(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu cơ chết hình thành quá trình phát triển lỗ vỡ của đập đá đỗ trên mô hình vật lý

-I-

BẢN CAM KẾT
Tôi học viên Bùi Văn Hữu; Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy xin
cam đoan:
- Luận văn "Nghiên cứu cơ chế hình thành, quá trình phát triển lỗ vỡ của
đập đá đổ trên mơ hình vật lý" là cơng trình nghiên cứu của riêng cá nhân tơi,
được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS-TS Lê Văn Nghị.
- Các số liệu, kết luận được trình bày trong luận văn này là hoàn toàn
trung thực, và chưa từng được cơng bố dưới bất cứ hình thức nào.
Tơi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 12 tháng 05 năm 2015
Học viên

Bùi Văn Hữu


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho phép tác giả gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới PGS-TS Lê
Văn Nghị đã tận tình chỉ dạy, hướng dẫn khoa học học viên trong suốt quá
trình thực hiện luận văn này.
Tác giả gửi lời cảm ơn tới tập thể giáo viên Khoa sau đại học- Trường
Đại học thủy lợi đã dày công truyển đạt kiến thức và kinh nghiệm nghề
nghiệp trong thời gian học viên theo học khóa học tại trường;
Tác giả xin cảm ơn tập thể Trung tâm nghiên cứu Thủy Lực- Phịng Thí
nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển- Nơi học viên đang
công tác đã tận tận giúp đỡ và tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất, trang thiết
bị để học viên có điều kiện nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Xin cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài KC08.22/11-15 " Nghiên cứu đánh giá
rủi ro đối với thượng, hạ du khi xảy ra sự cố các đập trên hệ thống bậc thang

thủy điện Sơng Đà", bạn bè, đồng nghiệp đã đóng góp rất nhiều ý kiến quý
báu trong quá trình học viên làm luận văn và cho phép sử dụng số liệu để thực
hiện luận văn này.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, đã ln là hậu
phương vững chắc để học viên yên tậm nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn./.
Học viên

Bùi Văn Hữu


MỤC LỤC
BẢN CAM KẾT...............................................................................................I
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................II
PHẦN MỞ ĐẦU............................................................................................. 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.............................1
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI...................................................................2
3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU............................................2
3.1. Đối tượng nghiên cứu.........................................................................2
3.2. Phạm vi nghiên cứu............................................................................2
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................2
5. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC......................................................3
6. BỐ CỤC LUẬN VĂN..........................................................................3
Chương 1 TỔNG QUAN VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỠ ĐẬP............................ 4
1.1. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG HỒ CHỨA VÀ NGUY CƠ SẢY RA VỠ
ĐẬP.................................................................................................4
1.1.1 Trên thế giới.....................................................................................4
1.1.2 Tại Việt Nam....................................................................................5
1.2. MỘT SỐ SỰ CỐ VỠ ĐẬP ĐÃ XẢY RA.........................................6
1.2.1 Các sự cố vỡ đập trên thế giới..........................................................6

1.2.1.1 Đập Gleno, Italia.............................................................................8
1.2.1.2 Đập Malpaset, Pháp........................................................................9
1.2.1.3 Đập Bản Kiều, Trung Quốc...........................................................10
1.2.1.4 Đập Möhne và Edersee, Đức.........................................................12
1.2.1.5 Đập Âm Dương Khỏa, Trung Quốc...............................................13
1.2.1.6 Đập Kelly Barnes, Mỹ....................................................................13
1.2.1.7 Đập Lawn, Mỹ............................................................................... 14
1.2.1.8 Đập Delhi, bang Iowa, Mỹ............................................................15

1.2.2 Các sự cố vỡ đập trong nước..........................................................17


1.2.2.1 Hồ Yên Lập – Quảng Ninh............................................................ 17
1.2.2.2 Sự cố đập đất hồ chứa Suối Hành - huyện Cam Ranh..................18
1.2.2.3 Sự cố đập hồ Am Chúa- huyện Diên Khánh, Khánh Hồ.............18
1.2.2.4 Hồ Cửa Đạt- Thanh Hóa...............................................................19
1.2.2.5 Đập thủy điện Ia Krel 2.................................................................20
1.2.2.6 Đập hồ Đồng Đáng và hồ Khe Luồng - Tỉnh Thanh Hóa.............21
1.2.2.7 Đập đầm Hà Động.........................................................................21

1.3. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VỠ ĐẬP.........................24
1.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới...........................................................24
1.3.2 Các nghiên cứu trong nước.............................................................26
1.3.2.1 Các nghiên cứu về vỡ đập trên mơ hình tốn................................27
1.3.2.2 Các nghiên cứu trên mơ hình vật lý về vỡ đập..............................29
1.3.2.3 Hạn chế của các mơ hình vật lý đã thực hiện ở nước ta...............30

1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1................................................................30
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU BÀI TỐN TRÊN MƠ HÌNH
VẬT LÝ...................................................................................... 32

