Nghiên cứu, đánh giá thiệt hại do ngập lụt vùng hạ du liên hồ chứa lưu vực sông_unprotected

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu, đánh giá thiệt hại do ngập lụt vùng hạ du
liên hồ chứa lưu vực sông Tà Rục theo các kịch bản lũ và vỡ đập” của học viên đã
được Nhà trường giao nghiên cứu theo quyết định số 1249/QĐ-ĐHTL ngày 18
tháng 05 năm 2016 của Hiệu trưởng trường Đại học Thủy Lợi.
Trong thời gian học tập tại trường với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là
cô giáo PGS. TS Phạm Thị Hương Lan, học viên đã tự nghiên cứu và thực hiện
đề tài này. Đây là thành quả lao động, là sự tổ hợp của các yếu tố mang tính nghề
nghiệp của học viên. 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

Nguyễn Thành Đạt

i


LỜI CẢM ƠN
Với tất cả sự kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết
ơn của mình tới cô giáo PGS. TS Phạm Thị Hương Lan đã hướng dẫn tận tình chu
đáo, dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn, nghiên cứu và giúp tôi hoàn
thành luận văn tốt nghiệp này.
Tôi cũng xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Thủy Lợi, các thầy cô giáo
trong Khoa Thủy Văn đã chỉ bảo, dạy dỗ trong suốt thời gian học tập tại trường.
Cuối cùng, Tôi xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè
đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên, khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và
hoàn thành luận văn.
Mặc dù luận văn đã hoàn thiện với tất cả sự cố gắng, nhiệt tình cũng như năng lực

của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, Tôi rất mong
nhận được sự góp ý, chỉ bảo của quý thầy cô và đồng nghiệp, đó chính là sự
giúp đỡ quý báu mà tôi mong muốn nhất để cố gắng hoàn thiện hơn trong quá trình
nghiên cứu và công tác sau này.
Xin chân thành cảm ơn./.

Hà Nội, 20 tháng 08 năm 2016
Học viên

Nguyễn Thành Đạt

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................... 1
2. Mục đích của luận văn. ........................................................................................ 2
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 2
4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 4
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.......................................................... 4
6. Các kết quả đạt được. .......................................................................................... 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VỠ ĐẬP VÀ ĐÁNH
GIÁ THIỆT HẠI ........................................................................................................... 6
1.1 Tổng quan về mô hình nghiên cứu vỡ đập ...................................................... 6
1.1.1 Một số trường hợp vỡ đập trên Thế giới và Việt Nam ................................ 6
1.1.2 Các nguyên nhân gây vỡ đập..................................................................... 13
1.1.3 Các phương pháp xác định, tính toán thông số vết vỡ .............................. 16
1.1.4 Giới thiệu về các mô hình thủy văn, thủy lực mô phỏng vỡ đập .............. 20
1.2 Tổng quan về phương pháp đánh giá thiệt hại lũ lụt ..................................... 23

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ CÁC MÔ HÌNH
ỨNG DỤNG. ............................................................................................................... 26
2.1 Tổng quan về vùng nghiên cứu. ....................................................................... 26
2.1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên .............................................................................. 26
2.1.2 Đặc điểm khí hậu, khí tượng vùng dự án. .................................................... 26
2.1.3 Đặc điểm thủy văn ........................................................................................ 31
2.1.4 Đặc điểm kinh tế, xã hội ............................................................................... 34
2.1.5 Tổng quan về hồ Tà Rục – Suối Hành. ........................................................ 36
2.2 Các mô hình ứng dụng xây dựng bản đồ ngập lụt ......................................... 43
2.2.1 Mô hình HDM ........................................................................................... 43
2.2.2 Phần mềm MIKE FLOOD WATCH ......................................................... 44
2.2.3 Mô hình MIKE FLOOD ............................................................................ 45
2.2.4 Mô hình NK-GIAS .................................................................................... 46
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE FLOOD MÔ PHỎNG CÁC KỊCH
BẢN VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT ........................................................... 48
3.1 Dữ liệu đầu vào sử dụng trong tính toán ......................................................... 48
3.1.1 Tài liệu khí tượng thủy văn .......................................................................... 48
3.1.2 Tài liệu địa hình ............................................................................................ 53
3.1.3 Các kịch bản dùng để tính toán .................................................................... 55
3.2 Thiết lập mô hình............................................................................................... 57
3.2.1 Mô hình thủy lực 1 chiều.............................................................................. 57
3.2.2 Mô hình thủy lực 2 chiều.............................................................................. 59
3.2.3 Mô hình thủy lực Mike Flood ...................................................................... 63
iii


3.3 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình .................................................................... 64
3.3.1 Mô hình thủy lực 1 chiều.............................................................................. 64
3.3.2 Mô hình thủy lực Mike Flood ...................................................................... 68
3.4 Mô phỏng các kịch bản vỡ đập và xây dựng bản đồ ngập lụt. ...................... 70

3.4.1 Các kịch bản lũ và vỡ đập ............................................................................ 70
3.4.2 Kết quả tính toán xây dựng bản đồ ngập lụt................................................. 77
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI DO NGẬP LỤT VÙNG HẠ LƯU HỒ
CHỨA THEO CÁC KỊCH BẢN LŨ VÀ VỠ ĐẬP .................................................. 83
4.1 Đánh giá thiệt hại hạ du hồ Tà Rục – Suối Hành theo các kịch bản ngập
lụt. ........................................................................................................................... 83
4.1.1 Đánh giá thiệt hại theo Kịch bản 1 ............................................................ 83
4.1.2 Đánh giá thiệt hại theo Kịch bản 2 ............................................................ 84
4.1.3 Đánh giá thiệt hại theo Kịch bản 3 ............................................................ 86
4.2 Đề xuất giải pháp ứng phó .............................................................................. 88
4.2.1 Giải pháp công trình .................................................................................. 88
4.2.2 Giải pháp phi công trình ............................................................................ 89
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 91
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 92

