lượng giá thiệt hại kinh tế do các hiện tượng khí tượng thu văn cực đoan gây ra trong bối cảnh biến đổi khí hậu và đề xuất các giải pháp quản lý rủi ro cho các tỉnh ven biển miền trung việt nam”, mã số: BĐKH.22/16-20, đã hỗ trợ số liệu điều tra, phân tích, xử lý thông tin để tôi hoàn thành luận văn

Nhân dây, học viên xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị Phòng Dự báo hải văn, Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn quốc gia đã hỗ trợ, tạo điều kiện cho học viên tiếp cận mô hình dự báo hải văn nghiệp vụ

Lời cuối cùng, học viên xin được cám ơn bạn bè và những người thân trong gia đình đã luôn chia sẻ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để học viên thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tổng quan về bão và nước dâng bão 5

1.1.1 Tổng quan về bão 5

1.1.2 Tổng quan về nước dâng bão 7

1.2 Tổng quan kịch bản nước biển dâng và nguy cơ ngập đối với các tỉnh đồng bằng ven biển 15

1.2.1 Kịch bản nước biển dâng cho khu vực ven biển Việt Nam 17

1.2.2 Nguy cơ ngập vì nước biển dâng do biến đổi khí hậu đối với khu vực ven biển tỉnh Quảng Nam 20

1.3 Đặc điểm ảnh hưởng của bão và nước dâng bão tại khu vực ven biển miền Trung 21

1.3.1 Thời gian và tần số ảnh hưởng của bão 21

1.3.2 Cấp độ và số lượng bão 22

1.3.3 Đặc điểm gió bão 23

1.3.4 Nguy cơ nước dâng bão 24

1.4 Đặc điểm chế độ thủy triều kết hợp với nước dâng bão 25

1.4.1 Đặc điểm thủy triều ven bờ Việt Nam 25

1.4.2 Nước dâng bão kết hợp với thủy triều 26

CHƯƠNG 2 KHU VỰC, TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

iv

2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu 28

2.1.1 Vị trí địa lý nghiên cứu 28

2.1.2 Điều kiện tự nhiên 29

2.1.3 Các loại hình thiên tai chủ yếu 31

2.2 Thu thập tài liệu nghiên cứu 31

2.3 Phương pháp nghiên cứu 32

2.3.1 Giới thiệu mô hình toán 33

2.3.2 Giới thiệu mô hình bão Fujita 34

2.3.3 Mô hình tích hợp SuWAT 35

- Mô hình dự báo nước dâng có tính đến ảnh hưởng của thủy triều 35

- Quá trình kết nối các mô đun (nước dâng và sóng) trong mô hình tích hợp SuWAT 37

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Xây dựng miền tính, lưới tính cho khu vực nghiên cứu 39

3.2 Một số kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình 40

3.2.1 Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình SWAN tính toán sóng biển 40

3.2.2 Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình SuWAT tính toán nước dâng bão 41

3.3 Kết quả mô phỏng tác động của cơn bão Ketsana (2009) cho khu vực Nghệ An-Phú Yên 43

3.3.1 Lý do lựa chọn và kịch bản mô phỏng cơn bão Ketsana 43

3.3.2 Kết quả mô phỏng trường gió và khí áp 46

3.3.3 Kết quả mô phỏng trường sóng trong bão 50

3.3.4 Kết quả mô phỏng nước dâng bão 52

3.3.5 Kết quả mô phỏng ngập lụt ven biển do nước dâng bão 56

3.4 Kết quả mô phỏng ngập lụt do nước dâng bão có xét đến kịch bản BĐKH nước biển dâng vào các năm 2030, 2050 và 2100 57

3.5 Thảo luận về các giải pháp phòng ngừa và giảm nhẹ thiệt hại do nước dâng bão ……… 61

v

3.5.1 Đối với chính quyền địa phương 61

3.5.2 Đối với người dân 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC I

vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Ý nghĩa

ATNĐ Áp thấp nhiệt đới

BĐKH Biến đổi khí hậu

DHI Viện Thủy lực Đan Mạch

Fujita Mô hình giải tích bão Fujita

IPCC Ủy ban liên Chính phủ về biến đổi khí hậu

ITCZ Dải hội tụ nhiệt đới

JMA Cơ quan Khí tượng Nhật Bản

KTTV Khí tượng thủy văn

MONRE Bộ Tài Nguyên và Môi Trường

NOAA Cục quản lý khí quyển và đại dương quốc gia Mỹ

(National Oceanic and Atmospheric Administration)

PAGASA

Cơ quan Quản lý Khí quyển, Địa vật lý và Thiên văn Philippine (Philippine Atmospheric, Geophysical and Astronomical

ServicesAdministration) RCP Đường nồng độ khí nhà kính

SuWAT Mô hình tích hợp thủy triều, sóng, và nước dâng bão

(Surge Wave and Tide)

SWAN Mô hình tính toán, dự báo sóng

(Simulating Waves Nearshore) WMO Tổ chức Khí tượng thế giới

XTNĐ Xoáy thuận nhiệt đới

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1-1: Kịch bản nước biển dâng theo các kịch bản RCP cho dải ven biển Việt Nam (Nguồn: Bộ TNMT, 2016) 18 Bảng 1-2: Mực nước biển dâng theo kịch bản RCP 4.5 (Nguồn: Bộ TNMT, 2016) 18 Bảng 1-3: Nước dâng bão tại các khu vực ven biển Việt Nam (Nguồn: Bộ TNMT, 2016) 19 Bảng 1-4: Nguy cơ ngập đối với tỉnh Quảng Nam (Nguồn: Bộ TNMT, 2016) 20 Bảng 1-5: Thời gian và tần số bão ảnh hưởng ở các khu vực ven biển miền Trung21 Bảng 2-1: Thống kê dân số tỉnh Quảng Nam (Nguồn: Cổng thông tin điện tử tỉnh Quảng Nam) 29

Bảng 2-2: Thành phần các dân tộc tỉnh Quảng Nam (Nguồn: Cổng thông tin điện tử tỉnh Quảng Nam) 30 Bảng 3-1: Thông tin lưới tính mô phỏng sóng, nước dâng bão cho khu vực biển Nghệ An-Phú Yên 39 Bảng 3-2: Thông tin về miền tính và lưới tính mô phỏng ngập lụt do nước dâng bão cho khu vực Quảng Nam 39 Bảng 3-3: Số liệu tham số bão Ketsana, năm 2009 (nguồn: JMA) 43 Bảng 3-4: So sánh giữa dữ liệu mô phỏng tốc độ gió trong bão Ketsana và quan trắc tại trạm Cồn Cỏ (Quảng Trị) và Lý Sơn (Quảng Ngãi) 46 Bảng 3-5: So sánh kết quả mô phỏng tốc độ gió mạnh nhất trong bão Ketsana 48 Bảng 3-6: Độ cao sóng lớn nhất tại một số khu vực thuộc vùng biển Nghệ An-Phú Yên trong bão Ketsana 50 Bảng 3-7: Kịch bản mực nước biển dâng trung bình theo một số thời kỳ phục vụ tính toán ngập lụt do nước dâng bão xét đến kịch bản BĐKH 57 Bảng 3-8: Diện tích ngập lụt (km2) do nước dâng bão tại khu vực ven biển tỉnh Quảng Nam có xét đến kịch bản BĐKH 60

viii

DANH MỤC HÌNH

Hình 0-1: Bản đồ nguy cơ nước dâng bão tại các nước trong khu vực (Nguồn: JMA

) 2

Hình 1-1: Bão trên Tây Bắc Thái Bình Dương (Nguồn: Trung tâm dự báo KTTV quốc gia) 5

Hình 1-2: Cấu trúc mặt cắt dọc của một cơn bão 6

Hình 1-3: Sự biến đổi mực nước trong bão (Nguồn: Nguyễn Bá Thủy, 2014) 7

Hình 1-4: Cơ chế gây nước dâng do tác động của gió lên bề mặt 9

Hình 1-5: Xu thế biến đổi của tần suất bão mạnh (Vmax>70 m/s) trong thế k 21 (cơn/25 năm) (IPCC, 2013) 16

Hình 1-6: Tỉ lệ cấp độ bão đổ bộ khu vực ven biển miền Trung giai đoạn 1961 - 2014 23

Hình 2-1: Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Nam (Nguồn: Cổng thông tin điện tử tỉnh Quảng Nam) 28

