AN TOÀN HỒ, ĐẬP LÀ MỘT BIỆN PHÁP QUAN TRỌNG PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG GS.TS Ngơ Đình Tuấn - PGS.TS Ngô Lê Long1 I NHỮNG TÁC ĐỘNG MỚI, NGHIÊM TRỌNG ĐỐI VỚI LŨ, LỤT Ở NƯỚC TA Bão có xu hướng mạnh với cường độ tần số ngày cao; đường vị trí đổ xảy khác với qui luật thống kê trước gây lũ lớn bất ngờ Phát triển kết cấu hạ tầng chưa phù hợp với qui hoạch phịng chống lũ phát triển mạng lưới giao thơng chắn dịng chảy lũ cống khơng đủ khả tiêu thoát tạo lũ quét gây sạt lở nghiêm trọng; phát triển đô thị xâm lấn san lấp hồ ao giảm điều tiết lũ gây úng ngập lớn; Đi đôi với chặt phá rừng cách dã man nạn đốt phá rừng để trồng lương thực khơng kiểm sốt gây xói lở, sạt lở, lũ quét ngày nặng nề gây cố công trình, gây an sinh xã hội… Những sơng có hệ thống bậc thang hồ chứa lớn thượng nguồn có qui trình vận hành tốt cắt giảm đỉnh lũ rõ rệt song thời gian đỉnh lũ hạ lưu lại bị kéo dài gây ngập lâu, giảm sức chịu đựng hệ thống đê, gây ô nhiễm mơi trường, chí gặp trận mưa lớn xuất gây nên lũ đặc biệt lớn hay lũ lịch sử Khi chưa có qui trình vận hành liên hồ chứa mà phải vận hành riêng hồ đơn độc có nguy gây tượng lũ chồng lên lũ hay tích – xả đột ngột, cấp tập gây xói lở bờ sông, gây sụt đổ nhà cửa ven sông tác hại trồng vật ni, nguy hiểm đến tính mạng người dân, gây an sinh xã hội Các nguồn nước liên quốc gia thượng nguồn phía Trung Quốc xây dựng nhiều hồ chứa lớn song thông tin quan trọng liên quan đến hạ lưu phía Việt Nam khơng phía Trung Quốc cung cấp theo thông lệ quốc tế đặc tính, nhiệm vụ hồ chứa, kể thơng báo q trình tích – xả định kỳ hay đột ngột Cịn số liệu khí tượng thủy văn cấp số trạm gần sát biên giới không đáp ứng đủ yêu cầu tối thiểu dự báo Chất lượng dự báo nước ta thấp, thời gian dự kiến đáp ứng độ tin cậy cho phép ngắn hệ thống sông Hồng đạt từ 24h đến 48h; sông Miền Trung Tây Nguyên đạt từ 12h đến 24 h Ngồi lý nói cịn mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn chưa đủ đại biểu, thiếu đồng bộ, điều kiện địa hình phân bố phức tạp với nguồn lực chưa đáp ứng Tác động vỡ dây truyền cơng trình thủy lợi, thủy điện nhỏ tiêu chuẩn thiết kế thấp, địa phương thiết kế thi công với vật liệu địa phương không đạt chuẩn xảy nhiều năm gần Nếu khơng rà sốt, quản lý tốt gây nên hậu nghiên trọng hồ thủy lợi, thủy điện vừa lớn hạ lưu Đại học Thủy lợi – Đề tài cấp nhà nước; Mã số: BĐKH 61 Tác động biến đổi khí hậu, nước biển dâng ngày rõ rệt: 1) Gây cố sạt lở, vừa phải gia cố, vừa phải tôn cao đê biển (như đê Sóc Trăng – Cà Mau, đê Gị Cơng, đề Hải Hậu…) 2) Gây cản trở lũ, úng ngập đồng cửa sông ven biển mùa lũ ngày trầm trọng 3) Gây xâm nhập mặn lấn sâu đất liền mùa cạn giảm bớt tài nguyên nước cửa sông Vu Gia – Thu Bồn, sông Kone – Hà Thanh, cửa sông Ba, sông Đà Nông,… 4) Gây trận lũ quét, lũ lớn vượt lũ thiết kế sông KrôngPôKô (Sesan) năm 2009 với Qmax vượt lũ kiểm tra với N = 10.000 năm; năm 2002 sông Ngàn Phố với lũ quét lịch sử xảy