Nghiên cứu diễn biến ngập lụt và đề xuất các giải pháp giảm thiểu thiệt hại do vỡ đập, xả lũ hồ đồng mỏ thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

VŨ TRUNG HẢI

NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN NGẬP LỤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC
GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU THIỆT HẠI DO VỠ ĐẬP, XẢ LŨ
HỒ ĐỒNG MỎ, HUYỆN TAM ĐẢO, TỈNH VĨNH PHÚC
THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

VŨ TRUNG HẢI

NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN NGẬP LỤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC
GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU THIỆT HẠI DO VỠ ĐẬP, XẢ LŨ
HỒ ĐỒNG MỎ, HUYỆN TAM ĐẢO, TỈNH VĨNH PHÚC
THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Chuyên ngành:
Mã số:

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. TS. Hồ Việt Cường
2. PGS.TS. Ngô Lê Long

HÀ NỘI, NĂM 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận văn

Vũ Trung Hải

i


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy trong chương
trình Cao học – chuyên ngành Thủy văn học – Khóa 23, cũng như phòng Đào tạo Sau
Đại học đã tạo điều kiện về chất lượng giáo dục cũng như truyền đạt cho tôi những
kiến thức hữu ích về chuyên ngành, làm cơ sở cho tôi thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Hồ Việt Cường và PGS.TS. Ngô Lê Long đã tận tình
hướng dẫn tôi trong thời gian thực hiện luận văn.
Tôi cũng xin cảm ơn quý thầy cô trong Hội đồng bảo vệ luận văn Thạc sĩ đã đọc và
đưa ra những đánh giá đối với công trình nghiên cứu khoa học của tôi.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình, những người bạn đã luôn tạo
điều kiện vật chất và tinh thần cho tôi trong suốt quá trình học cũng như thực hiện luận

văn.
Hà Nội, tháng 04 năm 2018
Học viên

Vũ Trung Hải

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................x
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ NGẬP LỤT DO XẢ LŨ
HOẶC VỠ ĐẬP CÁC HỒ CHỨA TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU .........5
1.1. Các khái niệm chung về biến đổi khí hậu ............................................................5
1.1.1. Định nghĩa về BĐKH ....................................................................................5
1.1.2. Một số hiện tượng của biến đổi khí hậu ........................................................5
1.2. Tổng quan về biến đổi khí hậu trên thế giới và ở Việt Nam ................................6
1.2.1. Biểu hiện của biến đổi khí hậu trên thế giới..................................................6
1.2.2. Biểu hiện của biến đổi khí hậu ở Việt Nam ..................................................7
1.2.3. Biểu hiện của biến đổi khí hậu trên tỉnh Vĩnh Phúc......................................8
1.3. Tình hình nghiên cứu về diễn biến ngập lụt do xả lũ hoặc vỡ đập ở hạ du các
công trình hồ chứa .......................................................................................................9
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước..................................................................9
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước..............................................................14
1.4. Tình hình nghiên cứu biến đổi khí hậu trên tỉnh Vĩnh Phúc ..............................19
1.5. Kết luận chương 1 ..............................................................................................20

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG NGẬP LỤT VÀ
ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI KHI XẢ LŨ KHẨN CẤP HOẶC XẢY RA VỠ ĐẬP HỒ
ĐỒNG MỎ
21
2.1. Giới thiệu khu vực nghiên cứu và công trình hồ Đồng Mỏ ...............................21
2.1.1. Đặc điểm tự nhiên kinh tế xã hội và tình hình thiên tai, thiệt hại ...............21
2.1.2. Thông tin chung về công trình hồ chứa nước Đồng Mỏ .............................31
2.2. Cơ sở khoa học tính toán mô phỏng ngập lụt và đánh giá thiệt hại ...................35
2.2.1. Phương pháp tính toán mô phỏng ngập lụt .................................................35
2.2.2. Phương pháp tính toán và đánh giá thiệt hại ...............................................36
2.3. Xây dựng các kịch bản về xả lũ khẩn cấp và vỡ đập hồ Đồng Mỏ trong bối cảnh
biến đổi khí hậu .........................................................................................................39
2.3.1. Biểu hiện của biến đổi khí hậu trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc .......................39
3


2.3.2. Xác định các kịch bản nghiên cứu về BĐKH đối với hồ Đồng Mỏ............40
2.3.3. Xây dựng các kịch bản về xả lũ khẩn cấp và sự cố vỡ đập hồ Đồng Mỏ ...40
2.4. Xây dựng mô hình Mike Nam: tính toán điều kiện biên....................................42
2.4.1. Tài liệu sử dụng ...........................................................................................42
2.4.2. Phân chia lưu vực, xác định trọng số các trạm mưa....................................43
2.4.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ...............................................................45
2.5. Xây dựng mô hình Hec Ras: mô phỏng vỡ đập hồ chứa Đồng Mỏ ...................49
2.5.1. Tài liệu sử dụng: ..........................................................................................50
2.5.2. Xây dựng mạng lưới thủy lực......................................................................51
2.4.3. Tính toán mô phỏng vỡ đập hồ Đồng Mỏ ...................................................54
2.6. Xây dựng mô hình Mike Flood: mô phỏng ngập lụt khu vực hạ du ..................60
2.6.1. Giới thiệu mô hình Mike Flood...................................................................60
2.6.2. Thiết lập mô hình Mike Flood.....................................................................63

2.6.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Mike Flood. ..........................................73
2.7. Kết luận chương 2 ..............................................................................................76
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN NGẬP LỤT THEO CÁC
KỊCH BẢN XẢ LŨ, VỠ ĐẬP HỒ ĐỒNG MỎ VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP
GIẢM THIỂU 77
3.1. Diễn biến ngập lụt và thiệt hại ứng với kịch bản xả lũ khẩn cấp .......................77
3.1.1. Kết quả mô phỏng ngập lụt khi xả lũ khẩn cấp ...........................................77
3.1.2. Kết quả đánh giá mức độ ngập lụt khi xả lũ khẩn cấp ................................79
3.2. Diễn biến ngập lụt và thiệt hại theo các kịch bản tính toán vỡ đập....................81
3.2.1. Kịch bản vỡ đập chính (VĐ1) .....................................................................81
3.2.2. Kịch bản vỡ đập phụ số 2 (VĐ2).................................................................84
3.2.3. Kịch bản vỡ đập tổ hợp (VĐ3) ....................................................................88
3.3. Phân tích đánh giá mức độ ngập lụt theo các kịch bản ......................................91
3.4. Định hướng một số giải pháp ứng phó, giảm thiểu thiệt hại ..............................94
3.5. Kết luận chương 3 ..............................................................................................95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................96
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................98
PHỤ LỤC ......................................................................................................................99

