Nghiên cứu đánh giá thiệt hại do ngập lụt vùng hạ lưu hồ chứa theo các kịch bản vỡ đập hồ đồng mỏ

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu, đánh giá thiệt hại do ngập lụt vùng hạ lưu hồ
chứa theo các kịch bản vỡ đập hồ Đồng Mỏ” của học viên đã được Nhà trường giao
nghiên cứu theo quyết định số 1321/QĐ-ĐHTL ngày 10 tháng 08 năm 2015 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
thầy giáo TS Vũ Thanh Tú, 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

Đinh Ngọc Hà

i


LỜI CẢM ƠN
Với tất cả sự kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, Tôi xin chân thành bày tỏ lịng biết
ơn của mình tới thầy giáo TS Vũ Thanh Tú đã hướng dẫn tận tình chu đáo, dành rất
nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn, nghiên cứu và giúp tơi hồn thành luận văn
tốt nghiệp này.
Tơi 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 tơi trong suốt q 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 khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, Tơi rất mong
nhận được sự góp ý, chỉ bảo của quý thầy cô và đồng nghiệp, đó chính là sự
giúp đỡ q báu mà tơi mong muốn nhất để cố gắng hoàn thiện hơn trong quá trình
nghiên cứu và cơng tác sau này.
Xin chân thành cảm ơn./.

Hà Nội, 03 tháng 03 năm 2016
Học viên

Đinh Ngọc Hà

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................................1
2.Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................................2
3.Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ..................................................................................3
4.Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ...............................................................3
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU VỠ ĐẬP VÀ ĐÁNH GIÁ
THIỆT HẠI

.........................................................................................................4

1.1Tổng quan về mơ hình nghiên cứu vỡ đập..................................................................4
1.1.1 Các nguyên nhân gây vỡ đập ................................................................................4
1.1.2 Một số trường hợp vỡ đập trên Thế giới và Việt Nam .........................................6
1.1.2.1 Trên thế giới ........................................................................................................6
1.1.2.2 Tại Việt Nam .......................................................................................................9

1.1.3 Các phương pháp xác định, tính tốn thơng số vết vỡ .......................................13
1.1.4 Giới thiệu về các mơ hình thủy văn, thủy lực mô phỏng vỡ đập .......................17
1.1.4.1 Trên thế giới ......................................................................................................17
1.1.4.2 Tại Việt Nam .....................................................................................................19
1.2 Tổng quan về phương pháp đánh giá thiệt hại lũ lụt ..............................................20
CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ CÁC MƠ HÌNH ỨNG DỤNG.
.......................................................................................................23
2.1 Giới thiệu vùng nghiên cứu .....................................................................................23
2.1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên ......................................................................................23
2.1.2Mạng lưới khí tượng thủy văn ...............................................................................24
2.1.3 Đặc điểm khí hậu, khí tượng vùng dự án .............................................................26
2.1.3.1. Nhiệt độ khơng khí, (T0C) ................................................................................26
2.1.3.2. Độ ẩm tương đối của khơng khí, (U%) ............................................................27
2.1.3.3. Số giờ nắng .......................................................................................................27
2.1.3.4. Gió và vận tốc gió mạnh, V(m/s) .....................................................................27
2.1.3.5. Chế độ bốc hơi ..................................................................................................28
2.1.3.6. Chế độ mưa .......................................................................................................28
2.1.3 Đặc điểm thủy văn ................................................................................................31
iii


2.1.3.1 Mạng lưới sơng ngịi lưu vực nghiên cứu ......................................................... 31
2.1.3.2 Chế độ dòng chảy lũ .......................................................................................... 32
2.1.4 Đặc điểm kinh tế, xã hội....................................................................................... 35
2.1.4.1 Hiện trạng về dân số .......................................................................................... 35
2.1.4.2 Hiện trạng đất đai .............................................................................................. 36
2.1.4.3 Hiện trạng hạ tầng xã hội .................................................................................. 36
2.1.5 Các thông số cơ bản của hồ chứa ......................................................................... 36
2.2 Các mơ hình ứng dụng ............................................................................................ 38
2.2.1 Giới thiệu mơ hình phân tích vỡ đập và mô phỏng ngập lụt. ............................... 38

