Đánh giá thiệt hại vùng hạ du do vỡ đập hồ núi cốc thái nguyên

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan, giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn ghi rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng Học Viên Đỗ Giang Thi i năm 2018 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, học viên hoàn thành luận văn thạc sỹ “Đánh giá thiệt hại vùng hạ du vỡ đập Hồ Núi Cốc – Thái Nguyên” Đây đề tài phức tạp khó khăn việc mơ vỡ đập, phân tích kết đánh giá thiệt hại Vì vậy, q trình thực để hồn thành luận văn, ngồi cố gắng thân có giúp đỡ nhiệt tình q thầy cơ, đồng nghiệp Trước hết học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc trân trọng tới GS.TS Phạm Thị Hương Lan, PGS.TS Trần Kim Châu bảo, hướng dẫn giúp đỡ học viên tận tình suốt thời gian thực hoàn thành luận văn Học viên xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Đào tạo đại học sau đại học, Khoa Thủy văn Tài nguyên nước trường Đại học Thủy lợi tồn thể thầy giảng dạy, giúp đỡ tác giả thời gian học tập thực luận văn Do thời gian nghiên cứu không dài, trình độ kinh nghiệm thực tiễn chưa nhiều nên luận văn chắn tránh hạn chế thiếu sót Học viên kính mong thầy, giáo, đồng nghiệp đóng góp ý kiến để kết nghiên cứu hoàn thiện Học viên xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng Học Viên Đỗ Giang Thi ii năm 2018 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VỠ ĐẬP VÀ ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI 1.1 Tổng quan vỡ đập 1.1.1 Các nguyên nhân gây vỡ đập 1.1.2 Một số trường hợp vỡ đập giới Việt Nam .6 1.1.3 Tình hình nghiên cứu vỡ đập nước nước .13 1.2 Phương pháp tính tốn mơ vỡ đập mơ ngập lụt .17 1.2.1 Các phương pháp xác định, tính tốn thơng số vết vỡ 17 1.2.2 Giới thiệu mơ hình thủy văn, thủy lực mô vỡ đập 21 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VỠ ĐẬP, ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 26 2.1 Cách tiếp cận đánh giá thiệt hại luận văn 26 2.1.1 Xây dựng đồ ngập lụt 27 2.1.2 Tính tốn, thống kê thiệt hại 28 2.2 Điều kiện tự nhiên 32 2.2.1 Vị trí địa lí 32 2.2.2 Đặc điểm địa hình .33 2.2.3 Đặc điểm thổ nhưỡng, địa chất 37 2.2.4 Đặc điểm thảm phủ thực vật, sử dụng đất .39 2.2 Đặc điểm khí hậu thủy văn 42 2.2.1 Đặc điểm khí hậu 42 2.2.2 Đặc điểm thủy văn 47 2.3 Đặc điểm kinh tế - xã hội vùng hạ du hồ Núi Cốc 57 2.3.1 Dân cư lao đông 57 2.3.2 Hiện trạng kinh tế 58 CHƯƠNG 3.1 TÍNH TỐN VÀ ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI DO VỠ ĐẬP HỒ NÚI CỐC 63 Dữ liệu đầu vào sử dụng tính tốn 63 3.1.1 Tài liệu đặc trưng hồ Núi Cốc 63 3.1.2 Tài liệu