4


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình i. Bản đồ vị trí hồ chứa nước Đồng Mỏ - Tỉnh Vĩnh Phúc.....................................2
Hình 1.1. Đập Gleno với phần vỡ ở giữa vẫn còn đến ngày nay ..................................10
Hình 1.2. Khu vực thung lũng đập Kelly Barnes sau khi bị sự cố vỡ đập năm 1977 ...11
Hình 1.3. Thí nghiệm mô phỏng vỡ đập trên mô hình vật lý ........................................14
Hình 1.4. Vị trí vỡ đập thủy điện Đakrông 3.................................................................15
Hình 1.5. Vỡ đập hồ Đầm Hà Động tại Quảng Ninh, tháng 10-2014 ...........................16

Hình 1.6. Vỡ đập Mông Dương – Quảng Ninh.............................................................17
Hình 2.1. Hình ảnh vệ tinh vị trí hồ Đồng Mỏ và khu vực dân cư hạ lưu.....................21
Hình 2.2. Sơ đồ các bước thực hiện bài toán vỡ đập hồ Đồng Mỏ ...............................36
Hình 2.3. Bản đồ hiện trạng khu tưới khu vực nghiên cứu, tỷ lệ 1/5.000 .....................37
Hình 2.4. Ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu ...................................................................37
Hình 2.5. Đất sử dụng nông nghiệp được số hóa từ ảnh vệ tinh ...................................38
Hình 2.6. Vị trí dân cư số hóa .......................................................................................38
Hình 2.7. Đường giao thông số hóa...............................................................................38
Hình 2.8. Vị trí các điểm trích trên ảnh vệ tinh và mô hình toán 2 chiều .....................42
Hình 2.9. Hướng dòng chảy trong mô hình dòng chảy 8 hướng...................................44
Hình 2.10. Lưu vực hồ Đồng Mỏ ..................................................................................44
Hình 2.11. Chia lưu vực hồ Đồng Mỏ bằng phương pháp đa giác Theisson ................45
Hình 2.12. Kết quả Hiệu chỉnh mô hình lưu vực sông Vực Chuông trận lũ T7/1971 ..46
Hình 2.13. Kết quả hiệu chỉnh mô hình lưu vực suối Thai Léc trận lũ tháng 7/1971..47
Hình 2.14. Kết quả hiệu chỉnh mô hình trạm Quảng Cư từ năm 1971 - 1972 ..............47
Hình 2.15. Kết quả hiệu chỉnh mô hình lưu vực sông Vực Chuông trận lũ T10/1978 .48
Hình 2.16. Kết quả hiệu chỉnh mô hình lưu vực suối Thai Léc trận lũ tháng 10/1978.48
Hình 2.17. Kết quả hiệu chỉnh mô hình MIKE NAM trạm Quảng Cư từ 1973 - 1975 49
Hình 2.18. Sơ đồ thủy lực hệ thống hồ Đồng Mỏ trên HEC-RAS................................51
Hình 2.19. Sơ đồ thiết kế đập chính ..............................................................................52
Hình 2.20. Mô phỏng đập chính trong Hec – RAS .......................................................53

5


Hình 2.21. Biểu đồ quan hệ Z-F-W hồ Đồng Mỏ .........................................................54
Hình 2.22. Mô tả quá trình hình thành vết vỡ ...............................................................55
Hình 2.23. Công cụ tính toán thông số vỡ đập ..............................................................56
Hình 2.24. Vỡ đập chính kịch bản VĐ1-1.....................................................................57
Hình 2.25. Vỡ đập chính kịch bản VĐ1-2.....................................................................57

Hình 2.26. Vỡ đập phụ số 2 kịch bản VĐ2-1 ................................................................58
Hình 2.27. Vỡ đập phụ số 2 kịch bản VĐ2-2 ................................................................58
Hình 2.28. Vỡ đập phụ số 1 kịch bản VĐ3-1 ................................................................58
Hình 2.29. Vỡ đập phụ số 1 kịch bản VĐ3-2 ................................................................59
Hình 2.30. Vỡ đập phụ số 3 kịch bản VĐ3-1 ................................................................59
Hình 2.31. Vỡ đập phụ số 3 kịch bản VĐ3-2 ................................................................59
Hình 2.32. Các thành phần theo phương x và y ............................................................60
Hình 2.33. Các ứng dụng trong kết nối tiêu chuẩn........................................................61
Hình 2.34. Một ứng dụng trong kết nối bên ..................................................................61
Hình 2.35. Một ví dụ trong kết nối công trình ..............................................................62
Hình 2.36. Mạng thủy lực 1 chiều Mike 11 ..................................................................65
Hình 2.37. Các biên nhập lưu dọc sông trên mô hình ...................................................67
Hình 2.38. Tạo mới công cụ Mesh Generator. ..............................................................68
Hình 2.39. Lựa chọn hệ qui chiếu cho miền tính. .........................................................68
Hình 2.40. Thiết lập lưới tính toán cho khu vực hạ lưu hồ Đồng Mỏ...........................69
Hình 2.41. Các giá trị cao độ địa hình được đưa vào. ...................................................69
Hình 2.42. Địa hình 2D khu vực nghiên cứu ................................................................70
Hình 2.43. Địa hình 3D khu vực nghiên cứu ................................................................70
Hình 2.44. Sơ hoạ kết nối MIKE11 và MIKE21...........................................................72
Hình 2.45. Vị trí các điểm khảo sát vết lũ năm 2008 ....................................................73
Hình 3.1. Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch bản XL-1...........77
Hình 3.2. Diễn biến độ sâu ngập tại các vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch bản XL-1........78
Hình 3.3. Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch bản XL-2...........78
Hình 3.4. Diễn biến độ sâu ngập tại các vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch bản XL-2........79

6


Hình 3.5. Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch bản xả lũ khẩn cấp XL-1 ..........................80
Hình 3.6. Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch bản xả lũ khẩn cấp XL-2 ..........................80