Hình 2-2: Minh họa các thành phần trong công thức tính vận tốc gió 35

Hình 2-3: Cấu trúc lưới lồng của mô hình SuWAT (Nguồn: Nguyễn Bá Thủy, 2016) 37

Hình 3-1: (a) Kết quả dự báo sóng bằng mô hình SWAN lúc 0Z ngày 28/09/2009; (b) Số liệu sóng vệ tinh của AVISO lúc 00Z ngày 28/09/2009; (c) Kết quả dự báo sóng bằng mô hình SWAN lúc 0Z ngày 28/09/2009; (d) Số liệu sóng vệ tinh của AVISO lúc 00Z ngày 28/09/2009 40

Hình 3-2: So sánh nước dâng bão tính nước tại Vũng Tầu trong bão Linda cho các trường hợp: (a) không xét sóng và (b) xét đến sóng 41

Hình 3-3: So sánh nước dâng bão trong bão Frankie tại: (a) Hòn Dấu và (b) Hòn Ngư cho các trường hợp: không xét đến ảnh hưởng của sóng 42

Hình 3-4:Phân bố nước dâng bão lớn nhất trong bão Wukong tháng 9/2000 (a) không xét đến sóng, (b) xét đến sóng 42

Hình 3-5: Ảnh vệ tinh của cơn bão Ketsana lúc 09 giờ 00 ngày 27/9/2009 (nguồn: Trung tâm Dự báo KTTV quốc gia) 45

ix

Hình 3-6: Quỹ đạo bão Ketsana (năm 2009) 45 Hình 3-7: (a) Mô phỏng trường áp trong bão Ketsana (00UTC, 29/09/2009); (b) Mô phỏng trường gió trong bão Ketsana (00UTC, 29/09/2009) 47 Hình 3-8: Trường gió trong bão Ketsana mô phỏng theo phương án trung bình tổ hợp:(a) (00Z, ngày 27/09/2009); (b) (00Z, ngày 28/09/2009); (c) (12Z, ngày 28/09/2009); (d) (00Z, ngày 29/09/2009); (e) (12Z, ngày 29/09/2009); (f) (00Z, ngày 30/09/2009) 49 Hình 3-9: Dao động của độ cao sóng trong bão Ketsana tại Sơn Trà 51 Hình 3-10: Dao động của độ cao sóng trong bão Ketsana tại Cồn Cỏ 51 Hình 3-11:Trường sóng cực đại trên vùng biển Nghệ An-Phú Yên (bão Ketsana) 52 Hình 3-12: So sánh nước dâng bão thực đo và mô phỏng: (a) phương án không xét

và có xét đến ảnh hưởng của thủy triều; (b) phương án không xét và có xét đến ảnh hưởng của sóng biển 53 Hình 3-13: Trường nước dâng cực đại trong bão Ketsana tại ven biển Nghệ An-Phú Yên (phương án kết hợp với thủy triều) 54 Hình 3-14: Trường nước dâng cực đại trong bão Ketsana tại ven biển Nghệ An-Phú Yên (phương án kết hợp với sóng biển) 55 Hình 3-15: Mô phỏng ngập lụt ven biển do nước dâng bão Ketsana 56 Hình 3-16: Mô phỏng ngập lụt do nước dâng bão tại ven biển Quảng Nam (kịch bản năm 2030) 58 Hình 3-17: Mô phỏng ngập lụt do nước dâng bão tại ven biển Quảng Nam (kịch bản năm 2050) 59 Hình 3-18: Mô phỏng ngập lụt do nước dâng bão tại ven biển Quảng Nam (kịch bản năm 2100) 59

1

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Biến đổi khí hậu chủ yếu được biết đến với hiện tượng nóng lên toàn cầu

và nước biển dâng là vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng tới cuộc sống của mọi sinh vật trên trái đất Dưới tác động của biến đổi khí hậu, các hiện tượng thời tiết cực đoan đang ngày càng gia tăng và được dự đoán ngày càng khốc liệt Tại Việt Nam, các biểu hiện của biến đổi khí hậu được mô tả như sau: trong vòng 50 năm qua, nhiệt độ không khí trung bình hàng năm đã tăng khoảng 0.5 - 0.7°C, mực nước biển dọc các vùng bờ biển đã dâng cao khoảng 20 cm và các hiện tượng thời tiết cực đoan có nguồn gốc khí tượng thủy văn trong đó có bão diễn biến ngày càng phức tạp, khó lường Hiện tượng nước dâng bão ở vùng ven bờ là một trong những hệ quả rất tiêu cực Trong thời kỳ triều cường, nước dâng bão gây ảnh hưởng rất lớn tới vùng ven bờ với các hình thái như là ngập lụt, xâm nhập mặn và xói lở bờ biển Chính vì thế, việc nghiên cứu và tính toán nước dâng bão

là rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao góp phần phòng tránh, cũng như giảm thiểu những thiệt hại gây ra bởi nước dâng bão…

Tại nhiều quốc gia trên thế giới đã ghi nhận nhiều cơn bão gây gió mạnh, mưa lớn và nước dâng cao làm ngập vùng ven bờ trên diện rộng Điển hình gần đây là vào tháng 8 năm 2005, cơn bão Katrina với sức gió lên tới 140 dặm/giờ gây nước dâng tới 6.0m đã đổ bộ vào bang New Orleans Mỹ gây ngập lụt trên diện rộng khiến 1.800 người chết, thiệt hại 81,2 t đô la Tại khu vực Đông Nam

Á, tháng 5 năm 2008 bão Nargis đổ bộ vào Myanmar khiến 90.000 người chết

và hơn 56.000 người mất tích, gây thương vong về người nhiều nhất trong lịch

sử Myanmar, ước tính thiệt hại khoảng 10 t đô la Gần đây nhất, tháng 11 năm

2013, siêu bão Haiyan sức gió cấp 17 (trên 300km/h) gây nước dâng cao 5m đã

đổ bộ vào phía đông Phillipines và làm 6.300 người chết, phá hủy gần 90% thành phố Tacloban, gây thiệt hại lên đến hàng t đô la

2

Cơ quan Khí tượng Nhật Bản đánh giá Việt Nam là khu vực có nguy cơ nước dâng bão lớn (Hình 1), đặc biệt tại khu vực ven biển vịnh Bắc Bộ và ven biển miền Trung bởi vì đây là nơi bão hoạt động nhiều và mạnh và có địa hình ven bờ nông, đáy thoải

Hình 0-1: Bản đồ nguy cơ nước dâng bão tại các nước trong khu vực

ở Thuận An và 1,7m ở Lăng Cô và đã gây thiệt hại nặng nề cho 2 tỉnh Quảng Trị

và Thừa Thiên Huế, bão Wayne năm 1986 gây nước dâng tới 2,3m tại Thái Bình, bão Betty năm 1987 gây nước dâng 2,5m tại Nghệ An, bão Dot năm 1989 gây nước dâng 2,2m tại Hải Phòng, bão Irving gây nước dâng 2,9m tại Sầm Sơn (Thanh Hóa), bão Frankie năm 1996 gây nước dâng 3,1m ở Tiền Hải (Thái Bình), bão Niki năm 1996 gây nước dâng cao nhất là 3,1m tại Hải Hậu (Nam Định)

3

Tại khu vực ven biển miền Trung, tháng 9/2006 bão Xangsane đổ bộ vào

Đà Nẵng với sức gió cấp 13 gây nước dâng 1,4m kết hợp với mưa lớn đã gây ngập lụt nặng nề và kéo dài trên diện rộng tại các tỉnh miền Trung Tiếp theo phải kể đến cơn bão Ketsana vào tháng 9/2009 đã đổ bộ vào ven bờ Quảng Nam

- Đà Nẵng với sức gió cấp 11 và gây nước dâng trên 1,1m tại Sơn Trà, kết hợp với lũ cao tới 3,2m tại Hội An khiến 30 người chết và 170.000 người phải sơ tán

Diện tích ngập lụt vùng ven bờ gia tăng đáng kể khi bão đổ bộ vào thời kỳ triều cường do sự kết hợp của mực nước triều cao với nước dâng bão và sóng lớn có thể phá hủy các công trình ven biển Ngoài ra, mức độ ngập lụt cũng bị ảnh hưởng bởi thời gian duy trì và kéo dài của cơn bão

Xuất phát từ những lý do trên, việc lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nước biển dâng do bão đến khu vực ven biển tỉnh Quảng Nam trong bối cảnh biến đổi khí hậu” trong bối cảnh hiện nay là rất quan trọng

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Ứng dụng mô hình số trị trong việc mô phỏng sóng, nước dâng bão và ngập lụt do nước dâng bão Ketsana năm 2009 cho khu vực ven biển Quảng Nam