2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN VỠ ĐẬP.......32
2.1.1 Phương pháp phân tích thống kê....................................................32
2.1.2 Phương pháp mơ hình tốn.............................................................32
2.1.3 Phương pháp mơ hình vật lý...........................................................32
2.2. CƠ CHẾ VÀ NGUN NHÂN GÂY VỠ ĐẬP..........................33
2.2.1 Cơ chế chung khi xảy ra vỡ đập.....................................................33
2.2.2 Ngun nhân..................................................................................35
2.3. LÝ LUẬN CHUNG VỀ MƠ HÌNH TƯƠNG TỰ...........................37
2.3.1 Lý thuyết tương tự..........................................................................37
2.3.1.1 Tương tự hình học.....................................................................37
2.3.1.2 Tương tự động học.........................................................................38
2.3.1.3 Tương tự động lực học..............................................................38

2.3.2 Các tiêu chuẩn tương tự..................................................................39


2.4. MƠ HÌNH HĨA VẬT LIỆU...........................................................39
2.4.1 Thiết kế vật liệu mơ hình mềm theo lực di đẩy tới hạn...................40
2.4.2 Thiết kế vật liệu mơ hình theo điều kiện tương tự về lưu tốc khởi
động.........................................................................................41
2.4.3 Thiết kế vật liệu mơ hình theo lý luận lưu tốc tiếp tới hạn..............43
2.4.4 Thiết kế vật liệu mơ hình theo phương pháp tương tự trọng lực.....44
2.5. CÁC THIẾT BỊ ĐO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC.....................46
2.5.1 Các thiết bị đo.............................................................................46
2.5.1.1 Đo kích thước cơng trình, địa hình................................................46
2.5.1.2 Đo đường mặt nước.......................................................................46
2.5.1.3 Đo lưu tốc, mạch động lưu tốc dòng chảy.....................................47
2.5.1.4 Đo lưu lượng.............................................................................48

2.5.2 Phương pháp và thiết bị đo quá trình phát triển lỗ vỡ.....................48

2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2................................................................50
Chương 3 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LỖ VỠ52
3.1. MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU..............................................................52
3.1.1 Cấu tạo của vật liệu đắp đập Hịa Bình...........................................52
3.1.2 Tỉ lệ mơ hình..................................................................................56
3.1.3 Mơ hình hóa vật liệu...................................................................56
3.1.3.1 Tính tốn, lựa chọn vật liệu các lớp đắp.......................................56
3.1.3.2 Kết quả lựa chọn vật liệu các lớp đắp...........................................58

3.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM.............................................................60
3.2.1 Khả năng thoát lũ qua qua lỗ vỡ theo từng thời đoạn.....................60
3.2.2 Cơ chế hình thành và phát triển lỡ vỡ.............................................61
3.2.3 Quá trình phát triển lỗ vỡ theo thời gian.........................................62
3.2.4 Chế độ thủy lực trong quá trình phát triển lỗ vỡ.............................65
3.2.5 Các đặc trung thủy động lực học khi xảy ra sự cố..........................66
3.2.5.1 Mực nước khi xảy ra sự cố........................................................66
3.2.5.2 Lưu tốc trung bình trong quá trình vỡ đập....................................66


3.2.6 Sóng ở hạ lưu khi xảy ra vỡ đập.....................................................69
3.3. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM..........................................69
3.3.1 Tính tốn theo lý thuyết..................................................................69
3.3.2 Đánh giá kết quả.............................................................................70
3.4. CÁC BIỆN PHÁP ỨNG CỨU.....................................................70
3.4.2 Nhóm các giải pháp lâu dài............................................................71
3.4.2.1 Cơng tác kiểm sốt trước khi có lũ và Bảo đảm an tồn đập.......71
3.4.2.2 Công tác dự báo thủy văn, cảnh báo lũ sớm và cảnh báo sự cố...73
3.4.2.3 Kiểm sốt quy trình vận hành thủy điện Hịa Bình.......................73
3.4.2.4 Bảo vệ vùng ngập lũ - Quản lý cư trú........................................... 74
3.4.2.5 Nâng cấp, gia cố hệ thống đê điều................................................74

3.4.2.6 Công tác bảo vệ rừng và trồng rừng.............................................75

3.4.3 Nhóm các giải pháp tạm thời..........................................................75
3.4.3.1 Chuẩn bị ứng phó với lũ................................................................76
3.4.3.2 Ứng cứu kịp thời............................................................................77
3.4.3.3 Đánh giá thiệt hại sự cố và khôi phụ sản xuất suất......................79

3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3................................................................80
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................82
1. KẾT LUẬN, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỚI ĐẠT ĐƯỢC CỦA
LUẬN VĂN..................................................................................82
2. CÁC TỒN TẠI................................................................................84
3. KIẾN NGHỊ. NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU . 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................86
PHỤ LỤC BẢNG THỐNG KÊ VỠ ĐẬP TRÊN THÊ GIỚI............................ 88


