Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro trong đánh giá an toàn hồ chứa thủy lợi Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

CẦM THỊ LAN HƢƠNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY
VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN
HỒ CHỨA THỦY LỢI VIỆT NAM

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số: 9580202

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

1. NGND.GS.TS PHẠM NGỌC QUÝ
2. PGS.TS MAI VĂN CÔNG

HÀ NỘI, NĂM 2020


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 án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã
đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án

Cầm Thị Lan Hƣơng

i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, Tác giả xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hƣớng dẫn NGND.
GS.TS Phạm Ngọc Quý, PGS.TS Mai Văn Công đã luôn định hƣớng và sát sao cùng
Tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, Bộ
môn Thủy công, Khoa Công trình - Trƣờng Đại học Thủy lợi, các đồng chí lãnh đạo
và đồng nghiệp tại Tổng cục Thủy lợi nơi Tác giả đang công tác đã tạo điều kiện về
thời gian, động viên Tác giả hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu của mình.
Từ đáy lòng mình, Tác giả xin đƣợc cảm ơn đến các thày cô và các nhà khoa học trong
và ngoài Trƣờng đã quan tâm góp ý về chuyên môn cho Tác giả trong suốt quá trình
nghiên cứu và đặc biệt trong giai đoạn hoàn thiện luận án.
Và đặc biệt, Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn động
viên, khích lệ để Tác giả hoàn thành luận án tiến sĩ của mình.

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU ................................................................ xii
MỞ ĐẦU…….. ...............................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2
4. Hƣớng tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu........................................................... 2

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................................3
6. Cấu trúc của luận án ................................................................................................ 4
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN HỒ CHỨA, ĐÁNH GIÁ AN TOÀN
HỒ CHỨA THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO ................5
1.1 Tổng quan về an toàn hồ chứa, lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro ............5
1.1.1

Khái niệm về an toàn hồ chứa, lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro ....5

1.1.2

Vấn đề ngập lụt hạ du ................................................................................6

1.1.3

Một số sự cố hồ chứa nƣớc trên thế giới....................................................8

1.1.4

Hiện trạng hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam....................................................9

1.1.5

Một số sự cố hồ chứa thủy lợi những năm gần đây .................................11

1.1.6

Nguyên nhân dẫn đến sự cố hồ chứa nƣớc ..............................................13

1.1.7 Một số giải pháp tăng cƣờng quản lý an toàn hồ chứa thủy lợi ở Việt

Nam….. .................................................................................................................18
1.2 Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng LTĐTC và PTRR trong lĩnh vực thủy lợi
và đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc .............................................................................19
1.2.1

Các nghiên cứu điển hình trên thế giới ....................................................19

1.2.2

Các nghiên cứu trong nƣớc ......................................................................21

1.2.3

Các công cụ giải hàm tin cậy của cơ chế sự cố........................................25

1.3 Tồn tại của nghiên cứu đánh giá an toàn hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam ..........26
1.4 Định hƣớng nghiên cứu và các vấn đề cần giải quyết của Luận án .................28
1.5 Kết luận Chƣơng 1 ............................................................................................ 28
CHƢƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN
TÍCH RỦI RO TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ CHỨA......................................29
iii


2.1 Lý thuyết độ tin cậy trong đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc .............................. 29
2.1.1

Độ tin cậy của một cơ chế sự cố .............................................................. 29

2.1.2

Sơ đồ cây sự cố ........................................................................................ 41

2.1.3

Hàm tin cậy của một hệ thống .................................................................42

2.2 Phân tích rủi ro ngập lụt vùng hạ du hồ chứa ...................................................46
2.2.1

Định nghĩa rủi ro ngập lụt vùng hạ du hồ chứa .......................................46

2.2.2

Nguyên lý và trình tự phân tích rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa ................46

2.3 Hậu quả ngập lụt hạ du và xác định thiệt hại ngập lụt hạ du hồ chứa ..............48
2.3.1

Hậu quả của ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc ...............................................48

2.3.2

Phƣơng pháp đánh giá thiệt hại vùng hạ du hồ chứa nƣớc ......................49

2.4 Đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du .....................53
2.4.1

Đánh giá rủi ro ngập lụt hạ du .................................................................53

2.4.2

Đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc................................................................ 58

2.5 Kết luận Chƣơng 2 ............................................................................................ 58
CHƢƠNG 3 THIẾT LẬP BÀI TOÁN ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY
VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ CHỨA CÓ XÉT
ĐẾN NGẬP LỤT HẠ DU ............................................................................................. 59
3.1 Sơ đồ hóa mối liên hệ giữa CTĐM và vùng hạ du ...........................................59
3.1.1

Sơ đồ hóa công trình đầu mối ..................................................................59

3.1.2

Sơ đồ hóa vùng ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc ..........................................61

3.1.3

Kết nối giữa an toàn công trình đầu mối và ngập lụt hạ du .....................62

3.1.4

Giới hạn trƣờng hợp nghiên cứu .............................................................. 64

3.2 Thiết lập sơ đồ cây sự cố của hồ chứa nƣớc .....................................................65
3.2.1

Cơ chế sự cố và sơ đồ cây sự cố của đập đất ...........................................66

3.2.2

Cơ chế sự cố và sơ đồ cây sự cố của tràn xả lũ .......................................67

3.2.3

Cơ chế sự cố và sơ đồ cây sự cố của cống lấy nƣớc ................................ 68

3.3 Thiết lập hàm độ tin cậy của cơ chế sự cố hồ chứa nƣớc .................................70
3.3.1

Nguyên tắc thiết lập .................................................................................70

3.3.2

Một số hàm tin cậy của đập đất ............................................................... 75

3.3.3

Một số hàm tin cậy của tràn xả lũ ............................................................ 79

3.3.4

Một số hàm tin cậy của cống lấy nƣớc ....................................................80

3.3.5

Giải hàm tin cậy ....................................................................................... 82
iv

3.4 Bài toán 1: Xác định xác suất sự cố và phân tích độ tin cậy của hệ thống công
trình đầu mối hồ chứa nƣớc ....................................................................................... 83
3.4.1

Mục tiêu ...................................................................................................83

3.4.2

Nội dung bài toán .....................................................................................83

3.4.3

Kết quả và ý nghĩa của bài toán 1 ............................................................ 86

3.5 Bài toán 2: Xác định độ tin cậy yêu cầu của công trình đầu mối theo rủi ro
ngập lụt hạ du ............................................................................................................86
3.5.1

Mục tiêu ...................................................................................................86

3.5.2

Nội dung bài toán .....................................................................................86

3.5.3

Kết quả và ý nghĩa của Bài toán 2 ........................................................... 90

3.6 Bài toán 3: Thiết kế sửa chữa, nâng cấp công trình đầu mối hồ chứa theo độ tin
cậy yêu cầu có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa ...............................................90