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 0.1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu ............................................................................... 3
Hình 1.1: Vỡ đập Machchu 2, Ấn Độ do mưa lớn .......................................................... 7
Hình 1.2: Đập Gleno với phần vỡ ở giữa vẫn còn đến ngày nay .................................... 8
Hình 1.3: Đập Đầm Hà được khắc phục gia cố sau sự cố ............................................. 10
Hình 1.4: Toàn cảnh đập Khe Mơ sau sự cố vỡ đập ..................................................... 12
Hình 1.5: Đoạn thân đập bị vỡ ...................................................................................... 12
Hình 1.6: Đập vỡ tại vị trí cống lấy nước ...................................................................... 13
Hình 1.7: Các nguyên nhân vỡ đập ............................................................................... 15
Hình 1.8: Hình ảnh vỡ đập Teton năm 1976 ................................................................. 15
Hình 1.9: Hình thức tràn đỉnh (a) và xói ngầm (b)........................................................ 16

Hình 1.10: Quá trình vỡ tràn đỉnh
Hình 1.11: Quá trình vỡ xói ngầm ............... 18
Hình 1.12: Hình dạng và cơ chế hình thành vết vỡ ....................................................... 18
Hình 2.1: Vị trí nghiên cứu vùng dự án ......................................................................... 27
Hình 2.2: Quá trình lũ đến hồ Tà Rục. .......................................................................... 33
Hình 2.3: Đường quá trình lũ đến hồ Suối Hành........................................................... 34
Hình 3.1: Biểu đồ mưa ứng với các kịch bản ................................................................ 48
Hình 3.2: Biểu đồ trận mưa lớn nhất năm 2010 ............................................................ 49
Hình 3.3: Biểu đồ trận mưa từ ngày 6-12/11/2013 ....................................................... 49
Hình 3.4: Biều đồ lượng mưa từ ngày 27/12/2014 - 6/01/2015 .................................... 50
Hình 3.5: Đường quá trình mực nước triều ứng với các tần suất .................................. 50
Hình 3.6: Mực nước triều Cam Ranh từ ngày 28/10 - 5/11 năm 2010 ......................... 51
Hình 3.7: Mực nước triều Cam Ranh từ ngày 6 - 12/11 năm 2013 .............................. 51
Hình 3.8: Mực nước triều Cam Ranh từ ngày 01 - 7/4 năm 2014 ................................ 52
Hình 3.9: Mực nước triều Cam Ranh từ ngày 27/12/2014 - 6/01/2015 ........................ 52
Hình 3.10: Bản đồ DEM khu vực nghiên cứu ............................................................... 54
Hình 3.11: Bản đồ vị trí mặt cắt ngang sông ................................................................. 55
Hình 3.12: Biên tập mặt cắt ngang sông........................................................................ 58
Hình 3.13: Sơ đồ thủy lực mạng lưới sông ................................................................... 59
Hình 3.14: Bản đồ mô hình số độ cao (DEM) khu vực tính toán ................................. 60
Hình 3.15: Chia lưới phi cấu trúc miền tính .................................................................. 61
Hình 3.16: Lưới chia chi tiết các công trình .................................................................. 62
Hình 3.17: Kết nối cơ sở dữ liệu trong MIKE 21FM .................................................... 62
Hình 3.18: Hệ số nhám manning M miền tính .............................................................. 63
Hình 3.19: Liên kết mô hình một và hai chiều .............................................................. 64
Hình 3.20: Kết quả hiệu chỉnh tại trạm thủy văn Tà Rục .............................................. 66
Hình 3.21: Kết quả kiểm định đợt 1 tại trạm thủy văn Tà Rục ..................................... 67
Hình 3.22: Kết quả kiểm định đợt 2 tại trạm thủy văn Tà Rục ..................................... 67
Hình 3.23: Vị trí vết lũ điều tra năm 2010 .................................................................... 69
v

Hình 3.24: Hệ số nhám của mô hình Mike21................................................................ 69
Hình 3.25: Đường quá trình vỡ đập ững với lũ kiếm tra 0,2%, hồ Tà Rục ................... 77
Hình 3.26: Bản đồ ngập lụt hạ du sông Tà Rục khi xả lũ kiểm tra, tần suất 0,2%. ...... 78
Hình 3.27: Bản đồ ngập lụt hạ du sông Tà Rục khi xả lũ cực đại, tần suất 0,01%. ...... 80
Hình 3.28: Bản đồ ngập lụt hạ du sông Tà Rục khi vỡ đập Tà Rục .............................. 82

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các công thức hay được sử dụng[11], [12], [13] ..........................................19
Bảng 1.2: Các cách phân loại thiệt hại do ngập lụt gây ra ............................................24
Bảng 2.1: Bảng tổng hợp đặc trưng lưu vực hồ Tà Rục, Suối Hành .............................27
Bảng 2.2: Đặc trưng nhiệt độ trung bình tháng, năm ....................................................28
Bảng 2.3: Độ ẩm tương đối trung bình tháng, năm .......................................................28
Bảng 2.4: Số giờ nắng trung bình tháng, năm ...............................................................28
Bảng 2.5: Tốc độ gió trung bình các tháng, năm ..........................................................29
Bảng 2.6: Tốc độ gió lớn nhất .......................................................................................29
Bảng 2.7: Lượng mưa bình quân các tháng các trạm lân cận lưu vực ..........................30
Bảng 2.8: Lượng mưa ngày lớn nhất thiết kế trạm Cam Ranh, Khánh Sơn .................30
Bảng 2.9: Lượng mưa ngày lớn nhất khu vực nghiên cứu, hạ du hồ Tà Rục; Suối Hành
............................................................................................................................................ 31
Bảng 2.10: Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn khu vực nghiên cứu ...........................31
Bảng 2.11: Tóm tắt đặc trưng lũ thiết kế hồ Tà Rục .....................................................32
Bảng 2.12: Tóm tắt đặc trưng lũ thiết kế hồ Suối Hành ................................................33
Bảng 2.13: Thống kê dân số vùng hạ du hồ Tà Rục .....................................................34
Bảng 2.14: Thống kê dân số các xã vùng ảnh hưởng chính hạ du hồ Tà Rục ..............35
Bảng 2.15: Bảng thông số cơ bản của hồ chứa .............................................................37

