Ảnh hưởng của vỡ đập đến vùng hạ du hồ chứa và đề xuất giải pháp giảm thiểu kịch bản cho hồ Vực Mấu, tỉnh Nghệ An

LỜI CAM KẾT Tôi xin cam kết: Luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân, và được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS. Nguyễn Cao Đơn và TS. Nguyễn Văn Tuấn Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng được công bố dưới bất kỳ hình thức nào. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Học viên Nguyễn Văn Hiến LỜI CẢM ƠN Đề tài “Ảnh hưởng của vỡ đập đến vùng hạ du hồ chứa và đề xuất giải pháp giảm thiểu: kịch bản cho hồ Vực Mấu, tỉnh Nghệ An ”được hoàn thành tại Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, trường Đại học Thủy lợi Hà Nội. Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới PGS. TS. Nguyễn Cao Đơn và TS. Nguyễn Văn Tuấn người thầy đã luôn cổ vũ, động viên, tận tình hướng dẫn và góp ý chỉ bảo trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Học viên xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, thầy cô giáo Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học, thầy cô giáo các bộ môn trong Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, những người đã tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức chuyên môn và kỹ thuật trong suốt quá trình học tập. Cảm ơn gia đình, cơ quan, bạn bè và đồng nghiệp đã cổ vũ, khích lệ và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này Vì vậy rất mong nhận được sự góp ý quý báu của các Thầy, Cô và các bạn Hà Nội, ngày / /2014 Học viên Nguyễn Văn Hiến MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1.Tính cấp thiết của Đề tài 1 2. Mục tiêu của đề tài 3 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3 3.1 Cách tiếp cận 3 3.1.1 Tiếp cận tổng hợp 3 3.1.2 Tiếp cận hệ kinh tế – sinh thái – môi trường 3 3.1.3 Tiếp cận tích hợp thông tin (ảnh viễn thám, bản đồ và hệ thống GIS) 3 3.1.4 Tiếp cận kế thừa, phát triển các kết quả nghiên cứu và tiếp thu công nghệ 4 3.2 Phương pháp nghiên cứu. 4 4. Các kết quả đạt được 4 5. Bố cục của luận văn 5 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 6 1.1 Tổng quan về sự cố đập trên thế giới 6 1.1.1 Sự cố vỡ đập trên thế giới 6 1.1.2 Tính toán vỡ đập trên thế giới 8 1.2 Tổng quan về sự cố đập ở Việt Nam 13 1.3 Giới thiệu về vùng nghiên cứu 15 1.3.1 Vị trí địa lý 15 1.3.2. Điều kiện dân sinh kinh tế, địa hình, địa chất, thủy văn 16 1.3.3 Các chỉ tiêu chính của công trình 23 CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 28 2.1 Cơ sở lý thuyết 28 2.1.1 Các mô hình toán thủy lực 28 2.1.1.1 Một số mô hình có khả năng áp dụng 28 2.1.1.2 Lựa chọn mô hình 33 2.1.2 Cơ cở lý thuyết mô hình toán HEC-RAS 34 2.1.2.1 Phương trình liên tục 34 2.1.2.2 Phương trình động lượng 36 2.1.2.3 Phương hướng giải hệ phương trình cơ bản 38 2.1.2.4 Hệ số phân bố dòng chảy 39 2.1.2.5 Chiều dài dòng chảy tương đương 39 2.2 Cơ sở dữ liệu 40 2.2.1 Tài liệu địa hình của khu vực nghiên cứu 40 2.2.2 Tài liệu thủy văn 40 2.2.2.1 Mạng lưới quan trác khí tượng thủy văn khu vực dự án 40 2.2.2.2 Các đặc trưng thủy văn công trình 42 2.2.3 Tài liệu hải văn, mực nước triều tại vùng nghiên cứu 47 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG VÙNG NGẬP LỤT HẠ DU 48 3.1 Thiết lập mô hình thủy lực cho hệ thống 48 3.1.1 Mô tả thủy lực hệ thống 48 3.1.2 Tài liệu địa hình 49 3.1.3 Các thông số vỡ đập và quá trình vỡ 49 3.1.4 Biên trên lưu lượng 52 3.1.5 Biên dưới mực nước Biển 52 3.