Nghiên cứu rủi ro do vỡ đập cửa đạt

\ BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: Đánh giá rủi ro vỡ đập Cửa Đạt tỉnh Thanh Hóa HÀ NỘI – 2012 MỤC LỤC MỞĐẦU………………………………………………………………………………………… I.Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài:………………………………………………… … Sơ đồ tính tốn………………………………………………………………………………….2 CHƯƠNG I KHÁI QT ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN,KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH THANH HĨA VÀ CƠNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC CỬA ĐẠT – THANH HÓA………………………………………… ………………………………………….…… I.1 Khái quát đặc điểm tự nhiên tỉnh Thanh Hóa……………………………………………….3 I.1.1 Tọa độ địlý………………………………………………………………………….……….3 I.1.2 Đặc điêm khhậu…………………………… ……………………………………………….3 I.1.3 Đặc điểm địa hình, đất đai, thổ nhưỡng…………………………………………… …… I.1.3.1 Đặc điểm địhình……………………………………………………………… …….….4 I.1.3.2 Đặc điểm tnhưỡng……………………………………………………… …….……….4 I.1.3.3 Đặc điểm sơngngòi……………………………………………………………… …… I.2 Đặc điểm dân sinh - kinh tế - xãhội…………………………………………… …… ….5 I.2.1 Dân số - laođộng…………………………………………………………………… …… I.2.1.1 Dâsố………………………………………………………………………….… …….…5 I.2.1.2 Tình hình phát triển kinh tế - xãhội…………………………… ………… ……… ….5 I.3 Cơng trình hồ chứa nước CửaĐạt…………………………………… ……………….…… I.3.1 Vị trí xây dựn…………………………………………………………… ………………… I.3.2 Các tiêu thiết kế cơntrình:……………………………………………………… ……… CHƯƠNG II ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY LỰC MIKE 11 VÀ MIKE 11GIS NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN VỠ ĐẬP VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT CHO HẠ LƯU HỒ CỬA ĐẠT………………………………………………………….……………8 II.1 Giới thiệu chung………………………………………………… ……………………… II.2 Giới thiệu mơ hình MIK11…………………………………………………… ………… II.2.1 Kniệm…………………………………………………………………….………………8 II.2.2 Bộ thơng số mơ hình…………………………………………………… ………………8 II.2.3 Cấu trúc mhình………………………………………………………… …………….8 II.2.4 Ứng dụng MIKE 11 …………………………………………………………………….9 II.2.5 Ngun lý tính tốn mơ hình thủy lực MIK11…………………………… ………… II.3 Giới thiệu mơ hình MIKE GIS…………………………………………….………….….10 II.4 Thiết lập mơ hình MIKE 11 cho khu vực sông Mã – sônChu……………….……….… 12 II.4.1 Phạm vi nghiên ……………………………………………… 12 II.4.2 Xử lý số liệu đ hình………………………………………… …13 II.4.3 Số hóa mạng sơng…………………………………………………………… ……… 14 II.4.4 Nhập mặt cắt địa hình khu vực nghiên cứu………………… …… 15 II.4.4 Thiết lập điều kiện biên điều kiện ban đầu…………………… .…16 II.4.4.1 Điều kiện biên…………………………………………………………… …………16 II.4.4.2 Điều kiện ban đầu……………………………………………………… ….17 II.4.5 Hiệu chỉnh kiểm định thơng số mơ hình thủy lực cho hệ thống sông Mã Chu………………………………………………………………………… .18 II.4.5.1 Kết quả hiệu chỉnh thơng số mơ hình MIKE 11…………… ……19 II.4.5.2 Kiểm định thơng số mơ hình………………………………… .……21 II.5 Ứng dụng mơ hình MIKE 11 mơ lũ tràn hạ lưu sơng Chu với phương án vỡ đập hồ chứa nước Cửa Đạt …22 II.5.1 Xây dựng trường hợp vỡ đập………………………………………………… .