Bảng 2.16: Bảng thông số cơ bản của đập ....................................................................38
Bảng 2.17: Bảng thông số tràn ......................................................................................38
Bảng 2.18: Bảng thông số kỹ thuật cống lấy nước........................................................39
Bảng 2.19: Thông số kỹ thuật hệ thống kênh tưới ........................................................39
Bảng 2.20: Thông tin về hồ chứa nước Suối Hành .......................................................40
Bảng 3.1: Lượng mưa ngày lớn nhất khu vực nghiên cứu ............................................48
Bảng 3.2: Đặc trưng triều thiết kế - trạm Cầu Đá .........................................................50
Bảng 3.3: Bảng tổng hợp các kịch bản tính toán ...........................................................56
Bảng 3.4: Chỉ tiêu Nash của WMO ...............................................................................65
Bảng 3.5: Thông số nhám của hệ thống sông Tà Rục ...................................................66
Bảng 3.6: Kết quả hiệu chỉnh mô hình Mike Flood ......................................................68
Bảng 3.7: Đường lưu lượng xả lũ Hồ Tà Rục (m3/s) ....................................................70
Bảng 3.8: Đường quá trình lũ thiết kế Hồ Suối Hành ...................................................71
Bảng 3.9: Kết quả tính toán vỡ đập ứng với lũ kiếm tra 0,2%, hồ Tà Rục ...................73
Bảng 4.1: Diện tích ngập theo cấp độ sâu kịch bản 1 ...................................................83
Bảng 4.2: Số hộ và nhân khẩu thuộc các thôn nằm trong ba xã bị ngập kịch bản 1 .....84
Bảng 4.3: Diện tích ngập theo cấp độ sâu kịch bản 2 ...................................................85
Bảng 4.4: Số hộ và nhân khẩu thuộc các thôn nằm trong ba xã bị ngập kịch bản 2 .....85
Bảng 4.5: Diện tích ngập theo cấp độ sâu kịch bản 3 ...................................................86
Bảng 4.6: Số hộ và nhân khẩu thuộc các thôn nằm trong ba xã bị ngập kịch bản 3 .....87
vii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Các hồ chứa thủy lợi thường được xây dựng phục vụ đa mục tiêu như: Cấp nước cho
nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, hoặc phục vụ các ngành kinh tế khác như giao
thông, du lịch, chăn nuôi và phát điện. Tuy nhiên các hồ, đập thủy lợi luôn là những
công trình dễ bị tổn thương, nhất là khi có mưa lũ lớn. Các hồ chứa thủy lợi nhỏ
thường được xây dựng chủ yếu bằng vật liệu địa phương, công tác quản lý vận hành

thường được địa phương đảm nhận nên chất lượng hồ đập bị xuống cấp nhanh chóng
gây mất an toàn của công trình khi tích nước. Ngoài ra trong những năm gần đây do
ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, tình hình thời tiết diễn ra bất thường: Mưa to, bão lớn,
hiện tượng sạt lở đất thượng nguồn làm gia tăng nguy cơ mất an toàn của đập.
Ở nước ta gần đây nhiều sự cố vỡ đập đã xảy ra, như vỡ đập Khe Mơ- Hà Tĩnh (2010) do
mưa lớn kéo dài làm lượng nước hồ và sông tăng vượt mức an toàn gâp vỡ đập. Hay sự cố
vỡ đập hồ Cồn Đẻn, Nghệ An (2013), đập phụ Đầm Hà Động, Quảng Ninh (2014).
Để giảm thiểu tối đa thiệt hại của sự cố vỡ đập có thể xảy ra, ngoài việc đánh giá an
toàn hồ đập định kỳ, cũng cần có các biện pháp dự báo ngập lụt hạ du kết hợp với
phương án để sơ tán người dân đến khu an toàn trước khi xảy ra sự cố. Một trong
những công việc cần làm để xây dựng phương án di tản là tính toán mô phỏng các
nguyên nhân vỡ đập cũng như xây dựng các kịch bản vỡ đập, từ đó xây dựng các bản
đồ ngập lụt, tránh trường hợp người dân có thể di chuyển vào những vùng ngập sâu
hơn. Các bản đồ ngập lụt còn góp phần quan trọng trong công tác quy hoạch vùng sử
dụng đất.
Dựa vào các bản đồ ngập này, phần nào đánh giá được những thiệt hại trực tiếp hoặc
gián tiếp về người và của, từ đó các đơn vị quản lý đưa các phương án di dời, và cảnh
báo khi có sự cố vỡ đập xảy ra, bảo đảm giảm thiểu tối đa các ảnh hưởng của sự cố đối
hoạt động sản xuất cũng như đảm bảo tính mạng của người dân ở vùng hạ du.
Lưu vực sông Tà Rục có diện tích lưu vực 250 km2. Trên lưu vực có 2 hồ là Hồ Tà
Rục với dung tích 23,5 triệu m3 và hồ Suối Hành với dung tích 9,5 triệu m3. Cả 2 hồ
1