Hình 3.7. Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch bản VĐ1-1 ........81
Hình 3.8. Diễn biến độ sâu ngập tại các vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch bản VĐ1-1 .....81
Hình 3.9. Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch bản VĐ1-2 ........82
Hình 3.10. Diễn biến độ sâu ngập tại các vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch bản VĐ1-2 ...82
Hình 3.11. Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch bản Vỡ đập chính VĐ1-1 .......................83
Hình 3.12. Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch bản Vỡ đập chính VĐ1-2 .......................84
Hình 3.13. Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch bản VĐ2-1 ......85
Hình 3.14. Diễn biến độ sâu ngập tại các vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch bản VĐ2-1 ...85
Hình 3.15. Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch bản VĐ2-2 ......86
Hình 3.16. Diễn biến độ sâu ngập tại các vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch bản VĐ2-2 ...86
Hình 3.17. Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch bản Vỡ đập phụ số 2 VĐ2-1...................87
Hình 3.18. Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch bản Vỡ đập phụ số 2 VĐ2-2...................87
Hình 3.19. Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch bản VĐ3-1 ......88
Hình 3.20. Diễn biến độ sâu ngập tại các vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch bản VĐ3-1 ...88
Hình 3.21. Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch bản VĐ3-2 ......89
Hình 3.22. Diễn biến độ sâu ngập tại các vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch bản VĐ3-2 ...89
Hình 3.23. Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch bản Vỡ đập tổ hợp VĐ3-1 ......................90
Hình 3.24. Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch bản Vỡ đập tổ hợp VĐ3-2 ......................91

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các đặc trưng lưu vực HCN Đồng Mỏ .........................................................22
Bảng 2.2. Các trạm khí tượng thủy văn cùng các yếu tố đo, thời kỳ đo .......................22
Bảng 2.3. Các đặc trưng nhiệt độ trạm Vĩnh Yên .........................................................23
Bảng 2.4. Độ ẩm tương đối trạm Vĩnh Yên ..................................................................23
Bảng 2.5. Tốc độ gió trung bình trạm Vĩnh Yên...........................................................23
Bảng 2.6. Vận tốc gió lớn nhất ứng với các tần suất P% ..............................................23
Bảng 2.7. Lượng bốc hơi trung bình tháng (Zpiche).....................................................24

Bảng 2.8. Lượng bốc hơi trung bình tháng (Zpiche).....................................................24
Bảng 2.9. Dòng chảy năm thiết kế HCN Đồng Mỏ ......................................................25
Bảng 2.10. Phân phối dòng chảy năm tần suất P = 86%...............................................25
Bảng 2.11. Lưu lượng đỉnh lũ kiểm tra. đỉnh lũ thiết kế HCN Đồng Mỏ .....................26
Bảng 2.12. Quá trình lũ thiết kế, lũ kiểm tra của HCN Đồng Mỏ.................................26
Bảng 2.13. Dòng chảy lớn nhất các tháng mùa khô tại HCN Đồng Mỏ.......................27
Bảng 2.14. Cơ cấu diện tích, dân số theo khu vực hành chính huyện Tam Đảo...........28
Bảng 2.15. Số hộ và số lao động tham gia ngành nông, lâm, thủy sản .........................28
Bảng 2.16. Giá trị sản xuất trên địa bàn theo giá hiện hành..........................................30
Bảng 2.17. Chức năng và nhiệm vụ ..............................................................................32
Bảng 2.18. Thông số thiết kế chính của công trình.......................................................32
0

Bảng 2.19. Biến đổi nhiệt độ trung bình năm ( C) so với thời kỳ 1986-2005 ..............39
Bảng 2.20. Mức thay đổi lượng mưa năm (%) so với thời kỳ 1986-2005 ....................39
Bảng 2.21. Mức thay đổi lượng mưa mùa hè, mùa đông, mùa thu, mùa xuân (%) so với
thời kỳ 1986-2005 .........................................................................................................39
Bảng 2.22. Tổng hợp các kịch bản tính toán ngập lụt với xả lũ qua tràn (TH1)...........41
Bảng 2.23. Tổ hợp các kịch bản vỡ đập (VĐ)...............................................................41
Bảng 2.24. Tổng hợp các kịch bản dòng chảy tính toán vỡ đập, ngập lụt. ...................41
Bảng 2.25. Vị trí các điểm trích đặc trưng ngập ...........................................................42
Bảng 2.26. Bảng kết quả tính toán trọng số mưa lưu vực hồ Đồng Mỏ........................45
Bảng 2.27. Kết quả tính toán hệ số NASH giai đoạn hiệu chỉnh ..................................46

8


Bảng 2.28. Kết quả tính toán hệ số NASH giai đoạn kiểm định...................................48
Bảng 2.29. Bảng thông số hiệu chỉnh mô hình .............................................................49
Bảng 2.30. Quá trình lũ thiết kế của HCN Đồng Mỏ ...................................................50

Bảng 2.31. Quan hệ Z~F~W của hồ Đồng Mỏ .............................................................53
Bảng 2.32. Các thông số vết vỡ đầu vào của mô hình thủy lực ....................................56
Bảng 2.33. Tính toán các thông số vết vỡ .....................................................................57
Bảng 2.34. Vị trí kết nối trong mô hình MIKE 11 ........................................................65
Bảng 2.35. Vị trí các nút nhập lưu khu giữa trên mô hình ............................................67
Bảng 2.36. Thông số kết nối mô hình MIKE FLOOD..................................................72
Bảng 2.37. Kết quả hiệu chỉnh mô hình ........................................................................74
Bảng 2.38. Kết quả kiểm định mô hình.........................................................................76
Bảng 3.1. Thống kê diện tích ngập theo độ sâu ngập trường hợp xả lũ qua tràn..........79
Bảng 3.2. Độ sâu ngập và vận tốc dòng chảy lớn nhất tại các vị trí, xả lũ qua tràn .....79
Bảng 3.3. Các trường hợp vỡ một đập chính.................................................................81
Bảng 3.4. Độ sâu ngập và vận tốc dòng chảy lớn nhất tại các vị trí kịch bản VĐ1......82
Bảng 3.5. Thống kê diện tích ngập theo độ sâu ngập Kịch bản vỡ đập chính (VĐ1)...83
Bảng 3.6. Các trường hợp vỡ đập phụ số 2 ...................................................................84
Bảng 3.7. Độ sâu ngập và vận tốc dòng chảy lớn nhất tại các vị trí kịch bản VĐ2......86
Bảng 3.8. Thống kê diện tích ngập theo độ sâu ngập Kịch bản vỡ đập phụ số 2 (VĐ2)
.......................................................................................................................................86
Bảng 3.9. Độ sâu ngập và vận tốc dòng chảy lớn nhất tại các vị trí kịch bản VĐ3......89
Bảng 3.10.Thống kê diện tích ngập theo độ sâu ngập Kịch bản vỡ tổ hợp (VĐ3) .......90
Bảng 3.11. So sánh diện tích ngập theo độ sâu ngập trường hợp xả lũ qua tràn ..........92
Bảng 3.12. So sánh Độ sâu ngập và thời gian ngập tại các vị trí, xả lũ qua tràn ..........92
Bảng 3.13. So sánh diện tích ngập theo độ sâu ngập trường hợp VĐ1.........................92
Bảng 3.14. So sánh Độ sâu ngập và thời gian ngập tại các vị trí, VĐ1 ........................92
Bảng 3.15. So sánh diện tích ngập theo độ sâu ngập trường hợp VĐ2.........................93
Bảng 3.16. So sánh độ sâu ngập và thời gian ngập tại các vị trí, VĐ2 .........................93
Bảng 3.17. So sánh diện tích ngập theo độ sâu ngập trường hợp VĐ3.........................93
Bảng 3.18. So sánh Độ sâu ngập và thời gian ngập tại các vị trí, VĐ3 ........................94