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 52 3.3 Kịch bản mô phỏng 54 3.4 Đánh giá của vùng ngập lụt 64 3.5 Đề xuất giải pháp giảm thiểu thiết hại do lũ lụt 68 3.5.1 Giải pháp công trình 68 3.5.2 Giải pháp phi công trình 72 3.5.2.1 Xây dựng phương án chuẩn bị sẵn sàng 72 3.5.2.2 Xây dựng phương án ứng phó khi xảy ra sự cố 82 3.5.2.3 Kế hoạch hoạt động sau sự cố 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 1.Kết luận 87 2. Kiến nghị 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 DANH MỤC CÁC BẢN VẼ Hình 1.1: Vị trí công trình 15 Hình 2.1: Mặt cắt dọc, cắt ngang sông Hoàng Mai 40 Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống 49 Hình 3.1a: Lỗ vỡ đập dạng hình thang 50 Hình 3.2: Biên lưu lượng nước về hồ chứa 52 Hình3.2a: Quan hệ Mực nước tại cầu Hoàng Mai và Lưu lượng đầu 54 Hình 3.3: Kết quả vùng ngập lụt (KB1) 56 Hình 3.4: Kết quả vùng ngập lụt (KB2) 58 Hình 3.5: Kết quả vùng ngập lụt (KB3) 60 Hình 3.6: Mặt cắt 18173 61 Hình 3.7: Mặt cắt 13156 61 Hình 3.8: Mặt cắt 2541 62 Hình 3.9: Mặt cắt 1 62 Hình 3.10: Đường mặt nước sau khi mô phỏng cho 3 kịch bản khác nhau (I-III) 63 Hình 3.11: Đường quá trình mực nước và lưu lượng cho các mặt cắt 1, 8727, 19517 với các kịch bản : I là kịch bản số 1, II là kịch bản số 2, III là kịch bản số 3 66 Hình 3.12 : Bản đồ địa hình bố trí nhà kiên cố của các xã 72 Hình 3.13: Bản đồ địa hình hướng di chuyển và xây dựng nhà kiên cố . 76 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 : Nhiệt độ tháng, năm, trung bình nhiều năm của lưu vực 21 Bảng 1.2 : Độ ẩm tháng năm trung bình nhiều năm lưu vực 21 Bảng 1.3 : Bốc hơi tháng năm trung bình nhiều năm lưu vực 22 Bảng 1.4 : Tốc độ gió trung bình tháng nhiều năm của lưu vực 22 Bảng 1.5 : Lượng mưa trung bình tháng nhiều năm của lưu vực 23 Bảng 2.5: Kết quả tính dòng chảy năm theo các tần suất thiết kế 44 Bảng 2.6: Phân phối dòng chảy trong năm theo các tần suất thiết kế 44 Bảng 2.7: Đặc trưng dòng chảy lũ thiết kế 44 Bảng 2.8: Đặc trưng quá trình lũ thiết kế 46 Bảng 3.1: Đường quan hệ Z-V 48 Bảng 3.1a: Các thông số vỡ đập 51 Bảng 3.1b: Các thông số vỡ đập 51 Bảng 3.1c. Mực nước tại cầu Hoàng Mai và Lưu lượng đầu mối 54 Bảng 3.2 Diện tích và độ sâu ngập khu vực nghiên cứu 55 Bảng 3.3: Diện tích và độ sâu ngập khu vực nghiên cứu 57 Bảng 3.4: Diện tích và độ sâu ngập khu vực nghiên cứu 59 Bảng 3.5: Kết quả mô phỏng cho 2 kịch bản vỡ đập với thời gian từ lúc vỡ đập đến lúc vận tốc, lưu lượng và độ sâu đạt giá trị lớn nhất 67 Bảng 3.6 Dự trù vật tư, vật liệu chuận bị tại hồ chứa 80 1 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của Đề tài. Theo tổng hợp báo cáo tại hội nghị trực tuyến của Chính phủ về an toàn hồ chứa ngày 29/8/2013, Bộ Xây dựng cho hay, các công