Nguy cơ lũ lụt là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa nguy cơ lũ lụt

Nguy cơ lũ lụt (flood risk) là khái niệm tổng hợp thể hiện khả năng xảy ra hiện tượng lũ lụt và mức độ thiệt hại mà sự kiện đó có thể gây ra cho con người, tài sản và môi trường. Đây là một thành phần quan trọng trong quản lý rủi ro thiên tai, đặc biệt tại các khu vực có tần suất mưa lớn, hệ thống thoát nước yếu hoặc gần sông, hồ, biển.

Khái niệm nguy cơ lũ lụt thường được mô hình hóa dựa trên ba yếu tố:

• Mối nguy (hazard): Xác suất và cường độ của sự kiện lũ lụt
• Phơi nhiễm (exposure): Mức độ tồn tại của con người, cơ sở hạ tầng, tài nguyên trong vùng lũ
• Tính dễ bị tổn thương (vulnerability): Khả năng chịu đựng hoặc phục hồi của hệ thống chịu tác động

Công thức tính nguy cơ thường được biểu diễn như sau: $\text{Flood Risk} = \text{Hazard} \times \text{Exposure} \times \text{Vulnerability}$

Việc đánh giá chính xác nguy cơ lũ lụt giúp đưa ra quyết định quy hoạch không gian, đầu tư hạ tầng và các chính sách giảm thiểu rủi ro. Cách tiếp cận này cũng là nền tảng trong các khung chính sách quốc tế như Khung Sendai về giảm nhẹ rủi ro thiên tai.

Các loại hình lũ lụt

Lũ lụt có thể được phân loại theo nguyên nhân hình thành và bối cảnh địa hình. Hiểu rõ từng loại hình lũ giúp xây dựng mô hình dự báo phù hợp, từ đó nâng cao hiệu quả cảnh báo và quản lý rủi ro. Dưới đây là một số loại hình lũ thường gặp:

• Lũ sông (fluvial flood): Xảy ra khi nước sông vượt quá dung tích lòng sông, thường do mưa kéo dài hoặc tuyết tan
• Lũ đô thị (pluvial flood): Hình thành do mưa lớn không thoát kịp, đặc biệt ở các đô thị có bề mặt bê tông hóa cao
• Lũ ven biển (coastal flood): Gây ra bởi nước biển dâng do triều cường, bão hoặc sóng thần
• Lũ quét (flash flood): Xảy ra đột ngột, tốc độ dòng chảy lớn, thường gặp ở khu vực đồi núi hoặc sườn dốc

Bảng so sánh dưới đây thể hiện một số đặc điểm chính của các loại hình lũ:

Loại lũ	Tốc độ diễn biến	Khu vực thường xảy ra	Nguyên nhân chính
Lũ sông	Chậm	Vùng đồng bằng, ven sông	Mưa lớn, tuyết tan
Lũ đô thị	Trung bình	Thành phố, đô thị hóa nhanh	Hệ thống thoát nước yếu
Lũ ven biển	Chậm đến nhanh	Ven biển, đồng bằng duyên hải	Nước biển dâng, bão
Lũ quét	Rất nhanh	Đồi núi, lưu vực nhỏ	Mưa lớn cục bộ, mất rừng

Các yếu tố làm tăng nguy cơ lũ lụt

Nguy cơ lũ lụt không chỉ phụ thuộc vào lượng mưa hay địa hình, mà còn chịu ảnh hưởng bởi hoạt động của con người và sự biến đổi của khí hậu. Trong nhiều trường hợp, lũ lụt xảy ra ở nơi trước đây hiếm khi có lũ, phản ánh tác động cộng hưởng của nhiều yếu tố nguy cơ.

Một số yếu tố góp phần làm tăng nguy cơ lũ lụt:

• Biến đổi khí hậu: Làm tăng tần suất và cường độ mưa lớn, gia tăng hiện tượng thời tiết cực đoan
• Đô thị hóa không kiểm soát: Diện tích bề mặt thấm nước giảm mạnh, hệ thống thoát nước quá tải
• Suy thoái rừng đầu nguồn: Làm mất chức năng điều tiết nước, dễ dẫn đến lũ quét
• Quản lý kém: Quy hoạch xây dựng trên vùng trũng, thiếu hồ điều tiết, thiếu cảnh báo sớm

Theo báo cáo của IPCC AR6 WGII, một số khu vực có nguy cơ lũ gia tăng rõ rệt trong những thập kỷ tới, đặc biệt là các đồng bằng châu thổ, thành phố ven biển và khu vực có tốc độ phát triển nhanh nhưng thiếu hạ tầng phù hợp.