khí tượng thủy văn .63 3.1.3 Tài liệu địa hình 64 3.1.4 Biên tính tốn .66 3.1.5 Các kịch tính tốn .68 3.2 Thiết lập mơ hình tính tốn ngập lụt 69 3.2.1 Mơ hình MIKE 11 HD [11] .69 3.2.2 Mô hình MIKE 21FM [12] .70 3.2.3 Mơ hình MIKE FLOOD [13] 72 3.2.4 Hiệu chỉnh mơ hình 73 3.2.5 Kiểm định mơ hình 78 3.3 Mô kịch vỡ đập 81 3.3.1 Tính tốn thơng vỡ đập 81 3.3.2 Thiết lập mơ hình HEC HMS tính tốn mơ vỡ đập [14] .82 3.3.3 Kết tính tốn lưu lượng gây vỡ đập 83 3.4 Kết xây dựng đồ ngập lụt 84 3.5 Kết thống kê diện tích ngập lụt 88 3.6 Kết thống kê thiệt hại 93 3.7 Phương án phòng giảm nhẹ thiệt hại cố vỡ đập gây 102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 PHỤ LỤC 107 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các ngun nhân vỡ đập [1] Hình 1.2 Hình ảnh vỡ đập Teton năm 1976 Hình 1.3 Những nhà ngập gần tới huyện Nghi Xuân, Hà Tĩnh 11 Hình 1.4 Vỡ đập Mông Dương – Quảng Ninh [2] 13 Hình 1.5 Mơ hình vật lí mơ vỡ đập [3] 16 Hình 1.6 Hình thức vỡ tràn đỉnh 19 Hình 1.7 Hình thức vỡ xói ngầm 19 Hình 1.8 Hình dạng chế hình thành vết vỡ [5] 20 Hình 2.1 Sơ thộ thống kê diện tích ngập loại đất theo cấp độ ngập 29 Hình 2.2 Đường cong thiệt hại tương ứng với loại đất [7] [8] 31 Hình 2.3 Bản đồ vị trí hồ Núi Cốc 33 Hình 2.4 Bản đồ số hóa độ cao tỉnh Thái Nguyên .36 Hình 2.5 Bản đồ sử dụng đất khu vực chịu ảnh hưởng địa bàn tỉnh Thái Nguyên 41 Hình 2.6 Bản đồ mạng lưới trạm Khí tượng Thuỷ văn tỉnh Thái Nguyên 44 Hình 3.1 Quan hệ Z-F-V 63 Hình 3.2 Địa hình hạ du hồ Núi Cốc .65 Hình 3.3 Mặt cắt ngang đo đạc bổ sung năm 2016 hạ du hồ Núi Cốc .66 Hình 3.4 Đường trình tới hồ với P = 1% .67 Hình 3.5 Đường trình tới hồ với P = 0.2% 67 Hình 3.6 Sơ đồ tính tốn thủy lực lũ lưu vực sông Cầu - Thương - Lục Nam 70 Hình 3.7 Chi tiết lưới phần tử sau hạ du hồ .71 Hình 3.8Giới hạn vùng nghiên cứu mơ hình 71 Hình 3.9 Kết nối mơ hình 1-2 chiều mơ hình MIKE FLOOD 73 Hình 3.10 Quá trình chỉnh mơ hình 74 Hình 3.11 Các vị trí điều tra vết lũ 75 Hình 3.12 Kết hiệu chỉnh mực nước trạm Phúc Lộc Phương VIII/1996 76 Hình 3.13 Kết hiệu chỉnh mực nước trạm Đáp Cầu VIII/1996 76 Hình 3.14 Kết hiệu chỉnh mực nước trạm Phủ Lạng Thương VIII/1996 77 Hình 3.15 Kết hiệu chỉnh mực nước trạm Lục Nam VIII/1996 77 Hình 3.16 Kết kiểm định mực nước trạm Phúc Lộc Phương VIII/2002 .79 Hình 3.17 Kết kiểm định mực nước trạm Đáp Cầu VIII/2002 .79 Hình 3.18 Kết kiểm định mực nước trạm Phủ Lạng Thương VIII/2002 80 Hình 3.19 Kết kiểm định mực nước trạm Lục Nam VIII/2002 80 Hình 3.20 Mơ hình hóa hồ Núi Cốc .82 Hình 3.21 Thông số trường hợp vỡ đập tràn đỉnh 82 Hình 3.22 Thơng số trường