trình thủy điện có công suất nhỏ hơn hoặc bằng 30MW còn tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn do một số chủ đập chưa thực hiện đầy đủ quy định về quản lý an toàn đập. Tổng cộng có 144/166 đập đã đến hoặc quá kỳ hạn kiểm tra tính toán lại dòng chảy lũ nhưng hiện chưa tới 1/3 tổng số thực hiện xong và chỉ 36 đập có phương án bảo vệ đập được phê duyệt. Trước tình trạng này, Bộ Nông nghiệp cảnh báo, các công trình "có vấn đề" cần phải đặc biệt quan tâm và có biện pháp đảm bảo an toàn vì nếu bị sự cố sẽ gây nhiều thiệt hại. Bộ Nông nghiệp cũng kiến nghị Chính phủ phê duyệt kinh phí hỗ trợ địa phương sửa chữa cấp bách các hồ chứa bị hư hỏng nặng để đảm bảo an toàn trong năm 2013, hỗ trợ kinh phí theo kế hoặch có mục tiêu từ 2014 để các địa phương chủ động thực hiện. Sự cố vỡ đập Ia Krel 2 (Gia Lai) vừa qua là hồi chuông cảnh báo từ trung ương đến địa phương. Nếu không có biện pháp thì sẽ đối mặt với thảm hoạ “Quản lý Nhà nước còn dễ dãi quá mà sự cố thuỷ điện, thuỷ lợi thì không cho cơ hội rút kinh nghiệm. Một địa phương có hàng trăm hồ nhưng quên một hồ là trả giá ngay”. Hơn nữa các công trình thủy lợi như đập hồ chứa (bao gồm đập vật liệu địa phương và đập trọng lực như đập bê tông thường, bê tông đầm lăn, đá đổ bản mặt) đã được xây dựng với những quy mô, nhiệm vụ, đặc điểm làm việc khác nhau. Trong đó nhiều công trình đã xây dựng lâu năm bị xuống cấp tiềm ẩn nhiều nguy cơ sự cố. Thực tế nhiều đập đã bị sự cố hoặc vỡ đập như sự cố cống Tác Giang trên đê hữu Hồng (8/2012), 2 vỡ đập Tây Nguyên 9/2012(Nghệ An), Vỡ đập Khe Mơ (Hà Tĩnh năm 2010), sự cố rò nước ở đập sông Tranh 2 (Quảng Ngãi), thấm mạnh ở nền đập Kè Gỗ; sự cố tràn nước qua đỉnh đập ở đập Hố Hô (Hà Tĩnh)… Hậu quả có nhiều đập có xuất hiện vết nứt, thấm qua thân đập với tác hại lớn chưa lường hết được. Từ thực tế trên cho thấy khi đập bị sự cố thì nhiều thiệt hại kép đã xảy ra nếu vỡ đập thì gây nên nhiều thiệt hại nghiêm trọng hoặc gây ra thảm họa. Hồ chứa Vực Mấu nằm trên địa bàn huyện Quỳnh Lưu, tỉnh Nghệ An, được xây dựng từ năm 1978, hoàn thành nâng cấp và cải tạo vào năm 2008 với nguồn vốn của World Bank, và là hồ chứa lớn nhất của tỉnh Nghệ An đến thời điểm hiện tại với tổng dung tích đạt 74 triệu m3 nước. Hồ chứa được xây dựng trên sông Hoàng Mai, diện tích lưu vực tính tới tuyến đập là 215 km2 với chiều dài là 56 km, phần hạ lưu đập tới cửa biển dài 20 km. Do sự phức tạp của địa hình với nhiều dãy núi cao và hẹp chạy theo hướng Tây- Đông, các sông của tỉnh Nghệ An nói chung và huyện Quỳnh Lưu nói riêng thường ngắn, hẹp và có độ dốc lớn. Do vậy, nước sông thường chảy xiết, lũ lên và xuống rất nhanh. Hạ lưu của hồ Vực Mấu là thị xã Hoàng Mai với dân số 105 nghìn người (tính đến 2013), và là một trong những trung tâm kinh tế của tỉnh Nghệ An, có tuyến đường sắt bắc nam, quốc lộ 1A và tỉnh lộ 537 chạy qua. Hơn nữa, thị xã Hoàng Mai nằm trong một vùng trũng của tỉnh Nghệ An, cao trình phổ biến chỉ từ 0.3-3.5 m nên hàng năm thường xuyên bị ngập úng. Nếu có vỡ đập xảy ra, hậu quả sẽ rất nghiêm trọng. Từ trước tới nay, ít có các kịch bản vỡ đập được xây dựng cho Hồ chứa để giúp đưa ra các phương án sơ tán và bảo vệ tính mạng tài sản 3 nhân dân, giảm thiểu thiệt hại. Vì vậy việc nghiên cứu “Ảnh hưởng của vỡ đập đến vùng hạ du hồ chứa và đề xuất giải pháp giảm thiểu: kịch bản cho hồ Vực Mấu, tỉnh Nghệ An” là hết sức cần thiết và cấp bách. 2. Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính toán vỡ đập, từ đó vận dụng tính toán các kịch bản khi vỡ đập đối với hồ Vực Mấu và kiến nghị giải pháp ứng phó cho khu vực hạ du hồ Vực Mấu nhằm phòng tránh và giảm nhẹ thiệt hại cho khu vực dân cư, cơ sở kinh tế, an ninh, quốc phòng và các thiệt hại khác. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3.1 Cách tiếp cận 3.1.1 Tiếp cận tổng hợp Xem khu vực nghiên cứu là khu vực hạ lưu bị ảnh hưởng ngập lụt, và tầm ảnh hưởng cấu thành hệ thống gồm: địa hình, địa chất, khí hậu, nước, hệ sinh thái, con người, phương thức quản lý, khai thác .v.v…, là các thành phần của hệ tương tác có quan hệ ràng buộc, tác động lẫn nhau. 3.1.2 Tiếp cận hệ kinh tế – sinh thái – môi trường Mục tiêu cơ bản của việc dự báo vỡ đập là xác định vùng ngập lụt, di dân, bảo đảm an toàn cho người và cơ sở vật chất vùng hạ lưu. Vấn đề lũ lụt sẽ tác động tới hệ sinh thái và môi trường. Vì vậy cách tiếp cận này bảo đảm cho môi trường và sự phát triển bền vững. 3.1.3 Tiếp cận tích hợp thông tin (ảnh viễn thám, bản đồ và hệ thống GIS) Vùng nghiên cứu có cấu trúc địa hình phức tạp, hệ thống sông kênh [...]... về an toàn hồ chứa phải kiên quyết dừng hoạt động  Cho đến nay, ít có hồ chứa được tính toán xậy dựng kịch bản vỡ đập được xây dựng cho Hồ chứa để giúp đưa ra các phương án sơ tán và bảo vệ tính mạng tài sản nhân dân, giảm thiểu thiệt hại Vì vậy việc nghiên cứu Ảnh hưởng của vỡ đập đến vùng hạ du hồ chứa và đề xuất giải pháp giảm thiểu: kịch bản cho hồ Vực Mấu, tỉnh Nghệ An là hết sức cần thiết và. .. nước cho sản xuất nông nghiệp và tham gia điều tiết lũ cho vùng hạ du, tạo nguồn nước cho sinh hoạt và phát điện Các tỉnh xây dựng nhiều hồ chứa là Hòa Bình 521 hồ, Bắc Giang 461 hồ, Tuyên Quang 503 hồ, Vĩnh Phúc 209 hồ, Phú Thọ 124 hồ, Thanh Hóa 618 hồ, Nghệ An 625 hồ, Hà Tĩnh 345 hồ, Bình Ðịnh 161 hồ, Ðác Lắc 539 hồ Tuy nhiên, hầu hết các hồ đều được xây dựng từ những năm 60 của thế kỷ trước đến. .. từ thượng lưu đập tràn về do vỡ đập • Giải pháp giảm thiểu cho vùng hạ du khi có sự cố vỡ đập 5 5 Bố cục của luận văn Luận văn ngoài phần mở đầu , kết luận và kiến nghị, gồm có 3 chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyêt và cơ sở dữ liệu Chương 3: Xây dựng vùng ngập lụt hạ du 6 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về sự cố đập trên thế giới 1.1.1 Sự cố vỡ đập trên thế giới Vỡ đập luôn là một... phương pháp có sẵn cho phân tích vỡ đập (W R M., L D College of Engineering, Ahmedabad) Nhiều vỡ đập trong lịch sử đã dẫn đến sự khởi đầu của một nghiên cứu mới trong lĩnh vực xảy ra vỡ đập và hậu quả của nó Lĩnh vực nghiên cứu này với hai quan điểm cơ bản Quan điểm đầu tiên là biết đập nhất định sẽ vỡ hay không Quan điểm thứ hai là về giả định sự vỡ đập và phân tích các