9

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BTNMT

:

Bộ Tài nguyên Môi trường

UBND

:

Ủy ban nhân dân

TNHH

:

Trách nhiệm hữu hạn

QCVN

:

Quy chuẩn Việt Nam

TCXD

:

Tiêu chuẩn xây dựng

PCLB

:

Phòng chống lụt bão

BĐKH

:

Biến đổi khí hậu

UNFCCC

:

Công ước khung về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc

IPCC

:

Ủy ban Liên chính phủ về biến đổi khí hậu

VĐ

:

Vỡ đập

HCN

:

Hồ chứa nước

TVTK

:

Tư vấn thiết kế

NSNN

:

Ngân sách nhà nước

N-L-TS

:

Nông lâm thủy sản

CN-XD

:

Công nghiệp, xây dựng

TTAT

:

Trật tự an toàn

BTCT

:

Bê tông cốt thép

10


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Đề tài
Hồ chứa nước thường được xây dựng với nhiều mục đích khác nhau như: Cung cấp
nước tưới cho nông nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phòng lũ… đem lại nhiều lợi ích tốt
cho các ngành kinh tế - xã hội. Tuy nhiên hồ chứa thường được xây dựng bằng cách
ngăn sông, suối bằng các đập dâng nước làm cho sự chênh lệch cột nước thượng lưu
và hạ lưu lớn gây tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn trong vận hành và có thể gây ra thảm
họa và thiệt hại lớn khi xảy ra vỡ đập hoặc có sự cố công trình, đe dọa trực tiếp đến an
ninh kinh tế và xã hội vùng hạ du. Chính vì vậy, việc xây dựng bản đồ ngập lụt hạ du
và đánh giá mức độ thiệt hại trong các tình huống xả lũ khẩn cấp hoặc vỡ đập, từ đó đề
xuất các giải pháp kỹ thuật, các phương án phòng tránh lũ, cứu hộ cứu nạn là rất cần
thiết.
Hồ chứa nước Đồng Mỏ có vị trí tại xã Đạo Trù, huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc với

tổng mức đầu tư trên 382 tỷ đồng từ nguồn vốn trái phiếu Chính phủ do Sở Nông
nghiệp và Phát triển Nông thôn làm chủ đầu tư. Đây là công trình hồ chứa cấp II có
2

3

diện tích lưu vực 17,5 km , dung tích hữu ích là 5,301 triệu m . Công trình có nhiệm
vụ cấp nước tưới cho 531 ha đất canh tác, 11,9 ha đất nuôi trồng thủy sản, cấp nước
sinh hoạt cho 15.000 dân đồng thời cấp nước cho công nghiệp và chăn nuôi với mước
3

2.650m /ngày đêm của các xã Đạo Trù, Bồ Lý, Yên Dương của huyện Tam Đảo. Hồ
Đồng Mỏ có nguồn sinh thủy lớn, có khả năng trữ nước vào mùa mưa và điều tiết
nước thuận lợi phục vụ sản xuất, sinh hoạt cho nhân dân các xã lân cận.
Cụm công trình đầu mối hồ chứa Đồng Mỏ được thiết kế gồm 05 tuyến đập dâng
(trong đó có 01 tuyến đập chính và 4 tuyến đập phụ), các tràn xả lũ có cao trình
3

ngưỡng tràn +64,70m, lưu lượng xả lũ thiết kế (tần suất 1%) là 302,94m /s, lưu lượng
3

3

xả lũ kiểm tra (tần suất 0,2%) là 385,56 m /s. Với dung tích hữu ích là 5,301 triệu m ,
hồ Đồng Mỏ đóng một vai trò quan trọng trong việc điều tiết cấp nước cho hạ du. Do
công trình được xây dựng trên thượng nguồn suối Thai Léc nơi có địa hình dốc và cao,

1

các khu vực dân cư sống tập trung dọc theo hai bên suối ngay sau tuyến đập, vì vậy
nếu xảy ra vỡ đập hoặc có sự cố công trình thì thiệt hại sẽ vô cùng lớn.

Hình i. Bản đồ vị trí hồ chứa nước Đồng Mỏ - Tỉnh Vĩnh Phúc.
Năm 2007, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành nghị định số 72/NĐ-CP về công tác
quản lý an toàn hồ đập. Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã ban hành thông tư
số 33/2008/TT-BNN ngày 04 tháng 02 năm 2008 “Hướng dẫn thực hiện một số điều
thuộc Nghị định số 72/2007/NĐ-CP ngày 07 tháng 5 năm 2007 của Chính phủ về quản
lý an toàn đập”. Ngày 14/10/2013, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Chỉ thị số
21/CT-TTg về việc tăng cường công tác quản lý, đảm bảo an toàn hồ chứa nước. Từ
những yêu cầu, phân tích ở trên cho thấy việc lựa chọn đề tài “Nghiên cứu diễn biến
ngập lụt và đề xuất các giải pháp giảm thiểu thiệt hại do vỡ đập, xả lũ hồ Đồng Mỏ,
huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu” là một
công việc cần thiết và cấp bách.
2. Mục tiêu của luận văn
- Tính toán và mô phỏng diễn biến ngập lụt ứng với các tình huống nguy hiểm, khẩn
cấp trong trường hợp xả lũ hoặc khi xảy ra sự cố vỡ đập hồ Đồng Mỏ dưới tác động
của biến đổi khí hậu.