-V-

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Biểu đồ tỷ lệ vỡ đập của các châu lục trên thế giới...............................7
Hình 2.1 Các giai đoạn xói mịn khi nước tràn qua đỉnh đập.............................34
Hình 2.2 Biểu đồ tỷ lệ nguyên nhân gây vỡ đập................................................36
Hình 3.1 Đường cong cấp phối hạt các lớp đắp đập...........................................54
Hình 3.2 Thành phần cỡ hạt cát sỏi vùng lõi đập đắp xuống nước dưới +18,0m54
Hình 3.3 Thành phần cỡ hạt vật liệu thân đập +18,0 - +50,0m..........................55
Hình 3.4 Thành phần cỡ hạt vật liệu thân đập từ +50,0m trở.............................55
Hình 3.5 Cắt ngang đập Hịa Bình.....................................................................56
Hình 3.6 Quan hệ cao trình đỉnh lỗ vỡ tại từng thời điểm (Zđ~t).......................63

Hình 3.7 Sơ đồ mô tả một số biện pháp giảm thiểu thiện hại.............................71


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Tình hình sự cố hư hỏng đập trên thế giới............................................6
Bảng 2.1 Bảng tổng hợp nguyên nhân gây vỡ....................................................36
Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật của lớp sét cốt đắp lõi đập.......................................52
Bảng 3.2 Bảng chi tiêu các lớp đắp đập.............................................................53
Bảng 3.3 Khả năng thoát lũ của lỗ vỡ................................................................61
Bảng 3.4 Cao trình đỉnh lỗ vỡ tại từng thời điểm trong các lần thí nghiệm........62
Bảng 3.5 Lưu tốc dịng chảy tại thời điểm ban đầu............................................67
Bảng 3.6 Phạm vi giá trị các thông số khi vỡ đập.............................................69
Bảng 3.7 Các thông số vỡ đập của đập Hịa Bình..............................................70


-VII-

DANH MỤC ẢNH
Ảnh 1.1 Đập Gleno cịn sót lại đến ngày nay.......................................................8
Ảnh 1.2 Đập vòm Malpasset..............................................................................10
Ảnh 1.3 Đập Bản Kiều ngày nay và tràn xả lũ đã được khôi phục lại................11
Ảnh 1.4 Đập Mohne bị vỡ sau khi bị ném bom.................................................12
Ảnh 1.5 Khu vực thung lũng đập Kelly Barnes sau sự cố..................................14
Ảnh 1.6 Hồ Lawn sau 23 năm xảy ra sự cố.......................................................15
Ảnh 1.7 Đập Delhi khi xảy ra sự cố...................................................................16
Ảnh 1.8 Sư cơ đâp Am Chua – Khánh Hịa.......................................................19
Ảnh 1.9 Sự cố vỡ đập chính xây dở 10/ 2007....................................................19
Ảnh 1.10 Đoạn đập bị vỡ Đập thủy điện Ia Krel 2.............................................20
Ảnh 1.11 Sự cố vỡ đập hồ làm ngập quốc lộ 1A................................................21
Ảnh 1.12 Đập chính Đầm Hà sau khi xảy ra sự cố.............................................22

Ảnh 1.13 Một số hình ảnh tại hiện trường sau sự số hồ Đầm Hà.......................24
Ảnh 2.1 Thiết bị đo đường mực nước................................................................47
Ảnh 2.2 Thiết bị đo lưu tốc và mạch động lưu tốc.............................................48
Ảnh 2.3 Phương pháp dùng lưới xác định kích thước vết vỡ - Viện khoa học
thủy lợi Nam Kinh..........................................................................49
Ảnh 2.4 Dùng phương pháp kẻ lưới xác định kích thước vết vỡ đập Hịa Bình
trên mơ hình 2D..............................................................................50
Ảnh 3.1 Dùng sàng để xác định các cấp phối hạt...............................................59
Ảnh 3.2 Các lớp cấp đường kính vật liệu sau khi sàng......................................60
Ảnh 3.3 Cân dùng để xác định trọng lượng các hạt vật liệu...............................60
Ảnh 3.4 Quá trình phát triển lỗ vỡ tại từng thời điểm trên mơ hình 2D.............65


Ảnh 3.5 Lúa thu hoạch và chuẩn bị vật liệu cần thiết trước khi có lũ- sự cố.....76
Ảnh 3.6 Lực lượng ứng cứu khi có sự cố- Hình mang tính chất minh họa.........77
Ảnh 3.7 Cư dân địa phương ở lại trường khi có sự cố........................................78
Ảnh 3.8 Hậu quả sau lũ lụt sự cố.......................................................................79
Ảnh 3.9 Hoạt động phục hồi sau sự cố- lũ lụt....................................................80


-1-

PHẦN MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Xây dựng hồ chứa/ đập có lịch sử rất lâu đời, ở Ai Cập, Trung Quốc và
một số nước khác đã xây dựng đập đất từ 2500-4700 năm trước công nguyên.
Ví dụ đập đất đá hỗn hợp Sadd-el-Kafara được xây dựng ở Ai Cập vào
khoảng 2778- 2563 năm trước công nguyên có chiều dài 108m, cao 12m;
Trung Quốc có đập dài 300m, cao 30m xây dựng năm 240 trước công