2.2.1.1 MIKE 11 ............................................................................................................ 39
2.2.1.2 MIKE 21 ............................................................................................................ 42
2.2.1.3 MIKE FLOOD .................................................................................................. 43
2.2.2 Ứng dụng công cụ GIS trong xây dựng bản đồ ngập lụt và phân tích thiệt hại ... 45
CHƯƠNG 3:ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE FLOOD MƠ PHỎNG CÁC KỊCH BẢN
VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT ...................................................................... 47
3.1 Dữ liệu đầu vào sử dụng trong tính tốn ................................................................ 47
3.2.1 Mơ hình hóa mạng lưới sơng và vùng nghiên cứu ............................................... 49
3.2.1.1 Xây dựng mạng lưới thủy lực một chiều MIKE 11 .......................................... 49
3.2.1.2 Xây dựng mạng lưới thủy lực hai chiều MIKE 21............................................ 52
3.2.1.3 Kết nối hai mơ hình trong MIKEFLOOD ......................................................... 53
3.2.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình ........................................................................ 53
3.3 Mô phỏng các kịch bản vỡ đập và xây dựng bản đồ ngập lụt................................. 55
3.3.1 Lựa chọn các kịch bản gây vỡ đập Đồng Mỏ....................................................... 55
3.3.2 Tính tốn các thông số vết vỡ .............................................................................. 57
3.3.3 Các kết quả tính tốn vỡ đập và diễn biến hạ du.................................................. 58
3.3.4 Xây dựng bản đồ ngập lụt hạ du đập ứng với các phương án vỡ đập .................. 65
3.3.4.1 Dữ liệu đầu vào dùng trong xây dựng bản đồ ................................................... 65
3.3.4.3 Kết quả xây dựng bản đồ ngập lụt cho các kịch bản vỡ đập ............................. 66
CHƯƠNG 4:ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI DO NGẬP LỤT VÙNG HẠ LƯU HỒ CHỨA
THEO CÁC KỊCH BẢN VỠ ĐẬP HỒ ĐỒNG MỎ .................................................... 74
4.1Đánh giá thiệt hại trên lưu vực hồ Đồng Mỏ theo các kịch bản ngập lụt ............... 74
iv


4.1.1 Xác định các đối tượng chịu tổn thương ..............................................................74
4.1.2 Hàm thiệt hại ........................................................................................................76
4.2Xây dựng bản đồ thiệt hại cho vùng ngập lụt...........................................................81
4.2.1 Bản đồ thiệt hại vùng ngập lụt hạ lưu hồ Đồng Mỏ với kịch bản vỡ đập hình thức
tràn đỉnh .........................................................................................................................83

4.2.2 Bản đồ thiệt hại vùng ngập lụt hạ lưu hồ Đồng Mỏ với kịch bản vỡ đập hình
thức xói ngầm ................................................................................................................85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................88
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ ..............................................................89
PHỤ LỤC ......................................................................................................................90

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1-1 Các ngun nhân vỡ đập .................................................................................. 5
Hình 1-2 Hình ảnh vỡ đập Teton năm 1976.................................................................... 5
Hình 1-3 Hình thức tràn đỉnh (a) và xói ngầm (b) .......................................................... 6
Hình 1-4 Vỡ đập Machchu 2, Ấn Độ do mưa lớn ........................................................... 7
Hình 1-5 Đập Gleno với phần vỡ ở giữ vẫn cịn đến ngày nay....................................... 8
Hình 1-6 Đập Đầm Hà được khắc phục gia cố sau sự cố ............................................. 10
Hình 1-7 Tồn cảnh đập Khe Mơ sau sự cố vỡ đập ...................................................... 12
Hình 1-8 Đoạn thân đập bị vỡ ....................................................................................... 12
Hình 1-9 Đập vỡ tại vị trí cống lấy nước ...................................................................... 13
Hình 1-10 Q trình vỡ tràn đỉnh

Hình 1-11 Q trình vỡ xói ngầm................. 15

Hình 1-12 Hình dạng và cơ chế hình thành vết vỡ ....................................................... 15
Hình 2-1: Bản đồ thể hiện vị trí địa lý khu vực nghiên cứu .......................................... 23
Hình 2-2 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực nghiên cứu ............................... 26
Hình 2-3: Quá trình lũ thiết kế, lũ kiểm tra của HCN Đồng Mỏ .................................. 35
Hình 2-4: Mạng lưới thủy lực ....................................................................................... 39
Hình 2-5 Kết nối tiêu chuẩn .......................................................................................... 43