trên đã đi vào vận hành, việc thiết kế, vận hành và bảo trì theo các tiêu chuẩn an toàn
do Nhà nước ban hành. Các chỉ tiêu thiết kế thể hiện yêu cầu tổng hòa giữa điều kiện
kinh tế, kỹ thuật, quy mô, đặc điểm và tầm quan trọng của công trình. Ngoài ra, trong
quá trình vận hành, khai thác, có thể có những biến cố, rủi ro không thể lường hết
được như các hư hỏng, lũ lớn bất thường, động đất quá tiêu chuẩn, sai sót trong vận
hành, biến đổi các điều kiện tự nhiên,…dẫn đến xảy ra các trường hợp khẩn cấp. An

toàn của hồ chứa nước Tà Rục, Suối Hành cũng ảnh hưởng trực tiếp đến hạ du. Để chủ
động ứng phó với các điều kiện bất thường, cần phải dự kiến được các trường hợp,
tình huống xấu ngoài mong muốn có thể xảy ra và từ đó có kế hoạch chi tiết để phòng,
ngăn chặn xảy ra tình huống xấu hoặc hạn chế tối đa thiệt hại khi xảy ra sự cố ở cả khu
vực công trình và hạ du công trình. Kết quả của việc nghiên cứu tính toán các trường
hợp xả lũ cũng như trường hợp vỡ đập là lập được bản đồ ngập lụt vùng hạ du dùng để
xác định phạm vi vùng ngập, mức độ ngập, lập các kế hoạch ứng phó khẩn cấp, giảm
nhẹ thiệt hại khi xả lũ cũng như công trình gặp sự cố.
Từ những sự cần thiết trên, luận văn đã lựa chọn nghiên cứu và đánh giá những thiệt
hại có thể do ngập lụt vùng hạ du lưu vực sông Tà Rục theo các kịch bản lũ và vỡ đập
với tên đề tài cụ thể như sau: “Nghiên cứu, đánh giá thiệt hại do ngập lụt vùng hạ du
liên hồ chứa lưu vực sông Tà Rục theo các kịch bản lũ và vỡ đập”
2. Mục đích của luận văn.
Mô phỏng kịch bản liên hồ chứa Tà Rục – Suối Hành và phân tích diễn biến ngập lụt
vùng hạ lưu hồ bằng mô hình thủy động lực học MIKE FLOOD. Xây dựng bản đồ ngập
lụt, đánh giá các thiệt hại trực tiếp và gián tiếp đến vùng hạ lưu hồ. Các kết quả đó sẽ
giúp cho các nhà quản lý, cơ quan quản lý, khai thác hồ và người dân vùng hạ lưu hồ có
các nhận thức về nguy cơ và đề ra các biện pháp phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại.
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Phạm vi vùng nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu của dự án bao gồm toàn bộ lưu vực
sông Tà Rục và suối Trà Hoa. Đây là một vùng lòng chảo, giới hạn bới các triền núi
phía Tây, Tây Bắc, Đông Nam và biển Đông. Trong khu vực này có hai hồ chứa đã
được xây dựng. Hồ Tà Rục nằm trên sông Tà Rục và hồ Suối Hành trên dòng Suối
2


Hoa. Hai hồ nằm trên hai lưu vực khác nhau nhưng đều có chung khu vực hạ du là
vùng trũng ven biển thuộc huyện Cam Lâm và thành phố Cam Ranh (Xem hình 0.1).
Vùng nghiên cứu thuộc địa phận phường Ba Ngòi và xã Cam Phước Đông của thành
phố Cam Ranh, xã Cam Phước Tây của huyện Cam Lâm. Địa hình khu vực nghiên

cứu nhỏ và tương đối dốc so với các khu vực khác. Hệ thống sông suối nhỏ, ngắn và
rất dốc, bao quanh vùng hạ lưu là vùng đồi núi cao với đỉnh núi phổ biến từ 400 600m. Vùng đồng bằng nhỏ hẹp và bị co thắt ở gần cửa ra, do đó làm chậm khả năng
thoát lũ vào vịnh Cam Ranh. Ngập lụt hạ lưu là tổ hợp lũ của sông Tà Rục và suối
Hành, hai sông này không nhập vào nhau và có sự trao đổi nước khi lũ tràn bờ, ở gần
cửa ra 2 sông được nối với nhau bởi Lạch Cầu 2.
Vùng nghiên cứu có tuyến giao thông quan trọng là Quốc lộ và đường sắt, các tuyến
đường này cũng làm giảm đáng kể khả năng thoát lũ ra biển. Khu vực trung du còn có
tỉnh lộ 9 cũng cản trở dòng chảy và làm chậm quá trình truyền lũ về hạ du.

Hình 0.1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu
3


4. Nội dung nghiên cứu
Căn cứ vào điều kiện tự nhiên khu vực, các tài liệu tự nhiên, dân sinh xã hội thu thập
được và đặc điểm công trình của hồ chứa, thực hiện việc tính toán thủy lực mạng lưới
sông hạ du và lập bản đồ ngập lụt theo các kịch bản lũ và vỡ đập.
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Cách tiếp cận: Thu thập các tài liệu có liên quan như các điều kiện khí tượng thủy
văn, tài liệu địa hình, tình hình lũ, thiệt hại do lũ tại địa phương,…
- Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Phương pháp này được sử dụng trong việc
phân tích, thống kê các tài liệu khí tượng thủy văn, những thiệt hại do lũ lụt, xử lý các
tài liệu địa hình và số liệu phục vụ cho quá trình phân tích, tính toán của luận văn.
- Phương pháp mô hình toán: Sử dụng mô hình MIKE FLOOD để tính toán vỡ đập
theo các kịch bản, từ đó xác định vùng ngập và độ sâu ngập. Kết hợp với công nghệ
GIS để xây dựng bản đồ ngập lụt và tính toán thiệt hại.
- Phương pháp kế thừa: Trong quá trình thực hiện, luận văn cần tham khảo và kế thừa
các kết quả có liên quan đã được nghiên cứu trước đây của các tác giả, cơ quan và tổ
chức khác. Những thừa kế nhằm làm kết quả tính toán của luận văn phù hợp hơn với
thực tiễn của lưu vực.