……22 II.5.2 Kết quả mơ vỡ đập hồ Cửa Đạt…………………………………… … 25 II.6 Xây dựng bản đồ ngập lụt…………………………………………………… ……….29 II6.1 Nội dung xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu hồ Cửa Đạt……………………….….… 29 II.6.1.1 Khái niệm bản đồ ngập lụt……………………………………… ……………….29 II.6.1.2 Mục đích xây dựng bản đồ ngập lụt…………………………………… .….……29 II.6.1.3 Các phương pháp xây dựng bản đồ ngập lụt…………………………… ………30 II.6.1.4 Nguyên tắc xây dựng bản đồ ngập lụt……………………………………… …… 30 II.6.1.5 Thiết lập bản đồ ngập lụt mơ hình MIKE 11 GIS ……………… … …… 30 II.6.2 Kết quả xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu hồ Cửa Đạt……………….…… ….31 CHƯƠNG III ĐÁNH GIÁ RỦI RO LŨ DO SỰ CỐ VỠ ĐẬP CHÍNH HỒ CHỨA CỬA ĐẠT…….… .35 III.1 Giới thiệu chung…………………………………………………………….……… .35 III.2 Phương pháp đánh giá rủi ro lũ .36 III.3 Tính tốn yếu tố nguy hiểm vùng nguy hiểm cho khu vực cộng đồng (Hazard Factor) 37 III.3.1 Đặt giá trị trọng số độ sâu ngập thời gian ngập cho vùng nguy hiểm 42 III.3.2 Tính tốn số nguy hiểm bình qn có trọng số Weighted Hazard Index (WHI) 42 III.3.4 Tính tốn hệ số nguy hiểm Hazard Factor (HF 43 III.4 Tính tốn yếu tố rủi ro (Risk Fator) vùng rủi ro………………… .…54 MỞ ĐẦU I.Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Trong phát triển thủy lợi, cơng trình hồ chứa đóng vai trò quan trọng điểu tiết dòng chảy lưu vực, cắt lũ, tăng dòng chảy kiệt, cung cấp điện năng…Nước ta nhờ có hệ thống sơng ngòi dày phân bố khắp nước, nhiều năm qua xây dựng nhiều hồ chứa cấp từ quy mô cực lớn Hòa Bình ( gần 10 tỷ m3) hàng trăm hồ có quy mơ vừa (từ 50 – 900 triệu m3) Tuy nhiên số công trình xây dựng cách lâu, biến đổi mặt đệm lưu vực biến đổi khí hậu có tác động khơng nhỏ đến dòng chảy lũ so với tính tốn thiết kế trước đây, cộng thêm chất lượng cơng trình có khiếm khuyết mong muốn, tác động thiên nhiên khác trượt lở đất, động đất… mối nguy cho an toàn nhiều hồ , đập Trong số hồ đập lại nằm thượng lưu thành phố lớn, thị xã, khu dân cư tập trung, vùng châu thổ trù phú, nên xảy vỡ đập tác hại khó lường trước Trong quản lý lưu vực sông, việc xây dựng đánh giá rủi ro cố vỡ đập công việc cần thiết để tránh hậu khó lường giảm thiểu thiệt hại xảy cố vỡ đập Bài nghiên cứu thực cho trường hợp vỡ đâp Cửa Đạt sơng Chu tỉnh Thanh Hóa Như việc đảm bảo an toàn đập nghiên cứu ảnh hưởng cố vỡ đập khu vực hạ lưu cần thiết quan trọng Chính từ yêu cầu nghiên cứu đưa biện pháp phòng chống lũ nhằm giảm thiệt hại cho dân sinh ngành kinh tế khác thuộc lưu vực mà đề tài Đánh giá rủi ro lũ lụt vỡ đập hồ chứa nước Cửa Đạt – Thanh Hóa chọn để tính tốn mơ lũ cố vỡ đập điều kiện đưa cảnh báo lũ tương lai Trên sở áp dụng mơ hình tốn thủy lực kỹ thuật mô mô hình, nghiên cứu thiết lập mơ hình tính toán thủy lực xây dựng đồ ngập lụt cho trường hợp vỡ đập Đây sở cho việc