- Mô phỏng ngập lụt do nước dâng bão cho khu vực ven biển Quảng Nam

có xét đến kịch bản BĐKH và nước biển dâng vào các năm 2030, 2050 và 2100

3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan phân tích diễn biến, xu thế và các cơn bão đổ bộ vào khu vực ven biển miền Trung từ năm 1961- 2014

- Ứng dụng mô hình hóa mô phỏng cơn bão Ketsana 2009 để đánh giá ảnh hưởng của nước biển dâng do bão đến khu vực nghiên cứu

- Xây dựng kịch bản tính toán diện tích ngập lụt cho khu vực nghiên cứu trong bối cảnh biến đổi khí hậu nước biển dâng vào các năm 2030, 2050 và

2100

4

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, đối tượng nghiên cứu là nước dâng bão và ngập lụt ven bờ do nước dâng bão khu vực ven biển tỉnh Quảng Nam trong bối cảnh biến đổi khí hậu

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Khu vực ven biển tỉnh Quảng Nam

5 Cấu trúc của Luận văn

Chương 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Chương 2: KHU VỰC, TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về bão và nước dâng bão

1.1.1 Tổng quan về bão

1.1.1.1 Khái niệm

Bão và áp thấp nhiệt đới được gọi chung là xoáy thuận nhiệt đới là một vùng gió xoáy có đường kính tới hàng trăm kilômét, hình thành trên vùng biển nhiệt đới Ở bắc bán cầu, gió thổi xoáy và trung tâm theo hướng ngược chiều kim đồng hồ và ngược lại đối với nam bán cầu Áp suất khí quyển trong bão thấp hơn rất nhiều so với xung quanh và thường thấp hơn 1000mb Tùy theo tốc

độ gió mạnh nhất trung bình ở vùng gần tâm bão mà xoáy thuận nhiệt đới được phân chia thành áp thấp nhiệt đới hay bão.Thuật ngữ xoáy thuận nhiệt đới

(tropical cyclone) khác với từ bão nhiệt đới (tropical storm) và áp thấp nhiệt đới

(tropicaldepression) được phân loại theo tốc độ gió cực đại ở vùng trung tâm như ta sẽ thấy từ định nghĩa dưới đây

Hình 1-1: Bão trên Tây Bắc Thái Bình Dương (Nguồn: Trung tâm dự báo KTTV

quốc gia)

6

1.1.1.2 Cấu trúc của bão

Các thành phần chính của bão bao gồm: các dải mây, mưa ở rìa ngoài; mắt bão ở chính giữa và thành mắt bão nằm ở sát ngay mắt bão Các dải mây mưa ở rìa ngoài của bão (nơi thường có tốc độ gió lớn) có thể trải xa cách tâm bão hàng trăm km Các dải mây này được tạo thành từ nhiều khối mây đối lưu phát triển mạnh, ở nhiều giai đoạn khác nhau và liên kết với nhau chặt chẽ, có sắp xếp, có

tổ chức Đôi khi các dải mây, mưa xoắn bị các lớp mây trên cao che phủ khiến cho chúng ta gặp rất nhiều khó khăn khi theo dõi bão bằng ảnh mây vệ tinh Xen

kẽ giữa các dải mây, mưa xoắn kèm theo gió mạnh gây ra mưa to, gió lớn là những vùng gió không mạnh và mưa không nhiều tạo thành từng đợt mưa

Hình 1-2: Cấu trúc mặt cắt dọc của một cơn bão

Mắt bão nằm ở khu vực trung tâm của xoáy bão, là vùng tương đối lặng gió, quang mây Do lực li tâm làm không khí xung quanh vùng trung tâm bão giãn ra nên mật độ không khí ở đây rất thấp và khí áp giảm xuống thấp nhất Đường kính trung bình của mắt bão khoảng 30-60 km Khi ở trong khu vực mắt bão, người ta thường rất ngạc nhiên khi thấy gió và mưa đang xảy ra rất dữ dội

7

lại đột nhiên ngừng hẳn, trời quang mây tạnh Nhưng ngay khi mắt bão đi qua gió và mưa xuất hiện lại ngay, cũng đột ngột như trước khi mắt bão đi qua, nhưng với hướng ngược lại

Thành mắt bão là tường mây dày xung quanh mắt bão gồm các đám mây dông phát triển lên rất cao Đi vào khu vực này tốc độ gió tăng lên đột ngột và đạt tốc độ mạnh nhất trong bão Mắt bão có thể to ra thu hẹp lại hay nhân đôi lên

và có thể tạo ra nhiều vòng thành mắt bão Sự biến đổi của mắt bão và thành mắt bão gây nên các biến đổi về tốc độ gió và cường độ bão

1.1.2 Tổng quan về nước dâng bão

1.1.2.1 Khái niệm nước dâng bão

Nước dâng là hiện tượng dâng lên của mực nước biển hoặc hồ lớn so với mực nước nền bình thường khi có gió thổi vào bờ Trong biển có thủy triều, nước dâng là sự dâng mực nước biển cao hơn mực thủy triều vốn có bởi tác động của bão Nước dâng bão là sự dâng mực nước thời đoạn ngắn để phản ứng với trường áp suất và trường ứng suất gió bão trên mặt Trên hình 1-3 trình bày các thành phần và sự biến đổi của mực nước trong bão

Hình 1-3: Sự biến đổi mực nước trong bão (Nguồn: Nguyễn Bá Thủy, 2014)

8

Khi bão đổ bộ ngoài hiện tượng gió mạnh phá hủy nhà cửa, cây cối, mưa lớn gây ngập lụt, một hiện tượng đi kèm nguy hiểm khi bão đến là nước biển dâng cao Nước biển dâng cao khủng khiếp đã xảy ra ở vùng biển Băng-la-đét vào năm 1991, đạt độ cao 6-7m đã làm cho hơn 138.000 người thiệt mạng Ở Việt Nam, nước biển dâng và sóng lớn đã từng làm sạt lở nhiều đoạn đê, kè biển, gây ngập mặn hàng vạn hécta đồng ruộng và nhiều người thiệt mạng Mực nước dâng k lục quan trắc được tại Hòn Dấu là 425 cm xảy ra trong cơn bão ngày 26/9/1955 có sức gió đến 35 m/s

Số liệu thống kê cho thấy, trung bình có khoảng 50% các cơn bão gây ra hiện tượng nước dâng nguy hiểm, thường là khi bão đổ bộ trùng với thời kỳ triều cường Theo Harris (1963) độ lớn của nước dâng bão phụ thuộc vào 5 yếu tố: (a) ảnh hưởng của

áp suất, b) ảnh hưởng trực tiếp của gió, (c) ảnh hưởng của chuyển động quay của trái đất, (d) ảnh hưởng của sóng và (e) ảnh hưởng của mưa Pore (1965) đã bổ sung 2 thành phần là: (a) ảnh hưởng của độ lớn thủy triều và (b) ảnh hưởng của hình dạng đường bờ và độ sâu biển Nước dâng lớn nhất thường xảy ra vào thời điểm bão đổ bộ vào bờ biển, độ cao có thể đạt 2-4m Bờ biển có nước dâng cao thường kéo dài hàng chục cây số tùy theo cường độ và phạm vi hoạt động của bão và cách trung tâm bão

về phía Bắc hàng chục cây số, thời gian nước dâng kéo dài 2-3 giờ nhưng quá trình ngập lụt lại xảy ra đột biến và nhanh chóng

1.1.2.2 Các cơ chế gây nước dâng bão

+ Do sự giảm áp suất khí quyển ở tâm bão: Mực nước tại tâm bão dâng theo quy luật khi áp suất giảm 1mb thì mực nước dâng 1cm Tại các khu vực ngoài khơi và vùng ven bờ có độ sâu lớn, nước dâng bão chủ yếu do sự giảm áp xuất khí quyển gây nên, nước dâng do ứng xuất gió không lớn Đối với vùng ven

bờ có độ sâu nông thì nước dâng do ứng xuất gió sẽ chiếm ưu thế

+ Do ứng suất gió: Gió thổi trên bề mặt biển gây nên ứng suất gió theo phương ngang tạo ra dòng chảy mặt theo hướng chung của gió Dòng chảy trên mặt cũng tạo nên cả dòng chảy ở lớp nước mặt Độ sâu của lớp dòng chảy này được xác định tùy thuộc vào địa hình và cường độ di chuyển về phía trước của bão