6. Các kết quả đạt được.
Về cơ bản bản đồ ngập lụt sẽ thể hiện được các yếu tố sau:
-

Diễn biến của quá trình ngập lụt (độ sâu và diện tích ngập theo thời gian);

-

Hướng đi và cường độ của lũ quét (nếu có),

-

Thời điểm lũ bắt đầu ảnh hưởng lên tính mạng và của cải vật chất;

-

Độ ngập sâu lớn nhất tại từng vị trí;

-

Diện tích ngập lớn nhất ứng với một con lũ;

-

Thiệt hại do ngập gây ra như:

•

Diện tích làng mạc, đồng ruộng, mùa màng bi ngập,

•

Số lượng dân bị ảnh hưởng do ngập,

•

Các cơ sở hạ tầng bị ngập: đường sá, nhà cửa, trường học, bệnh viện, doanh trại,
4


•

Các cơ sở kinh tế như nhà máy, xí nghiệp, kho tàng, hầm mỏ,

•

Các cơ sở an ninh, quốc phòng, vv…

-

Thời gian ảnh hưởng của lũ

5


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VỠ ĐẬP VÀ
ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI
1.1 Tổng quan về mô hình nghiên cứu vỡ đập
1.1.1 Một số trường hợp vỡ đập trên Thế giới và Việt Nam
Trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng có rất nhiều con đập bị vỡ do nhiều

nguyên nhân khác nhau. Dưới đây là một số trường hợp vỡ đập đã xảy ra trên thế giới
và Việt Nam.
1.1.1.1) Trên thế giới
Đập Kelly Barnes, Mỹ
Kelly Barnes là đập chắn bằng đất ở bang Georgia, Mỹ. Vào ngày 6/11/1977 sau một
trận mưa lớn đập đã bị vỡ làm 39 người thiệt mạng và thiệt hại về tài sản lên đến 3.8
triệu USD. Sau trận mưa rất lớn kéo dài từ trưa đến đêm ngày 5/11 sáng sớm ngày
6/11/1977, lúc 1h30, con đập đã vượt qua giới hạn chịu đựng và ồ ạt tuôn nước về phía
hạ lưu. Theo điều tra, nguyên nhân dẫn đến sự cố là khi xây dựng công trình các kỹ sư
đã tính toán sai về độ dốc mái đập. Chính vì điều này đã làm thay đổi trọng tâm và khả
năng chịu lực của đập trong điều kiện trời mưa lớn. Mặc dù chỉ 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 3.7×9.1m bị cuốn trôi lúc ban đầu gây ra sự cố. [1]
Đập Machchu 2, Morbi - Ấn Độ
Vỡ đập Machchu - 2 tại Morbi, Ấn Độ là một thảm họa liên quan đến lũ, xảy ra vào
ngày 11/8/1979. Đập Machchu - 2 nằm trên sông Machchu đã bị vỡ, tạo ra một bức
tường nước khổng lồ, quét qua thị trấn Morbi gây ra thiệt hại rất lớn khi số người thiệt
mạng ước tính lên đến 25.000 người.
Nguyên nhân của sự cố là những trận mưa lớn ở đầu nguồn, làm con đập đắp bằng đất
dài 4km bị tan rã. Khả năng thiết kế của đập chỉ chịu được lưu lượng 5.663 m3/s trong
khi trận mưa lớn năm đó làm lưu lượng lên đến 16.307 m3/s, gấp 3 lần sức chịu đựng
của công trình.
6


Hình 1.1: Vỡ đập Machchu 2, Ấn Độ do mưa lớn
Trong vòng 20 phút, nước lũ đã dâng từ 3.7m lên 9.1m, nhấn chìm toàn bộ thị trấn
công nghiệp Morbi nằm sau con đập 5km. Trong quá trình tái xây dựng, con đập mới
đã được tăng cường khả năng chịu đựng với lưu lượng lên đến 21.000m3/s.
Vụ vỡ đập Machchu - 2 đã được ghi vào sách kỷ lục Guinness như một thảm họa kinh

hoàng nhất từng xảy ra trên thế giới. [2]
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.
Năm 1916 đập Gleno đã chính thức được khởi công. Đến năm 1920 những phần tường
đập bắt đầu được xây dựng. Tháng 9 năm đó các quan chức địa phương đã đưa ra
những cảnh báo về việc đơn vị thi công không sử dụng loại vữa xi măng không thích
hợp.
7


Năm 1921 do thiếu kinh phí, thiết kế đập Gleno đã thay đổi từ đập bê tông trọng lực
chuyển sang đập nhiều tầng. Đến ngày 22/10/1923, con đập đã hoàn thành và bắt đầu
tích nước từ những cơn mưa lớn.