3.6.1

Mục tiêu bài toán .....................................................................................90

3.6.2

Nội dung bài toán .....................................................................................91

3.6.3

Kết quả và ý nghĩa của bài toán 3 ............................................................ 93

3.7 Giải pháp bảo đảm an toàn hồ chứa, giảm thiểu rủi ro ngập lụt hạ du .............97
3.7.1

Nhóm giải pháp giảm thiểu rủi ro ngập lụt hạ du ....................................97

3.7.2

Nhóm giải pháp phòng, tránh rủi ro ngập lụt hạ du .................................98

3.7.3 Giải pháp kết hợp giữa giảm thiểu và phòng, tránh rủi ro ngập lụt hạ
du…….. .................................................................................................................99
3.8 Kết luận Chƣơng 3 ..........................................................................................100
CHƢƠNG 4 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO
ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ NÚI CỐC CÓ XÉT ĐẾN NGẬP LỤT HẠ DU ...........102
4.1 Giới thiệu chung về hồ Núi Cốc...................................................................102
4.1.1

Vị trí, đặc điểm tự nhiên, đặc điểm kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu

102

4.1.2

Khái quát về hồ chứa Núi Cốc ...............................................................103

4.2 Đánh giá hiện trạng an toàn của hồ Núi Cốc có xét đến rủi ro ngập lụt hạ
du….. .......................................................................................................................105
4.2.1

Sơ đồ tiếp cận phân tích an toàn hồ Núi Cốc .........................................105

4.2.2 Xác định xác suất sự cố và chỉ số độ tin cậy hiện trạng của hồ Núi
Cốc…… ...............................................................................................................105

v


4.2.3 Xác định độ tin cậy yêu cầu của công trình đầu mối theo rủi ro ngập lụt
vùng hạ du ...........................................................................................................111
4.2.4

Kết quả đánh giá an toàn hồ Núi Cốc có xét đến ngập lụt hạ du ...........118

4.2.5

Phân tích lựa chọn giải pháp sửa chữa, nâng cấp hồ Núi Cốc ...............119

4.2.6

Thiết kế hồ Núi Cốc đạt độ tin cậy yêu cầu ...........................................120

4.3 Kết luận Chƣơng 4 ..........................................................................................121
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................123
1. Kết quả đạt đƣợc của luận án ..............................................................................123
2. Những đóng góp mới của luận án .......................................................................124
3. Các tồn tại và hƣớng phát triển ...........................................................................125
4. Kiến nghị .............................................................................................................126
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................127
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................128
PHỤ LỤC

134

PHỤ LỤC 1: Thống kê một vài sự cố vỡ đập 10 năm gần đây và các thông số kỹ thuật
cơ bản của hồ Núi Cốc ................................................................................................135
PHỤ LỤC 2: Tính toán xác suất sự cố hiện trạng, độ tin cậy yêu cầu của hồ Núi
Cốc……………. ..........................................................................................................140
P2.1. Tính toán phân bố xác xuất biến mực nƣớc Zmn...........................................140
P2.2. Một số thông số kỹ thuật công trình ...............................................................142
P2.3. Tính toán XSSC của từng cơ chế thành phần từng hạng mục thuộc CTĐM hồ
Núi Cốc ....................................................................................................................143
P2.4: Tính cho trƣờng hợp mực nƣớc cực trị năm có phân bố loga chuẩn Zmn =
(46,51; 0,51) ............................................................................................................168
P2.5. Thiết lập đƣờng cong sự cố nƣớc tràn đỉnh đập, mất ổn định mái hạ lƣu đập
chính………………………………………………………………………………170
P2.6. Tính toán chi phí đầu tƣ sửa chữa, nâng cấp và chi phí quản lý vận hành
PV(M) hồ Núi Cốc, Thái Nguyên ...........................................................................171
P2.7. Đánh giá ngập lụt hạ du và xác định thiệt hại ................................................175

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1: Bản đồ ngập lụt hạ du hồ Dầu Tiếng ứng với các kịch bản [6] ......................7
Hình 1-2: Hiện trạng đập Bản Kiều khi vỡ [1] ................................................................ 8
Hình 1-3: Đập Edenville bị vỡ do lũ tần suất 1/500 năm [8] ..........................................9
Hình 1-4: Số lƣợng hồ chứa thủy lợi thống kê theo các tỉnh, thành phố ở Việt Nam .....9
Hình 1-5: Bản đồ phân vùng hồ chứa thủy lợi .............................................................. 10
Hình 1-6: Đập Phân Lân (Vĩnh Phúc)………………………………………………..12
Hình 1-7: Hồ Đầm Hà Động (Quảng Ninh) ..................................................................12
Hình 1-8: Hồ Đội 6 (Đắk Lắk)………………………………………………………..12
Hình 1-9: Hồ 201 (Đắk Lắk) ......................................................................................... 12
Hình 2-1: Phân bố xác suất của hàm tin cậy .................................................................29
Hình 2-2: Quan hệ giữa hàm tải trọng (S) và hàm sức chịu tải (R) .............................. 30
Hình 2-3: Miền tính toán tích phân của hàm fR,S(R.S) [30] .........................................36
Hình 2-4: Số lƣợng mẫu yêu cầu N không phụ thuộc vào số biến của hàm Z [29]. .....40
Hình 2-5: Sơ đồ cây sự cố điển hình của hệ thống [31], [43] .......................................43
Hình 2-6: Minh họa cách xác định XSSC của hệ thống nối tiếp [31], [43] ..................43
Hình 2-7: Sơ đồ cây sự cố của hệ thống CTĐM hồ chứa nƣớc ....................................45
Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý phân tích rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa ............................. 47
Hình 2-9: Các bƣớc cơ bản trong phân tích rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa ...................48
Hình 2-10: Thiệt hại đơn vị lớn nhất vùng hạ du hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng [6]............52
Hình 2-11: Đƣờng cong thiệt hại vùng hạ du hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng [6]. ................52
Hình 2-12: Tối ƣu XSSC theo quan điểm kinh tế [45], [53] .........................................57
Hình 3-1: Một số hình thức bố trí tổng thể CTĐM hồ chứa ở Việt Nam .....................60
Hình 3-2: Sơ họa vùng ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc ...................................................62
Hình 3-3: Sơ đồ hóa tổng quát vùng ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc .............................. 62
Hình 3-4: Sơ đồ kết nối giữa an toàn CTĐM và ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc ..........62
Hình 3-5: Sơ đồ hóa CTĐM và vùng hạ du hồ chứa nƣớc...........................................63