nguyên; đập Anderson Ranch - Mỹ cao 139m xây dựng năm 1950...Ở Việt
Nam, đập vật liệu địa phương được ứng dụng muộn hơn nhưng đến nay đã có
những phát triển vượt bậc nhờ ưu điểm của nó điển hình như: Đập Hịa Bình
cao 128m, dài 640m; Đập Cửa Đạt cao 138m, dài hơn 1km......
Theo số liệu báo cáo tại hội thảo an toàn đập được tổ chức tại Hà Nội
tháng 4/2014 thì tính đến năm 2000 trên thế giới có khoảng 204 đập bị vỡ làm
chết hàng trăm nghìn người và gây ra những tổn hại to lớn về kinh tế. Sự cố
xảy ra đối với tất cả các loại đập từ đập vật liệu địa phương đến đập bê tông
hiện đại.
Vỡ đập là một hiện tượng rủi ro ngoài ý muốn của con người. Khi xảy ra
sự cố thì thiệt hại do vỡ đập gây ra là rất lớn bao gồm thiệt hại về con người,
tài sản và kinh tế, chính trị ....Hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam để đánh
giá rủi ro do vỡ đập các nhà khoa học thường dùng cơng cụ là mơ hình tốn
học để tính tốn, thiết lập bản đồ ngập lụt để giúp các cơ quan liên quan đề ra
các biện pháp nhằm giảm thiểu tối đa các thiệt hại do sự cố vỡ đập gây ra.
Tuy nhiên trong q trình tính tốn thiết lập bản đồ ngập lụt thì việc xác định
biên lỗ vỡ, các thơng số lỗ vỡ là khó khăn nhất... Biên lỗ vỡ trong các tính
tốn này thường được lấy theo kinh nghiệm chủ quan của người tính tốn...
Vì vậy mức độ tin cậy của số liệu cịn ở một giới hạn nào đó.


Luật phòng, chống thiên tai số 33/2013/QH13 được Quốc hội khóa 13
thơng qua ngày 19/06/2013 và Nghị định số 72/2007/NĐ-CP ngày
07/05/2007 về quản lý an tồn đập. Theo đó u cầu các chủ hồ/chủ sở hữu
phải tuân thủ nghiêm ngặt cơng tác bảo đảm an tồn đập và hạ du; tính tốn
,báo cáo định kỳ mức độ an tồn và nguy cơ rủi ro do đập gây ra với các cơ
quan quản lý có thẩm quyền. Ưu tiên cho cơng tác bảo vệ đập, nếu khi sự cố
xảy ra phải áp dụng các biện pháp ứng cứng khẩn cấp ở mức cao nhất để đảm
bảo tính mạng và tài sản của người dân vùng ảnh hưởng.
Do đó việc nghiên cứu về vỡ đập xác định các thông số của vết vỡ là cần

thiết.
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Thơng qua nghiên cứu trên mơ hình vật lý với ngun hình là đập chính
thủy điện Hịa Bình nhằm:
Xác định ngun nhân và cơ chế gây vỡ đập;
Xác định sự hình thành và phát triển lỗ vỡ;
Xác định các thông số thủy động lực học khi xảy ra sự cố.
3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là Đập đá đổ nhiều khối.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Trong khuôn khổ luận văn này, chỉ đi sâu nghiên cứu cơ chế hình thành,
quá trình phát triển lỗ vỡ của đập đá đổ nhiều khối với nguyên hình là đập
thủy điện Hịa Bình trên mơ hình mặt cắt (2D theo chiều đứng) cho trường
hợp lũ tràn đỉnh.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU


Trong khuôn khổ luận văn này phương pháp nghiên cứu để tiếp cận và
xác định bài toán là kết hợp giữa lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm trên
mơ hình vật lý;
Ngoài ra tác giả sẽ kết hợp một số biện pháp nghiên cứu khác như: (1)
Phương pháp kế thừa: Kế thừa, kết quả nghiên cứu đã có trước đây về vấn đề
vỡ đập; Phương pháp chuyên gia: Là phương pháp tham vấn ý kiến của các
chuyên gia có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực thí nghiệm mơ hình đặc biệt
các chuyên gia đã từng nghiên cứu về vỡ đập trên mơ hình vật lý.
5. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

- Đưa ra được tổng quan về các sự cố và hiện tượng vỡ đập trên thế giới
và ở Việt Nam; từ đó rút ra các nguyên nhân gây ra các sự cố
- Đưa ra được lý thuyết tương tự về mơ hình vật lý và lý thuyết về mơ
hình hóa vật liệu tự vỡ;
- Lựa chọn được vật liệu phù hợp với vật liệu đắp đập Hịa Bình phục vụ
thí nghiệm phát triển lỗ vỡ;
- Xác định được cơ chế hình thành và quá trình phát triển lỗ vỡ;
- Khái quát quá trình phát triển lỗ vỡ theo thời gian;
6. BỐ CỤC LUẬN VĂN

Luận văn có bố cục như sau:
Phần mở đầu
Chương 1. Tổng quan và các nghiên cứu vỡ đập
Chương 2. Cơ sở lý thuyết nghiên cứu bài tốn trên mơ hình vật
lý Chương 3. Cơ chế hình thành và quá trình phát triển lỗ vỡ
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục


Chương 1 TỔNG QUAN VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỠ ĐẬP
1.1. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG HỒ CHỨA VÀ NGUY CƠ SẢY RA VỠ ĐẬP