9

Hình 1-4: Cơ chế gây nước dâng do tác động của gió lên bề mặt

1.1.2.3 Nghiên cứu về nước dâng bão và ngập lụt do nước dâng bão ở trong và ngoài nước

Hiện nay có rất nhiều phương pháp tính toán và dự báo nước dâng bão cụ thể: phương pháp sử dụng các công thức bán kinh nghiệm, phương pháp biểu đồ

và phương pháp mô hình số trị Tất cả các phương pháp này đều được giới thiệu trong mục hướng dẫn dự báo nước dâng bão do Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) ban hành

Trong thực tế, phương pháp sử dụng các công thức bán kinh nghiệm (Ippen

và Hallerman, 1966), độ lớn nước dâng được tính toán trên mực nước nền theo vận tốc gió, chiều dài đà gió, góc giữa hướng gió và trục vuông góc với đường

bờ và độ sâu vùng tính Phương pháp này rất đơn giản nhưng có độ chính xác không cao vì không mô tả hết ảnh hưởng của các yếu tố tác động lên nước dâng bão

Phương pháp biểu đồ (Yang và nnk, 1970) đã được sử dụng để dự báo nước dâng bão cho một số cảng biển mà ở đó nơi có nhiều số liệu quan trắc về bão và nước dâng bão Nội dung của phương pháp là xây dựng các toán đồ dựa

là giảm được rất nhiều chi phí so với phương pháp đo đạc thực nghiệm Ngoài

ra, phương pháp này còn cho phép tính toán, dự báo diễn biến của hiện tượng theo rất nhiều kịch bản giả định chưa tồn tại trong thực tế hiện nay nhưng có khả năng xảy ra trong tương lai

Trong nghiên cứu bằng mô hình số trị, hiện tượng nước dâng bão phổ biến được mô phỏng dựa trên hệ phương trình nước nông (2 hoặc 3 chiều) Tùy theo từng mục đích, trong dự báo nước dâng bão, mô hình 2 chiều có ưu điểm là không mất nhiều thời gian tính toán nhưng hoàn toàn có thể đáp ứng được độ chính xác Khi cần những tính toán mô phỏng có mức độ chi tiết hơn, thí dụ phân bố tốc độ dòng chảy theo các lớp nước thì cần dùng mô hình 3 chiều Vào thời gian đầu, các mô hình số trị được xây dựng để mô phỏng nước dâng bão còn nhiều hạn chế do một số nguyên nhân: (1) Thường chỉ mô phỏng, tính toán các hiện tượng riêng lẻ như thủy triều, sóng, nước dâng bão; (2) Lưới tính sử dụng trong tính toán rất thô, không bao quát chi tiết địa hình ven bờ; (3) Bên cạnh đó, nhiều hiệu ứng ảnh hưởng tới nước dâng do bão trong hệ phương trình

bị bỏ qua

Trong thời gian gần đây mô hình số trị được phát triển rộng rãi nhờ sự hỗ trợ của các lý thuyết tính toán hiện đại và hệ thống máy tính có tốc độ tính toán cao Minh chứng là sự ra đời của một loạt mô hình mô phỏng nước dâng bão như: mô hình thương mại Delft-3D, Mike21, các mô hình mã nguồn mở POM, ROMS, MECCA và các mô hình sóng dài phi tuyến do nhiều cá nhân tự phát triển Qua đó, nhiều nghiên cứu nước dâng bão cũng đã được thực hiện chi tiết

11

cho vùng ven bờ bằng lưới tam giác, lưới cong và lưới lồng Dự báo chính xác thủy triều có vai trò rất quan trọng do tại đa số khu vực, độ lớn thủy triều chiếm một phần rất lớn trong mực nước tổng cộng trong bão Nếu dự báo lệch pha thủy triều sẽ cho kết quả rất trái chiều Chính vì vậy, hầu hết các nghiên cứu về nước dâng bão luôn xem nội dung hiệu chỉnh thủy triều là bước quan trọng đầu tiên trước khi đánh giá ảnh hưởng của thủy triều tới nước dâng bão (Prandle và Wolf, 1978; Flather, 1994, Horsburgh và Wilson, 2007; Yannis và nnk, 2010; Kim và nnk, 2010; Tran Tho Dat và nnk, 2018) Hầu hết các nghiên cứu đều cho thấy biên độ thủy triều và pha có ảnh hưởng đáng kể tới nước dâng do bão và dự báo nước dâng bão cần phải tính toán đồng thời với thủy triều

Những năm gần đây, do sự phát triển của hệ thống quan trắc và truyền số liệu mực nước thời gian thực Kỹ thuật đồng hóa dữ liệu mực nước trong mô hình dự báo thủy triều, nước dâng bão từ đó cũng đã được xây dựng và phát triển (Lewis và Derber, 1985; Thacker và Long, 1988) Vấn đề dự báo được chính xác nước dâng bão thường chủ yếu phụ thuộc vào dự báo chính xác trường áp, gió trong bão Tuy nhiên, nếu các dữ liệu quan trắc mực nước thường xuyên được cập nhật trong tính toán dự báo sẽ làm giảm sai số dự báo rất đáng

kể Lionello (1996) khi sử dụng kỹ thuật đồng hóa dữ liệu mực nước trong mô hình dự báo nước dâng bão đã cho thấy kết quả dự báo báo nghiệp vụ nước dâng bão ở biển Alantic sai số đã giảm tới 50% cho các dự báo từ 1-3 ngày Hiện nay, một số hệ thống cảnh báo nước dâng bão trên thế giới đều sử dụng thuật toán đồng hóa dữ liệu dựa trên thuật toán Lọc Kalman, dùng thông tin phân bố không gian của hàm tương quan các sai số của trường "phỏng đoán ban đầu" so với trường thực Nhiều thuật toán đồng hóa lọc Kalman đã được xây dựng ở dạng

mã nguồn mở công bố trên website, thí dụ của OpenDA (http://www.openda.org/) Giới nghiên cứu có thể tích hợp thuật toán này cho bài toán dự báo mực nước trong mô hình của mình

Mô hình SPLASH Jelesnianski xây dựng năm 1972 và sau này đã được NOAA (Cục quản lý khí quyển và đại dương quốc gia Mỹ) sử dụng là mô hình

12

khá phổ biến nhưng vẫn có nhiều hạn chế, đó là do sử dụng lưới có cấu trúc cố định nên không thể mô phỏng chi tiết cho khu vực có địa hình, đường bờ phức tạp

Để dự báo ngập lụt khu vực ven biển do nước dâng bão cho các vùng ven biển của Mỹ, Cục NOAA đã sử dụng mô hình SLOSH để dự báo diện tích và độ sâu ngập lụt Cơ quan khí tượng của Nhật Bản đã xây dựng mô hình dự báo nước dâng với miền bao phủ hầu hết toàn bộ vùng ven biển các nước Đông Nam

Á trong đó có cả Việt Nam Sản phẩm dự báo được đưa lên trang web https://tynwp-web.kishou.go.jp

Dự báo sóng, nước dâng và ngập lụt do nước dâng bão cho khu vực biển Philippin do Cơ quan Quản lý Khí quyển, Địa vật lý và Thiên văn Philippin (PAGASA) đảm nhiệm Dự báo nước dâng và ngập lụt do nước dâng tại

PAGASA sử dụng mô hình thương mại Delft3D

Từ lâu, Việt Nam đã nghiên cứu áp dụng và phát triển nhiều mô hình, công nghệ dự báo nước dâng bão Thứ nhất là công trình nghiên cứu của Vũ Như Hoán (1988) đã tính toán nước dâng bão theo phương pháp thống kê và biểu đồ Tiếp đó, tác giả Hoàng Trung Thành (2011) đã thống kê các đợt dâng, rút do gió bằng việc sử dụng số liệu quan trắc mực nước tại các trạm hải văn và thủy văn tại cửa sông và đưa ra bức tranh tổng thể về thời gian và xu thế dâng, rút tại các trạm quan trắc Phương pháp này rất đơn giản, dễ sử dụng tuy nhiên lại đòi hỏi

số liệu dài, tần suất quan trắc lớn và có vị trí gần trạm quan trắc nên có nhiều hạn chế về mặt số liệu khi áp dụng tại Việt Nam

Hiện nay phương pháp nghiên cứu bằng mô hình số trị thực hiện theo 3 hướng cụ thể: (1) xây dựng mô hình riêng; (2) phát triển mô hình mã nguồn mở; (3) sử dụng các mô hình thương mại nước ngoài

Tác giả Lê Trọng Đào (1999) đã dùng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán đồng thời thu triều và nước dâng bão tại khu vực ven biển vịnh Bắc