toàn huyện Hương Sơn, trận lũ lịch sử năm 2011 xảy sông Nậm Mộ thượng nguồn sông Cả…, đặc biệt cường suất lũ lớn Hiểm họa lũ ngày nghiêm trọng Thiệt hại ngày tăng II NHỮNG BẤT CẬP TRONG TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ LŨ Ở NƯỚC TA Lũ xảy vượt lũ thiết kế hay lũ thiết kế thiên thấp 1) Thiết kế với tần suất kiểm tra theo tần suất thiết kế nên nhiều cơng trình khơng bị vỡ: - Hồ Pa Khoang PTK = 2% với Qmax2% = 433 m3/s PKT = 0,5% với Qmax0,5% = 679 m3/s Thiết kế thực với Q0,5% thay cho Q2% - Đập Thạch Nham lấy QmaxKT với P = 0,1% 21300 m3/s thiết kế thay cho QmaxTK = 19400 m3/s nên không bị vỡ - Hồ Núi Cốc thiết kế đỉnh lũ lượng lũ thiên thấp QmaxTK = 1880 m3/s, WmaxTK = 158 x 106m3, gây vỡ lớn máng tràn cho lũ qua, sau hạ mực nước dâng bình thường từ +46,2 m xuống 42,6 m đến năm 2000 phải xây dựng thêm tràn để đưa mực nước dâng bình thường trở lại +46,2 m - Hồ Thủy điện PleiKrong sông KrongPôKô (sông Sesan), thiết kế với lũ 1000 năm Q0,1% = 7063 m3/s, lũ kiểm tra 10.000 năm Q0,01% = 10.000 m3/s, trận lũ xảy ngày 29/9/2009 với Qmax = 10299 m3/s lớn lũ kiểm tra 2) Thực tế lũ thiết kế thường tính thiên thấp đỉnh lẫn lượng đỉnh, lượng lũ bé Ví dụ: [2] - Hồ Pa Khoang (Điện Biên) thiết kế QmaxTK = 433 m3/s, , WmaxTK = 21,9 x 106m3 Tính lại Qmax1%= 835m3/s, , Wmax1% = 39,2 x 106m3 - Hồ Núi Cốc (Thái Nguyên) sau lũ 1978 xảy tính lại Qmax Wmax lớn nhiều - Hồ Yên Lập (Quảng Ninh) QTK = 1.280 m3/s; WTK = 29,9 x 106m3 Tính lại Qmax = 4.240 m3/s; Wmax = 83 x 106m3 - Đập Trấm (Quảng Trị) QTK = 7500 m3/s; lũ xảy Qmax = 11.000 m3/s (năm 1923); Qmax = 6.990 m3/s (lũ 1983) Tính lại Qmax = 15.900 m3/s - Đập Thạch Nham, sau trận lũ 1986, tính lại Qmax1% = 22.200 m3/s; Qmax0,1% = 31.600 m3/s Điều chứng tỏ tính tốn tần suất khơng điều tra phân tích đầy đủ lũ lịch sử để đưa vào chuỗi thống kê Tiêu chuẩn lũ thiết kế lũ kiểm tra Trong qui phạm Việt Nam công bố qui định lũ thiết kế lũ kiểm tra chủ yếu phụ thuộc vào loại cơng trình cấp thiết kế cơng trình Cấp thiết kế cơng trình phụ thuộc vào lực phục vụ diện tích tưới, tiêu thủy lợi; công suất lắp máy nhà máy thủy điện; phụ thuốc theo đặc tính kỹ thuật hạng mục cơng trình loại cơng trình thủy, loại đất nền, độ cao đập khơng xét đến mức độ hiểm họa cơng trình [4] Như vậy, với cơng trình nhỏ thượng lưu đô thị lớn, khu công nghiệp lớn thiết kế mức an toàn thấp (tuần suất thiết kế lớn), hồ lớn vùng hẻo lánh xa dân, có điều kiện chứa lũ hay phân lũ thuận lợi thiết kế với mức an tồn cao (tần suất thiết kế bé)? Trong qui phạm ghi rõ: “Khi tài liệu tính tốn khơng đủ tin cậy không đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn tính tốn thủy văn thiết phải bố trí thêm cơng trình xả cố.Qui mơ cấp cơng trình xả cố phải thấp cấp cơng trình cấp” [4] Nếu vậy, với cơng trình quan trọng có đủ tài liệu khí tượng thủy văn tin cậy hồ Hịa Bình, hồ Sơn La khơng cần có tràn cố; số hồ nhỏ vùng hẻo lánh xa dân thiếu tài liệu thực đo lũ tin cậy phải có tràn cố (?) Rõ ràng, tràn cố phải xuất phát từ chức ngăn ngừa hiểm họa lớn Tồn tính tần suất 1) Chuỗi số liệu có khơng có lũ lịch sử cho kết khác lớn 2) Phần ngoại suy tần suất theo dạng phân bố khác cho kết khác 3) Khi Cv lớn (Cv > 0,60), Cs lớn (Cs>3,0), lúc đường phân bố Pearson III khơng phù hợp mà LnPearson III Kết cho với p=0,01% lũ thiết kế lớn gấp 50~200 lần lũ p = 1%(?) 