Hình 1.2: Đập Gleno với phần vỡ ở giữa vẫn còn đến ngày nay
Ngày 1/12/1923, khi sự cố xảy ra, những nỗ lực khắc phục đã hoàn toàn thất bại. Một
lượng nước khoảng 4.5 triệu m3 đã tràn ra từ độ cao 1 535m xuống vùng thung lũng
phía dưới. Thảm họa chỉ ngừng lại khi mực nước chỉ còn 186m. Sự cố làm ít nhất 356
người thiệt mạng.
Theo những điều tra sau đó, nguyên nhân dẫn đến sự cố của đập Gleno phần nhiều 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.
Ngoài ra, tay nghề công nhân kém và những sai phạm trong sử dụng vật liệu như dùng
lưới chống lựu đạn đã sử dụng trong Thế chiến I làm để gia cố các phần của công trình
cũng như sử dụng bê tông kém chất lượng. [1]

8

Đập hồ Lawn, Mỹ
Đây là đập đất được xây dựng trong công viên quốc gia Rocky Mountain, Mỹ. Nó đã
bị sập vào ngày 15/7/1982 với lượng nước tràn ra lên đến 830 000 m3 làm 3 người cắm
trại trong khu vực thiệt mạng và thiệt hại kinh tế lên đến 31 triệu USD.
Lawn là hồ tự nhiên với diện tích mặt nước là 66 000 m2 ở độ cao 3.3 km so với mực
nước biển trên dãy núi Rocky. Năm 1903, nhóm những nông dân trong khu vực đã xây
dựng một con đập bằng đất để tăng diện tích mặt nước của hồ lên 190 000 m2 với mục
đích cung cấp nước cho tưới tiêu thủy lợi trong vùng.
Khi con đập bị vỡ, lượng nước khổng lồ đã chạy xuống thung lũng phía dưới với tốc
độ 510 m3/s tạo nên rãnh lớn dưới thung lũng làm 3 người đang cắm trại ở đó thiệt
mạng. Với tốc độ khủng khiếp này, cả hồ nước đã cạn chỉ trong khoảng 1 phút. [1]
1.1.1.2) Tại Việt Nam
Theo thống kê và khảo sát sơ bộ của cơ quan chức năng, ở Việt Nam có hơn 200 đập
và hơn 95% trong số đó là các đập không đạt yêu cầu. Phần lớn đập và hồ chứa tập
trung ở miền Trung, nơi có độ dốc cao (một bên giáp biển, một bên giáp núi). Vì vậy,
những lần xả lũ và vỡ đập gây ra những hậu quả vô cùng khủng khiếp cho toàn bộ
người dân trong khu vực.
Đập Đầm Hà, tỉnh Quảng Ninh
Sự cố vỡ đập Đầm Hà là sự cố vỡ đập xảy ra mới nhất ở Việt Nam vào ngày
30/10/2014. Trước đó, cơn mưa từ đêm 29 kéo dài đến sáng 30/10 khiến con đập cung
cấp nước tưới tiêu cho cả huyện Đầm Hà bị quá tải và vỡ. Công trình thủy lợi hồ chứa
nước Đầm Hà Động được khởi công xây dựng ngày 12/4/2006 với tổng số vốn đầu tư
trên 500 tỷ đồng, từ nguồn vốn trái phiếu Chính phủ và vốn ngân sách địa phương.
Công trình do Công ty tư vấn và chuyển giao công nghệ Trường Đại học Thủy Lợi
thiết kế, BQL đầu tư và xây dựng thủy lợi 2 thi công. [3]

9

Hình 1.3: Đập Đầm Hà được khắc phục gia cố sau sự cố
Theo báo cáo của tỉnh Quảng Ninh, sự cố trên khiến mái hạ lưu đập chính bị xói lở
từ 20 đến 40 cm, hai vai đập hư hỏng nặng, đỉnh đập bị bóc một số đoạn. Đường dẫn
lên đập chính bị nước làm vỡ, hỏng 100 m chiều dài. Thiệt hại ước tính khoảng 10 tỷ
đồng.
Vụ việc cũng làm sập và hư hỏng nặng 5 căn nhà. Hàng nghìn gia súc, gia cầm bị chết
trôi... Thiệt hại tài sản dân sinh ước tính khoảng 19,5 tỷ đồng. Thiệt hại về cơ sở vật
chất và trang thiết bị y tế của Trung tâm y tế khoảng 29 tỷ đồng.
Ngoài ra, sự cố còn làm hư hại nhiều công trình tài sản công cộng như khu vườn hoa
công viên, kênh mương; giao thông sạt lở nghiêm trọng với ước tính thiệt hại khoảng
26 tỷ đồng. Quảng Ninh đang tiếp tục đánh giá thiệt hại khác do sự cố vỡ đập Đầm Hà
gây nên.
Vỡ đập Suối Trầu ở Khánh Hòa
Đập Suối Trầu ở Khánh Hoà bị sự cố 4 lần:
- Lần thứ 1: năm 1977 vỡ đập chính lần 1
- Lần thứ 2: năm 1978 vỡ đập chính lần 2
10


- Lần thứ 3: năm 1980 xuất hiện lỗ rò qua đập chính
- Lần thứ 4: năm 1983 sụt mái thượng lưu nhiều chỗ, xuất hiện 7 lỗ rò ở đuôi cống.
Đập Suối Trầu có dung tích 9,3 triệu m3 nước. Chiều cao đập cao nhất là 19,6m. Chiều
dài thân đập: 240m. Đơn vị tư vấn thiết kế: Công ty KSTK Thuỷ lợi Khánh Hoà. Đơn
vị thi công: Công ty công trình 4-5, Bộ Giao thông Vận tải. [4]
Nguyên nhân của sự cố:
- Về thiết kế: Xác định sai dung trọng thiết kế. Trong khi dung trọng khô đất cần
đạt g = 1,84 T/m3 thì chọn dung trọng khô thiết kế g k = 1,5T/m3 cho nên không cần
đầm, chỉ cần đổ đất cho xe tải đi qua đã có thể đạt dung trọng yêu cầu, kết quả là đập
hoàn toàn bị tơi xốp.