2


- Xây dựng bộ bản đồ phân vùng ngập lụt khu vực hạ du hồ Đồng Mỏ, làm cơ sở để dự
báo, cảnh báo mức độ ngập lụt và thiệt hại có thể xảy ra.
- Định hướng các giải pháp giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra và kiến nghị các
phương án đối phó khẩn cấp khi xả lũ khẩn cấp hoặc xảy ra sự cố công trình hồ Đồng
Mỏ thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu trong tương lai.
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Quá trình lũ, vỡ đập, ngập lụt hạ du do xả lũ, vỡ đập Hồ chứa
nước Đồng Mỏ, thuộc địa phận xã Đạo Trù, huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc.

- Phạm vi nghiên cứu: Vùng hạ du hồ chứa nước Đồng Mỏ bao gồm các xã Yên
Dương, xã Bồ Lý, xã Đạo Trù, xã Đại Định của huyện Tam Đảo, lưu vực sông Phó
Đáy, sông Lô từ trạm Vụ Quang đến trạm Việt Trì.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
a. Cách tiếp cận
- Nghiên cứu, phân tích đặc điểm tình hình mưa - lũ và các tác động của biến đổi khí
hậu khu vực nghiên cứu;
- Tính toán, xác định lượng nước, dòng chảy đến hồ theo các kịch bản biến đổi khí
hậu;
- Tính toán mô phỏng diễn biến ngập lụt vùng hạ du khi xả lũ khẩn cấp hoặc xảy ra sự
cố vỡ đập hồ Đồng Mỏ. Xác định phạm vi ngập lụt và đánh giá mức độ thiệt hại do
ngập lụt gây ra;
- Xây dựng bản đồ về phân vùng ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ tỷ lệ 1/25.000 ứng với
các kịch bản tính toán mô phỏng;
b. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa, thu thập tài liệu: Tiến hành điều tra khảo sát
thực địa, thu thập thông tin về điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế xã hội khu vực
nghiên cứu. Thu thập các số liệu, tài liệu cơ bản về địa hình, địa mạo, khí tượng, thủy
văn trên lưu vực phục vụ công tác nghiên cứu.

3


- Phương pháp phân tích thống kê và xử lý số liệu: Phương pháp này được sử dụng
trong việc phân tích, thống kê các đặc trưng khí tượng thủy văn, dòng chảy trên lưu
vực và xử lý các tài liệu, số liệu phục vụ cho quá trình phân tích, tính toán của luận
văn.
- Phương pháp mô hình toán: Ứng dụng các phần mềm mô hình toán hiện đại như:
MIKE NAM, MIKE 11HD, MIKE 21HD, MIKE FLOOD, MIKE GIS để tính toán
thủy văn, thủy lực và mô phỏng diễn biến ngập lụt.

- Phương pháp phân tích GIS: Sử dụng các phần mềm GIS chuyên dụng như MapInfo,
ArcView, ArcGis để tính toán xác định phân vùng ngập lụt và xây dựng các bản đồ
ngập lụt.
- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến các chuyên gia có kinh nghiệm trong
tính toán vỡ đập, tính toán ngập lụt, đánh giá thiệt hại và xây dựng bản đồ để hoàn
thiện các kết quả nghiên cứu của luận văn một cách tốt nhất.
5. Nội dung nghiên cứu
Luận văn gồm phần mở đầu, nội dung, kết luận và kiến nghị, phụ lục và tài liệu tham
khảo. Bao gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về ngập lụt do xả lũ hoặc vỡ đập các hồ chứa
trong điều kiện biến đổi khí hậu.
Chương 2: Cơ sở khoa học tính toán mô phỏng ngập lụt và đánh giá thiệt hại khi xả lũ
khẩn cấp hoặc xảy ra vỡ đập hồ Đồng Mỏ.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu diễn biến ngập lụt và thiệt hại theo các kịch bản xả lũ,
vỡ đập hồ Đồng Mỏ và định hướng giải pháp giảm thiểu.
6. Các kết quả đạt được
- Xây dựng được bộ bản đồ về phân vùng ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ ứng với các kịch
bản xả lũ khẩn cấp hoặc khi xảy ra sự cố vỡ đập.
- Định hướng các giải pháp giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra và kiến nghị các
phương án đối phó khẩn cấp khi xả lũ khẩn cấp hoặc xảy ra sự cố công trình hồ Đồng
Mỏ thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu trong tương lai.

4


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ NGẬP LỤT DO XẢ
LŨ HOẶC VỠ ĐẬP CÁC HỒ CHỨA TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI
KHÍ HẬU
1.1. Các khái niệm chung về biến đổi khí hậu
1.1.1. Định nghĩa về BĐKH

Công ước khung về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc (UNFCCC) "Biến đổi khí
hậu trái đất là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thuỷ quyển, sinh
quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyên nhân tự nhiên và nhân
tạo".
Biến đổi khí hậu là những biến đổi trong môi trường vật lý hoặc sinh học gây ra những
ảnh hưởng có hại đáng kể đến thành phần, khả năng phục hồi hoặc sinh sản của các hệ
sinh thái tự nhiên và được quản lý hoặc đến hoạt động của các hệ thống kinh tế - xã
hội hoặc đến sức khỏe và phúc lợi của con người.
1.1.2. Một số hiện tượng của biến đổi khí hậu
1. Hiệu ứng nhà kính
Hiệu ứng nhà kính được định nghĩa là hiệu quả giữ nhiệt ở tầng thấp của khí quyển
nhờ sự hấp thụ và phát xạ trở lại bức xạ sóng dài từ mặt đất bởi mây và các khí như hơi
nước, các-bon điôxit, nitơ ôxit, mêtan và chlorofluorocarbon, làm giảm lượng nhiệt thoát ra
không trung từ hệ thống trái đất, giữ nhiệt một cách tự nhiên, duy trì nhiệt độ trái đất cao hơn
khoảng 30°C so với khi không có các chất khí đó (IPCC, 2013). Các khí nhà kính trong bầu
khí quyển bao gồm các khí nhà kính tự nhiên và các khí phát thải do các hoạt động của con
người. Tuy các khí nhà kính tự nhiên chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ, nhưng có vai trò rất quan
trọng đối với sự sống trên trái đất. Trước hết, các khí nhà kính không hấp thụ bức xạ sóng
ngắn của mặt trời chiếu xuống trái đất, nhưng hấp thụ bức xạ hồng ngoại do mặt đất phát ra
và phản xạ một phần lượng bức xạ này trở lại mặt đất, qua đó hạn chế lượng bức xạ hồng
ngoại của mặt đất thoát ra ngoài khoảng không vũ trụ và giữ cho mặt đất khỏi bị lạnh đi quá
nhiều, nhất là về ban đêm khi không có bức xạ mặt trời chiếu tới mặt đất.