Bộ và đưa ra kết luận rằng khi tính toán và dự báo nước dâng bão tại đây cần

13

thiết xét đến ảnh hưởng của thủy triều Tác giả Nguyễn Vũ Thắng (1999) đã tính toán và dự báo nước dâng bão ở vùng ven biển Hải Phòng trên lưới phần tử hữu hạn Các nghiên cứu về nước dâng bão bằng mô hình số trị theo phương pháp phần tử hữu hạn đều đã đạt kết quả đáng khích lệ

Trong đề tài cấp Nhà nước KT.03.06, Đỗ Ngọc Quỳnh và các cộng sự (1999) đã sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn để tính toán thu triều và nước dâng bão đồng thời xây dựng công nghệ dự báo bão, nước dâng bão cho toàn dải ven biển Việt Nam Như vậy, kết quả nghiên cứu đã được tính toán và phân vùng theo từng vĩ độ và phục vụ cho công tác phòng tránh thiên tai cũng như xây dựng các công trình ven biển, phát triển kinh tế - xã hội

Tác giả Bùi Xuân Thông (2000) đã sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn với hệ lưới lồng cho các khu vực nhằm làm tăng độ chi tiết của điểm tính cũng như giảm thiểu thời gian tính toán nước dâng bão Năm 2001, Viện Cơ học đã phát triển và hoàn thiện mô hình TSIM (Typhoon Surges by Institute of Mechanics) với lưới tính lồng có độ phân giải chi tiết tới 1,0km để phục vụ cho các công trình xây dựng ven biển như đê điều, cầu cảng và mô hình này đã được

áp dụng trong nhiều đề tài, dự án khác nhau liên quan đến nước dâng bão tại Việt Nam Đỗ Đình Chiến, Phùng Đăng Hiếu và cộng sự (2013) đã sử dụng phương pháp SMAC kết hợp với sơ đồ CIP xây dựng mô hình mô phỏng nước dâng bão có tính đến ảnh hưởng của thủy triều và ngập lụt cho vùng ven bờ Thừa Thiên Huế và cho kết quả khá tin cậy khi so sánh với số liệu quan trắc Tác giả Đỗ Đình Chiến (2015), đã sử dụng mô hình SuWAT tích hợp sóng biển

và thủy triều để tính toán nước dâng bão cho khu vực ven biển Quảng Bình đến Quảng Nam đồng thời xây dựng các bản đồ nguy cơ nước dâng bão làm cơ sở khoa học để xây dựng các phương án ứng phó nước dâng bão phục vụ phát triển kinh tế xã hội Trong đề tài TNMT.05.47 năm 2016: “Nghiên cứu lựa chọn mô hình dự báo nước dâng bão vào dự báo nghiệp vụ tại Việt Nam”, tác giả Nguyễn

Bá Thủy đã hiệu chỉnh và kiểm định 3 mô hình dự báo nước dâng bão để có được bộ thông số tốt nhất phục vụ tính toán cũng như phục vụ dự báo nghiệp vụ

14

nước dâng bão tại Việt Nam

Hiện nay, do sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin, các mô hình nước ngoài được xây dựng theo hướng thương mại hóa cũng như các dạng

mô hình mã nguồn mở được phát triển để mọi người cùng nghiên cứu áp dụng

và phát triển thêm tại Việt Nam cụ thể: Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) phát tiển phần mềm MIKE; Hải quân Hoa Kỳ phát triển bộ phần mềm SMS, Viện Thủy lực Hà Lan (DELFT) phát triển mô hình DELFT-3D Đồng thời, các mô hình mã nguồn mở cũng đã được áp dụng như POM của Đại học Princeton (Hoa Kỳ), mô hình ROMS của Đại học Rutgers và Đại học Califonia (Hoa Kỳ) Việc ứng dụng các mô hình này vào những công trình nghiên cứu trong các đề tài, dự án, luận án tại Việt Nam đã được phát triển và sử dựng theo các mục đích

và tiêu chí khác nhau như Lê Trọng Đào và cộng sự nghiên cứu mô hình DELFT-3D của Hà Lan để thiết lập và mô phỏng, dự báo nước dâng bão cho khu vực Biển Đông và ven biển Việt Nam phục vụ xây dựng hệ thống dự báo tác nghiệp KTTV biển

Công trình của Nguyễn Thế Tưởng, Trần Hồng Lam và cộng sự (2007) trong khuôn khổ hợp tác Việt - Trung về nghiên cứu dự báo sóng biển, nước dâng bão bằng phương pháp số sử dụng các mô hình khác nhau như DELFT-3D của Hà Lan, JMA (Japan Meteorological Agency storm surge model) của Nhật Bản và CTS (China Typhoon Surge) của Trung Quốc để tính toán và đưa ra quy trình dự báo nước dâng bão Năm 2006, Trần Hồng Lam và các cộng sự đã xây dựng quy trình nghiệp vụ dự báo nước dâng bão bằng mô hình DELFT-3D Một nghiên cứu khác sử dụng các mô hình mã nguồn mở như Vũ Thanh Ca

và nnk (2008) sử dụng và phát triển mô hình POM của Hoa Kỳ để ứng dụng tính toán nước dâng bão có tính tới ảnh hưởng của thu triều.Trong luận án của Nguyễn Xuân Hiển đã ứng dụng bộ phần mềm SMS để xây dựng quy trình tính mực nước tổng cộng có xét đến nước dâng do sóng được tính toán bằng công

Theo hướng nghiên cứu do đặt hàng của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, nhóm tác giả Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển và Viện Khí tượng Thủy văn và Biến đổi sử dụng mô hình MIKE nghiên cứu về nguy cơ ngập lụt ven biển khi có bão mạnh và siêu bão Các nghiên cứu này đều chung mục tiêu là xây dựng các bản đồ gập lụt do nước dâng bão cho các khu vực ven biển với các kịch bản giả định về bão và độ cao mực nước triều (triều thấp, triều trung bình và triều cường)

1.2 Tổng quan kịch bản nước biển dâng và nguy cơ ngập đối với các tỉnh đồng bằng ven biển

Theo đánh giá của IPCC (2013), chưa thể nhận định một cách chắc chắn về

xu thế tăng/giảm của tần số bão trên quy mô toàn cầu (bao gồm cả Tây Bắc Thái Bình Dương) Tuy nhiên, nhận định tương đối đáng tin cậy là dưới tác động của biến đổi khí hậu, cường độ bão có thể tăng từ 2% đến 11% trong thế k 21 (Hình 1-5)

16

Hình 1-5: Xu thế biến đổi của tần suất bão mạnh (V max >70 m/s)

trong thế kỷ 21 (cơn/25 năm) (IPCC, 2013)

Theo kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam năm 2012, trong 50 năm qua nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 0,5 độ C trên phạm vi cả nước, lượng mưa có xu hướng giảm ở phía Bắc và tăng ở phía Nam Về xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ), trung bình hàng năm có khoảng 12 cơn bão hoạt động trên biển Đông, trong đó có 45% hình thành trên biển Đông và 55% từ Thái Bình Dương di chuyển vào Số cơn bão và áp thấp nhiệt đới ảnh hưởng đến Việt Nam khoảng 7 cơn mỗi năm trong đó có khoảng 5 cơn đổ bộ và ảnh hưởng trực tiếp tới đất liền nước ta, trong đó thì khu vực bờ biển miền Trung từ 16 đến

18oN và khu vực bờ biển Bắc Bộ từ 20oN trở lên có tần suất hoạt động cao nhất của bão trong dải ven biển Việt Nam Số lượng XTNĐ có xu hướng tăng nhẹ, trong khi số cơn ảnh hưởng hoặc đổ bộ không có xu hướng biến đổi rõ ràng, mức độ ảnh hưởng của bão đến nước ta có xu hướng mạnh lên, khu vực đổ bộ

có xu hướng lùi dần về phía Nam, số lượng cơn bão mạnh có xu hướng gia tăng

và mùa bão có xu hướng kết thúc muộn hơn Đưa ra các kịch bản nước biến dâng theo kịch bản phát thải thấp, trung bình và cao vào các năm từ 2020 đến

2100 cho 7 khu vực ven biển Việt Nam và nguy cơ ngập lụt cho khu vực Đồng Bằng sông Hồng và Quảng Ninh, các tỉnh ven biển miền Trung, thành phố Hồ