Hình 2-6 Kết nối bên ..................................................................................................... 44
Hình 2-7 Kết nối cơng trình .......................................................................................... 44
Hình 3-1 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình NAM theo lưu vực tương tự Ngọc
Thạch trên sơng Thanh Lộc ........................................................................................... 50
Hình 3-2 Kết quả tính tốn các biên khu giữa nhập lưu ............................................... 51
Hình 3-3 Mạng lưới thủy lực một chiều MIKE 11 ....................................................... 51
Hình 3-4 Mạng lưới thủy lực một chiều MIKE 11 ....................................................... 52
Hình 3-5: Đường quá trình lưu lượng qua vết vỡ và mực nước hồ tại thời điểm vỡ đập
....................................................................................................................................... 59
Hình 3-6: Đường quá trình mực nước tại ngã 3 suối Thác Lác – sơng Phó Đáy .......... 59
Hình 3-7: Đường q trình mực nước mặt cắt dọc suối Thác Lác tại thời điểm xuất
hiện lũ lớn nhất 11:10:00 ngày 18/8/1971 từ sau thân đập đến nhập lưu với sơng ...... 60
Hình 3-8: Diễn biến lưu lượng dọc sông sau khi vỡ đập chính .................................... 60
vi


Hình 3-9: Diễn biến mực nước dọc sơng sau khi vỡ đập chính ....................................61
Hình 3-10 Đường q trình lưu lượng qua vết vỡ và mực nước hồ tại thời điểm vỡ đập
.......................................................................................................................................63
Hình 3-11: Đường quá trình mực nước tại ngã 3 suối Thác Lác – sơng Phó Đáy ........63
Hình 3-12: Đường quá trình mực nước mặt cắt dọc suối Thác Lác tại thời điểm xuất
hiện lũ lớn nhất 11:10:19 - 18/8/1971 từ sau thân đập đến nhập lưu với sông Phó Đáy
.......................................................................................................................................64
Hình 3-13: Diễn biến lưu lượng dọc sơng sau khi vỡ đập chính ...................................64
Hình 3-14: Diễn biến mực nước dọc sơng sau khi vỡ đập chính ..................................65
Hình 3-15: Model tính tốn diện tích ngập lụt ứng với các cấp ngập ...........................66
Hình 3-16: Bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu đập Đồng Mỏ ................................................67
Hình 3-17: Bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu đập Đồng Mỏ ................................................69
Hình 3-18: Bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu đập Đồng Mỏ ................................................71
Hình 4-1 Bản đồ sử dụng đất vùng nghiên cứu .............................................................75

Hình 4-2 Hàm thiệt hại cho nhà cấp 4B – Việt Nam [8] ...............................................77
Hình 4-3 Hàm thiệt hại cho cây lúa giống Q5 [8] .........................................................78
Hình 4-4 Hàm thiệt hại cho đường giao thơng [8] ........................................................80
Hình 4-5 Bản đồ thiệt hại do vỡ đập chính hồ Đồng Mỏ với hình thức tràn đỉnh ........83
Hình 4-6 Bản đồ thiệt hại do vỡ đập chính hồ Đồng Mỏ với hình thức xói ngầm .......85

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1 Các công thức hay được sử dụng[11], [12], [13] .......................................... 16
Bảng 1-2 Các cách phân loại thiệt hại do ngập lụt gây ra ............................................. 21
Bảng 2-1 Các trạm khí tượng thủy văn cùng các yếu tố đo. thời kỳ đo ........................ 25
Bảng 2-2: Đặc trưng nhiệt độ khơng khí đo tại trạm Vĩnh n (T0C).......................... 27
Bảng 2-3: Độ ẩm tương đối trung bình các tháng trong năm trạm Vĩnh Yên (U%) .... 27
Bảng 2-4: Số giờ nắng trung bình tháng và năm trạm Vĩnh Yên (1960 – 2000) .......... 27
Bảng 2-5: Tốc độ gió trung bình các tháng trong năm trạm Vĩnh Yên (Vm/s) ............ 28
Bảng 2-6: Vận tốc gió lớn nhất ứng với các tần suất P% (V m/s) ............................... 28
Bảng 2-7: Lượng bốc hơi trung bình tháng Z Piche ( mm) .............................................. 28
Bảng 2-8: Phân phối lượng tổn thất bốc hơi trong năm (đơn vị: mm) .......................... 28
Bảng 2-9: Lượng mưa trung bình tháng các trạm trong lưu vực (mm) ........................ 29
Bảng 2-10: Kết quả tính tốn mưa tưới của dự án ....................................................... 30
Bảng 2-11: Mơ hình phân phối mưa tưới tần suất đảm bảo P = 85% ........................... 30
Bảng 2-12: Lượng mưa 1 ngày lớn nhất theo tần suất P i (%) ........................................ 30
Bảng 2-13: Dòng chảy năm thiết kế HCN Đồng Mỏ .................................................... 33
Bảng 2-14: Phân phối dòng chảy năm tần suất P = 86% .............................................. 33
Bảng 2-15: Lưu lượng đỉnh lũ kiểm tra, đỉnh lũ thiết kế HCN Đồng Mỏ .................... 35
Bảng 2-16: Các thơng số kỹ thuật chính của hồ chứa nước Đồng Mỏ ......................... 36
Bảng 3-1 Thống kê điều tra vết lũ trong khu vực ......................................................... 49
Bảng 3-2 Các liên kết trong MIKEFLOOD .................................................................. 53