hợp vỡ đập xói ngầm .82 Hình 3.23 Kết mơ vỡ đập tràn đỉnh tương ứng với lũ đến hồ 1% 83 Hình 3.24 Kết mơ vỡ đập tràn đỉnh tương ứng với lũ đến hồ 0.2% 84 Hình 3.25 Kết mơ vỡ đập trường hợp xói ngầm .84 Hình 3.26 Bản đồ ngập lụt vỡ đập xói ngầm(KB1) 85 Hình 3.27 Bản đồ ngập lụt vỡ đập tràn đỉnh lũ đến hồ P = 1% (KB2) 86 Hình 3.28 Bản đồ ngập lụt vỡ đập tràn đỉnh lũ đến hồ P = 0.2% (KB3) 87 Hình 3.29 Biểu đồ so sánh tổng thiệt hại loại đất kịch .92 Hình 3.30 Mức độ thiệt hại ứng với loại đất ứng với trạng thái ngập(KB1) .94 Hình 3.31 Mức độ thiệt hại ứng với loại đất ứng với trạng thái ngập(KB2) .95 Hình 3.32 Mức độ thiệt hại ứng với loại đất ứng với trạng thái ngập(KB3) .96 Hình 3.33 So sánh thiệt hại tiềm ngập ứng với cấp độ sâu ngập KB1 100 Hình 3.34 So sánh thiệt hại tiềm ngập ứng với cấp độ sâu ngập KB2 100 Hình 3.35 So sánh thiệt hại tiềm ngập ứng với cấp độ sâu ngập KB3 101 Hình 3.36 Đường lũy tích thiệt hại tiềm theo độ sâu ngập .102 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các công thức hay sử dụng [5] .21 Bảng 2.1 Thiệt hại lớn cho đợn vị diện tích sử dụng đất 30 Bảng 2.2 Mạng lưới trạm khí tượng - thủy văn tỉnh Thái Nguyên 42 Bảng 2.3 Lượng mưa trung bình nhiều năm trạm tỉnh Thái Nguyên .46 Bảng 2.4 Nhiệt độ tháng năm tỉnh Thái Nguyên 47 Bảng 2.5 Đặc trưng hình thái lưu vực sơng Cầu địa bàn tỉnh Thái Nguyên 50 Bảng 2.6 Phân phối dòng chảy trung bình tháng trạm .51 Bảng 2.7 Tần suất dòng chảy năm số trạm .51 Bảng 2.8 Lưu lượng trung bình tháng thời gian quan trắc trạm .51 Bảng 2.9 Các đặc trưng thống kê dòng chảy năm số lưu vực hệ thống sông Công 52 Bảng 2.10 Đặc trưng thống kê lũ Qmax số lưu vực hệ thống sông Cầu 54 Bảng 2.11 Đặc trưng thống kê Qmin số lưu vực hệ thống sông Cầu 56 Bảng 2.12 Đặc trưng thống kê Qthángmin số lưu vực hệ thống sông Cầu .57 Bảng 2.13 Một số tiêu kinh tế - xã hội tỉnh Thái Nguyên so với nước [10] 60 Bảng 3.1 Các biên gia nhập khu 68 Bảng 3.2 Bảng thống kê kịch tính toán trường hợp vỡ đập 68 Bảng 3.3 Thơng tin kết nối mơ hình 1-2D 72 Bảng 3.4 Kết hiệu chỉnh mơ hình số trạm theo trân lũ 8/1996 .75 Bảng 3.5 Kết hiệu chỉnh mơ hình vị trí điều tra theo trận lũ 8/1996 .78 Bảng 3.6 Kết kiểm định mơ hình số trạm theo trân lũ 8/2002 78 Bảng 3.7 Kết hiệu chỉnh mơ hình vị trí điều tra theo trận lũ 8/2002 .80 Bảng 3.8 Các công thức hay sử dụng [5] .81 Bảng 3.9 Kết tính tốn thông số vết vỡ trường hợp ứng với công thức Froehlich(2008) 82 Bảng 3.10 Thống kê lưu lượng xả lớn tổng lượng xả với kịch tính tốn 84 Bảng 3.11 Diện tích ngập với trường hợp hồ vỡ đập xói ngầm (KB1) (ha) 89 Bảng 3.12 Diện