đó đáng chú ý là việc xây dựng kịch bản nước biển dâng chi tiết cho 28 tỉnh/thành phố/thành phố ven biển, quần đảo Hoàng Sa và Trường Sa Đánh giá nguy cơ ngập do nước biển dâng cho các khu vực đồng bằng, ven biển, các đảo

và quần đảo của Việt Nam với mức độ chi tiết của bản đồ nguy cơ ngập là đến cấp xã Nhận định về mực cực trị, gồm nước dâng bão, thủy triều, và nước dâng bão kết hợp với thủy triều ven bờ biển Việt Nam, để người sử dụng có thể hình dung được những tác động kép của nước biển dâng do BĐKH và cực trị mực nước biển dâng do các yếu tố tự nhiên như nước dâng bão và triều cường

Hiện nay, BĐKH đã trở thành một thách thức đối với nhân loại và nhận được sự quan tâm từ nhiều tầng lớp, ngành nghề, lĩnh vực và là chủ đề nghiên cứu quan trọng trong nhiều nghiên cứu khác nhau (Phan Văn Tân, 2010;

Nguyễn Văn Thắng, 2010; Trần Thọ Đạt, 2019)

1.2.1 Kịch bản nước biển dâng cho khu vực ven biển Việt Nam

Trong khoảng đầu thế k 21, xu thế tăng của mực nước biển dâng theo cả 4 kịch bản RCP không có sự khác biệt nhiều Đến năm 2030, mực nước biển dâng trung bình cho toàn dải ven biển Việt Nam theo RCP4.5 là 13 cm (8 cm ÷ 18 cm) Trong khoảng giữa thế k 21, đã bắt đầu có sự khác biệt về xu thế tăng của mực nước biển Đến năm 2050, mực nước biển dâng trung bình cho toàn dải ven biển Việt Nam theo kịch bản theo RCP4.5 là 22 cm (14 cm ÷ 32 cm) Đến cuối thế k 21, sự khác biệt về xu thế tăng của mực nước biển theo các kịch bản là rất

rõ rệt Đến năm 2100, mực nước biển dâng trung bình cho toàn dải ven biển Việt Nam theo kịch bản theo RCP4.5 là 53 cm (32 cm ÷ 76 cm) (Bảng 1-1)

18

Bảng 1-1: Kịch bản nước biển dâng theo các kịch bản RCP cho

dải ven biển Việt Nam (Nguồn: Bộ TNMT, 2016)

21 (13 ÷ 32)

26 (16 ÷ 39)

30 (18 ÷ 45)

35 (21 ÷ 52)

40 (24 ÷ 59)

44 (27 ÷ 66)

RCP4.5 13

(8 ÷ 18)

17 (10 ÷ 25)

22 (14 ÷ 32)

28 (17 ÷ 40)

34 (20 ÷ 48)

40 (24 ÷ 57)

46 (28 ÷ 66)

53 (32 ÷ 76)

RCP6.0 13

(8 ÷ 17)

17 (10 ÷ 24)

22 (14 ÷ 32)

27 (18 ÷ 39)

34 (22 ÷ 48)

41 (27 ÷ 58)

48 (32 ÷ 69)

56 (37 ÷ 81)

RCP8.5 13

(9 ÷ 18)

18 (12 ÷ 26)

25 (17 ÷ 35)

32 (22 ÷ 46)

41 (28 ÷ 58)

51 (34 ÷ 72)

61 (42 ÷ 87)

73 (49 ÷ 103) Theo kịch bản RCP4.5: Vào cuối thế k 21, mực nước biển dâng cao nhất ở

khu vực Đèo Hải Vân - Mũi Đại Lãnh vào năm 2030 là 13 cm (8 cm ÷ 18 cm),

Hòn Dáu

13 (8 ÷ 18)

17 (10 ÷ 24)

22 (13 ÷ 31)

27 (17 ÷ 39)

33 (20 ÷ 47)

39 (24 ÷ 56)

46 (28 ÷ 65)

53 (32 ÷ 75) Hòn Dáu –

Đèo Ngang

13 (8 ÷ 18)

17 (10 ÷ 24)

22 (13 ÷ 31)

27 (16 ÷ 39)

33 (20 ÷ 47)

39 (24 ÷ 56)

46 (28 ÷ 65)

53 (32 ÷ 75) Đèo Ngang

– Đèo Hải

Vân

13 (8 ÷ 18)

17 (11 ÷ 24)

22 (14 ÷ 32)

28 (17 ÷ 39)

34 (20 ÷ 47)

40 (24 ÷ 56)

46 (28 ÷ 65)

53 (32 ÷ 75) Đèo Hải

Vân – Mũi

Đại Lãnh

13 (8 ÷ 18)

17 (11 ÷ 25)

23 (14 ÷ 32)

28 (17 ÷ 40)

34 (21 ÷ 48)

40 (25 ÷ 57)

47 (29 ÷ 66)

54 (33 ÷ 76) Mũi Đại

Lãnh –

Mũi Kê Gà

12 (8 ÷ 18)

17 (11 ÷ 25)

23 (14 ÷ 33)

28 (17 ÷ 41)

34 (21 ÷ 50)

40 (24 ÷ 59)

47 (28 ÷ 68)

54 (33 ÷ 78)

17 (10 ÷ 25)

22 (13 ÷ 32)

28 (17 ÷ 40)

33 (20 ÷ 49)

40 (24 ÷ 58)

46 (28 ÷ 67)

53 (32 ÷ 77) Mũi Cà

Mau –

Kiên Gian

12 (7 ÷ 18)

17 (10 ÷ 25)

23 (14 ÷ 32)

28 (17 ÷ 40)

34 (21 ÷ 49)

41 (25 ÷ 58)

48 (29 ÷ 68)

55 (33 ÷ 78)

Quần đảo

Hoàng Sa

13 (8 ÷ 18)

18 (12 ÷ 26)

24 (15 ÷ 34)

30 (19 ÷ 42)

37 (23 ÷ 51)

43 (27 ÷ 61)

50 (31 ÷ 70)

58 (36 ÷ 80) Quần đảo

Trường Sa

14 (8 ÷ 20)

19 (11 ÷ 27)

24 (14 ÷ 35)

30 (17 ÷ 44)

36 (21 ÷ 53)

43 (25 ÷ 62)

50 (29 ÷ 72)

57 (33 ÷ 83)

Bảng 1-3: Nước dâng bão tại các khu vực ven biển Việt Nam

Năm 2014, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã công bố báo cáo phân vùng

bão, xác định nguy cơ bão, nước dâng bão cho dải ven biển Việt Nam và được

cập nhật vào năm 2016 Theo đó, dải ven biển Việt Nam được chia thành các

khu vực có đặc trưng nước dâng bão khác nhau: (i) Khu vực từ Quảng Ninh đến

Thanh Hóa, nước dâng bão cao nhất đã xảy ra là 350 cm, trong điều kiện biến

đổi khí hậu, bão có khả năng mạnh thêm, nước dâng có thể lên đến trên 490 cm;

(ii) Khu vực từ Nghệ An đến Hà Tĩnh, nước dâng bão cao nhất đã xảy ra là trên

440 cm, trong tương lai, có thể lên trên 500 cm; (iii) Khu vực từ Quảng Bình

đến Thừa Thiên - Huế,nước dâng bão cao nhất đã xảy ra là 390 cm, trong tương

lai có thể lên đến trên 420 cm; (iv) Khu vưc Đà Nẵng đến Bình Định, nước dâng

20

bão cao nhất đã xảy ra là 180 cm, trong tương lai có thể lên đến trên 230 cm; (v) Khu vực từ Phú Yên đến Ninh Thuận, nước dâng bão cao nhất đã xảy ra là 170

cm, trong tương lai có thể lên đến trên 220 cm; (vi) Khu vưc từ Bình Thuận đến

Bà Rịa - Vũng Tàu, nước dâng bão cao nhất đã xảy ra là 120 cm, trong tương lai

có thể lên đến trên 200 cm; (vii) Khu vực từ TP Hồ Chí Minh đến Cà Mau, nước dâng bão cao nhất đã xảy ra là 200 cm, trong tương lai có thể lên đến trên

270 cm; (viii) Khu vực từ Cà Mau đến Kiên Giang, nước dâng bão cao nhất đã xảy ra là 120 cm, trong tương lai có thể lên đến trên 210 cm (Bảng 1-3)

1.2.2 Nguy cơ ngập vì nước biển dâng do biến đổi khí hậu đối với khu vực ven biển tỉnh Quảng Nam

Trong bảng 1-6 nếu mực nước biển dâng 100 cm, khoảng 0,32% diện tích của tỉnh Quảng Nam có nguy cơ bị ngập, tập trung chủ yếu ở 2 khu đô thị lớn là thành phố Hội An và thành phố Tam Kỳ, trong đó thành phố Hội An có nguy cơ cao nhất (4,32% diện tích), thành phố Tam Kỳ (3,94% diện tích)

