Nguy hại sóng thần trong khảo sát địa điểm nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận

Nguy hại sóng thần trong khảo sát địa điểm nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận
Nguyễn Hồng Phương
Viện Vật lý Địa cầu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam
1. Mở đầu
Theo Tiêu chuẩn về “An toàn hạt nhân – Khảo sát, đánh giá khí tượng, thủy văn trong đánh
giá địa điểm đối với nhà máy điện hạt nhân” của Việt Nam ban hành năm 2012, “... đối với động đất
gây ra sóng thần, nên sử dụng phương pháp phân tích tất định hoặc phương pháp phân tích xác suất
hoặc tốt nhất là cả hai phương pháp để đánh giá hiểm họa sóng thần. Việc lựa chọn cách tiếp cận sẽ
phụ thuộc vào một số các nhân tố”. Hai địa điểm dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên
của Việt Nam nằm trên địa bàn các xã Phước Dinh, huyện Ninh Phước, và xã Vĩnh Hải, huyện Ninh
Hải thuộc tỉnh Ninh Thuận. Do vị trí của cả hai địa điểm này (dưới đây sẽ gọi tắt là NT1 và NT2)
đều nằm ngay sát bờ biển, nên để đảm bảo an toàn cho các nhà máy trong tương lai, cần thiết phải
đánh giá độ nguy hiểm sóng thần cho các địa điểm này ngay trong quá trình khảo sát địa điểm và
chọn lựa phương án thiết kế sao cho nhà máy được an toàn ngay cả trong điều kiện phải chịu sóng
thần nguy hiểm nhất.
Mặc dù từ trước tới nay chưa có một tài liệu chính thức nào được công bố về thiệt hại do
sóng thần gây ra đối với các vùng bờ biển và hải đảo của Việt Nam trong quá khứ, các chuyên gia
vẫn không loại trừ khả năng hiểm họa sóng thần có thể đến từ ngay bên trong khu vực Biển Đông.
Trên cơ sở nghiên cứu các đặc trưng kiến tạo địa động lực khu vực Đông Nam Á, chín vùng nguồn
sóng thần có khả năng gây thiệt hại tới các vùng bờ biển Việt Nam được xác định trên khu vực Biển
Đông và các vùng biển lân cận (Hình 1). Trong số các vùng nguồn sóng thần nêu trên, vùng nguồn
Máng biển sâu Manila được coi là nguy hiểm nhất đối với bờ biển Việt Nam [1].
Ở Việt Nam, cũng do không có đầy đủ số liệu về các trận sóng thần lịch sử nên việc đánh giá
độ nguy hiểm sóng thần phục vụ cảnh báo cho tới nay vẫn dựa chủ yếu vào cách tiếp cận tất định.
Cách tiếp cận này sử dụng các mô hình số trị để mô phỏng các kịch bản sóng thần phát sinh trên khu
vực Biển Đông và đánh giá tác động của những kịch bản sóng thần này tới các vùng bờ biển và hải
đảo của Việt Nam.
Bài viết này trình bày kết quả áp dụng mô hình COMCOT để mô phỏng kịch bản động đất
cực đại gây sóng thần phát sinh trên vùng nguồn Máng biển sâu Manila và đánh giá độ nguy hiểm
sóng thần do kịch bản này gây ra đối với vùng bờ biển Ninh Thuận của Việt Nam. Các kết quả đánh
giá độ nguy hiểm sóng thần sẽ cung cấp những thông tin bổ ích, có cơ sở khoa học vững chắc cho

các quyết định của Chính phủ trong công tác thẩm định và lựa chọn các địa điểm xây dựng các nhà
máy điện hạt nhân tại Ninh Thuận.
2. Các đặc trưng địa chấn kiến tạo và địa động lực của đới hút chìm Máng biển sâu
Manila
Cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về hoạt động kiến tạo và tính địa chấn của
đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila. Máng biển sâu Manila là một đới hút chìm có chiều dài
khoảng 1200 km chạy dọc theo thềm lục địa phía tây quần đảo Phi-líp-pin với góc cắm về phía
đông. Trên hình 2 minh họa vị trí của đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila trên Biển Đông (các
hệ thống đứt gẫy khác không được đưa lên bản đồ). Hình 2 cũng minh họa phân bố các trận sóng
thần, núi lửa và động đất đã ghi nhận được trên toàn khu vực Biển Đông. Các số liệu động đất được