tích ngập với trường hợp hồ vỡ đập tràn đỉnh lũ đền hồ có tần xuất 1% (KB2) (ha) .90 Bảng 3.13 Diện tích ngập với trường hợp hồ vỡ đập tràn đỉnh lũ đền hồ có tần xuất 0.2% (KB3) (ha) 91 Bảng 3.14 Thiệt hại tiêm vỡ đập xói ngầm (KB1) 97 Bảng 3.15 Thiệt hại tiềm vỡ đập tràn đình lũ đến hồ có tần suất P= 1% (KB2) .98 Bảng 3.16 Thiệt hại tiềm vỡ đập tràn đình lũ đến hồ có tần suất P= 0.2% (KB3) .99 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thái Nguyên tỉnh miền núi, có nhiều sơng ngòi chảy qua Với vị trí nằm trọn lưu vực sơng Cầu Sông Công, hàng năm thiên tai thường xuất nhiều với dạng bão, lũ, úng ngập ảnh hưởng lớn đến phát triển kinh tế tỉnh Thái Vì phòng chống lũ lụt nhiệm vụ trọng tâm tỉnh Thời gian qua tỉnh Thái Nguyên trọng đầu tư xây dựng nâng cấp cơng trình phòng chống lũ phải kể đến hệ thống hồ chứa Trong cơng tác phòng chống lũ hồ chứa biện pháp phòng chống lũ có hiệu Tuy nhiên tiềm ẩn nhiều rủi ro, đặc biệt năm gần ảnh hưởng biến đổi khí hậu tồn cầu, tình hình thời tiết diễn bất thường: mưa to, bão lớn, tượng sạt lở thượng nguồn tăng nguy làm an toàn đập Việt Nam gần xảy nhiều cố vỡ đập gây thiệt hại lớn người tài sản năm 2010 vỡ đập Khe Mơ–Hà Tĩnh, năm 2015 vỡ đập Mông Dương – Quảng Ninh, vỡ đập Huổi Củ - Điện Biên Để phòng tránh giảm thiểu thiệt hại cố vỡ đập gây ra, cần thiết xây dựng kịch vỡ đập, dự báo mức độ ngập lụt thiệt hại ứng với kịch để đưa phương án ứng phó tình vỡ đập khẩn cấp Vì đề tài “Đánh giá thiệt hại vùng hạ du vỡ đập Hồ Núi Cốc – Thái Ngun” có tính cấp thiết ý nghĩa thực tiễn sâu sắc, làm sở đưa phương án ứng phó giảm thiểu thiệt hại vỡ đập sau hạ lưu hồ núi Cốc góp phần lớn cơng tác quản lý phòng chống lũ lụt tỉnh Thái Nguyên nói riêng nước nói chung Mục tiêu luận văn - Xây dựng kịch mơ q trình vỡ đập Hồ Núi Cốc, diễn tốn thủy lực dòng chảy lũ hạ lưu hồ chứa ứng với kịch vỡ đập - Xây dựng đồ phân vùng ngập lụt vỡ đập Hồ Núi Cốc, tính tốn diện tích ngập lụt tương ứng với cấp ngập kịch khác - Xác định đánh giá thiệt hại theo kịch vỡ đập Từ đề xuất giải pháp kỹ thuật, phương án phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại vỡ đập Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Hồ Núi Cốc thuộc tỉnh Thái Nguyên Phạm vi nghiên cứu: Vùng hạ du Hồ Núi Cốc thuộc sơng Cơng Tồn vùng hạ du hồ Núi Cốc bao gồm: Thành phố Sông Công; thị xã Phổ n; huyện Phú Bình (có xã: Thượng Đình, Điềm Thụy, Nhã Lộng, Úc Kỳ, Nga My, Hà Châu); Thành phố Thái Nguyên (có xã, phường: Phúc Xuân, Phúc Trìu, Tân Cương, Thịnh Đức, Thịnh Đán, Tích Lương, Tân Thành, Lương Sơn, phường khu vực trung tâm phía nam