Bảng 1-4: Nguy cơ ngập đối với tỉnh Quảng Nam (Nguồn: Bộ TNMT, 2016)

Quận/Huyện Diện tích

(ha)

Nguy cơ ngập (% diện tích) ứng với các mực nước biển dâng 50cm 60cm 70cm 80cm 90cm 100cm

1.3.1 Thời gian và tần số ảnh hưởng của bão

1.3.1.1 Về thời gian bão ảnh hưởng

Khu vực ven biển từ Nghệ An đến Thừa Thiên Huế bão ảnh hưởng tập trung chủ yếu vào các tháng 8, 9, 10 (86%);

Khu vực ven biển từ Đà Nẵng đến Ninh Thuận bão ảnh hưởng tập trung chủ yếu vào các tháng 9, 10, 11 (80%);

Tổng số cơn bão trong

54 năm (1961-2014)

Tần số bão trung bình năm (cơn/năm)

22

Khu vực

Ba tháng nhiều bão nhất

Tổng số cơn bão trong

54 năm (1961-2014)

Tần số bão trung bình năm (cơn/năm)

Phú Yên đến

Gồm toàn bộ những cơn bão

đổ bộ và ảnh hưởng từ Phú Yên đến Ninh Thuận

1.3.2 Cấp độ và số lượng bão

Theo thống kê dựa trên bảng tổng hợp danh sách các cơn bão đổ bộ vào khu vực ven biển miền Trung giai đoạn 1961 - 2014 với tổng số 206 cơn bão được phân thành 5 loại, cụ thể: i) Dưới cấp 8 (< cấp 8); ii) Từ cấp 8 đến cấp 11 (cấp 8 - 11); iii) Từ cấp 12 đến cấp 13 (cấp 12 - 13); iv) Từ cấp 14 đến cấp 15 (cấp 14 - 15); v) Trên cấp 15 (> cấp 15)

i) Dưới cấp 8 (< cấp 8): số lượng cơn bão dưới cấp 8 chiếm tỉ lệ 18% trong giai đoạn 1961 - 2014 tương đương với 37 trên tổng số 206 cơn

ii) Từ cấp 8 đến cấp 11 (cấp 8 - 11): trong giai đoạn 1961 - 2014 có tổng cộng 61 cơn bão từ cấp 8 đến cấp 11 chiếm tỉ lệ 29%

iii) Từ cấp 12 đến cấp 13 (cấp 12 - 13): có 49 cơn bão từ cấp 12 đến cấp 13

đổ bộ và ảnh hưởng đến khu vực ven biển miền Trung trong giai đoạn 1961 -

2014 chiếm tỉ lệ 24%

iv) Từ cấp 14 đến cấp 15 (cấp 14 - 15): chiếm tỉ lệ 10% tương đương với

20 cơn bão từ cấp 14 đến cấp 15 đổ bộ và ảnh hưởng đến khu vực trong giai đoạn 1961 - 2014

v) Trên cấp 15 (> cấp 15): Có tổng cộng 39 cơn bão trên cấp 15 chiếm tỉ

lệ 19% đã đổ bộ và ảnh hưởng đến khu vực trong thời kỳ 1961 - 2014

Hình 1-6: Tỉ lệ cấp độ bão đổ bộ khu vực ven biển miền

Trung giai đoạn 1961 - 2014

1.3.3 Đặc điểm gió bão

Từ Nghệ An đến Thừa Thiên Huế: Trong thời kỳ 1961-2014, có tổng cộng

94 cơn bão đổ bộ và ảnh hưởng đến khu vực này với cường độ gió mạnh có thể lên tới 40-45 m/s Ngày 8/10/1964 bão CLARA đổ bộ vào Nghệ An với tốc độ gió lớn nhất là 48 m/s được đo tại trạm Kỳ Anh

Từ Đà Nẵng đến Bình Định: Trong thời kỳ 1961-2014, có tổng cộng 63 cơn bão đổ bộ và ảnh hưởng đến khu vực này với cường độ gió mạnh có thể lên tới 35-40 m/s Cụ thể, ngày 15/9/1972 bão FLOSIE đổ bộ vào Quảng Ngãi với tốc độ gió 59 m/s được đo tại trạm Quy Nhơn Tuy nhiên, kiểm tra số liệu tại các trạm trong vùng cho thấy hầu hết các trạm đều không có số liệu đo gió hoặc có tốc độ gió thấp (trạm Tuy Hòa có tốc độ gió 5 m/s; trạm Quảng Ngãi có tốc độ gió 16 m/s) Vì vậy, khả năng cao đây là gió lốc/xoáy hình thành khi có ảnh

1.3.4 Nguy cơ nước dâng bão

Năm 2014, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã công bố báo cáo phân vùng bão, xác định nguy cơ bão, nước dâng bão cho dải ven biển Việt Nam và được cập nhật vào năm 2016 Theo đó, dải ven biển miền Trung được chia thành các khu vực có đặc trưng nước dâng bão khác nhau:

Vùng II: Nghệ An - Thừa Thiên Huế:

Khu vực từ Nghệ An - Hà Tĩnh: nước dâng bão cao nhất đã xảy ra tới 4,5

m, trong tương lai, khi có siêu bão đổ bộ, nước dâng bão có thể lên đến trên 5,0

m Biên độ thủy triều trong khu vực này dao động trong khoảng từ 1,2 - 1,7 m

Khu vực II-2, từ Quảng Bình đến Thừa Thiên - Huế:nước dâng bão cao

25

nhất đã xảy ra tới 3,9 m, trong tương lai, khi có siêu bão đổ bộ, nước dâng bão

có thể lên đến trên 4,2 m Biên độ thủy triều trong khu vực này dao động trong khoảng từ 0,5 - 1,2 m;

Vùng III: Đà Nẵng - Bình Định

Nước dâng bão cao nhất đã xảy ra tới 1,8 m, trong tương lai, khi có bão mạnh/siêu bão đổ bộ, nước dâng bão có thể lên đến trên 2,3 m Biên độ thủy triều trong khu vực này dao động trong khoảng từ 1,0 - 1,2 m;

Vùng IV: Phú Yên - Ninh Thuận:

Nước dâng bão cao nhất đã xảy ra tới 1,7 m, trong tương lai, khi có bão mạnh/siêu bão đổ bộ, nước dâng bão có thể lên đến trên 2,2 m Biên độ thủy triều trong khu vực này dao động trong khoảng từ 1,2 - 1, 4 m

1.4 Đặc điểm chế độ thủy triều kết hợp với nước dâng bão

1.4.1 Đặc điểm thủy triều ven bờ Việt Nam

Thông tin về cực trị của thủy triều (biên độ và pha) rất quan trọng trong thiết kế các công trình ven biển cũng như xây dựng các bản đồ nguy cơ ngập lụt vùng ven bờ Theo kết quả nghiên cứu về thủy triều tại khu vực ven biển Việt Nam cho thấy, dọc ven biển Việt Nam có đủ 4 loại thủy triều chính là nhật triều đều, bán nhật triều đều, nhật triều không đều và bán nhật triều không đều, cụ thể như sau: 1) Vùng biển từ Quảng Ninh đến nửa phía bắc Thanh Hóa và một phần phía Nam ở mũi Cà Mau thủy triều mang tính nhật triều đều; 2) Vùng biển từ nam Thanh Hóa đến Nghệ An, vùng biển từ Đà Nẵng - Quảng Nam đến phía nam của Bình Thuận, các tỉnh Sóc Trăng, Bạc Liêu và Kiên Giang đến Phú Quốc thủy triều là nhật triều không đều; 3) Vùng biển Quảng Bình, Thừa Thiên Huế và vùng biển phía Nam Bình Thuận, Vũng Tàu đến Trà Vinh có tính chất bán nhật triều không đều; 4) Vùng biển Quảng Trị là khu vực ven biển duy nhất

có đặc điểm bán nhật triều đều Biên độ thủy triều tại ven biển Việt Nam phân

bố mạnh, khu vực có biên độ triều lớn nhất là ven biển Quảng Ninh và ven biển Sóc Trăng (1,8 - 2,2 m) Vùng có biên độ nhỏ nhất là ven biển Thừa Thiên Huế

26

(0,4 - 0,5 m) Dọc ven biển Việt Nam, độ cao thủy triều lớn nhất thường xuất hiện từ tháng 10 đến tháng 1 năm sau