nghiên cứu ảnh hưởng cố vỡ đập đến khu vực hạ lưu xây dựng kế hoạch phòng hộ sơ tán nhằm đảm bảo an toàn cho dân cư khu vực ảnh hưởng Do gặp khó khăn khâu thu thập tài liệu nên nghiên cứu xây dựng đồ ngập lụt ứng với tần suất Vì đề tài xây dựng đồ ngập lụt với kịch sử dụng lưu lượng lũ đo từ trận lũ tháng / 1962 để mô trường hợp vỡ đập Đây hạn chế nghiên cứu chắn chắn phát triển thêm Sơ đồ tính tốn Vùng nghiên cứu Thu thập, phân tích xử lý thơng tin liệu cần thiết cho ứng dụng mơ hình tốn: - Lưu lượng nước - Mực nước Mơ hình thủy lực (MIKE 11) - Hiệu chỉnh kiểm định mô hình - Mơ dòng chảy lũ vỡ Thu thập liệu dân sinh, kinh tế từ quyền địa phương Phân tích liệu đồ sử dụng đất, dân cư vùng nghiên cứu Sử dụng mơ hình MKIE 11 GIS : - Xây dựng đồ ngập lụt trận lũ tháng 9/ 1962 - Tính tốn diện tích ngập độ sâu ngập Tiến hành đánh giá rủi ro lũ gây khu vực nghiên cứu với trợ giúp phầm mềm Arcgis 9.3 CHƯƠNG I KHÁI QUÁT ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN,KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH THANH HÓA VÀ CƠNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC CỬA ĐẠT – THANH HÓA I.1 Khái quát đặc điểm tự nhiên tỉnh Thanh Hóa I.1.1 Tọa độ địa lý Hình 1-1 - Bản đồ hành tỉnh Thanh Hóa Thanh Hóa có lãnh thổ rộng lớn :11.168,3 km2 (chiếm khoảng 3,7 % tổng diện tích tự nhiên nước, đứng thứ 64 tỉnh thành phố) Theo số liệu đo đạc cục đồ Thanh Hóa nằm vĩ tuyến 19°18' Bắc đến 20°40' Bắc, kinh tuyến 104°22' Đông đến 106°05' Đơng Phía Bắc giáp tỉnh: Sơn La, Hòa Bình Ninh Bình, phía Nam Tây Nam giáp tỉnh Nghệ An; phía Tây giáp tỉnh Hủa Phăn nước Lào với đường biên giới 192 km; phía Đơng Thanh Hóa mở phần Vịnh Bắc Bộ thuộc biển Đông với bờ biển dài 102 km I.1.2 Đặc điêm khí hậu Là tỉnh phía Bắc Trung Bộ, Thanh Hóa mang đầy đủ nét chung khí hậu miền Bắc Việt Nam Đó kiểu khí hậu nhiệt đới gió mùa, có mùa đơng lạnh độc đáo đồng thời hình thành nên nhiểu kiểu thời tiết đắc biệt Khí hậu Thanh Hóa có phân hóa rõ rệt theo khơng gian thời gian Do có hình dạng lãnh thổ rộng dài, phía đơng giáp biển lại có nhiều vùng núi cao nên khí hậu Thanh Hóa có phân hóa theo khơng gian, nhiệt độ giảm dần từ thấp lên cao tăng dần từ bắc vào nam giảm dần từ đơng sang tây Bên cạnh khí hậu Thanh Hóa thay đổi theo thời gian đặc điểm chung khí hậu Việt Nam Các đặc điểm khí hậu Thanh Hóa chứng minh cụ thể qua bảng số liệu nhiệt độ lượng mưa trung bình tháng nm nh sau: Tháng Nhiệt độ(0 C) Lợng ma(mm ) I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Cả năm 17 17 19 23 27 28.9 29 28.2 26 24.5 22 18 23.6 24 30 40 59 157 178 202 278 404 263 76 28 174 I.1.3 Đặc điểm địa hình, đất đai, thổ nhưỡng I.1.3.1 Đặc điểm địa hình Địa hình Thanh Hóa nghiêng từ Tây Bắc xuống Đơng Nam Ở phía Bắc đồi núi cao 1000 m đến 1500 m thoải dần kéo dài mở rộng phía Đơng Nam Đồi núi chiếm ¾ diện tích tỉnh, tạo tiềm lớn kinh tế lâm