54 Tập san Thông tin pháp quy hạt nhân số 3/2014| VARANS


lấy từ Trung tâm thông tin động đất quốc gia của Tổng cục địa chất Hoa Kỳ (NEIC), được ghi nhận
trong khoảng thời gian từ 1975 đến nay và có độ lớn từ 5,0 trở lên. Thang màu biểu thị độ sâu chấn
tiêu. Có thể thấy rõ từ bản đồ này toàn bộ đới hút chìm Máng biển sâu Manila là cả một vùng nguồn
động đất gây sóng thần lớn, bởi nó chính là một phần của một trong hai vành đai động đất lớn nhất
hành tinh còn được biết đến dưới tên gọi là Vành đai lửa Thái Bình Dương.

Hình 1. Sơ đồ các vùng nguồn sóng thần trên khu vực Biển Đông (theo [1]). Tên các vùng nguồn
đánh số trên bản đồ: 1 - vùng nguồn biển Đài Loan, 2 - vùng nguồn Máng biển sâu Manila, 3 vùng nguồn Biển Sulu, 4 - vùng nguồn Biển Selebes, 5 - vùng nguồn Biển Ban đa bắc, 6 - vùng
nguồn Biển Ban đa nam, 8 - vùng nguồn Bắc Biển Đông, 9 - vùng nguồn Pa la oan, 10 - vùng
nguồn Tây Biển Đông (Kinh tuyến 1090).

55 Tập san Thông tin pháp quy hạt nhân số 3/2014| VARANS


Hình 2. Vị trí đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila trên Biển Đông.
Các đặc điểm về địa chấn kiến tạo và địa động lực của đới hút chìm Máng biển sâu Manila đã

được nghiên cứu để xây dựng mô hình nguồn động đất phát sinh sóng thần có khả năng gây thiệt hại
tới bờ biển Việt Nam. Mô hình nguồn động đất cực đại trên đới hút chìm Máng biển sâu Manila
được xây dựng tại Viện Vật lý Địa cầu trên cơ sở tham khảo và kết hợp những ưu điểm của các mô
hình đã công bố trước đây [2, 3, 4]. Toàn bộ siêu đứt gẫy nguồn gây sóng thần cực đại được giả thiết
là có khả năng phát sinh động đất có độ lớn 9,3 theo thang mô men và bao gồm 6 đoạn đứt gẫy
thành phần, với các tham số hình học của mỗi đoạn được liệt kê trong bảng 1.
Bảng 1. Tham số nguồn của siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila (theo [2])
Đoạn

Kinh

Vĩ

Dài
(km)

Rộng
(km)

Dịch
chuyển (m)

Sâu
(km)

Phương
vị (độ)

Cắm

Trượt

(độ)

(độ)

1

120.5

20.2

190

120

25

30

354

10

90

2

119.8

18.7

250

160

40

30

22

20

90

3

119.3

17.0

220

160

40

30

2

28

90

4

119.2

15.1

170

90

28

30

356

20

90

5

119.6

13.7

140

110

12

30

344

22

90

56 Tập san Thông tin pháp quy hạt nhân số 3/2014| VARANS


6

120.5

12.9

95

80

5

30

331

26

90

3. Mô phỏng kịch bản sóng thần cực đại phát sinh trên vùng nguồn Máng biển sâu
Manila bằng mô hình COMCOT
Mô hình COMCOT được sử dụng để mô phỏng kịch bản sóng thần cực đại phát sinh trên
vùng nguồn Máng biển sâu Manila [5]. COMCOT sử dụng phương trình tuyến tính và phi tuyến
nước nông trong cả hệ tọa độ Cầu và hệ tọa độ Đề Các. Trong hệ tọa độ cầu, hệ phương trình tuyến
tính nước nông có tính đến lực Coriolis có dạng:


1  P 


cosQ   h

t R cos   
t


(1)

P
gh 


 fQ  0
t R cos 

(2)

Q gh 

 fP  0
t
R 

(3)

ở đây η là độ cao mặt nước; (P, Q) biểu thị các thông lượng theo hướng X (Đông - Tây) và Y (Nam
- Bắc), tương ứng (φ, ψ) biểu thị các vĩ độ và kinh độ của Trái đất; R là bán kính của Trái Đất; g là
gia tốc trọng trường và h là độ sâu. Thành phần -∂h/∂t phản ánh hiệu ứng của chuyển động tức thời
dưới đáy biển có thể áp dụng cho trường hợp trượt lở đất tạo ra sóng thần. Hệ số lực Coriolis f do
tác động quay của Trái Đất được tính theo công thức:

f  sin

(4)

với Ω là vận tốc quay của Trái Đất.
Các phương trình phi tuyến nước nông có tính đến lực ma sát đáy có dạng:


1  P P


h


(cosQ )  

t R cos    
t


(5)

P
1
  P 2  1   PQ 
gH 

 fQ  Fx  0
 


t R cos    H  R   H  R cos  
Q
1
  PQ  1   Q 2  gH 

 fP  Fy  0


 
t R cos    H  R   H  R 

(6)
(7)

trong đó, H là tổng chiều sâu của nước và H = η + h; Fx và Fy là ma sát đáy của hướng X và Y
tương ứng. Hệ số nhám n được tính theo công thức của Manning :

gn 2
Fx  7 / 3 P( P 2  Q 2 )1 / 2
H

(8)

gn 2
Fx  7 / 3 Q ( P 2  Q 2 ) 1 / 2
H

(9)

57 Tập san Thông tin pháp quy hạt nhân số 3/2014| VARANS


Các kết quả mô phỏng kịch bản sóng thần cực đại phát sinh trên đới siêu đứt gẫy Máng biển
sâu Manila được thể hiện dưới dạng các bản đồ độ cao sóng ở những khu vực và với độ chi tiết khác
nhau trên toàn dải ven biển Việt Nam. Các bản đồ độ cao sóng cho thấy độ nguy hiểm sóng thần tập
trung chủ yếu dọc theo dải ven biển miền Trung Việt Nam (đoạn từ tỉnh Quảng Ngãi đến tỉnh Bà
Rịa – Vũng Tàu), với độ cao sóng lớn nhất đạt tới trên 18 m tại địa phận tỉnh Quảng Ngãi (Hình 3).

Hình 3. Độ cao sóng thần cực đại trên khu vực Biển Đông Việt Nam (theo kịch bản động đất cực đại
phát sinh trên vùng nguồn Máng biển sâu Manila, Mw=9,3).

Trên hình 4 minh họa bản đồ độ cao sóng thần cực đại tại vùng biển lân cận hai địa điểm
Phước Dinh (NT1) và Vĩnh Hải (NT2) theo kịch bản động đất cực đại phát sinh trên vùng nguồn
Máng biển sâu Manila với độ lớn Mw=9,3. Các kết quả tính toán từ kịch bản này cho thấy độ cao
sóng thần cực đại tại bờ biển lân cận địa điểm NT1có thể đạt tới trên 7 m, trong khi tại bờ biển lân
cận địa điểm NT2 độ cao sóng thần cực đại có thể đạt tới trên 8 m. Đồ thị biến trình mực nước biển
minh họa trên hình 5 cũng cho thấy đợt sóng thần đầu tiên sẽ tấn công vào bờ biển lân cận các địa
điểm NT1 và NT2 sau khoảng 3 giờ đồng hồ kể từ sóng thần bắt đầu lan truyền từ nguồn. Trên hình
6 minh họa bản đồ ngập lụt thành lập cho khu vực lân cận địa điểm các NMĐHN.

58 Tập san Thông tin pháp quy hạt nhân số 3/2014| VARANS


Hình 4. Độ cao sóng thần cực đại tại vùng biển lân cận hai địa điểm Phước Dinh và Vĩnh Hải (theo
kịch bản động đất cực đại phát sinh trên vùng nguồn Máng biển sâu Manila, Mw=9,3).