Hình 3-6: Sơ đồ cây sự cố tổng quát ngập lụt vùng hạ du hồ chứa nƣớc....................63
Hình 3-7: Sơ họa hóa tổng quát vùng ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc trƣờng hợp nghiên
cứu .................................................................................................................................65
Hình 3-8: Sơ đồ cây sự cố ngập lụt vùng hạ du hồ chứa nƣớc đối với trƣờng hợp
nghiên cứu .....................................................................................................................65
Hình 3-9: Sơ đồ cây sự cố của đập ...............................................................................67
Hình 3-10: Sơ đồ cây sự cố của tràn xả lũ....................................................................68
vii


Hình 3-11: Sơ đồ cây sự cố của cống lấy nƣớc ............................................................ 70
Hình 3-12. Sơ đồ cơ chế sự cố nƣớc tràn đỉnh đập [34]................................................75
Hình 3-13. Sơ đồ cơ chế trƣợt mái hạ lƣu theo phƣơng pháp Bishop [34], [56] ..........76
Hình 3-14. Sơ đồ cơ chế sự cố do biến hình thấm đặc biệt [34], [56] .......................... 78
Hình 3-15: Minh họa đƣờng cong sự cố nƣớc tràn đỉnh đập [63]và cơ chế mất ổn
định mái hạ lƣu đập [23] ............................................................................................. 86
Hình 3-16: Sơ đồ minh họa phân bổ độ tin cậy theo sơ đồ cây sự cố .......................... 92
Hình 3-17: Sơ đồ tiếp cận đề xuất giải pháp nâng cao an toàn hồ chứa nƣớc ..............97
Hình 3-18: Lựa chọn điểm thiết kế nâng cao an toàn hồ chứa, giảm thiểu rủi ro cho vùng
hạ du............................................................................................................................... 99
Hình 4-1: Bản đồ vị trí hồ Núi Cốc .............................................................................102
Hình 4-2: Toàn cảnh đầu mối hồ Núi Cốc ..................................................................104
Hình 4-3: Tràn xả lũ hồ Núi Cốc .................................................................................104
Hình 4-4: Cống lấy nƣớc và đập phụ của hồ Núi Cốc ................................................104
Hình 4-5: Sơ đồ tiếp cận giải quyết bài toán ...............................................................105
Hình 4-6: Sơ họa hệ thống CTĐM hồ Núi Cốc...........................................................106
Hình 4 - 7: Sơ đồ cây sự cố CTĐM hồ Núi Cốc .........................................................106
Hình 4 -8: Mặt bằng CTĐM hồ chứa nƣớc Núi Cốc, Thái Nguyên [66] ....................107
Hình 4-9: Phân tích XSSC bằng phần mềm OPEN FTA ............................................108
Hình 4-10: Mức độ ảnh hƣởng của các cơ chế sự cố đến an toàn hồ Núi Cốc ...........110

Hình 4-11: Đƣờng cong sự cố cơ chế nƣớc tràn đỉnh đập và mất ổn định mái hạ lƣu111
Hình 4-12: Các kịch bản tính toán xác định ĐTC yêu cầu của hồ Núi Cốc ...............113
Hình 4-13: Đƣờng quan hệ (IPf), (RPf) và (Ctot) ứng với các kịch bản.........................117
Hình 4-14: Đƣờng cong chi phí đầu tƣ nâng cấp CTĐM có xét đến rủi ro ngập lụt hạ
du hồ Núi Cốc ..............................................................................................................118
Hình 4-15: Ảnh hƣởng của các cơ chế đến XSSC của hệ thống CTĐM trƣờng hợp
MNLTK tính toán cập nhật thủy văn và bồi lắng lòng hồ ..........................................120
Hình P2-1: Phân bố xác suất mực nƣớc hồ Núi Cốc từ liệt số liệu quan trắc .............143
Hình P2-2a: Kết quả tính ổn định mái hạ lƣu đập ngẫu nhiên bằng Geoslope 2007
(trƣờng hợp mực nƣớc lũ thiết kế cập nhật +48,70) ....................................................145
Hình P2-2b: Kết quả tính ổn định mái hạ lƣu đập ngẫu nhiên bằng Geoslope 2007
(trƣờng hợp mực nƣớc cực trị năm +46,51) ................................................................146
Hình P2-3: Sơ đồ tính toán biến hình thấm đặc biệt ...................................................150
Hình P2-4: Đƣờng mực nƣớc lớn nhất dọc sông Công theo các kịch bản tính toán điều
tiết ................................................................................................................................176
viii


Hình P2-5: Thời gian chảy truyền dọc sông Công theo các kịch bản tính toán ..........177
Hình P2-6a: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập
<0,5m)..........................................................................................................................177
Hình P2-6b: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phú Bình (độ sâu ngập
<0,5m)..........................................................................................................................178
Hình P2-6c: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại Thành phố Thái Nguyên (độ sâu
ngập 0,5÷1,0m) ............................................................................................................178
Hình P2-6d: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Sông Công (độ sâu ngập
0,5÷1,0m).....................................................................................................................179
Hình P2-6e: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập
0,5÷1,0m).....................................................................................................................179
Hình P2-6g: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập

0,5÷1,0m).....................................................................................................................180
Hình P2-6h: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại Thành phố Thái Nguyên (độ sâu
ngập 1,0÷3,0m) ............................................................................................................180
Hình P2-6i: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Sông Công (độ sâu ngập
1,0÷3,0m).....................................................................................................................181
Hình P2-6k: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập
1,0÷3,0m).....................................................................................................................181
Hình P2-6l: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phú Bình (độ sâu ngập
1,0÷3,0m).....................................................................................................................182
Hình P2-6m: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại Thành phố Thái Nguyên (độ sâu
ngập 3,0÷6,0m) ............................................................................................................182
Hình P2-6n: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Sông Công (độ sâu ngập
3,0÷6,0m).....................................................................................................................183
Hình P2-6o: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập
3,0÷6,0m).....................................................................................................................183
Hình P2-6p: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập
>6,0m)..........................................................................................................................184
Hình P2-7: Sơ bộ thống kê diện tích ngập các loại đất theo cấp độ ngập ...................185
Hình P2-8: Bản đồ thiệt hại ứng với từng loại đất ứng theo các mức ngập (KB3) ....187
Hình P2-9: Mối quan hệ giữa vận tốc và độ sâu ngập lụt với khả năng sập đổ của nhà
cửa................................................................................................................................190
Hình P2-10: So sánh thiệt hại ngập ứng với từng cấp độ sâu ngập KB3 ...................191
Hình P2-11: Đƣờng lũy tích thiệt hại theo độ sâu ngập .............................................191

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Hiện trạng hƣ hỏng của CTĐM các hồ chứa thủy lợi [2] ............................. 11
Bảng 2-1: Các kiểu sự cố và các loại cổng liên kết trong sơ đồ cây sự cố [31], [43] ..42