1.1.1 Trên thế giới
Xây dựng và sử dụng hồ chứa nước trên thế giới đã trải qua lịch sử phát
triển lâu đời. Cách đây hơn 6000 năm người Trung Quốc và Ai Cập đã biết sử
dụng vật liệu tại chỗ để đắp đập ngăn sông suối tạo thành hồ chứa. Thời kỳ cổ
đại, hồ Vicinity tại Menphis thuộc thung lũng sơng Nile (Ai Cập) có xây đập
đá đổ cao 15m, dài 45m. Trong khoảng 4000 năm trước công nguyên, cùng
với sự phát triển rực rỡ của các nền văn minh cổ đại Ai Cập, Trung Quốc, Hi

Lạp, La Mã, Ấn Độkỹ thuật xây dựng hồ đập trên thế giới cũng không
ngừng phát triển. Người Nam Tư xây dựng đập Mardook ở thung lũng sông
Tigris. Người Saba xây dựng đập đá đổ Marib cao 32,5m dài 3.200m. Đến
nay, thực tế phát triển xây dựng các hồ chứa nước lớn trên thế giới đã được
khẳng định mục đích và yêu cầu sử dụng của mỗi hồ trong từng khu vực đối
với từng quốc gia là khác nhau.
Hồ chứa trên thế giới được xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong
phú về kết cấu, vật liệu xây dựng, loại đập ngăn sông Đến nay trên thế giới
đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích hơn 100 triệu m 3 với tổng dung tích
các hồ là 4.200 tỷ m3.
Theo tiêu chí phân loại của Ủy ban quốc tế về đập lớn, hồ có dung tích
từ một triệu mét khối nước trở lên hoặc có chiều cao trên 15 mét, thuộc loại
hồ đập lớn. Hiện thế giới có hơn 45.000 hồ. Trong đó châu Á có 31.340 hồ
(chiếm 70%), Bắc và Trung Mỹ có 8.010 hồ, Tây Âu có 4.227 hồ, Đơng Âu
có 1203 hồ, châu Phi 1.260 hồ, châu Đại Dương 577 hồ. Đứng đầu danh sách
các nước có nhiều hồ là Trung Quốc (22.000 hồ), Mỹ (6.575 hồ), Ấn Độ


(4.291 hồ), Nhật Bản (2.675 hồ), Tây Ban Nha (1.196 hồ), Liên Bang Nga có
hơn 150 hồ với tổng dung tích trên 200 tỷ m3.
Các hồ lớn nhất thế giới là hồ Boulder trên sơng Colorado (Mỹ) dung
tích 38 tỷ m3, hồ Grand Coulle trên sơng Columbia (Mỹ) dung tích 24 tỷ m3,
hồ Bownrrat trên sơng Angera (Nga) dung tích gần 20 tỷ m3.
Trong thế kỷ XX, xây dựng đập tạo hồ chứa phát triển mạnh cả về số
lượng và quy mơ, hình thức. Cứ 10 năm sau, số lượng đập hồ được xây dựng
nhiều hơn tổng số các đập hồ của các năm trước đó. Chiều cao đập từ chỗ vài
mét buổi ban đầu, đến chiều cao đập lên tới 10÷15 m (ở thế kỷ XV), đến
200m (ở thế kỷ XX), rồi đến trên 300m như hiện nay.
1.1.2 Tại Việt Nam
Hồ chứa ở Việt Nam là biện pháp công trình chủ yếu để chống lũ cho

các vùng hạ du; cấp nước tưới ruộng, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phát
triển du lịch, cải tạo môi trường nuôi trồng thủy sản, phát triển giao thông....
Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có
ít hồ chứa được xây dựng trong giai đoạn này.Sau năm 1964, đặc biệt từ khi
đất nước thống nhất thì việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh.Từ năm 1976
đến nay số hồ chứa xây dựng mới chiếm 67%. Không những tốc độ phát triển
nhanh, mà cả về quy mơ cơng trình cũng tăng lên khơng ngừng. Hiện nay, đã
có nhiều hồ lớn, đập cao ở những nơi có điều kiện tự nhiên phức tạp.
Tính đến nay, ở nước ta có 6648 hồ chứa thuộc địa bàn của 45/63 tỉnh
thành, trong đó, có gần 100 hồ chứa nước có dung tích trên 10 triệu m 3, hơn
567 hồ có dung tích từ 1÷10 triệu m3, cịn lại là các hồ nhỏ. Tổng dung tích
trữ nước của các hồ là 35,8 tỷ m3, trong đó có 26 hồ chứa thủy điện lớn có
dung tích 27 tỷ m3 cịn lại là các hồ có nhiệm vụ tưới là chính với tổng dung
tích 8,8 tỷ m3 đảm bảo tưới cho 800 000hecta.