4) Tiêu chuẩn lũ thiết kế chưa xem xét đến tác động biến đổi khí hậu, nước biển dâng Trong Tiêu chuẩn đề cập tới qui mô công trình chưa xét đến mức độ hiểm họa III KHUYẾN NGHỊ[1], [3], [5] Các tiêu chí 1) Vỡ đập – Khi lũ lớn vượt lũ thiết kế hay tác động vỡ dây truyền, nước lũ chảy tràn qua đỉnh đập hồ chứa 2) Vỡ đê biển – Khi bão lớn, song vỗ làm xói rỗng chân đê hay sóng biển tràn qua đỉnh đê với độ cao vượt độ bền cho phép vật liệu xây dựng gây 3) Vỡ đê sông – Khi lũ lớn vượt ngưỡng chịu đựng cho phép đê đỉnh lũ cao tổng lượng lũ lớn kéo dài đỉnh lũ đê bị ngâm nước nhiều ngày, thẩm lậu, xói rỗng thân đê… 4) Sự cố đập – Là lũ lớn gây xói lở đường tràn, gỗ, rác trôi làm kẹt cửa tràn, sạt mái, thẩm lậu, vỡ đập… 5) Tràn cố - Là đường tràn mở rộng thêm, nhằm phòng ngừa gặp lũ lớn để tránh đập bị vỡ 6) Tiêu chuẩn tràn cố đỉnh lượng lũ xả tăng thêm qua đường tràn phụ xả vào khu chứa lũ hạ lưu công trình: - Với hồ chứa tính với lũ kiểm tra theo tần suất, tiêu chuẩn tràn cố đỉnh lượng lũ xả tăng thêm hiệu số giá trị lũ PMF lũ kiểm tra hồ chứa - Với hồ chứa, lũ kiểm tra PMF: Khi gặp lũ vượt PMF kẹt cửa tính PMF thiên thấp tràn cố khu chứa lũ hay khu đất thấp có quy hoạch sơ tán hy sinh để chứa lũ “trời hành” Tiêu chuẩn khu chứa lũ cố tổng lượng lũ tháo tràn tăng thêm kẹt cửa, lũ vượt PMF dâng lên hồ Tiêu chuẩn tràn cố: khoang coi khoang bị kẹt Thực tế cho thấy rằng, phương án phòng, chống lụt bão chứa hết hiểm họa nảy sinh tương lai Vì thế, vấn đề an tồn hồ đập cần quan tâm đặc biệt Ngồi tiêu chí nói trên, đề tài BĐKH.61 cịn đề cập đến độ tin cậy; độ rủi ro; độ an tồn; tính dễ bị tổn thương… Lũ PMF (Lũ cực hạn) - Là trận lũ lớn khả hình thành từ tổ hợp bất lợi điều kiện khí tượng Thủy văn xảy lưu vực bão hịa chúng hình thành từ trận mưa lớn khả (PMP) lưu vực điều kiện lưu vực bão hòa nước tới giới hạn cao - Lũ PMF giá trị khơng đổi chúng dựa sở trận mưa lũ lịch sử xảy lưu vực Nếu xuất trận lũ lịch sử lớn lũ lịch sử cũ phải đánh giá lại lũ PMF để có biện pháp phịng ngừa thích đáng Ví dụ trước năm 1999, lũ PMF tính hồ Tả Trạch 15.000m3/s, sau lũ 1999 xảy sơng Hương, tính lại lũ PMF = 21.000 m3/s - Kết tính lại lũ PMF có độ tin cậy cao hay không, vấn đề quan trọng xác định tập hàm vào theo số liệu quan trắc mưa trạm lưu vực có đủ tin cậy, có tính đại biểu, có số liệu tự ghi, phương pháp xử lý có hợp lý hay khơng… Ví dụ : Lũ sơng Hương lớn định từ mưa nhánh thượng nguồn Tả Trạch – nhánh BaRan bắt nguồn từ dãy Bạch Mã có trạm Thủy văn Thượng Nhật mà khơng có trạm thủy văn BaRan Vì khơi phục lũ 1999 sơng Hương khó có độ xác cao Tính tần suất lũ 1) Dùng dạng phân bố Kritxki – Menkel; cơng thức tính tần suất kinh nghiệm = 100% (cho đặc trưng thủy văn: dòng chảy năm, dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt….) 