1.4.2 Nước dâng bão kết hợp với thủy triều

Đánh giá sự ảnh hưởng của thủy triều tới nước dâng trong cơn bão Damrey

2005, Nguyễn Xuân Hiển và cộng sự nhận định, thủy triều có ảnh hưởng đáng

kể đến nước dâng bão, nước dâng bão đạt giá trị cao hơn khi bão đổ bộ vào các thời điểm mực nước triều thấp và đạt giá trị thấp hơn khi bão đổ bộ vào các thời điểm mực nước triều cao (Nguyễn Xuân Hiển và nnk, 2011)

Trong trường hợp bão đổ bộ vào thời điểm nước ròng thì nguy cơ ngập lụt vùng ven bờ là rất thấp bởi ngay cả khi độ lớn nước dâng bão đến 2,0 m, thì mực nước tổng cộng trong bão cũng không quá cao Thí dụ như bão số 10 và 11 năm

2013 đã gây nước dâng trên 1,0 m nhưng xuất hiện vào lúc thủy triều đang rút nên không gây nguy hiểm vùng ven bờ Còn khi bão đổ bộ vào lúc triều cường thì chỉ cần gây nước dâng không lớn đã có thể gây ngập lụt cho vùng ven bờ, giống như trường hợp bão số 2 với cấp 8 đổ bộ vào Hải Phòng năm 2013 đã gây nước dâng 0,7m nhưng đúng vào thời điểm triều cường đã gây ngập lụt tại khu vực quận Đồ Sơn, tp Hải Phòng Ngoài ra, bão Washi năm 2005 và bão Sangse năm 2008 là 2 cơn bão mạnh đã đổ bộ vào bờ lúc triều cường gây ngập lụt nghiêm trọng

Đã có một số nghiên cứu tập trung vào tính toán các giá trị mực nước lớn nhất trong bão bao gồm cả nước dâng bão, nước dâng do sóng và thủy triều Tiêu biểu theo hướng nghiên cứu này có thể kể đến các công trình Đinh Văn Ưu

và các cộng tác viên (2010), Đinh Văn Mạnh và các cộng tác viên (2011), Nguyễn Xuân Hiển (2013) Với mục đích phục vụ tính toán thiết kế, củng cố, nâng cấp đê biển cho vùng ven bờ từ Quảng Ninh đến Quảng Nam, Đinh Văn Mạnh và các cộng tác viên (2011) đã tính toán, xây dựng một bộ số liệu cơ bản

về thủy triều, nước dâng bão và mực nước tổng hợp do thủy triều và nước dâng bão dọc bờ biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam Theo kết quả tính toán, mực nước lớn nhất trong bão (bao gồm nước dâng bão, thủy triều) với chu kỳ lặp lại

200 năm tại khu vực đồng bằng ven biển từ Quảng Ninh đến Nghệ An sẽ có giá

27

trị rất cao, trong khoảng từ 450 cm đến 500 cm Trong khi đó, mực nước lớn nhất trong bão tại khu vực ven biển từ Quảng Bình đến Quảng Nam với kỳ lặp lại 200 năm có giá trị thấp hơn, trong khoảng từ 150 - 200 cm

Nghiên cứu của Đinh Văn Ưu và nnk (2010), nghiên cứu của Nguyễn Xuân Hiển (2013) sử dụng kết hợp nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp thống kê, mô hình số trị, để đánh giá và tính toán mực nước tổng cộng trong bão bao gồm cả nước dâng bão, nước dâng do sóng và thủy triều cho khu vực Hải Phòng và đưa ra các phương án cảnh báo về sự biến đổi của nước dâng tổng cộng trong bão vùng ven biển Hải Phòng trong bối cảnh biến đổi khí hậu, kết quả cho thấy, mực nước tổng cộng trong bão chu kỳ lặp lại 100 năm tại khu vực này có thể đạt tới trên 500 cm tại hầu hết các điểm cửa sông, ven biển Hải Phòng Trần Thục và cộng sự (2014) đã tính toán nước dâng bão và nguy cơ ngập gây ra bởi nước dâng do siêu bão cho khu vực Hải Phòng trên cơ sở giả thiết một cơn bão đổ bộ vào Hải Phòng có cường độ mạnh tương tự như cơn bão Haiyan (khi đổ bộ vào Philippine) Kết quả cho thấy mực nước tổng cộng (nước dâng bão và thủy triều) trong siêu bão giả định này đã vượt qua 5,3 m, cao hơn hầu hết cao trình đê sông, đê biển hiện tại của Hải Phòng và gây ngập hầu như toàn bộ diện tích các quận nội thành của Hải Phòng

Kết luận Chương I

Nội dung chính của chương đã phân tích, đánh giá tổng quan về nghiên cứu bão, nước dâng bão, kịch bản nước biển dâng và nguy cơ ngập lụt do biến đổi khí hậu đối với khu vực đồng bằng ven biển Bên cạnh đó, nghiên cứu về nước dâng bão theo hướng đánh giá nguy cơ có thể xảy ra trong tương lai cũng

đã được tổng hợp, phân tích từ các công trình nghiên cứu

28

CHƯƠNG 2 KHU VỰC, TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu

2.1.1 Vị trí địa lý nghiên cứu

Quảng Nam là tỉnh thuộc vùng Duyên hải Nam Trung Bộ Việt Nam có tọa

độ địa lý từ 108026’16” đến 108044’04” độ kinh Đông, và từ 15023’38” đến

15038’43” độ vĩ Bắc Phía Bắc giáp tỉnh Thừa Thiên - Huế và thành phố Đà Nẵng, phía Nam giáp với tỉnh Quảng Ngãi và tỉnh Kon Tum, phía Tây giáp tỉnh Sekong (Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào) và phía Đông giáp với Biển Đông Quảng Nam có 18 đơn vị hành chính cấp huyện, gồm 2 thành phố, 1 thị

xã và 15 huyện với 247 xã, phường, thị trấn Trung tâm hành chính của Quảng Nam đặt tại thành phố Tam Kỳ

Hình 2-1: Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Nam (Nguồn: Cổng thông tin điện tử

tỉnh Quảng Nam)

29

Quảng Nam có diện tích tự nhiên 10.438,37 km2., có hướng địa hình nghiêng dần từ Tây sang Đông hình thành 3 kiểu cảnh quan sinh thái rõ rệt là kiểu núi cao phía Tây, kiểu trung du ở giữa và dải đồng bằng ven biển Vùng đồi núi chiếm 72% diện tích tự nhiên với nhiều ngọn núi cao trên 2.000m như: núi Lum Heo cao 2.045m, núi Tiên cao 2.032m (Phước Sơn), Hòn Tà Xiêu cao 2.053m (Tây Giang), núi Ngọc Niay cao 2.259m, Ngọc Kring cao 2.025m, núi Ngọc Linh cao 2.598m (nằm giữa ranh giới Quảng Nam và Kon Tum, là đỉnh núi cao nhất của dãy Trường Sơn) Ngoài ra, vùng ven biển phía đông sông Trường Giang là dài cồn cát chạy dài từ Điện Nam, Điện Bàn đến Tam Quan, Núi Thành Bề mặt địa hình bị chia cắt bởi hệ thống sông ngoài khá phát triển gồm sông Thu Bồn, sông Tam Kỳ và sông Trường Giang

2.1.2 Điều kiện tự nhiên

2.1.2.1 Dân số, dân cư

Theo tài liệu tổng điều tra dân số và nhà ở ngày 02.4.2009 tỉnh Quảng Nam Kết quả điều tra toàn bộ, tổng dân số toàn tỉnh là 1.422.319 người với các dân tộc Việt (Kinh), Hoa, Cơ Tu, Xê Đăng, Giẻ Triêng, Cor Trong đó, dân thành thị là 263.898 người, nông thôn là 1.158.421; t lệ dân số thành thị đạt 18,55%

Bảng 2-1: Thống kê dân số tỉnh Quảng Nam (Nguồn: Cổng thông tin điện tử

tỉnh Quảng Nam)

TT Đơn vị hành chính Dân số

(người) TT Đơn vị hành chính

Dân số (người)

01 Thành phố Tam Kỳ 107.924 10 Huyện Phước Sơn 22.586

02 Thành phố Hội An 89.716 11 Huyện Hiệp Đức 38.001

03 Huyện Tây Giang 16.534 12 Huyện Thăng Bình 176.183

04 Huyện Đông Giang 23.428 13 Huyện Tiên Phước 68.877

05 Huyện Đại Lộc 145.935 14 Huyện Bắc Trà My 38.218