Bảng 2-2: Phân loại thiệt hại do ảnh hƣởng của ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc .............49
Bảng 3-1a: Một số trƣờng hợp kết nối giữa CTĐM và ngập lụt hạ du thƣờng gặp ở
Việt Nam........................................................................................................................ 64
Bảng 3-1: Một số cơ chế sự cố ở đập ngăn sông ........................................................... 66
Bảng 3-2: Một số cơ chế sự cố ở công trình tháo lũ .....................................................67
Bảng 3-3: Một số cơ chế sự cố ở cống lấy nƣớc ........................................................... 69
Bảng 3-4: Nguyên tắc thiết lập một số hàm tin cậy của các hạng mục thuộc CTĐM hồ
chứa nƣớc ......................................................................................................................72
Bảng 3-5: Ma trận sự cố của hệ thống CTĐM hồ chứa nƣớc ......................................84
Bảng 3-6: Chi phí đầu tƣ sửa chữa, nâng cấp và chi phí quản lý vận hành .................89
Bảng 3-7: Chi phí đầu tƣ nâng cấp hệ thống CTĐM theo các kịch bản ....................... 89
Bảng 3-8: Nguyên tắc xác định một số thông số kỹ thuật chủ yếu của hạng mục thuộc
CTĐM hồ chứa nƣớc theo LTĐTC ...............................................................................94
Hình 4-2, 4-3, 4-4 là ảnh chụp toàn cảnh và một số hạng mục thuộc CTĐM hồ Núi
Cốc…………………………………………………………………………………...104
Bảng 4-1: Mức độ ảnh hƣởng của các cơ chế sự cố đến ĐTC của CTĐM .................109
Bảng 4-2: Các kịch bản sửa chữa, nâng cấp hồ Núi Cốc từ kết quả tính toán điều tiết lũ
.....................................................................................................................................114
Bảng 4-3: Giá trị đầu tƣ CTĐM hồ Núi Cốc (Ipf) ......................................................115
Bảng 4-4: Giá trị rủi ro ngập lụt hạ du hồ Núi Cốc ....................................................116
Bảng 4-5: Tổng chi phí đầu tƣ ứng với các kịch bản ..................................................117
Bảng 4-6: Kích thƣớc cơ bản của đập chính xác định từ phân bổ XSSC cho phép ....121
Bảng P2-1: Mực nƣớc hồ cực trị năm .........................................................................140
Bảng P2-2: Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp và đất nền đập chính ...............................142
Bảng P2-3: Gradien thấm cho phép của đập và nền ....................................................143
Bảng P2-4: Bảng thông số đầu vào ứng với cơ chế nƣớc tràn đỉnh ............................144
Bảng P2-5: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy khi tính theo phƣơng pháp
MC ...............................................................................................................................144
Bảng P2-6: Xác suất sự cố của cơ chế nƣớc tràn đỉnh đập .........................................144
Bảng P2-7: Bảng thông số đầu vào ứng với cơ chế xói tại vị trí cửa ra ......................146

Bảng P2-8: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo phƣơng pháp MC
.....................................................................................................................................147
Bảng P2-9: Xác suất sự cố của cơ chế xói tại vị trí cửa ra ..........................................147
Bảng P2-10: Bảng thông số đầu vào của cơ chế xuất hiện hang thấm trong thân đập
.....................................................................................................................................148
Bảng P2-11: Các giá trị của BNN và hàm tin cậy tính theo phƣơng pháp MC ..........149
x


Bảng P2-12: Xác suất sự cố của cơ chế xuất hiện hang thấm trong thân đập .............149
Bảng P2-13: Bảng thông số đầu vào tính toán cơ chế xuất hiện hang thấm trong nền
đập ...............................................................................................................................150
Bảng P2-14: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo phƣơng pháp
MC ...............................................................................................................................151
Bảng P2-15: Xác suất sự cố của cơ chế xuất hiện hang thấm trong nền đập ..............151
Bảng P2-16: Bảng thông số đầu vào của cơ chế mất ổn định trƣợt của tràn ..............152
Bảng P2-17: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy của tràn chính tính theo
phƣơng pháp MC .........................................................................................................153
Bảng P2-18: Xác suất sự cố của cơ chế mất ổn định trƣợt của tràn chính ..................153
Bảng P2-19: Bảng thông số đầu vào của cơ chế mất ổn định lật của tràn chính ........154
Bảng P2-20: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo phƣơng pháp
MC ...............................................................................................................................155
Bảng P2-21: Xác suất sự cố của cơ chế mất ổn định trƣợt của tràn chính ..................155
Bảng P2-22: Bảng thông số đầu vào của cơ chế xuất hiện khí thực trên dốc nƣớc ....156
BảngP 2-23: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy khi tính theo phƣơng pháp
MC ...............................................................................................................................156
Bảng P2-24: Xác suất sự cố ứng với cơ chế khí thực trên dốc nƣớc ..........................157
Bảng P2-25: Bảng thông số đầu vào của cơ chế thấm dọc theo hành lang đặt cống ..157
Bảng P2-26: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo MC ...............158
Bảng P2-27: Xác suất sự cố của cơ chế thấm dọc mang cống ....................................158

Bảng P2-28: Các đặc trƣng thống kê của các BNN đầu vào của cơ chế thân cống ngầm
không đảm bảo cƣờng độ ............................................................................................159
Bảng P2-29: Bảng thông số đầu vào của cơ chế thân cống ngầm không đảm bảo cƣờng
độ .................................................................................................................................160
Bảng P2-30: Xác suất sự cố thân cống ngầm không đảm bảo cƣờng độ ....................161
Bảng P2-31: Bảng thông số đầu vào của cơ chế khí thực sau cửa van cống ngầm ....161
Bảng P2-32: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo MC ...............161
Bảng P2-33: Xác suất sự cố của cơ chế khí thực sau cửa van cống ............................162
Bảng P2-34: Xác suất sự cố của CTĐM ứng với các trƣờng hợp tính toán ................169
Bảng P2-35: Xác định đƣờng cong sự cố nƣớc tràn đỉnh đập .....................................170
Bảng P2-36: Xác định đƣờng cong sự cố mất ổn định mái hạ lƣu đập chính .............170
Bảng P2-37: Tính toán giá trị đầu tƣ (I) ......................................................................172
Bảng P2-38: Bảng tính tổng chi phí đầu tƣ Cfp ứng với các kịch bản .........................174
Bảng P2-39: Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ Núi Cốc [46] .......................................175
Bảng P2-40: Thiệt hại lớn nhất cho 1 đơn vị diện tích sử dụng đất ............................186
Bảng P2-41: Thiệt hại vỡ đập do tràn đỉnh với lũ đến hồ tần suất P= 0.2% (KB3) ....188
Bảng P2-42: Thiệt hại vỡ đập do tràn đỉnh khi lũ đến hồ với các tần suất khác nhau193

xi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
1. Danh mục các từ viết tắt
BĐKH