Phương pháp đánh giá nguy cơ lũ lụt

Để đánh giá nguy cơ lũ lụt một cách toàn diện, cần kết hợp nhiều công cụ và nguồn dữ liệu khác nhau như mô hình thủy văn – thủy lực, dữ liệu không gian (GIS), thống kê tổn thất quá khứ và khảo sát thực địa. Cách tiếp cận tích hợp sẽ giúp xác định được khu vực nguy cơ cao, từ đó xây dựng bản đồ rủi ro và kế hoạch ứng phó.

Quy trình cơ bản trong đánh giá nguy cơ lũ thường bao gồm:

1. Phân tích mối nguy: mô hình mưa – dòng chảy, bản đồ ngập, dữ liệu lịch sử
2. Đánh giá phơi nhiễm: xác định dân cư, tài sản, hạ tầng nằm trong vùng nguy cơ
3. Đánh giá tính dễ bị tổn thương: đặc điểm kinh tế – xã hội, mức độ chống chịu

Các phần mềm chuyên dụng như HEC-RAS, Delft3D, hoặc các nền tảng tích hợp GIS như QGIS được sử dụng rộng rãi để mô hình hóa và trực quan hóa dữ liệu nguy cơ.

Mô hình thủy văn và mô hình thủy lực

Mô hình thủy văn mô phỏng chu trình nước từ mưa đến dòng chảy mặt, trong khi mô hình thủy lực mô phỏng quá trình nước di chuyển trong kênh, sông hoặc hệ thống thoát nước. Cả hai loại mô hình thường được kết hợp để mô phỏng lũ, đánh giá ngập lụt và xây dựng bản đồ nguy cơ.

Trong mô hình thủy lực 1D và 2D, hai phương trình cơ bản được sử dụng là:

• Phương trình liên tục: $\frac{\partial A}{\partial t} + \frac{\partial Q}{\partial x} = q_l$ – thể hiện sự bảo toàn thể tích nước
• Phương trình động lượng: $\frac{\partial Q}{\partial t} + \frac{\partial}{\partial x}\left( \frac{Q^2}{A} + g A h \right) = g A (S_0 - S_f) + q_l v_l$ – mô tả lực tác động lên dòng chảy

Một số phần mềm phổ biến:

• HEC-RAS – mô hình thủy lực 1D/2D của Quân đoàn Kỹ sư Hoa Kỳ
• Delft3D – mô phỏng lũ, xói lở và bùn cát trong hệ thống mở
• Flood Modeller – ứng dụng cho đô thị và sông suối quy mô lớn

Ảnh hưởng của lũ lụt đến xã hội và môi trường

Lũ lụt gây thiệt hại lớn về người, tài sản, cơ sở hạ tầng và để lại hậu quả lâu dài cho phát triển kinh tế – xã hội. Theo thống kê từ UNDRR PreventionWeb, hơn 40% số ca tử vong do thiên tai toàn cầu trong 30 năm qua liên quan đến lũ lụt.

Ảnh hưởng xã hội:

• Thiếu nơi cư trú, mất sinh kế, gia tăng nghèo đói
• Gián đoạn giáo dục, y tế và các dịch vụ thiết yếu
• Gia tăng rủi ro sức khỏe do ô nhiễm nguồn nước và dịch bệnh

Ảnh hưởng môi trường:

• Cuốn trôi chất thải, dầu và hóa chất gây ô nhiễm nguồn nước
• Phá hủy đất canh tác, rừng ngập mặn, vùng đệm sinh thái
• Biến đổi dòng chảy sông ngòi, mất cân bằng hệ sinh thái

Một nghiên cứu năm 2021 trên tạp chí *Nature Climate Change* cho biết dân số sống trong khu vực nguy cơ ngập lụt toàn cầu đã tăng 24% từ năm 2000 đến 2015, cho thấy xu hướng đô thị hóa tràn lan ở vùng dễ bị tổn thương.