- Về thi công: Đào hố móng cống quá hẹp không còn chỗ để người đầm đứng đầm đất
ở mang cống. Đất đắp không được chọn lọc, nhiều nơi chỉ đạt dung trọng
khô g k =1,4T/m3, đổ đất các lớp quá dày, phía dưới mỗi lớp không được đầm chặt.
-

Về quản lý chất lượng: Không thẩm định thiết kế. Giám sát thi công không chặt

chẽ, nhất là những chỗ quan trọng như mang cống, các phần tiếp giáp giữa đất và bê
tông, không kiểm tra dung trọng đầy đủ. Số lượng lấy mẫu thí nghiệm dung trọng ít
hơn quy định của tiêu chuẩn, thường chỉ đạt 10%. Không đánh dấu vị trí lấy mẫu.
Như vậy sự cố vỡ đập Suối Trầu đều do lỗi của thiết kế, thi công và quản lý.
Sự cố đập Khe Mơ – huyện Hương Sơn, tỉnh Hà Tĩnh
Đập Khe Mơ được xây dựng từ năm 1993, sức chứa 730.000 m3; cung cấp nước cho
xã Sơn Hàm, Sơn Diệm, Sơn Phú và thị trấn Phố Châu. Sự cố đập xảy ra lúc 7h sáng
ngày 16/10/2010. Nguyên nhân sự cố là do đập được xây dựng đã lâu nên xuống cấp
nghiêm trọng. [5]

11


Hình 1.4: Toàn cảnh đập Khe Mơ sau sự cố vỡ đập

Hình 1.5: Đoạn thân đập bị vỡ
Sự cố đập Z20, (KE 2/20 REC) huyện Hương Sơn, tỉnh Hà Tỉnh
Hồ chứa Z20 được đưa vào sử dụng năm 2008, đập đất cao 12.5 m, cống lấy nước bê
tông cốt thép có đường kính D = 0.6 m. Sự cố xảy ra rạng sáng ngày 06/06/2009, đập
bị vỡ tại vị trí cống lấy nước; thân cống bị gãy ngang và bị nước cuốn trôi về hạ lưu;
nền cống bị xói sâu đến 3m. Dẫn đến sự cố này có hai nguyên nhân chính: Thứ nhất là
do đất đắp xung quanh thân cống không được đầm chặt đảm bảo yêu cầu chống thấm.
12

Trong đó thiết kế có lỗi là không quy định cụ thể về chỉ tiêu đất đắp xung quanh cống,
thi công không thực hiện đầy đủ quy trình, đắp đất thủ công xung quanh cống và kiểm
tra chất lượng đất đắp và không giám sát đầy đủ quá trình đắp quanh thân cống và lấy
mẫu kiểm tra chất lượng. Thứ hai là mái hố móng bờ trái đào quá dốc, không đảm bảo
nối tiếp an toàn giữa thân đập và bờ trái. Trong đó, thiết kế có lỗi khi không ghi chú rõ
ràng yêu cầu làm chân khay ở đáy đập và rãnh thoát nước ở chân hạ lưu đập đoạn vai
trái; thi công thì đào mái hố móng phía trái quá dốc, không theo đúng bản vẽ thiết kế,
không làm chân khay ở đáy đập và rãnh thoát nước ở hạ lưu chân đập đoạn vai trái và
giám sát không phát hiện những sai khác của thi công so với thiết kế để xử lý kịp
thời.[5]

Hình 1.6: Đập vỡ tại vị trí cống lấy nước
1.1.2 Các nguyên nhân gây vỡ đập
Đập là công trình trữ nước. Vỡ đập có thể có nhiều hình thức, bao gồm cả sự trượt, sụt
đổ hoặc vỡ thân đập. Hồ chứa có trữ lượng lớn khi vỡ đập có thể gây ra lũ lụt lớn ở hạ
lưu. Vỡ đập có thể do bất kỳ một, hoặc một sự kết hợp, trong những nguyên nhân sau
đây:
- Biến đối khí hậu mưa tập trung với cường xuất lớn, lũ xảy ra bất thường, trái với quy
13


hoạch. Phần lớn các hồ được xây dựng trước thập kỷ 80 theo tiêu chuẩn cũ, tràn xả lũ
thiếu khả năng thoát lũ, không đầy đủ tài liệu tính toán (tài liệu khí tượng, thuỷ văn,
địa chất..).
- Năng lực đập tràn không đầy đủ, dẫn đến tràn đỉnh
- Vật liệu đưa vào thi công các hạng mục, sau thời gian dài khai thác sử dụng các kết
cấu bị mục.
- Xói mòn nội bộ gây ra bởi kè, rò rỉ thân đập hoặc đường ống

- Bảo dưỡng không đúng, trong đó có vỡ đập khi loại bỏ cây, sửa chữa các vấn đề rò rỉ
nội bộ, hoặc duy trì hoạt động của cửa xả, van các thành phần hoạt động khác
- Thiết kế không đúng cách hoặc sử dụng các vật liệu xây dựng không đúng
- Sạt lở đất vào các hồ chứa, gây dâng dẫn đến tràn đỉnh
- Động đất, mà thường gây ra các vết nứt theo chiều dọc tại các đỉnh của kè, dẫn đến
vỡ đập
- Chất lượng công tác khảo sát, thiết kế cũ theo tiêu chuẩn cũ; không còn phù hợp với
thực tế hiện trạng, thường xuyên kiểm tra công trình để phát hiện kịp thời việc thấm
nước qua thân đập, mang cống gây vỡ đập (hồ Z20, hồ Đá Bạc tỉnh Hà Tĩnh; hồ Tây
Nguyên, tỉnh Nghệ An).
- Công nghệ thi công trước kia còn hạn chế: Chất lượng thi công xử lý nền, đất đắp tại
các vị trí tiếp giáp (thân với nền, nền, các vai, mang công trình...) không đảm bảo chất
lượng, gây thấm qua thân đập, nền đập.
- Phân cấp quá sâu cho huyện xã quản lý hồ đập. Do vậy không có cán bộ chuyên
ngành thuỷ lợi đủ năng lực. Thiếu các thiết bị quan trắc đo, thăm dò dẫn đến không
phát hiện được và kịp thời xử lý các hư hỏng
- Nguyên nhân phá hoại khác

14


Hình 1.7: Các nguyên nhân vỡ đập

Hình 1.8: Hình ảnh vỡ đập Teton năm 1976
Tuy có rất nhiều nguyên nhân kể trên nhưng ta có thể nhận thấy khi đập vỡ có thể vỡ
theo 2 dạng chính vỡ tràn đỉnh (overtopping) khi khả năng xả của hồ nhỏ hơn khi lũ
đến (lũ PMF, hỏng cửa van ....) và vỡ xói ngầm (pipping) khi xuất hiện dòng chảy qua
thân đập (do thấm, hoặc do động đất tạo ra vết nứt trên thân đập).