Biến đổi khí hậu

BNN

Biến ngẫu nhiên

CCSC

Cơ chế sự cố

CTĐM

Công trình đầu mối

ĐLNN

Đại lƣợng ngẫu nhiên

ĐTC

Độ tin cậy

KB

Kịch bản

LTĐTC

Lý thuyết độ tin cậy

MC

Monte - Carlo

PTRR

Phân tích rủi ro

SCNC

Sửa chữa nâng cấp

TNHH MTV

Trách nhiệm hữu hạn một thành viên

XSAT

Xác suất an toàn

XSSC

Xác suất sự cố

2. Danh mục các kí hiệu
z

Độ lệch chuẩn của các biến của hàm tin cậy

 Lth 

Chiều dài đƣờng viền thấm cho phép

 

Ứng suất cho phép của bản mặt chống thấm

 tt

Ứng suất tính toán lớn nhất tại bản mặt



Kỳ vọng toán của sai số trong mô phỏng MC

X



X
D

Ƣớc lƣợng kỳ vọng toán của ĐLNN có phân bố chuẩn X
Sai số tƣơng đối của ƣớc lƣợng kỳ vọng toán

X

(I), (C), (R)

Sai số tƣơng đối của phƣơng sai của ĐLNN có phân bố chuẩn X
Đồ thị đƣờng cong đầu tƣ, đƣờng cong chi phí, đƣờng cong rủi ro
xii


[J]

Gradient dòng thấm cho phép

[K]

Hệ số an toàn ổn định cho phép

µz

Kỳ vọng toán của các biến của hàm tin cậy

C1, Ci, Cm
ĐC

Cống lấy nƣớc 1, cống lấy nƣớc thứ i, cống lấy nƣớc thứ n
Đập chính

ĐP1, Đpi, ĐPn;

Đập phụ 1, đập phụ thứ i, đập phụ thứ n

DX

Phƣơng sai của ĐLNN có phân bố chuẩn X

E

Sai số mô hình

g

Hàm độ tin cậy Z gần đúng

Io

Giá trị đầu tƣ công trình

IPf

Chi phí đầu tƣ xây dựng và nâng cấp công trình đầu mỗi đạt ĐTC
Pf

J0

Gradient dòng thấm

Jtt

Độ dốc dòng thấm tính toán tại vị trí kiểm tra

k

Só nguyên thể hiện khoảng tin cậy theo quy luật k*

K

Hệ số an toàn ổn định

Ltt

Tổng chiều dài đƣờng viền thấm tính toán.

MPf

Chi phí quản lý vận hành (M) trong thời gian công trình đã đƣợc
khai thác sử dụng

N

Số lần mô phỏng trong MC

Pf

Xác suất sự cố

Pf-opt
Ps
PV(MPf)
PV(Pf.D)

Xác suất sự cố tối ƣu về kinh tế
Xác suất an toàn
Chi phí ròng quản lý vận hành (M) trong thời gian công trình đã
đƣợc khai thác sử dụng
Giá trị ròng rủi ro kinh tế khi xảy ra lũ với xác suất xảy ra Pf

R

Khả năng chịu tải

r

Tỷ lệ lãi suất hiệu quả

R, R0

Khả năng chịu tải, khả năng chịu tải giới hạn
xiii


RPi
S, S0

Tải trọng, tải trọng giới hạn

T

Tuổi thọ công trình đƣợc tính bằng năm

t

Chiều dày tầng thấm

TRbs1, TRbs2
Trc

Rủi ro tiềm tàng khi sự cố công trình xảy ra với xác suất sự cố Pi

Tràn bổ sung 1, tràn bổ sung 2
Tràn chính

V

Vùng hạ du sau đập và tràn của hồ chứa có 1 vùng hạ du

V1

Vùng hạ du sau đập phụ

V2

Vùng hạ du sau tràn bổ sung

VPf

Hệ số biến thiên của XSSC trong mô phỏng MC

Z

Hàm tin cậy của một cơ chế sự cố

Zđđ

Cao trình đỉnh đập

Zln

Mực nƣớc cao nhất trong hồ

ZMN

Cao trình mực nƣớc

β

Chỉ số độ tin cậy



Sai số tƣơng đối trong mô phỏng MC

k

Trọng lƣợng riêng khô của đất nền

n

Trọng lƣợng riêng của nƣớc

xiv


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hồ chứa nƣớc là công trình lợi dụng tổng hợp nguồn nƣớc nhằm cung cấp nƣớc cho
các ngành kinh tế quốc dân, cắt giảm lũ, phát điện và cải thiện môi trƣờng. Hồ chứa
nƣớc trên thế giới đƣợc xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong phú. Đến nay, thế
giới đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích trên 100 triệu m3 với tổng dung tích lên
đến 4.200 tỷ m3 [1].
Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn [2], hiện cả nƣớc có 6.750 hồ chứa thủy

lợi, gồm: 4 hồ chứa quan trọng đặc biệt, 888 hồ chứa lớn, 1.633 hồ chứa vừa, 4.225 hồ
chứa nhỏ, có 178 hồ chứa có cửa van điều tiết còn lại là tràn tự do. Hồ chứa thủy lợi
phân bố tại 45/63 địa phƣơng với tổng dung tích trữ khoảng 14,5 tỷ m3, tạo nguồn
nƣớc tƣới cho 1,1 triệu ha đất nông nghiệp, cấp khoảng 1,5 tỷ m3 nƣớc cho sinh hoạt,
công nghiệp góp phần quan trọng vào quá trình phát triển kinh tế -xã hội của đất nƣớc.
Các hồ chứa thủy lợi đƣợc xây dựng trong điều kiện kinh tế chƣa phát triển; trình độ
thiết kế, thi công xây dựng công trình còn hạn chế; thiếu kinh phí bảo trì; công tác
quản lý còn nhiều bất cập; trải qua thời gian dài khai thác, công trình bị hƣ hỏng,
xuống cấp. Hiện cả nƣớc có 1.200 hồ chứa bị xuống cấp, thiếu khả năng xả lũ, tiềm ẩn
nguy cơ mất an toàn. Những năm gần đây, ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu gây ra mƣa,
lũ cực đoan diễn biến phức tạp, bất thƣờng ảnh hƣởng nghiêm trọng đến an toàn hồ
chứa. Từ năm 2010 đến nay, đã xảy ra 71 sự cố đập, hồ chứa, tập trung nhiều trong 3
năm: 2017 (23 hồ), 2018 (12 hồ, đập), 2019 (11 hồ), sự cố vỡ hồ Đầm Thìn, Phú Thọ
xảy ra gần đây ngày 28/5/2020.
Ở Việt Nam hiện nay, việc đánh giá an toàn công trình đầu mối (CTĐM) hồ chứa chủ
yếu đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp tất định và chƣa xét đến rủi ro ở hạ du. Do đó,
có nhiều trƣờng hợp đánh giá chƣa chính xác nên việc đề xuất giải pháp xử lý không
phù hợp dẫn đến sự cố công trình, đặc biệt là vỡ đập gây thiệt hại nặng cho bản thân
công trình, ngập lụt ảnh hƣởng đến tài sản, tính mạng nhân dân vùng hạ du. Do vậy,
an toàn đập, hồ chứa nƣớc cần đƣợc xem xét trên quan điểm hệ thống với bài toán
phân tích đánh giá tổng thể rủi ro về các vấn đề thƣợng nguồn, công trình đầu mối và
1