Chiến lược quản lý và giảm nhẹ nguy cơ

Quản lý nguy cơ lũ lụt bao gồm cả giải pháp công trình (engineering) và phi công trình (non-structural), nhằm giảm thiểu tổn thất và tăng cường khả năng ứng phó. Mục tiêu là kết hợp giữa phòng ngừa, chuẩn bị, ứng phó và phục hồi.

Các giải pháp công trình:

• Xây dựng đê, hồ điều tiết, cống thoát nước và hạ tầng chống ngập
• Cải tạo lưu vực sông, nạo vét kênh mương, ổn định bờ sông

Các giải pháp phi công trình:

• Lập bản đồ rủi ro lũ và quy hoạch vùng trũng
• Di dời, tái định cư các hộ dân trong vùng nguy cơ cao
• Hệ thống cảnh báo sớm và diễn tập cộng đồng
• Áp dụng các chính sách bảo hiểm rủi ro thiên tai

Khung Sendai về giảm nhẹ rủi ro thiên tai (UNDRR) và chiến lược “Sống chung với lũ” (Living with Floods) là những định hướng quản lý mới thay vì chỉ dựa vào ngăn chặn.

Vai trò của công nghệ và dữ liệu vệ tinh

Sự phát triển của công nghệ không gian, viễn thám, trí tuệ nhân tạo và Internet of Things (IoT) đang mở ra những cách tiếp cận mới trong đánh giá, giám sát và cảnh báo nguy cơ lũ. Dữ liệu vệ tinh cung cấp thông tin nhanh chóng và diện rộng về lượng mưa, độ ẩm đất, mực nước và vùng ngập.

Một số công nghệ hỗ trợ:

• Copernicus Sentinel – ảnh radar xuyên mây, cập nhật vùng ngập mỗi 6 giờ
• Google Earth Engine – xử lý ảnh vệ tinh quy mô lớn, phân tích thời gian thực
• Cảm biến IoT đo mực nước tại chỗ kết nối nền tảng cảnh báo sớm

Ngoài ra, công nghệ học sâu đang được sử dụng để huấn luyện mô hình dự báo lũ dựa trên dữ liệu lịch sử và dữ liệu thời tiết. Điều này giúp cải thiện độ chính xác và rút ngắn thời gian phản ứng với thiên tai.

Tác động của biến đổi khí hậu đến nguy cơ lũ

Biến đổi khí hậu đang làm gia tăng nguy cơ lũ lụt cả về tần suất, cường độ và không gian phân bố. Sự nóng lên toàn cầu dẫn đến băng tan, mực nước biển dâng và mưa cực đoan ngày càng phổ biến. Những thay đổi này khiến các hệ thống thoát nước và hạ tầng hiện tại trở nên quá tải hoặc không phù hợp.

Theo báo cáo IPCC AR6, nếu không giảm đáng kể phát thải khí nhà kính, nguy cơ lũ cực đoan sẽ tăng từ 2–4 lần vào cuối thế kỷ XXI. Đặc biệt các vùng như Nam Á, Đông Nam Á, lưu vực sông Mekong, sông Nile và vùng duyên hải Trung Mỹ sẽ chịu ảnh hưởng nặng nề.

Việc tích hợp đánh giá tác động khí hậu vào quy hoạch đô thị, đầu tư hạ tầng và bảo vệ sinh kế cộng đồng là chìa khóa để thích ứng với nguy cơ ngày càng tăng này.

Tài liệu tham khảo

1. IPCC (2022). Sixth Assessment Report – Working Group II. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg2/
2. HEC-RAS – Hydrologic Engineering Center, US Army Corps of Engineers. https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/
3. Deltares. Delft3D Software Suite. https://www.deltares.nl/en/software/delft3d/
4. UNDRR. PreventionWeb and Sendai Framework. https://www.preventionweb.net/sendai-framework
5. Copernicus Emergency Management Service. https://emergency.copernicus.eu/
6. Google Earth Engine. https://earthengine.google.com/
7. Nature Climate Change (2021). Global flood exposure estimates from satellite data. DOI: 10.1038/s41558-021-01057-0