Bảng 3-3 Kết quả hiệu chỉnh kiểm định mơ hình............................................................ 54
Bảng 3-4 Kịch bản vỡ đập hồ chứa Đồng Mỏ .............................................................. 57
Bảng 3-5: Các thơng số vỡ đập hình thức tràn đỉnh...................................................... 57
Bảng 3-6: Các thơng số vỡ đập hình thức xói ngầm ..................................................... 58
Bảng 3-7: Kết quả tính tốn thủy lực ............................................................................ 58
Bảng 3-8: Kết quả tính tốn thủy lực ............................................................................ 62
Bảng 3-9 Kết quả thống kê diện tích và các cấp ngập lụt hạ lưu đập hồ Đồng Mỏ khi
vỡ đập với hình thức tràn đỉnh ...................................................................................... 70
Bảng 3-10: Kết quả thống kê diện tích và các cấp ngập lụt hạ lưu đập hồ Đồng Mỏ khi
vỡ đập với hình thức xói ngầm...................................................................................... 72
viii


Bảng 3-11: So sánh diện tích ngập các kịch bản ...........................................................73
Bảng 4-1 Bảng đánh giá ảnh hưởng của ngập lụt lên các thời kỳ sinh trưởng của cây
lúa theo tiêu chuẩn Việt Nam 14TCN.60-88 .................................................................78
Bảng 4-2 Các hàm thiệt hại xây dựng cho giống lúa Q5...............................................79
Bảng 4-3 Chi phí sửa chữa đường giao thông ở Việt Nam ...........................................81
Bảng 4-4 Giá trị thiệt hại lớn nhất của các loại hình sử dụng đất .................................81
Bảng 4-5 Phân cấp mức độ thiệt hại ..............................................................................82
Bảng 4-6 Kết quả tính tốn thiệt hại cho các đối tượng chịu ảnh hưởng ......................84
Bảng 4-7 Kết quả tính toán thiệt hại cho các đối tượng chịu ảnh hưởng ......................86

ix



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 ln là những
cơng trình dễ bị tổn thương nhất là khi có mưa lũ lớn. Các hồ chứa ở 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 tồn của cơng trình khi tích nước. Ngồi 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, ngồi việc đánh giá an
tồn hồ đập định kỳ, cũng cần có các biện pháp dự báo ngập lụt 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 tốn mơ phỏng các ngun 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 cịn 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 rời, 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.
Hồ chứa nước Đồng Mỏ, tỉnh Vĩnh Phúc được thiết kế, vận hành và bảo trì theo các
1