hậu quả Phân tích vỡ đập về cơ bản. .. vùng bị ngập hạ du 3.2 Phương pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng các phương pháp sau: - Phương pháp kế thừa; - Phương pháp chuyên gia; - Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu; - Phương pháp phân tích, xử lý, đánh giá số liệu; - Phương pháp sử dụng mô hình toán; 4 Các kết quả đạt được • Các kịch bản vỡ đập Vực Mấu đoạn sông Hoàng Mai - Quỳnh Lưu – Nghệ An • Đánh giá ảnh hưởng của diện tích vùng ngập lụt... đó có khoảng 560 hồ chứa lớn, 1.752 hồ có dung tích 0,2-3 triệu m3 nước, còn lại hồ chứa nhỏ Các hồ này đều xây dựng trong bối cảnh khó khăn, thi công bằng thủ công Trong quá trình rà soát hệ thống hồ chứa và kết quả thật đáng báo động khi có nhiều hồ chứa đang mất an toàn trầm trọng: Việt Nam có nhiều hồ chứa nước, trong nhiều năm qua Nhà nước và nhân dân đã đầu tư xây dựng 6.648 hồ, với mục tiêu... tích vỡ đập trên một đập đất hồ chứa (Int J Environ Sci Tech., 6 (2), 203210, Spring 2009, issn: 1735-1472, © irsen, ceers, iau) Mô phỏng toán học trên vỡ đập hay xảy ra sử dụng BOSS DAMBRK thủy động lực học lũ lụt định tuyến đập mô hình đã được tiến hành để xác định mức độ ngập lụt ở hạ nguồn, thời gian lũ lụt, vận tốc nước lũ và ảnh hưởng khu dân cư bị ảnh hưởng hạ lưu, tài sản và các khu vực nhạy... thực hiện và còn tới 34 đập chưa thực hiện Chỉ có 36/166 đập đã có phương án bảo vệ đập được phê duyệt theo quy định, 54/166 đập đang xây dựng hoặc đang trình duyệt và 76/166 đập còn lại chưa có phương án Về hiện trạng công trình đầu mối của các hồ chứa, hiện có tới 317 hồ bị hư hỏng, trong đó có 120 hồ trọng điểm, cần nâng cấp, sửa chữa ngay để bảo đảm an toàn trong mùa mưa lũ 2013 • Thời gian qua,... tài sản của nhiều hộ đồng bào dân tộc thiểu số đã bị dòng nước dữ cuốn trôi, với tổng giá trị thiệt hại hơn 3,6 tỷ đồng 1.1.2 Tính toán vỡ đập trên thế giới Trên thế giới an toàn đập là một mối quan tâm lớn trên toàn cầu và phát triển Trong biến đổi khí hậu, an toàn và an ninh đập không còn chỉ là một vấn đề của lão hóa cơ sở hạ tầng, an ninh lương thực, và các biện pháp thích ứng phù hợp với sự thay... để xác định hậu quả vỡ đập Khi quần thể có nguy cơ nằm gần một con đập, điều quan trọng là dự đoán chính xác thủy văn dòng chảy và phạm vi thời gian của nó liên quan đến các diễn biến quá trình vỡ đập Bài viết này cung cấp một tổng quan về các 9 phương pháp được sử dụng để dự đoán thuỷ văn dòng chảy, từ phương pháp đơn giản thích hợp cho các ước tính thẩm định cấp với các phương pháp phức tạp hơn để . LỜI CẢM ƠN Đề tài Ảnh hưởng của vỡ đập đến vùng hạ du hồ chứa và đề xuất giải pháp giảm thiểu: kịch bản cho hồ Vực Mấu, tỉnh Nghệ An ”được hoàn thành tại Khoa Kỹ thuật tài nguyên. toán các kịch bản khi vỡ đập đối với hồ Vực Mấu và kiến nghị giải pháp ứng phó cho khu vực hạ du hồ Vực Mấu nhằm phòng tránh và giảm nhẹ thiệt hại cho khu vực dân cư, cơ sở kinh tế, an ninh,. chứa và đề xuất giải pháp giảm thiểu: kịch bản cho hồ Vực Mấu, tỉnh Nghệ An là hết sức cần thiết và cấp bách. 2. Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính toán vỡ đập, từ đó