Trong ba thập kỷ qua, sau khi phát triển kinh tế nói chung và xây dựng
đập cao nói riêng người ta dần dần càng thấy nổi lên những tác hại về mặt
môi trường khiến người ta đã so sánh thận trọng hơn, mặt khác cũng có thể
những cơng trình dễ làm có hiệu ích cao hơn đều đã được làm, những cơng
trình cịn lại suất đầu tư thường cao và nhiều bất lợi về mặt mơi trường nên
người ta ít làm. Do vậy việc xây dựng đập cao đã giảm hẳn.
1.2. MỘT SỐ SỰ CỐ VỠ ĐẬP ĐÃ XẢY RA

1.2.1 Các sự cố vỡ đập trên thế giới
Theo thống kê đánh giá của Ủy ban quốc tế về đập lớn ICOLD thì tỷ lệ
vỡ đập qua các thời kỳ theo số lượng đập được xây dựng được thể hiện như
Bảng 1.1
Bảng 1.1 Tình hình sự cố hư hỏng đập trên thế giới
STT

Thời gian

Tỷ lệ vỡ
(%)
4

1

Trước năm 1920

2

Năm 1930

3

3

Năm1950

2,2

4

Năm 1970

1,0

5

Năm 1980

0,85

Ghi chú

Ghi chú: Tỉ lệ vỡ đập là tỉ số giữa số lượng đập gặp sự cố với tổng số
lượng đập được xây dựng tính tại thời điểm đó.
Châu Á, Châu Mỹ, Châu Âu là những Châu lục xây dựng được nhiều
đập nên tỷ lệ vỡ cũng nhiều. Theo số liệu của ICOLD 1998 thì tỷ lệ vỡ đập
theo biểu đồ Hình 1.1


Hình 1.1 Biểu đồ tỷ lệ vỡ đập của các châu lục trên thế giới
Trung Quốc và Mỹ là hai nước xây dựng được nhiều đập nhất nhì thế
giới. Tính đến năm 2.000, Trung Quốc có 22.000 đập lớn cịn Mỹ có 6.575
đập.
Nhận định về tình trạng các đập hiện có ở Trung Quốc, nhật báo Trung
Quốc ngày 22/3/1999 đã nêu lên thực trạng là có trên 1/3 số đập của Trung
Quốc đã xây dựng từ lâu hoặc chất lượng không tốt, các đập này giống như
những "time bombs" (những quả bom nổ chậm). Bài báo cũng cho biết từ
năm 1949 đến 1999 đã có 3.200 đập bị đổ vỡ. Sự cố gây chết người nhiều
nhất ở Trung Quốc được nhiều người biết đến nhất là vụ vỡ đập Bản Kiều đã
làm 85.000 người bị thiệt mạng.
Theo cơ quan quản lý các trường hợp khẩn cấp của Mỹ (United States
Fereral Emergency Management Agency) cho biết: Trong số khoảng 80.000
đập lớn nhỏ của Mỹ thì có 9.326 đập đang ở mức "nguy hiểm cao" có nghĩa là
khi chúng bị vỡ sẽ gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Có khoảng 1.600 đập
ở mức nguy hiểm nêu trên chỉ nằm cách khu dân cư một khoảng cách nhỏ hơn

một dặm. Hiện nay chỉ có gần 40% số đập ở mức nguy hiểm cao có kế hoạch
hành động khẩn cấp để giúp đỡ cho người dân trong vùng bị ảnh hưởng. Tuy
nhiên trong những năm gần đây do được tăng cường quản lý nên vỡ đập ít xảy
ra hơn và ít gây tổn thất về sinh mạng con người. Thống kê tổng hợp trong


150 năm qua cho thấy có tất cả 1.449 vụ vỡ đập (trung bình 97 vụ vỡ đập
trong 1 năm) nhưng trong các năm 1996, 1997 mỗi năm chỉ có 29 vụ vỡ đập.
Dưới đây là một số sự cố vỡ đập trên thế giới:
1.2.1.1 Đập Gleno, Italia
Gleno được xây dựng từ năm 1916-1923 trên sông Gleno ở Valle di
Scalve, Italia. Đập được xây dựng với mục tiêu chủ yếu là phát điện. Tuy
nhiên, chỉ sau 40 ngày vận hành, một phần lớn của đập bị vỡ vào ngày
1/12/1923 làm 356 người thiệt mạng.
Đập Gleno chính thức được khởi cơng năm 1916, đến 1920 đập chính
bắt đầu được xây dựng. Tháng 9/1920 các quan chức địa phương đã đưa ra
những cảnh báo về việc đơn vị thi công đã sử dụng loại vữa xi măng khơng
thích hợp. Năm 1921 do thiếu kinh phí xây dựng, bản thiết kế đập Gleno đã
thay đổi từ đập bê tông trọng lực chuyển sang đập nhiều tầng. Đến ngày
22/10/1923, con đập đã hoàn thành và bắt đầu tích nước.