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 cơng

trình. Tuy nhiên, trong q 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 Đồng Mỏ 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 ngồi mong muốn có thể xảy ra và từ đó có kế hoạch
chi tiết để phịng, ngăn chặn xảy ra tình huống xấu hoặc hạn chế tối đa thiệt hại khi
xảy ra sự cố ở cả khu vực cơng trình và hạ du cơng trình. Kết quả của việc nghiên cứu
tính tốn các trường hợp xả lũ theo thiết kế 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 cơng 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 lưu hồ chứa nước Đồng Mỏ theo các kịch bản vỡ đập
với tên đề tài cụ thể như sau: “Nghiên cứu, đánh giá thiệt hại do ngập lụt vùng hạ lưu
hồ chứa theo các kịch bản vỡ đập hồ Đồng Mỏ”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mô phỏng vỡ đập hồ Đồng Mỏ và phân tích diễn biến ngập lụt vùng hạ lưu hồ bằng
mơ hình thủy động lực học MIKE FLOOD. Xây dựng bản đồ ngập lụt, đánh giá các
thiệt hại trực tiếp và gián tiếp đến các đối tượng chịu tổn thương vùng hạ lưu hồ. Các
kết quả đó sẽ giúp cho các nhà quản lý, cơ quan quản lý và 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.
Trong luận văn này, sẽ xây dựng bản đồ ngập lụt với các kịch bản vỡ đập, xây dựng
bản đồ thiệt hại với các kịch bản vỡ đập đồng thời tính tốn được thiệt hại cho các đối
tượng chịu tổn thương để làm cơ sở khoa học cho việc quy hoạch phòng tránh lũ lụt,
lựa chọn các biện pháp, thiết kế các cơng trình nhằm giảm thiểu thiệt hại khi có sự cố

2

vỡ đập hồ Đồng Mỏ.
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu xây dựng các kịch bản vỡ đập do xói ngầm và tràn
đỉnh trong trường hợp lũ kiểm tra P = 0,2% , mô phỏng diễn biến ngập, đánh giá thiệt
hại và mức độ thiệt hại do ngập lụt vùng hạ lưu hồ Đồng Mỏ.
- Đối tượng nghiên cứu: Đánh giá ngập vùng hạ lưu hồ Đồng Mỏ, tính tốn mức độ
thiệt hại đến nhà cửa, nông nghiệp và giao thông.
4. 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 q trình phân tích, tính tốn của luận văn.
- Phương pháp mơ hình tốn: Sử dụng mơ hình MIKE FLOOD để tính tốn vỡ đập
theo các kịch bản, từ đó xác định vùng ngập và độ sâu ngập. Kết hợp với công nghệ
ARGIS để xây dựng bản đồ ngập lụt và tính tốn 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 tốn của luận văn phù hợp hơn với
thực tiễn của lưu vực.

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU VỠ ĐẬP VÀ
ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI
1.1 Tổng quan về mơ hình nghiên cứu vỡ đập
1.1.1 Các nguyên nhân gây vỡ đập
Đập là cơng trình trữ nước. Vỡ đập có thể có nhiều hình thức, bao gồm cả sự trượt, sụp

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
hoạch. Phần lớn các hồ được xây dựng trước thập kỷ 80 theo tiêu chuẩn cũ, tràn xả lũ
thiếu khả năng thoát lũ, khơng đầy đủ tài liệu tính tốn (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 mịn nội bộ gây ra bởi kè hoặc rò rỉ thân đập hoặc đường ống
- Bảo dưỡng khơng đúng, trong đó có vỡ đập khi loại bỏ cây, sửa chữa các vấn đề rị 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 cơng 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).

4


- Cơng nghệ thi cơng trước kia cịn hạn chế: Chất lượng thi công xử lý nền, đất đắp tại
các vị trí tiếp giáp (thân với nền, nền, các vai, mang cơng trình...) khơng đảm bảo chất
lượng, gây thấm qua thân đập, nền đập.
- Phân cấp quá sâu cho huyện xã quản lý hồ đập. Do vậy khơng có cán bộ chuyên
ngành thuỷ lợi đủ năng lực. Thiếu các thiết bị quan trắc đo, thăm dị dẫn đến khơng

phát hiện được và kịp thời xử lý các hư hỏng
- Nguyên nhân phá hoại khác

Hình 1-1 Các nguyên nhân vỡ đập

Hình 1-2 Hình ảnh vỡ đập Teton năm 1976
5


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).

(a)
(b)
Hình 1-3 Hình thức tràn đỉnh (a) và xói ngầm (b)
1.1.2 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.
1.1.2.1 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 tn nước về phía
hạ lưu. Theo điều tra, ngun nhân dẫn đến sự cố là khi xây dựng cơng trình các kỹ sư
đã tính tốn 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 trơi và ngun nhân chính là do khối đất có kích
thước 3.7×9.1m bị cuốn trơi lúc ban đầu gây ra sự cố. [1]

6


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 cơng trình.

Hình 1-4 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 tồn bộ thị trấn
cơng 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]

7


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 cơng. 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 khơng thích
hợp.
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 hồn thành và bắt đầu
tích nước từ những cơn mưa lớn.