thành phố Thái Ngun); huyện Đại Từ (có xã Phúc Tân); xã ven sơng Cầu thuộc phía nam huyện Đồng Hỷ Tổng diện tích tự nhiên tồn vùng: 353.318,91ha, đất sản xuất nông nghiệp: 108.074,68 ha, đất phi nông nghiệp: 45.637,80 ha, đất chưa sử dụng: 13.669,79ha Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Cách tiếp cận: + CáchTiếp cận lịch sử, kế thừa bổ sung + Cách tiếp cận hệ thống, phân tích tổng hợp + Cách tiếp cận thực tiễn + Cách tiếp cận theo nhu cầu - Phương pháp nghiên cứu + Phương pháp thống kê, xử lý số liệu: Thu thập xử lý số liệu, tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu Row Labels Đất khác 0.5 Phêng Lơng Châu >0.5 0.5-1 1-3 3-6 Phờng Mỏ Chè >0.5 0.5-1 1-3 3-6 Phêng Phè Cß >0.5 0.5-1 1-3 3-6 Phờng Thắng Lợi >0.5 0.5-1 1-3 t khỏ c t nuôi trồng thủy sản Đất sản xuất kinh doanh Đất đô thị Đất vùng nông thôn Đất phát triển Đất sản xuất nông nghiệp Đất trồng lâu năm Đất trụ sở quan cơng trình nghiệp Đất trung tâm thương mại 639 0 0 128,709 0 961,289 253,657 281,565 426,067 128,709 816,802 43,879 785,912 30,890 43,589 290 0 230,829 0 188,307 42,522 0 0 426,293 0 426,293 1,226,392 10,979 42,556 124,951 1,047,906 800,236 92,171 144,250 253,964 309,852 1,308,193 5,036 11,830 342,560 948,766 956,547 16,341 22,458 21,928 895,819 275,311 29,123 246,188 4,272,731 393,620 753,267 2,894,127 6,246 5,874 131 Grand Total 639 762,843 61,229 55,444 362,290 283,880 1,465,045 74,262 46,754 459,058 884,970 9,794 9,794 132,087 16,127 1,216 62,971 51,773 829,014 51,629 37,051 405,163 335,171 7,931 7,931 1,209,394 70,201 93,048 563,197 482,948 3,007,601 114,302 167,649 1,131,225 1,594,425 48,658 760,236 54,501 90,196 586,874 1,520,199 108,062 174,805 1,060,959 44,485 44,458 27 280,846 13,649 9,840 257,357 4,916,719 417,627 405,433 1,847,333 2,246,326 1,829,714 75,686 38,267 1,297,636 418,125 7,754,968 303,995 469,960 2,312,694 4,668,319 48,658 4,551 3,861 689 7,034,741 604,503 1,018,984 4,974,127 Row Labels 3-6 Xã Bá Xuyên >0.5 0.5-1 1-3 3-6 Xã Bình Sơn >0.5 0.5-1 1-3 3-6 >6 Xã Tân Quang >0.5 0.5-1 Xã Vinh Sơn >0.5 0.5-1 1-3 3-6 >6 Thµnh Đất c Đất ni trồng thủy sản Đất sản xuất kinh doanh 0 0 0 0 Đất đô thị Đất phát triển 231,716 2,048,145 0 1,699,294 348,851 8,379,281 657,092 636,594 5,096,709 1,988,886 750,940 0 619,597 131,342 20,928,971 2,578,644 2,406,508 10,143,788 5,763,129 36,903 0 696,784 19 19 109,855 586,929 Đất vùng nông thôn 583,626 1,031,327 320,378 7,031,734 1,554,438 1,923,840 2,577,513 973,346 2,597 70,753,385 132 Đất sản xuất nông nghiệp Đất trồng lâu năm Đất trụ sở quan cơng trình nghiệp Đất trung tâm thương mại