15

(a)

(b)

Hình 1.9: Hình thức tràn đỉnh (a) và xói ngầm (b)
1.1.3 Các phương pháp xác định, tính toán thông số vết vỡ
1.1.3.1) Cơ chế hình thành vết vỡ
Quá trình truyền lũ xuống hạ du do vỡ đập phụ thuộc rất nhiều vào các yêu tố như kích
thước vết vỡ, độ dốc vết vỡ, thời gian phát triển vết vỡ. Các thông số này được gọi
chung là thông số vết vỡ. Việc xác định chính xác thông số của vết vỡ này rất phức tạp
đòi hỏi khối lượng tính toán và dữ liệu lớn và tổng hợp. Để xác định thông số vết vỡ
có thể sử dụng các phương pháp sau:
+ Phương pháp so sánh[10]: Đây là phương pháp đơn giản nhất trong tính toán vỡ đập,
phương pháp này dựa trên kết quả nghiên cứu các đập đã bị vỡ trong quá khứ, trên cơ
sở so sánh qua mối tương quan với đập nghiên cứu để đưa ra các thông số tương tự.
+ Phương pháp kinh nghiệm[10]: Phương pháp này dựa trên phân tích thống kê thu
được từ các trường hợp vỡ đạp. Quan hệ giữa các thông số vỡ đập với thể tích đập, thể
tích khối nước chứa, chiều sâu mực nước hồ, diện tích hồ...Các thông số này được xây
dựng thống kê theo phương pháp bình quân nhỏ nhất hoặc vẽ các đường bao. Có nhiều
phương pháp kinh nhiệm đã được nghiên cứu và áp dụng tương đối tốt trong thực tế,
các phương pháp phổ biến nhất bao gồm: phương pháp MacDonad & Langridge –
Monopolis (1984), USBR (1988) Washington State (2007), Froehlich (2008)...
+ Phương pháp mô hình toán: Có nhiều phương pháp mô hình toán được xây dựng
16


trên các sơ sở lý thuyết khác nhau áp dụng cho xác định các thông số vết vỡ. Có
phương pháp xác định dựa trên bản chất vật lý sử dụng lý thuyết xói và vận chuyển

bùn cát theo các hàm và điều kiện rằng buộc dựa trên tính chất cơ học đất của vật liệu
đắp đập; Phương pháp mô hình thủy văn dựa trên các phương trình liên tục và quan hệ
giải tích hoặc thực nghiệm giữa lưu lượng và mực nước tại các vị trí; Phương pháp
thủy lực mô phỏng dựa trên các phương trình động lực học, phương trình liên tục, và
phương trình năng lượng ( Sóng gián đoạn) để mô phỏng các yếu tố vỡ đập.
+ Phương pháp mô hình vật lý: Phương pháp mô hình vật lý là phương pháp mô phỏng
thực tế quá trình hình thành vết vỡ đập bằng các mô hình có tính chất tương tự với
công trình nghiên cứu, phương pháp này đòi hỏi khối lượng công việc và kinh phí lớn
nên không phải công trình nào cũng có thể đáp ứng được.
Trên thế giới hiện nay việc xác định các thông số vết vỡ thường được xác định qua
các công thức kinh nghiệm đây là phương pháp cho kết quả tốt nhanh và đảm bảo chi
phí cho nghiên cứu. Trong Luận văn lựa chọn phương pháp công thức kinh nhiệm để
xác định các thông số của vết vỡ của các công trình hồ Đồng Mỏ trong trường hợp vỡ
đập chính. Các thông tin này được sử dụng làm đầu vào cho mô hình thủy lực MIKE
11 trong mô đun vỡ đập để mô phỏng vết vỡ.
Cơ chế vỡ đập được mô tả bởi các thông số vỡ đập: chiều rộng vết vỡ B; chiều cao vết
vỡ h; và thời gian vỡ đập T; hình dạng vết vỡ có thể được quy định là hình thang, hình
chữ nhật, hoặc hình tam giác. Sự hình thành lỗ vỡ có dạng hình thang với cơ chế hình
thành tuyến tính được thông qua trong trường hợp này với mục đích xây dựng mô hình
vỡ đập nguy hiểm nhất, dựa trên giả định rằng lỗ vỡ đập nước thay đổi tuyến tính với
thời gian.

17


Hình 1.10: Quá trình vỡ tràn đỉnh

Hình 1.11: Quá trình vỡ xói ngầm

Hình 1.12: Hình dạng và cơ chế hình thành vết vỡ

1.1.3.2) Các công thức kinh nghiệm xác định các thông số vết vỡ
Các công thức kinh nhiệm xác định vết vỡ:
MacDonald & Langridge-Monopolis (1984) tính toán lượng bùn cát bị xói khi xảy ra
vỡ đập thông qua mối quan hệ với tích số của dung tích của hồ và chênh lệch lớn nhất
mực nước hồ với đáy vết vỡ. Từ khối lượng bị xói này cùng với kích thước của đập,
18