Hình 5. Độ cao sóng thần cực đại tại vùng biển lân cận hai địa điểm Phước Dinh và Vĩnh Hải (theo
kịch bản động đất cực đại phát sinh trên vùng nguồn Máng biển sâu Manila, Mw=9,3).

59 Tập san Thông tin pháp quy hạt nhân số 3/2014| VARANS


Hình 4 . Bản đồ ngập lụt khu vực lân cận hai địa điểm Phước Dinh và Vĩnh Hải theo kịch bản động
đất cực đại phát sinh trên vùng nguồn Máng biển sâu Manila, Mw=9,3.
4. Kết luận
Trong nghiên cứu này, mô hình COMCOT được áp dụng để mô phỏng kịch bản sóng thần
cực đại phát sinh trên đới siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila và đánh giá tác động của trận sóng
thần này tới khu vực ven biển tỉnh Ninh Thuận. Mô hình nguồn động đất gây sóng thần cực đại
được xây dựng trên cơ sở nghiên cứu các đặc trưng địa chấn kiến tạo và địa động lực của siêu đứt
gẫy Máng biển sâu Manila. Kịch bản sóng thần được giả thiết là gây ra bởi động đất cực đại phát
sinh trên đới phần phía bắc của siêu đứt gẫy Máng biển sâu Manila với độ lớn tương đương Mw=9,3.

Các kết quả mô phỏng cho thấy độ cao sóng thần cực đại có thể đạt tới 7 m tại lân cận địa
điểm NT1 và 8 m tại lân cận địa điểm NT2. Các kết quả này cần được cộng thêm số gia nếu lưu ý
tới khả năng mực nước biển dâng 1m khi tính toán, thiết kế an toàn cho các nhà máy điện hạt nhân.
Các kết quả nhận được cho thấy vị trí của hai địa điểm NT1 và NT2 nằm ở độ cao an toàn đối với
khả năng bị sóng thần tấn công. Ngoài ra, vì khả năng xảy ra động đất có độ lớn Mw > 8,8 tại đới đứt
gẫy Manila là rất nhỏ nên việc tính toán rất kỹ lực tác động của sóng thần cũng như xói chân công
trình khi thiết kế chỉ nên áp dụng đối với các hạng mục công trình quan trọng mà sự ổn định của nó
có tiềm năng ảnh hưởng tới sự vận hành an toàn của nhà máy. Với các hạng mục công trình khác,
cần tính toán rất kỹ chi phí, lợi ích.
Tài liệu tham khảo

60 Tập san Thông tin pháp quy hạt nhân số 3/2014| VARANS


1. Phuong Hong Nguyen, Que Cong Bui, Xuyen Dinh Nguyen. Investigation of tsunami sources,
capable of affecting the Vietnamese coast. Natural Hazards, 64(1) pp 311-327. DOI:
10.1007/s11069-012-0240-3, October 2012.
2. Wu T-R., Huang H-C., 2009. Modeling tsunami hazards from Manila trench to Taiwan. Journal
of Asian Earth Sciences 36, 21–28.
3. Megawati, K., Shaw, F., Sieh, K., Huang, Z., Wu, T.-R., Lin, Y., Tan, S. K. and Pan, T.-C. ,
2009. Tsunami hazard from the subduction megathrust of the South China Sea Part I. Source
characterization and the resulting tsunami. JEAS 36, 13–20.
4. Vũ Thanh Ca (chủ nhiệm), 2009. Xây dựng bản đồ cảnh báo nguy cơ sóng thần cho các vùng bờ
biển Việt Nam, Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ TNMT năm 2006-2008.
5. Liu Philip L. –F., Seung-Buhm Woo and Yong-Sik Cho, 1998. Computer Program for
Tsunami Propagation and Inundation. School of Civil and Environmental Engineering, Cornell
University, Ithaca, NY 14853, USA.

61 Tập san Thông tin pháp quy hạt nhân số 3/2014| VARANS