2. Nước biển dâng

5


Sự dâng cao mực nước biển do băng tan, dẫn tới sự ngập úng ở các vùng đất thấp, các
đảo nhỏ trên biển. Trường hợp này đang là vấn đề được quan tâm nhiều nhất trên lưu

vực Đông Nam Á đặc biệt là tại Đồng bằng Sông MeKong, Miền Nam ViệtNam.
Theo báo cáo của Ủy ban Liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC), thì mực nước
biển toàn cầu sẽ dâng khoảng 0,5-1,7 m trong giai đoạn 2000-2020 và 0,6-2,4 m trong
giai đoạn 2020-2060.
3. Lũ lụt
Lũ là hiện tượng nước sông dâng cao trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó
giảm dần, lũ là hiện tượng dòng nước do mưa lớn tích luỹ từ nơi cao tràn về dữ dội
làm ngập lụt một khu vực hoặc một vùng trũng, thấp hơn.
(Nguồn: Bộ Tài nguyên và Môi trường, Kịch bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng
cho Việt Nam năm 2016.) [1]
1.2. Tổng quan về biến đổi khí hậu trên thế giới và ở Việt Nam
1.2.1. Biểu hiện của biến đổi khí hậu trên thế giới
Tóm tắt các biểu hiện chính của biến đổi khí hậu toàn cầu (IPCC,2013):
- Nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng khoảng 0,89°C (dao động từ 0,69 đến 1,08°C)
trong thời kỳ 1901-2012.
- Nhiệt độ trung bình toàn cầu có nhiều hướng tăng nhanh đáng kể từ giữa thế kỷ 20
với mức tăng khoảng 0,12°C/thập kỷ trong thời kỳ 1951-2012.
- Giáng thủy trung bình toàn cầu kể từ năm 1901 có xu thế tăng ở vùng lục địa vĩ độ
trung bình thuộc Bắc bán cầu.
- Số ngày và số đêm lạnh có xu thế giảm, số ngày và số đêm nóng cùng với hiện tượng
nắng nóng có xu thế tăng rõ rệt trên quy mô toàn cầu từ khoảng năm 1950. Mưa lớn có
xu thế tăng trên nhiều khu vực, nhưng lại giảm ở 1 số ít khu vực.
Tóm tắt xu thế biến đổi mực nước biển quy mô toàn cầu (IPCC,2013):

6


- Giai đoạn 1901-2010, mực nước biển trung bình toàn cầu tăng khoảng 19cm với tốc
độ tăng trung bình là 1,7mm/năm.
- Trong giai đoạn 1993-2010, mực nước biển trung bình toàn cầu tăng 3,2mm/năm.

(Nguồn: Bộ Tài nguyên và Môi trường, Kịch bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng
cho Việt Nam năm 2016.) [1]
1.2.2. Biểu hiện của biến đổi khí hậu ở Việt Nam
Việt Nam là nước chịu ảnh hưởng lớn của BĐKH. Tình trạng ấm lên của khí quyển
dẫn đến hiện tượng nước biển dâng và ấm lên, kéo theo sự thay đổi của 1 loạt hiện
tượng thời tiết cực đoan như bão lũ, dông sét, lốc tố, hạn hán, mưa lớn...Có thể nói tất
cả các hiện tượng thời tiết cực đoan trên đều có xu hướng gia tăng về cường độ hoặc
tần số và ảnh hưởng đến nước ta. Trong đó đáng chú ý là các đợt nóng dị thường, các
đợt mưa cường độ lớn gây ra lũ lụt, lũ quét, các đợt khô hạn kết hợp nắng nóng kéo
dài, các cơn lốc tố....
Tóm tắt xu thế biến đổi khí hậu ở Việt Nam
- Nhiệt độ có xu thế tăng ở hầu hết các trạm quan trắc, tăng nhanh trong những thập kỷ
gần đây. Trung bình cả nước, nhiệt độ trung bình năm thời kỳ 1958-2014 tăng khoảng
0,62°C, riêng giai đoạn (1985-2014) nhiệt độ tăng khoảng 0,42°C.
- Lượng mưa trung bình năm có xu thế giảm ở hầu hết các trạm phía Bắc, tăng ở hầu
hết các trạm phía Nam.
- Cực trị nhiệt độ tăng ở hầu hết các vùng, ngoại trừ nhiệt độ tối cao có xu thế giảm ở
một số trạm phía Nam.
- Hạn hán xuất hiện thường xuyên hơn trong mùa khô.
- Mưa cực đoan giảm đáng kể ở vùng Đồng Bằng Bắc Bộ, tăng mạnh ở Nam Trung Bộ
và Tây Nguyên.
- Số lượng bão mạnh có xu hướng tăng.
- Số ngày rét đậm, rét hại có xu thế giảm nhưng xuất hiện những đợt rét dị thường.

7


- Ảnh hưởng của El Nino và La Nina có xu thế tăng.
Tóm tắt xu thế biến đổi mực nước biển tại Việt Nam:
- Theo số liệu mực nước quan trắc tại các trạm hải văn:

+ Mực nước tại hầu hết các trạm đều có xu hướng tăng.
+ Trạm Phú Quý có xu thế tăng mạnh nhất (5,6mm/năm).
+ Trạm Hòn Ngư và Cô Tô có xu thế giảm (5,77 và 1,45mm/năm).
+ Trạm Cồn Cỏ và Quy Nhơn không có xu thế rõ rệt.
+ Mực nước trung bình tại tất cả các trạm có xu thế tăng khoảng 2,45mm/năm.
+ Giai đoạn 1993-2014, mực nước tại các trạm có xu thế tăng khoảng 3,44mm/năm.
- Theo số liệu vệ tinh giai đoạn 1993-2014:
+ Mực nước trung bình toàn Biển Đông có xu thế tăng (4,05±0,6mm/năm).
+ Mực nước trung bình khu vực ven biển Việt Nam có xu thế tăng (3,50±0,7mm/năm).
+ Mực nước khu vực ven biển Nam Trung Bộ tăng mạnh nhất (5,6mm).
+ Mực nước khu vực ven biển Vịnh Bắc Bộ có mức tăng thấp nhất (2,5mm/năm).
(Nguồn: Bộ Tài nguyên và Môi trường, Kịch bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng
cho Việt Nam năm 2016.) [1]
1.2.3. Biểu hiện của biến đổi khí hậu trên tỉnh Vĩnh Phúc
Theo các kết quả thu được tại các trạm thuộc tỉnh Vĩnh Phúc, các yếu tố khí hậu có sự
thay đổi biểu hiện như sau:
- Nhiệt độ:
+ Nhiệt độ ở trạm Vĩnh Yên ở cả mùa mưa, mùa khô và trung bình cả năm có xu thế
tăng dần, đặc biệt nhiệt độ tăng mạnh nhất vào mùa khô.