vùng hạ du - các yếu tố đầu vào, đầu ra trong quản lý, vận hành hồ chứa nƣớc.
Phân tích rủi ro (PTRR) cho thấy rủi ro ngập lụt hạ du với an toàn CTĐM có quan hệ
chặt chẽ: Gia tăng đầu tƣ cho CTĐM, tăng an toàn thì thiệt hại hạ du giảm, rủi ro
giảm. Tuy nhiên, không thể tăng mãi đầu tƣ để hạn chế hết rủi ro. Vấn đề đặt ra là cần
đánh giá đƣợc mối quan hệ giữa đầu tƣ ở CTĐM và khả năng chấp nhận rủi ro của
vùng hạ du để tìm ra giải pháp tối ƣu về đầu tƣ hợp lý ở CTĐM. Luận án này nghiên

cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy (LTĐTC) và PTRR trong đánh giá an toàn hồ chứa
có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du để nâng cao tính chính xác trong đánh giá an toàn làm
cơ sở cho việc cải tạo, nâng cấp và quản lý hồ chứa một cách khoa học và hiệu quả đáp
ứng tính cấp thiết về mặt khoa học và thực tiễn nêu trên.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng cơ sở khoa học và phƣơng pháp luận đánh giá an toàn hồ chứa thủy lợi ở
Việt Nam có xét đến ngập lụt hạ du ứng dụng LTĐTC và PTRR.
Vận dụng cơ sở lý thuyết để áp dụng đánh giá an toàn cho hồ chứa Núi Cốc, Thái Nguyên.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu: Hồ chứa thủy lợi đang khai thác sử dụng có đập dâng là
đập đất và vùng hạ du.
3.2. Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu an toàn hồ chứa thủy lợi đang khai thác sử dụng trên phạm vi cả nƣớc (1)
Chỉ xét an toàn của đập chắn nƣớc và các công trình có liên quan thuộc CTĐM (đập
đất, tràn, cống lấy nƣớc) trong mối liên quan đến ngập lụt vùng hạ du; (2) Hạ du chỉ
chịu ảnh hƣởng ngập lụt do tác động của một hồ chứa; không xét đến tác động của hồ
chứa thƣợng nguồn, ảnh hƣởng do nƣớc từ lƣu vực sông khác đổ về và thủy triều; (3)
Nghiên cứu điển hình đối với hồ Núi Cốc, tỉnh Thái Nguyên.
4. Hƣớng tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu
4.1. Hướng tiếp cận nghiên cứu
Tiếp cận hệ thống, tổng thể: Xem xét giải quyết bài toán đánh giá an toàn đập một
2


cách tổng thể trong mối liên hệ giữa an toàn CTĐM trong mối quan hệ với rủi ro ngập
lụt ở hạ du từ hiện tƣợng, nguyên nhân đến đánh giá mức độ an toàn và đề xuất giải
pháp bảo đảm an toàn.
Tiếp cận mang tính kế thừa các công trình nghiên cứu đã có, trên cơ sở thừa hƣởng só
liệu, kết quả phân tích đã có.
Tiếp cận mang tính hiện đại: Điều tra, phân tích, đánh giá bổ sung cho nghiên cứu

theo cách tiếp cận mới, khoa học hơn.
4.2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp chính sử dụng là LTĐTC và PTRR. Ngoài ra, Tác giả còn sử dụng một
số phƣơng pháp nghiên cứu khoa học sau:
Phương pháp điều tra, thu thập tài liệu: Thu thập, điều tra hiện trƣờng phân tích đánh
giá tổng hợp các tài liệu đã có.
Phương pháp thống kê: Thống kê, phân tích hệ thống các tài liệu đã có nhằm tổng kết
và kế thừa các kết quả đã nghiên cứu; phân tích đánh giá theo nguyên nhân -kết quả.
Phương pháp phân tích, kế thừa các tài liệu, các công trình khoa học đã đƣợc công
nhận có liên quan đến nội dung của luận án.
Phương pháp mô hình toán: Sử dụng mô hình MIKE 11, MIKE FLOOD để tính toán
cho nhiều trƣờng hợp, nhiều kịch bản, làm cơ sở đƣa ra những luận cứ cho việc xác lập
cơ sở khoa học PTRR của vùng hạ du đập nhằm xác định ĐTC tối ƣu của hồ chứa.
Phương pháp chuyên gia: Thông qua các hội thảo khoa học hoặc xin ý kiến góp ý trực
tiếp để lấy ý kiến đóng góp và tham khảo kinh nghiệm của các chuyên gia.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
5.1. Ý nghĩa khoa học
Thiết lập và giải quyết 3 bài toán: Xác định xác suất sự cố của hệ thống, xác định độ
tin cậy yêu cầu của hệ thống công trình đầu mối hồ chứa nƣớc dựa trên lý thuyết độ tin
cậy và phân tích rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa; thiết kế công trình đầu mối hồ chứa
3


nƣớc đạt độ tin cậy yêu cầu.
5. 2. Ý nghĩa thực tiễn
Nhận dạng, phân tích các cơ chế gây mất an toàn cho công trình đầu mối hồ chứa nƣớc
thủy lợi, định lƣợng đƣợc mức độ an toàn của hồ chứa có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du
làm cơ sở cho việc chọn giải pháp nâng cao an toàn hồ chứa nƣớc.
6. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án đƣợc trình bày trong 04 Chƣơng:

Chƣơng 1: Tổng quan về an toàn hồ chứa, đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc theo
LTĐTC và PTRR;
Chƣơng 2: Cơ sở khoa học của LTĐTC và PTRR trong đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc;
Chƣơng 3: Thiết lập bài toán ứng dụng LTĐTC và PTRR trong đánh giá an toàn hồ
chứa thủy lợi có xét đến ngập lụt hạ du;
Chƣơng 4: Ứng dụng LTĐT và PTRR đánh giá an toàn hồ Núi Cốc, tỉnh Thái Nguyên
có xét đến ngập lụt hạ du.