Grand Total 372 28,665 176,373 437,127 97,918 762 97,157 609,273 80,484 79,724 390,861 58,203 1,872,726 193,230 184,961 841,567 652,969 708,163 337,034 25,446 299,034 46,650 1,401,437 221,505 196,273 983,659 15,116,943 1,490,106 1,220,155 9,311,123 3,095,558 2,120,282 104,862 180,097 1,221,791 613,531 3,551,285 304,440 340,866 1,772,989 1,132,991 102,508 166,099 100,669 39,175 26,256 27,620,085 3,088,614 2,966,645 13,886,929 7,640,994 36,903 15,663 13,421 2,243 39,811 26,844 12,966 55,474 40,265 15,209 304,006 71,770 74,149 138,571 19,515 1,284,398 178,666 234,991 509,436 361,305 6,181,889 11,249,305 9,316,941 1,804,893 2,232,980 3,335,376 1,941,095 2,597 96,049,528 102,508 5,784,462 145,158 Row Labels phố Thái Nguyên Xã Phúc Trìu >0.5 0.5-1 1-3 3-6 Xã Tân Cơng >0.5 0.5-1 1-3 3-6 >6 Xã Thịnh Đức >0.5 0.5-1 1-3 3-6 Grand Total Đất c Đất nuôi trồng thủy sản 0 0 583,626 0 376,001 207,625 0 0 Đất sản xuất kinh doanh 1,031,327 265,155 119,900 640,917 5,354 Đất đô thị 320,378 110,533 49,477 160,368 0 0 0 9,693,067 33,997,661 12,029,24 Đất vùng nông thôn Đất phát triển Đất sản xuất nông nghiệp Đất trồng lâu năm Đất trụ sở quan cơng trình nghiệp 9,561,740 2,125,392 2,908,893 3,412,661 1,114,794 1,300,299 137,004 213,734 451,110 498,450 1,248,891 178,817 192,667 421,057 456,349 1,949,623 174,832 119,689 1,642,367 12,734 26,304,193 11,337,952 7,057,302 7,259,180 649,759 1,707,766 330,379 378,842 927,862 70,682 5,952,852 775,023 1,078,634 2,768,067 1,328,919 2,209 2,052,701 948,027 764,044 340,630 34,887,452 6,859,490 7,416,368 19,189,454 1,422,140 3,173,824 453,538 698,258 1,451,494 570,535 4,047,563 558,729 524,688 2,213,108 751,038 1,782,138 1,223,400 98,391 460,347 50,920,783 34,322,603 70,496,578 372,061,390 19,891,022 133 Đất trung tâm thương mại Grand Total 14,644,178 2,616,045 3,434,984 6,303,197 2,289,952 145,158 145,158 37,514,374 13,912,227 9,448,199 12,097,024 2,054,714 2,209 43,890,976 9,095,156 8,737,705 23,314,403 2,743,712 5,171,098 608,583,442 ... luận văn thạc sỹ Đánh giá thiệt hại vùng hạ du vỡ đập Hồ Núi Cốc – Thái Nguyên Đây đề tài phức tạp khó khăn việc mơ vỡ đập, phân tích kết đánh giá thiệt hại Vì vậy, q trình thực để hồn thành... thiểu thiệt hại vỡ đập Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Hồ Núi Cốc thuộc tỉnh Thái Nguyên Phạm vi nghiên cứu: Vùng hạ du Hồ Núi Cốc thuộc sơng Cơng Tồn vùng hạ du hồ Núi Cốc bao... thiệt hại cố vỡ đập gây ra, cần thiết xây dựng kịch vỡ đập, dự báo mức độ ngập lụt thiệt hại ứng với kịch để đưa phương án ứng phó tình vỡ đập khẩn cấp Vì đề tài Đánh giá thiệt hại vùng hạ du