2) Phần ngoại suy tần suất phụ nhiều vào đặc trưng thống kê Cv Cs: - Các sông Bắc Bộ, Cv = 0,3 ~ 0,4 ; Cs = (4~6) Cv độ tin cậy ngoại suy kéo dài đến p = 0,01% Tiêu chuẩn thiết kế lũ dùng p=0,01% đến PMF - Các sơng Trung Bộ, chuỗi thống kê lũ thường cho Cv = 0,65~1,0 ; Cs = 2~3Cv nên độ tin cậy ngoại suy chấp nhận với p=0,1% Tiêu chuẩn thiết kế lũ dùng p=0,1% đến PMF - Các nước Anh, Mỹ thường sử dụng dạng phân bố cực trị Gumbel, độ tin cậy ứng với độ lặp lại N≤100 năm , nên tiêu chuẩn thiết kế lũ thường lấy lũ 100 năm thấp cao PMF, trung gian (0,4~0,5) PMF 3) Khi tính tốn tần suất u cầu bắt buộc chuỗi số phải dài n ≥30 năm, phải có giá trị lũ lịch sử thực đo hay điều tra Tiêu chuẩn lũ thiết kế Trong tiêu chuẩn, đề cập đến bất lợi lũ tác động biến đổi khí hậu, hiểm họa theo cấp cơng trình nhằm đảm bảo an tồn hồ đập để phát triển bền vững (bảng 1) Bảng 1: Tiêu chuẩn thiết kế lũ Cấp cơng trình Mức hiểm họa Lũ thiết kế I Lớn Trung bình PMF PMF II Lớn Trung bình PMF 10.000 năm (Sơng Bắc Bộ) 1.000 năm (Sơng Trung Bộ) III Lớn Trung bình Nhỏ PMF 1000 năm 500 năm IV Lớn Trung bình 500 năm 200 năm Cấp cơng trình V Mức hiểm họa Nhỏ Lũ thiết kế 100 năm Lớn Trung bình nhỏ 200 năm 100 năm Về cấp cơng trình, có nhiều TCVN, TCXDVN, TCN[4] đề cập tiêu chuẩn thiết kế lũ hồ chứa quy định theo qui mơ cấp cơng trình Vì vậy, bàn tới mức hiểm họa theo cấp qui định sau: 1) Lớn: - Gây chết người trở lên bị thương nhiều người - Tàn phá làng mạc hoa màu, trôi chết nhiều gia súc, gia cầm - Mất an sinh xã hội 2) Trung bình: Gây thiệt hại với mức thấp mức lớn song không bị chết người 3) Nhỏ: gây thiệt hại nhà cửa, hoa màu, gia cầm với mức không xáo trộn an sinh xã hội 4) Mức hiểm họa có phần qui mơ cơng trình Cùng biến cố vỡ đập, cơng trình lớn gây hiểm họa lớn cơng trình nhỏ An tồn hồ, đập biện pháp quan trọng phát triển bền vững Vạn vật sống khơng thể khơng có nước Vì hồ chứa xây dựng có qui hoạch an tồn vơ cần thiết Mùa cạn hồ xả tăng lượng nước lớn gấp hai lần so với tự nhiên, mùa lũ giảm bớt đỉnh lũ cách đáng kể Do đó, an tồn hồ đập cần hiểu theo ba mặt: An tồn cơng trình; An sinh xã hội; phát triển bền vững a An tồn cơng trình: Về thiết kế, thi cơng với hệ số an toàn đáp ứng yêu cầu qui định theo tiêu chuẩn đảm bảo không gây cố thân đập, vai đập cố vỡ đập, kéo dài tuổi thọ cơng trình b An sinh xã hội: 1) Cơng trình khơng phép xảy cố vỡ đập q trình thi cơng, q trình hoạt động 2) Đảm bảo vận hành tích – xả khơng gây biến đổi đột ngột mực nước lưu lượng sông, đảm bảo ổn định bờ sông, đảm bảo sinh kế người dân sống sông hoạt động bình thường 3) Đảm bảo vận hành hồ chứa xả lũ không phép lũ chồng lên lũ 4) Có cơng trình xả cát biện pháp