Ảnh 1.1 Đập Gleno cịn sót lại đến ngày nay


Ngày 1/12/1923, khi sự cố vỡ đập xảy ra, những nỗ lực khắc phục đã
hoàn toàn thất bại. Sự cố đã làm ít nhất 356 người thiệt mạng.
Theo những điều tra sau đó, nguyên nhân dẫn đến sự cố của đập Gleno
phần nhiều là do chủ quan. Việc thiếu kinh phí đã làm các nhà thầu thay đổi
thiết kế và thiết kế mới đã 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 ,bê tông kém chất lượng cũng là những nguyên nhân được kể đến.
1.2.1.2 Đập Malpaset, Pháp
Đập Malpasset nằm phía Đơng Nam nước Pháp trên sông Reyran cách
thị trấn Frejus 7km về phía Đơng Nam. Đập có nhiệm vụ cung cấp nước tưới,
sinh hoạt và du lịch.
Đập Malpasset là đập vòm mỏng cong hai chiều. Đập được xây dựng từ
1951- 1959. Đập có chiều cao 60m,bề rộng đáy đập 6,78m, bề rộng đỉnh đập
1,5m, chiều dài đỉnh đập 223m, bề rộng tràn xả lũ 30m. Khối lượng bê tông
xây đập là 47857m3. Giá thành tính vào thời điểm năm 1955 là 580 triệu
Frăng.
Mùa thu năm 1959 do mưa với cường độ đặc biệt lớn, vào lúc 21:13
ngày 29/11/1959 (có tài liệu ghi là ngày 2/12/1959) đập bị phá hủy hoàn toàn,
50 triệu m3 nước đổ xuống hạ lưu, sự cố làm 423 người chết tại chỗ sau đó
tăng lên xấp xỉ 700 người.
Nguyên nhân gây vỡ đập là do mưa lớn, hồ được tích đầy nước. Về kết
cấu của cơng trình, các phân tích ngồi hiện trường và trong phịng thí nghiệm
chỉ rõ mức độ liên kết kém giữa thân đập và các núi đá dẫn đến sự nứt tách,
vặn thân đập và gây nên sự cố.


-10-

a. Đập sau khi hồn thành

a. Thân đập cịn sót lại
Ảnh 1.2 Đập vòm Malpasset
1.2.1.3 Đập Bản Kiều, Trung Quốc
Tháng 8 năm 1975, mưa đặc biệt lớn ở thượng nguồn sơng Hồi dẫn đến
trận Đại hồng thủy, 2 trong tổng số 10 hồ nước lớn (hồ nước Bản Kiều và hồ

nước Thạch Mạn Than) cùng với 58 hồ nước vừa và nhỏ khác vùng
Zhumadian (Trú Mã Điếm) tỉnh Henan (Hà Nam) Trung Quốc bị vỡ do nước
tràn đỉnh, 11 triệu mẫu đất nông nghiệp bị phá hoại, 11 triệu người bị ảnh
hưởng, hơn 26 nghìn người chết, 5,96 triệu ngơi nhà bị phá hủy, cuốn trôi
3,743 triệu con gia súc gia cầm, 102 km tuyến đường Bắc Kinh – Quảng
Châu, thiệt hại kinh tế gần 10 tỉ NDT, trở thành một trong những thảm họa vỡ
đập lớn nhất trên thế giới. Sự kiện này được thế giới gọi chung là “Sự kiện vỡ
đập hồ nước Bản Kiều”.
Sự cố này cũng đã phá hủy 1 nguồn năng lượng khổng lồ đang cung cấp
cho Trung Quốc có cơng suất lên đến 18 GW, tương đương 9 nhà máy nhiệt
điện hay 20 lò phản ứng hạt nhân, có khả năng đáp ứng 1/3 nhu cầu sử dụng
vào lúc cao điểm của cả Vương quốc Anh
Đập Bản Kiều là loại đập đất, có chiều cao 25m, dung tích thiết kế của
hồ chứa là 492 triệu m3, đập tràn có khả năng tháo lớn nhất với lưu lượng
1720 m3/s.

Ảnh 1.3 Đập Bản Kiều ngày nay và tràn xả lũ đã được khôi phục lại
- Nguyên nhân vỡ đập Bản Kiều được liệt kê ra nhiểu như: điều kiện
mơi trường khí hậu, điều kiện địa hình vùng hồ, sai sót trong trong thiết kế…


nhưng nguyên nhân trực tiếp nhất là mưa lớn kết hợp + cửa van đường tràn xả
lũ bị gỉ, không có khả năng mở khẩn cấp nên gây ra sự cố, là một tai nạn do
lỗi con người tạo ra.
1.2.1.4 Đập Möhne và Edersee, Đức
Trong các sự cố vỡ đập, đây là sự cố đặc biệt nhất bởi sự cố này gây ra
bởi chính con người phá hoại. Đó là sự phá hoại bằng bom do không quân
Anh thực hiện nhằm “trả đũa” quân sự nhằm vào Đức Quốc xã.
“Hành động trừng phạt” là tên kế hoạch ném bom 3 con đập của Đức

Quốc Xã được thực hiện bởi phi đội 617 của Khơng qn Hồng gia Anh vào
2 ngày 16-17/5/1943. Chiến dịch này đã sử dụng những quả bom đặc biệt để
có thể tiếp cận với chân đập đem lại sức phá hủy hiệu quả nhất được thiết kế
bởi Barnes Wallis.
Trong cuộc tấn cơng này, 2 con đập Mưhne và Edersee đã bị vỡ gây ra lũ
lụt tàn phá thung lũng bên dưới trong khi đập Sorpe chỉ bị hư hại nhẹ.