Hình 1-5 Đập Gleno với phần vỡ ở giữ 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 cịn 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
8


do chủ quan. Việc thiếu kinh phí đã làm các nhà thầu thay đổi thiết kế và thiết kế mới
đã khơng phù hợp với loại móng được thi cơng từ trước.
Ngồi ra, tay nghề cơng 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 cơng trình
cũng như sử dụng bê tông kém chất lượng. [1]
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 nơng 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]
1.1.2.2 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 khơng đạt u 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 Đần 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. Cơng trình thủy lợi hồ chứa
nước Đầm Hà Động được khởi công xây dựng ngày 12/4/2006 với tổng số vốn đầu tư

9


trên 500 tỷ đồng, từ nguồn vốn trái phiếu Chính phủ và vốn ngân sách địa phương.
Cơng trình do Cơng 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 cơng. [3]

Hình 1-6 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
trơi... 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.
Ngồi ra, sự cố cịn làm hư hại nhiều cơng trình tài sản cơng 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 Hịa
Đập Suối Trầu ở Khánh Hồ bị sự cố 4 lần:
10


- Lần thứ 1: năm 1977 vỡ đập chính lần 1
- Lần thứ 2: năm 1978 vỡ đập chính lần 2
- 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 đi 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 Hồ. Đơn
vị thi cơng: Cơng ty cơng trình 4-5, Bộ Giao thơng Vận tải. [4]
Ngun 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 khơ 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 tồn bị tơi xốp.
- Về thi cơng: Đào hố móng cống q hẹp khơng cịn 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 q dày, phía dưới mỗi lớp khơng 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%. Khơng 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 1-7 Tồn cảnh đập Khe Mơ sau sự cố vỡ đập

Hình 1-8 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 trơi 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.
Trong đó thiết kế có lỗi là khơng quy định cụ thể về chỉ tiêu đất đắp xung quanh cống,
thi cơng khơng thực hiện đầy đủ quy trình, đắp đất thủ công xung quanh cống và kiểm
12


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 q dốc, khơng đảm bảo
nối tiếp an tồn giữa thân đập và bờ trái. Trong đó, thiết kế có lỗi khi khơng ghi chú rõ
ràng u cầu làm chân khay ở đáy đập và rãnh thoát nước ở chân hạ lưu đập đoạn vai

trái; thi cơng thì đào mái hố móng phía trái q dốc, khơng 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 1-9 Đập vỡ tại vị trí cống lấy nước
1.1.3 Các phương pháp xác định, tính tốn thơng số vết vỡ
a. 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 thơng số của vết vỡ này rất phức tạp
địi hỏi khối lượng tính tốn 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 tốn vỡ đập,
phương pháp này dựa trên kết quả nghiên cứu các đập đã bị vỡ trong quá khứ, trên cơ
13


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 thơng số vỡ đập với thể tích đập, thể
tích khối nước chứa, chiều sâu mực nước hồ, diện tích hồ...Các thơng 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 mơ hình tốn: Có nhiều phương pháp mơ hình tốn được xây dựng
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 mơ 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 mơ phỏng dựa trên các phương trình động lực học, phương trình liên tục, và
phương trình năng lượng ( Sóng gián đoạn) để mơ phỏng các yếu tố vỡ đập.
+ Phương pháp mơ hình vật lý: Phương pháp mơ hình vật lý là phương pháp mơ phỏng
thực tế quá trình hình thành vết vỡ đập bằng các mơ hình có tính chất tương tự với
cơng trình nghiên cứu, phương pháp này địi hỏi khối lượng cơng việc và kinh phí lớn
nên khơng phải cơng 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 cơng trình hồ Đồng Mỏ trong trường hợp vỡ
đập chính. Các thơng tin này được sử dụng làm đầu vào cho mơ 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
14


thành tuyến tính được thơng qua trong trường hợp này với mục đích xây dựng mơ hình
vỡ đập nguy hiểm nhất, dựa trên giả định rằng lỗ vỡ đập nước thay đổi tuyến tính với
thời gian.

Hình 1-10 Q trình vỡ tràn đỉnh

Hình 1-11 Q trình vỡ xói ngầm

Hình 1-12 Hình dạng và cơ chế hình thành vết vỡ
b. Các cơng thức kinh nghiệm xác định các thông số vết vỡ

Các công thức kinh nhiệm xác định vết vỡ được sử dụng trong luận văn:

15