vận hành nhằm giảm bớt “hiệu ứng nước trong” không gây sạt lở nghiêm trọng gây xúc cho dân cư sống ven sông c Phát triển bền vững kinh tế xã hội : 1) Đảm bảo vận hành cuối mùa lũ, hồ chứa tích nước đầy đủ nước cấp cho yêu cầu dùng nước mùa cạn hạ du 2) Đảm bảo cấp đủ dòng chảy tối thiểu hạ du đập quy định qui trình vận hành 3) Đảm bảo hiệu ích tổng hợp cao cắt giảm đỉnh lũ, cấp nước phát điện 4) Thực đầy đủ phương thức quản lý cầu (theo nhu cầu sử dụng nước) thay cho phương thức quản lý cung (theo khả công trình) tiết kiệm nước, phịng chống thất thốt, đảm bảo cấp đủ nước cho hạ du năm bình thường chí năm hạn hán nghiêm trọng Hơn nữa, có thêm nguồn nước bổ sung làm sống lại có kiểm sốt sơng Đáy, sơng Tô Lịch… bảo đảm cảnh quan môi trường xanh, đẹp 5) Xây dựng hành lang bảo vệ nguồn nước, bảo vệ cơng trình, kiểm sốt bọn lâm tặc, trồng bảo vệ rừng đầu nguồn, rừng phòng hộ nhằm nuôi dưỡng nguồn nước cấp ổn định cho hồ vào mùa cạn 6) Nâng cao ý thức sử dụng nước tiết kiệm, chống lãng phí, thất cho người dân cán địa phương IV KẾT LUẬN An toàn hồ, đập biện pháp quan trọng đảm bảo an sinh xã hội, môi trường phát triển bền vững kiểm soát quản lý tốt Trong vai trị quan trọng cộng đồng dân cư quan quản lý Trước tình hình thời tiết biến đổi khó lường biến đổi khí hậu, nước biển dâng, vấn đề tiêu chuẩn thiết kế hồ, đập cần có thay đổi phù hợp Bài báo đề xuất tiêu chí có liên quan tới an tồn hồ, đập, đê điều từ khuyến nghị bảng tiêu chuẩn thiết kế lũ hồ chứa phụ thuộc vào mức hiểm họa qui mơ cơng trình điều kiện TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH [1] Ngơ Lê Long (chủ nhiệm) “Nghiên cứu sở khoa học đề xuất tiêu chuẩn thiết kế lũ, đê biển điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng Việt Nam giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại” MS: BDDKH61, thực [2] Ngơ Đình Tuấn (chủ nhiệm) Chương trình kiểm tra hồ chứa V.N Hà Nội, 1994 [3] Ngơ Đình Tuấn – Lê Đình Thành: Hướng dẫn tính lũ thiết kế hồ chứa – Vụ khoa học công nghệ chất lượng sản phẩm Hanoi, – 1997 [4] Bộ Nông Nghiệp Phát triển nông thôn, Bộ Xây dựng: Các văn tiêu chuẩn ngành, Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam có liên quan đến Thiết kế cơng trình Thủy Lợi – Thủy điện [5] Ngơ Đình Tuấn – Bài giảng “Thủy văn nâng cao” cho lớp cao học Thủy văn – Môi trường (1992 – 2008 ) ... LUẬN An toàn hồ, đập biện pháp quan trọng đảm bảo an sinh xã hội, môi trường phát triển bền vững kiểm soát quản lý tốt Trong vai trị quan trọng cộng đồng dân cư quan quản lý Trước tình hình thời... cho thấy rằng, phương án phòng, chống lụt bão chứa hết hiểm họa nảy sinh tương lai Vì thế, vấn đề an tồn hồ đập cần quan tâm đặc biệt Ngoài tiêu chí nói trên, đề tài BĐKH.61 cịn đề cập đến độ tin... PMF = 21.000 m3/s - Kết tính lại lũ PMF có độ tin cậy cao hay khơng, vấn đề quan trọng xác định tập hàm vào theo số liệu quan trắc mưa trạm lưu vực có đủ tin cậy, có tính đại biểu, có số liệu tự