Ảnh 1.4 Đập Mohne bị vỡ sau khi bị ném bom


Ngoài việc sản xuất điện năng và nước sạch phục vụ luyện thép, những
con đập này còn đảm nhận nhiệm vụ cung cấp nước uống và nước cho hệ
thống kênh trong các thung lũng bên dưới.
1.2.1.5 Đập Âm Dương Khỏa, Trung Quốc
Đập Âm Dương Khỏa - hồ chứa Đại Dương Hà tỉnh Quảng Tây - Trung
Quốc được xây dựng từ 1966 - 1974. Hồ có 3 đập chính và nhiều đập phụ với
tổng chiều dài gần 4km, đập cao 22m. Ngày 13/2/1983 đã bị vỡ gây nên
những hậu quả nghiêm trọng.
Ngày 11/ 2 /1983 tổ kiểm tra chưa phát hiện vấn đề gì, đến 11 giờ trưa
ngày 12 /2 tổ kiểm tra tiến làn kiểm tra chân đập phát hiện chân đập có hiện
tượng thẩm lậu nước trong, lưu lượng thấm là 10~15l/sec, đến 2 giờ chiều
cùng ngày chưa thấy hiện tượng gì khác thường, đến 11 giờ ngày 13/2 một
người dân chăn bò báo hồ chứa thẩm lậu lớn, cán bộ trực ban cơng trình lập
tức đi kiểm tra ra hiện trường thấy nước đùn lớn, lưu lượng khoảng
0,1~0,15m³/s, lập tức cán bộ trực ban báo cáo nguy cấp đến cấp trên. Đến 12
giờ trưa cán bộ quản lý cơng trình gồm 12 người đã kịp đến nơi, lượng nước
thoát nước ra là chỗ tầng lọc ngược vào thân cống ngầm tạo ra cột nước phun
lên cao 0,30~0,50m, hiện tượng này duy trì khoảng 2 giờ liền tuy đã cố gắng
cứu nguy nhưng không ngăn lại được.Đến khoảng 2 giờ 30 phút thì tại chỗ
thân cống cách mái độ 5m xuất hiện các xốy cuộn có đường kính đến 20cm,

lượng nước thấm tăng mạnh, đến 2 giờ 40 phút thì đỉnh đập xuất hiện vết nứt
và sau đó q trình vỡ đập hình thành.
1.2.1.6 Đập Kelly Barnes, Mỹ
Kelly Barnes là đập đất ở bang Georgia, Mỹ. Ngày 6/11/1977 nó đã bị
vỡ sau 1 trận mưa lớn làm 39 người thiệt mạng và thiệt hại về tài sản lên đến


3,8 triệu USD. Con đập đã không bao giờ được xây dựng lại và tại nơi xảy ra
sự cố người ta đã xây dựng 1 đài tưởng niệm để thu hút khách du lịch.
Sau 1 trận mưa rất lớn kéo dài trong từ trưa ngày 5/11. Đến 1h30 ngày
6/11/1977 đập hết khả năng chịu đựng và sự cố vỡ đập xảy ra. Sự cố làm ít
nhất 39 người thiệt mạng, 18 ngôi nhà, cùng với nhiều cây cầu ở vùng hạ lưu
bị cuốn trôi.

Ảnh 1.5 Khu vực thung lũng đập Kelly Barnes sau sự cố
Theo điều tra sau đó, nguyên nhân dẫn đến sự cố là khi xây dựng các kĩ
sư đã tính tốn sai về độ dốc mái đập. Điều này đã làm thay đổi trọng tâm và
khả năng chịu lực của con đập trong điều kiện trời mưa lớn.
Như vậy, dù chỉ là một sự cố nhỏ cũng có thể làm cả con đập bị nước
cuốn trơi. Theo những bức ảnh được chụp sau đó, khối đất có kích thước
3.7×9.1m bị cuốn trơi lúc ban đầu chính là nguyên nhân dẫn đến sự cố này.
1.2.1.7 Đập Lawn, Mỹ
Đây là đập đất được xây dựng trong công viên quốc gia Rocky
Mountain, Mỹ. Sự cố xẩy ra ngày 15/7/1982 với lượng nước tràn 830.000 m3


làm 3 người cắm trại trong khu vực thiệt mạng và thiệt hại kinh tế lên đến 31
triệu USD.

Ảnh 1.6 Hồ Lawn sau 23 năm xảy ra sự cố

Khi sự cố xảy ra, dịng chảy có lưu lượng khoảng 510 m 3/s chảy xuống
thung lũng tạo nên rãnh lớn làm 3 người đang cắm trại ở đó thiệt mạng. Với
tốc độ khủng khiếp này, cả hồ nước đã cạn chỉ trong vòng vài chục phút.
1.2.1.8 Đập Delhi, bang Iowa, Mỹ
Delhi là đập đất nhỏ trên sông Maquoketa, một phụ lưu của sông
Missisipi, tại đông bắc bang Iowa, Hoa Kỳ. Đập cao 12m, dài 34m, được xây
dựng từ năm 1922 đến năm 1929, hồ chứa có diện tích 218ha. Trạm thủy
điện có cơng suất 1.5MW vận hành trong những năm 1929 ~ 1973. Hồ chủ
yếu có nhiệm vụ cấp nước và nghỉ dưỡng. Ngày 24/7/2010, sau trận mưa lớn
250mm trong 12 giờ liền, nước sông dâng cao trên thượng lưu đập tới 3m cao
hơn mức lũ thiết kế tràn qua đường giao thông tại đỉnh đập.