4


CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN HỒ CHỨA, ĐÁNH GIÁ AN TOÀN
HỒ CHỨA THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO
1.1 Tổng quan về an toàn hồ chứa, lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro
1.1.1 Khái niệm về an toàn hồ chứa, lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro
1.1.1.1 Khái niệm về an toàn đập trên thế giới
“An toàn đập” (Dam Safety) đƣợc xem xét toàn diện về an toàn CTĐM (gồm đập và
các công trình liên quan tạo hồ chứa nƣớc), an toàn cho vùng hạ du trƣớc rủi ro ngập
lụt khi hồ chứa xả lũ khẩn cấp hoặc vỡ đập [3].
1.1.1.2 Khái niệm về an toàn đập, hồ chứa nước trong nước: Quy định về quản lý an
toàn đập, hồ chứa nƣớc theo quy định tại Nghị định số 114/2018/NĐ-CP ngày
04/9/2018 của Chính phủ Việt Nam gồm an toàn của đập dâng hoặc đập của hồ chứa
nƣớc, các công trình có liên quan tạo hồ chứa nƣớc và vùng hạ du [4], trong đó:
- Công trình có liên quan là công trình xả nƣớc, công trình lấy nƣớc, tuyến năng lƣợng,
công trình thông thuyền và công trình cho cá đi;
- Vùng hạ du đập là vùng bị ngập lụt khi hồ xả nƣớc theo quy trình; xả lũ trong tình
huống khẩn cấp hoặc vỡ đập;
- Tình huống khẩn cấp là trƣờng hợp mƣa, lũ vƣợt tần suất thiết kế; động đất vƣợt tiêu
chuẩn thiết kế trên lƣu vực hồ chứa nƣớc hoặc tác động khác gây mất an toàn cho đập.
1.1.1.3 Lý thuyết độ tin cậy

Lý thuyết độ tin cậy (LTĐTC) sử dụng phƣơng pháp phân tích hệ thống và lý thuyết
ngẫu nhiên nhằm xác định xác suất xảy ra sự cố (Pf) của các cơ chế phá hủy thành
phần từ đó xác định xác suất xảy ra sự cố tổng hợp của toàn hệ thống công trình. Cơ
chế sự cố đƣợc xác định thông qua hàm độ tin cậy mô phỏng quá trình vật lý tƣơng
ứng. Các điều kiện biên đƣợc mô phỏng theo bản chất ngẫu nhiên thông qua các hàm
phân bố xác suất.
Nguyên lý tính toán: Theo lý thuyết độ tin cậy, khả năng hƣ hỏng của công trình đƣợc

5


đánh giá thông qua xác suất xảy ra sự cố ( Pfi ) của các cơ chế sự cố thành phần và xác
suất sự cố của hệ thống (Pf). Trong lý thuyết độ tin cậy, giá trị chỉ số độ tin cậy (β)
đƣợc sử dụng để đánh giá mức bảo đảm an toàn của công trình [5].
1.1.1.4. Rủi ro và phân tích rủi ro
Rủi ro của một đối tƣợng là tích số của khả năng xảy ra sự cố của đối tƣợng và hậu
quả do sự cố gây ra [5]. Khi áp dụng cho đối tƣợng là hồ chứa nƣớc, rủi ro đƣợc xác
định là rủi ro ngập lụt vùng hạ du đƣợc xác định bằng tích số của xác suất xảy ra sự cố
gây ngập lụt và giá trị thiệt hại do ngập lụt gây ra.
Sự cố ở hồ chứa đƣợc phân loại theo các tiêu chí sau [1]:
- Theo phạm vi xảy ra sự cố, gồm: Sự cố tổng thể (toàn bộ hồ chứa); sự cố công trình
(trong cụm CTĐM); sự cố hạng mục, bộ phận (trong một công trình) của cụm CTĐM;
sự cố công trình vùng lân cận (có ảnh hƣởng đến an toàn hồ chứa);
- Theo trạng thái kỹ thuật, gồm: sự cố về cƣờng độ; sự cố về biến dạng;
- Theo nguyên nhân gây ra sự cố, gồm: sự cố do thấm vƣợt giới hạn (ở nền, vai, thân
đập hoặc kết hợp); sự cố do sạt gia cố mái thƣợng; sự cố do lũ: mức lũ cao, đập thấp;
sự cố do thiết bị tiêu năng của tràn bị xói, cửa tràn bị gãy bị kẹt; sự cố do cống lấy
nƣớc bị lún, gãy, xói tấm đáy; trần và thành cống bị thấm, khớp nối bị hỏng hay đứt;
sự cố do cửa van của tràn xả lũ bị gãy, bị kẹt,…
Phƣơng pháp LTĐTC và phân tích rủi ro (PTRR) xác định quy mô các công trình dựa

trên quan điểm rủi ro chấp nhận đƣợc bằng cách xác lập quan hệ giữa XSSC của công
trình với giá trị thiệt hại tƣơng ứng do sự cố gây ra thông qua hàm rủi ro. Mức bảo
đảm an toàn của công trình đƣợc chọn từ kết quả phân tích rủi ro tƣơng ứng với rủi ro
chấp nhận đƣợc của hệ thống.
Nhƣ vậy, phƣơng pháp PTRR nhằm đánh giá rủi ro của hệ thống, còn LTĐTC là công
cụ dùng để thực hiện PTRR, trong đó phân tích ĐTC là một nội dung của LTĐTC.
1.1.2
1.1.2.1

Vấn đề ngập lụt hạ du
Các trường hợp hồ chứa xả lũ gây ngập lụt hạ du
6


Nhiệm vụ của công tác quản lý an toàn hồ chứa nƣớc là bảo đảm an toàn cho đập, các
công trình có liên quan tạo nên hồ chứa nƣớc và vùng hạ du. Khi xảy ra sự cố, hệ
thống CTĐM bị thiệt hại, đồng thời vùng hạ du cũng bị thiệt hại do ảnh hƣởng của
ngập lụt. Các trƣờng hợp hồ chứa xả lũ gây ngập lụt hạ du, gồm:
(1) Hồ chứa xả lũ theo thiết kế: Nếu hành lang thoát lũ hạ du không bị xâm phạm thì
trong trƣờng hợp xả lũ theo thiết kế sẽ không gây thiệt hại. Tuy nhiên, hiện nay, hạ du
của một số hồ chứa nƣớc lớn bị xâm lấn, dòng chảy bị co hẹp, không đảm bảo khả
năng thoát lũ thiết kế, gây ngập lụt hạ du khi vận hành xả lũ nhƣ: hồ Núi Cốc, Kẻ Gỗ,
Vực Mấu, Ayun Hạ, Ia Ring, Dầu Tiếng,...
(2) Hồ chứa xả lũ trong tình huống khẩn cấp: Theo Nghị định số 114/2018/NĐ-CP
ngày 04/9/2018 của Chính phủ về quản lý an toàn đập, hồ chứa nƣớc, tình huống khẩn
cấp là trƣờng hợp mƣa, lũ vƣợt tần suất thiết kế; động đất vƣợt tiêu chuẩn thiết kế trên
lƣu vực hoặc tác động khác gây mất an toàn cho đập.
(3) Vỡ đập: Các trƣờng hợp vỡ đập xảy ra trong thực tế đa dạng phụ thuộc vào việc xả
lũ ứng với các tổ hợp lũ đến hồ chứa gắn với sự cố xảy ra với các hạng mục thuộc hệ
thống CTĐM hồ chứa nƣớc.