8


o

+ Trong giai đoạn từ 1973 đến 2015 nhiệt độ trung bình cả năm tăng khoảng 0,7 C,
o

nhiệt độ trung bình mùa mưa tăng 0,35 C, đặc biệt là vào mùa khô nhiệt độ trung bình
o

tăng 1,05 C.
- Lượng mưa:
+ Lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.400 đến 1.600 mm, phân bố không đồng đều
theo không gian và thời gian. Về thời gian, mưa tập trung chủ yếu từ tháng 5 đến tháng
10, chiếm 80 % tổng lượng mưa của cả năm. Lượng mưa ở miền núi thường lớn hơn ở
đồng bằng và trung du, tại trạm Vĩnh Yên (địa hình đồng bằng và trung du) lượng mưa
trung bình cả năm ở là 1.574,8mm, trong khi đó tại trạm Tam Đảo ( địa hình đồi núi)
có lượng mưa là 2.838,2 mm.
+ Lượng mưa trung bình năm tỉnh Vĩnh Phúc có xu hướng giảm. Tuy nhiên, lượng
mưa không giảm đều ở tất cả các tháng mà có xu hướng giảm mạnh vào mùa mưa
(khoảng 20-40mm) và tăng nhẹ vào tháng 1,2,3 trong mùa khô (khoảng 5-10mm).
- Độ ẩm:
+ Độ ẩm tương đối trung bình năm của thời kỳ gần đây (1991 - 2010) có xu hướng cao
hơn thời kỳ 1971-1990 rõ rệt, khoảng 3-4%. Mức tăng độ ẩm tương đối trong mùa hè
lớn hơn so với các mùa còn lại. Độ ẩm tương đối trung bình mùa hè thời kỳ 1991-2010
cao hơn so với thời kỳ 1971-1990 là 4-7%, trong khi mùa đông là 2-4%, mùa xuân là
2-4%, mùa thu 2-5%.
- Bốc hơi:
+ Trong thời kỳ 1993-2015, lượng bốc hơi trung bình năm giảm với tốc độ 24mm/năm so với thời kỳ 1973-1993. Mức chênh lệch về trị số lượng bốc hơi trung
bình năm giữa hai giai đoạn là 17-162mm. [2]
1.3. Tình hình nghiên cứu về diễn biến ngập lụt do xả lũ hoặc vỡ đập ở hạ du các
công trình hồ chứa
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
1. Một số trường hợp vỡ đập

9


- Đập Gleno, Italia

Gleno là con đập nhiều tầng được xây dựng trên sông Gleno ở Valle di Scalve, Italia.
Con đập được xây dựng từ năm 1916 đến năm 1923 với mục tiêu sản xuất điện năng.
Tuy nhiên, chỉ sau 40 ngày sau khi nước được chứa đầy phần lòng hồ, thì một phần
lớn của đập đã bị vỡ vào ngày 1/12/1923 làm 356 người thiệt mạng.

Hình 1.1. Đập Gleno với phần vỡ ở giữa vẫn còn đến ngày nay
Theo những điều tra, nguyên nhân dẫn đến sự cố của đập Gleno phần lớn là do chủ
quan. Việc thiếu kinh phí đã làm các nhà thầu thay đổi thiết kế và thiết kế mới đã
không phù hợp với loại móng được thi công từ trước. Đơn vị thi công không sử dụng
loại vữa, xi măng thích hợp và thiếu kinh phí, thiết kế đập Gleno đã thay đổi từ đập bê
tông trọng lực chuyển sang đập nhiều tầng.
Ngoài ra một số nguyên nhân khác như: Tay nghề công nhân kém, sai phạm trong sử
dụng vật liệu, sự thay đổi thiết kế từ đập trọng lực sang đập đa vòm và bê tông không
hoàn toàn khô khi hồ được chứa đầy nước.
-

Đập Bản Kiều, Trung Quốc

Đây là con đập được xây dựng trên sông Ru tỉnh Hà Nam, Trung Quốc, đập được làm
bằng đất sét và cao 24,5m sau khi gia cố được các chuyên gia Xô Viết đánh giá là "đập
thép". Sự cố vào năm 1975 đã làm con đập này bị vỡ và gây ra thiệt hại nặng nề. Sau
đó nó đã được xây dựng lại. Trong mùa lũ năm 1975, đập đã bị vỡ làm cho 175.000
người thiệt mạng và hơn 11 triệu người khác mất nhà cửa.

10


Sự cố này cũng đã phá hủy 1 nguồn năng lượng khổng lồ đang cung cấp cho Trung
Quốc. Với công suất lên đến 18 GW, tương đương 9 nhà máy nhiệt điện hay 20 lò
phản ứng hạt nhân, nhà máy thủy điện này được xem là có khả năng đáp ứng 1/3 nhu

cầu sử dụng vào lúc cao điểm của cả Vương quốc Anh.
Nguyên nhân là do thiếu thông tin liên lạc. Liên lạc giữa các hồ chứa trong hệ thống bị
cắt đứt. Dự báo sai về lượng mưa. Chần chừ trong việc xả bỏ một lượng dự trữ thế
năng của nước và do thiếu dữ liệu thủy văn.
- Đập Kelly Barnes, Mỹ
Kelly Barnes là đập đắp bằng đất ở bang Georgia, Mỹ. Ngày 6/11/1977 nó đã bị vỡ
sau 1 trận mưa lớn làm 39 người thiệt mạng và thiệt hại về tài sản lên đến 3.8 triệu
USD.
Sau 1 trận mưa rất lớn kéo dài trong từ trưa đến đêm 5/11 sáng sớm ngày 6/11/1977,
vào lúc 1h30, con đập đã vượt qua giới hạn chịu đựng và ồ ạt tuôn nước về phía hạ
lưu.