a) không xả lũ

b) Xả Qtk=2.800m3/s

c) Qkt=3.600m3/s

Hình 1-1: Bản đồ ngập lụt hạ du hồ Dầu Tiếng ứng với các kịch bản [6]

1.1.2.2

Hậu quả của ngập lụt hạ du đập, hồ chứa nước
7


Ngập lụt hạ du hồ chứa gây thiệt hại về kinh tế, xã hội và môi trƣờng, đặc biệt trong
trƣờng hợp vỡ đập, thiệt hại nặng nề nhất.
- Thiệt hại về kinh tế biểu hiện ở ngập lụt, mất mát về cơ sở hạ tầng, tài sản;
- Thiệt hại về xã hội là sự mất mát về các giá trị tinh thần, thƣờng khó lƣợng hóa, gồm:
thiệt hại về ngƣời; sự xáo trộn cuộc sống, sự mất mát về các công trình tâm linh, các
giá trị lịch sử;
- Thiệt hại về môi trƣờng: gây ra dịch bệnh, ô nhiễm môi trƣờng của vùng bị ngập.
1.1.3

Một số sự cố hồ chứa nước trên thế giới

Đập vòm Gleno ở Valle di Scalve, Italy vỡ ngày 01/12/1923, làm 356 ngƣời thiệt
mạng. Đập Bản Kiều ở Hà Nam, Trung Quốc bị vỡ năm 1975 khiến 175.000 ngƣời
thiệt mạng và hơn 11 triệu ngƣời mất nhà cửa. Đập đất Kell Barnes ở Bang Georgie,
Mỹ vỡ lúc 01 giờ 30 ngày 06/11/1977 sau một trận mƣa lớn làm 39 ngƣời chết, thiệt

hại 3,8 triệu USD. Đập Machchu II ở Ấn Độ xây dựng năm 1972, cao 29 m bị vỡ
tháng 8 năm 1979 do 3 ngày mƣa to liên tục tạo đỉnh lũ 14.000m3/s, 3/18 cửa van bị
kẹt làm 2000 ngƣời thiệt mạng [1].
Gần đây, sự cố vỡ đập thủy điện Sepien Senamnoi, tỉnh Attapeu, Lào ngày 23/07/2018
đã gây ngập cho 10 bản, cô lập hoàn toàn huyện Sanamxay làm 26 ngƣời chết, trên
1.300 hộ gia đình với 6.600 ngƣời dân bị ảnh hƣởng [7]. Ngày 19/5/2020, vỡ cùng lúc
2 đập Edenville và Sanford ở Michigan, Mỹ gây ra lũ lụt kinh hoàng khiến 10.000
ngƣời dân phải sơ tán, ảnh hƣởng nặng nề tới đời sống của ngƣời dân [8].

Hình 1-2: Hiện trạng đập Bản Kiều khi vỡ [1]

8


.

Hình 1-3: Đập Edenville bị vỡ do lũ tần suất 1/500 năm [8]

Hiện trạng hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam

1.1.4
1.1.4.1

Số lượng, phân loại, tổ chức quản lý hồ chứa thủy lợi

Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2020), cả nƣớc đã xây
dựng đƣợc 6.750 hồ chứa thủy lợi, phân bố tại 45/63 địa phƣơng trên cả nƣớc, bao
gồm: 4 hồ chứa quan trọng đặc biệt, 888 hồ chứa lớn, 1.633 hồ chứa vừa, 4.225 hồ
chứa nhỏ, có 178 hồ chứa có cửa van điều tiết còn lại là tràn tự do [2].
Về tổ chức quản lý, khai thác hồ chứa nƣớc, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

quản lý 5 hồ chứa quan trọng đặc biệt và 1 hồ chứa liên tỉnh. Ủy ban nhân dân cấp tỉnh
giao Công ty TNHH MTV khai thác công trình thủy lợi khai thác Công ty quản lý khai
thác công trình thủy lợi cấp tỉnh quản lý 2.230 hồ chứa lớn, vừa. UBND cấp huyện, xã
quản lý, khai thác 4.380 hồ chứa thủy lợi vừa và nhỏ. Tổng Công ty Cà phê Việt Nam,
Công ty cao su quản lý, khai thác 135 hồ chứa vừa và nhỏ tại Tây Nguyên.

Hình 1-4: Số lượng hồ chứa thủy lợi thống kê theo các tỉnh, thành phố ở Việt Nam
9


Hình 1-5: Bản đồ phân vùng hồ chứa thủy lợi

1.1.4.2

Hiện trạng hồ chứa thủy lợi

Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2020) [2], hiện cả nƣớc có khoảng
1.200 hồ chứa bị hƣ hỏng, xuống cấp, thiếu khả năng chống lũ; trong đó có khoảng
200 hồ bị hƣ hỏng nặng, cần phải xử lý cấp bách.
Các dạng hƣ hỏng chính là (i) Đập đất: nƣớc tràn đỉnh đập; không đủ mặt cắt; trƣợt sạt
mái thƣợng hạ lƣu; lớp gia cố bị hỏng; nứt thân đập; thấm lớn qua thân và nền đập do
chất lƣợng thi công và công nghệ chống thấm kém, gây xói ngầm; có tổ mối trong
thân đập, (ii) Tràn xả lũ: thân tràn bị xói, nứt, gãy; tiêu năng bị xói, khả năng xả lũ
không đảm bảo; (iii) Cống lấy nƣớc: thân cống bị thủng, bê tông tróc rỗ, mục ruỗng;
thấm mạnh dọc mang cống, hƣ hỏng tiêu năng sau cống. Hiện trạng hƣ hỏng của
CTĐM các hồ chứa nhƣ Bảng 1-1.
Về năng lực chống lũ: Cả nƣớc có 257 hồ xây dựng trƣớc năm 2003 theo tiêu chuẩn
cũ TCVN 5060-90, chƣa đƣợc nâng cấp lên mức bảo đảm phòng lũ theo QCVN 0405:2012/BNNPTNT, trong đó có 65 hồ chứa lớn nhƣ: hồ Tràng Vinh (Quảng Ninh);
hồ Gò Miếu (Thái Nguyên), hồ Bình Công (Thanh Hóa),… và 192 hồ vừa và nhỏ.

10