Hình 1.2. Khu vực thung lũng đập Kelly Barnes sau khi bị sự cố vỡ đập năm 1977
Theo điều tra, nguyên nhân dẫn đến sự cố là khi xây dựng các kĩ sư đã tính toán sai về
độ dốc mái đập. Điều này đã làm thay đổi trọng tâm và khả năng chịu lực của con đập
trong điều kiện trời mưa lớn. Mặc dù chỉ là một sự cố nhỏ cũng có thể làm cả con đập
bị nước cuốn trôi và nguyên nhân chính là do khối đất có kích thước 3,7x9,1m bị cuốn
trôi lúc ban đầu gây ra sự cố.
2. Tình hình nghiên cứu vỡ đập ở nước ngoài

11


Việc nghiên cứu cảnh báo vỡ đập trong điều kiện bất lợi đối với hạ lưu công trình đã
được thực hiện tại các nước trên thế giới như Mỹ, Châu Âu, Trung Quốc và nhiều
nước khác, được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới và trong nước.
Văn bản quy phạm pháp luật đầu tiên ở Châu Âu về rủi ro vỡ đập được ban hành ở
Pháp năm 1968 sau khi đập Malpasset bị vỡ năm 1959 làm trên 400 người bị chết và
mất tích. Một trong các cơ quan có kinh nghiệm nghiên cứu về vỡ đập là Phòng thí
nghiệm Thủy lực Quốc gia Pháp.

Một mô hình cho chức năng nghiên cứu vỡ đập thường có 3 mô đun cơ bản là:
+ Mô tả vết vỡ theo kích thước hình học và phát triển vết vỡ theo thời gian;
+ Tính đường quá trình lưu lượng chảy qua vết vỡ;
+ Diễn toán quá trình sóng vỡ đập xuống hạ lưu.
Các mô hình mô phỏng vỡ đập có đặc điểm là sử dụng các điều kiện biên trong để mô
tả dòng chảy tại các vị trí dọc theo đường chảy mà tại đó phương trình Saint-Venant
không áp dụng được như đập tràn, thác nước, vết vỡ, cầu cống, đập có cửa điều khiển.
Trước đây, xu thế nghiên cứu là các nỗ lực xây dựng các mô hình chuyên nghiên cứu
về vỡ đập. Mô hình vỡ đập được dùng phổ biến nhất ở Hoa Kỳ là mô hình DAMBRK
(Dam-Break Flood Forecasting Model) do Fread thiết lập (1977, 1980, 1981). Mô hình
có 3 chức năng : Mô tả vết vỡ theo hình học và theo thời gian, tính quá trình lưu lượng
qua vết vỡ và diễn toán quá trình xuống hạ lưu. Mô hình DAMBRK đã được áp dụng
để tái tạo sóng lũ truyền xuống hạ lưu gây ra bởi đập chắn nước Teton bị vỡ vào năm
1976. Đập Teton là đập đất cao 300ft (91,1m) dài 3000ft. Hậu quả đã làm 11 người
chết, 25000 người mất nhà cửa và thiệt hại vật chất khoảng 400 triệu đô la. Kết quả mô
phỏng sóng vỡ đập bằng mô hình DAMBRK có sự phù hợp tốt với số liệu đo đạc khảo
sát.
Mô hình FLDWAV là mô hình tổng hợp của 2 mô hình mô hình thủy lực mạng sông
DWOPER (Dynamic Wave Operational Model) và DAMBRK có khả năng tính sóng
vỡ đập, điều khiển các cửa xả công trình hồ và diễn toán thủy lực được Fread xây
dựng năm 1985. Mô hình đã được phát triển dựa trên phương pháp giải số hệ phương
trình Sain-Venant theo sơ đồ ẩn phi tuyến có trọng số. Mô hình có nhiều tính năng ưu

12


việt bảo đảm độ ổn định và các chức năng mô phỏng công trình và hệ thống sông. Mô
hình FLDWAV được một số Tổ chức, Hiệp hội quốc tế công nhận là mô hình chính
thức trong nghiên cứu lũ do vỡ đập và là cơ sở để so sánh khi nghiên cứu ứng dụng
các mô hình khác.

Hiên nay, trên thế giới, xuất hiện xu hướng áp dụng mô hình 2 chiều để nghiên cứu
sóng vỡ đập. Một trong số các mô hình 2 chiều để tính sóng vỡ đập có cơ sở lý thuyết
chặt chẽ là mô hình RBFVM-2D, mô hình áp dụng phương pháp phần tử thể tích và
sơ đồ giải Osher. Mô hình được ứng dụng đối với một bài toán mẫu có tường đập
trong lòng dẫn một đơn vị chiều rộng, độ sâu thượng lưu 5m, độ sâu hạ lưu 0,3m vỡ
tức thời. Với bước tính 0,05s, kết quả tính toán cho thấy vận tốc và đọ sâu hạ lưu là
4,66m/s và 2,22m, có sai số tương đối nhỏ hơn 1% so với kết quả giải tích. Một mô
hình 2 chiều khác có thể ứng dụng để tính sóng vỡ đập là mô hình BIPLAN, mô hình
được xây dựng tại Đại học Bách Khoa Lisbon dựa trên cơ sở giải hệ phương trình
Sain-Vennant 2 chiều bằng phương pháp MacCormack-TVD. Mô hình sử dụng điều
kiện biên trong để mô tả sóng vỡ đập chuyển động trong vùng đồng bằng. Mô hình
được ứng dụng cho hệ thống hồ bao gồm: Đập bê tông cánh cong Funcho cao 49m, dài
165m và đập đất đắp Arade cao 50m, chiều dài 246m. Đập Funcho được giả thiết là vỡ
tức thời và toàn bộ, dập Arade được giả thiết là vỡ từng phần và từ từ. Kết quả tính
toán độ sâu của sóng vỡ đập hạ lưu đập Arade có sai số 3m so với mô hình DAMBRK.
Một xu hướng nghiên cứu khác là ứng dụng mô hình 1-2 chiều kết hợp để mô tả vỡ
đập truyền xuống vùng đồng bằng. Một trong số các mô hình có các ứng dụng thực tế
là mô hình DHM (Diffusion Hydrodynamic Model) và Mike-Flood. Mô hình DHM là
mô hình sóng khuyếch tán 1D mô phỏng dòng chảy 1 chiều trong hệ thống sông và 2D
trong vùng ngập lụt được nghiên cứu ở Hoa Kỳ do T.V. Hromadka và C.C.Yen xây
dựng năm 1986. Mô hình 1 và 2 chiều được kết nối với nhau bằng luật cân bằng và
chảy tràn. Mô hình Mike-Flood là mô hình của Viện Thủy lực Đan Mạch.
Hiện nay, do vỡ đập được xem là một dạng đặc biệt của sóng lũ có cường độ mạnh,
lên nhanh, xuống nhanh nên xu thế chung là các mô hình thủy động lực được nghiên
cứu bổ sung mô đun mô phỏng sóng vỡ đập trong mô hình tổng thể. Các mô hình thủy
động lực 1D có khả năng được áp dụng nghiên cứu vỡ đập trên thế giới là NWS

13