nghiệp, dồi lâm sản, tài ngun phong phú Dựa vào địa hình chia Thanh Hóa làm vùng nghiên miền:Miền núi – trung du, miền núi, vùng đồng bằng, vùng ven biển I.1.3.2 Đặc điểm thổ nhưỡng Thanh Hóa có 10 nhóm đất với 28 loại đất khác nhau, có nhóm đất có diện tích tương đối lớn đất đỏ vàng, đất phù sa bồi tụ, đất mặn, đất cát, Là tỉnh có nguồn đất phong phú, điều kiện phát triển nơng nghiệp tồn diện Tuy nhiên diện tích cánh tác sử dụng 68% Bình qn đất Thanh Hóa đầu người xếp vào loại thấp nước(695m2/người) Vì vấn đề sử dụng đất đai hợp lý, khai hoang, phục hóa nhanh chóng tạo lớp phủ thực vật cần thiết I.1.3.3 Đặc điểm sơng ngòi Do địa hình phức tạp , mạng lưới sơng ngòi Thanh Hóa phá phong phú mang nhiều tính chất chung mạng lưới sơng ngòi miền Bác Việt Nam Thanh Hóa có 20 sơng lớn nhỏ chảy từ tây bắc xuống đông nam 264 khe suối chằng chịt thuộc hệ thơng sơng : sơng Mã, sơng Lạch Bang, sông Yên, sông Hoạt Tổng chiều dài hệ thống sơng 881 km, tổng diện tích lưu vực : 39.756 km2, tổng lượng nước trung bình năm : 19.520 tỉ m3.Với trữ lượng nước mặt này, điều kiện tốt, thỏa mãn nhu cầu phát triển sản xuất đời sống Sông suối Thanh Hóa chảy qua nhiều dạng địa hình phức tạp, tạo tiềm thủy điện lớn Riêng sông Mã có trữ lượng điện đạt tới 12 tỉ kwh I.2 Đặc điểm dân sinh - kinh tế - xã hội I.2.1 Dân số - lao động: I.2.1.1 Dân số Theo kết điều tra dân số năm 2009, Thanh Hóa có 3.400.239 người, đứng thứ ba Việt Nam, sau Thành phố Hồ Chí Minh Hà Nội Trong tổng dân số năm 2009, nữ giới có 1.717.067 người, dân số thành thị 354.880 người Mật độ dân số vào loại trung bình: giảm từ 310 người/km2 ( năm 1999) xuống 305 người/km2 ( năm 2009), tỉ số giới tính (số nam 100 nữ) tăng từ 95,6 % (năm 1999) lên 98,0 % (năm 2009), tương đương mức chung nước I.2.1.2 Tình hình phát triển kinh tế - xã hội: Kinh tế Thanh Hóa phát triển mạnh theo xu chung đất nước Theo số liệu tổng cục thống kê tháng đầu năm 2011 số phát triển toàn tỉnh 8.2%, mức tăng cao so với mức tăng bình quân cảu nước 4.6% Là tỉnh có khu vực nơng nghiệp nơng thơn rộng lớn, có tiềm phát triển tồn diện nơng nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp trình độ phát triển lĩnh vực thấp, tỉnh cần quan tâm đầu tư phát triển theo hướng đại thực tốt chương trình xây dựng Nơng thơn theo tinh thần nghị Hội nghị lần thứ khóa X với cách làm phù hợp sáng tạo I.3 Công trình hồ chứa nước Cửa Đạt I.3.1 Vị trí xây dựng Hồ chứa nước Cửa Đạt hồ chứa lớn thuộc xã Xuân Mỹ, huyện Thường Xuyên, tỉnh Thanh Hóa Đây hồ chứa lớn khai thác tổng hợp nguồn nước sông Chu phục vụ cho yêu cầu phát triển vùng hạ lưu sông Mã, tỉnh Thanh Hố Hình - - Hồ chứa nước Cửa Đạt I.3.2 Các tiêu thiết kế công trình: Tổng hợp tiêu thiết kế kỹ thuật hồ chứa nước Cửa Đạt Bảng 1 Các thống số hồ chứa Cửa Đạt 10 Bảng – 13 Hệ số nguy hiểm (HF) vùng nguy hiểm trường hợp Trường hợp1 trường hợp trường hợp trường hợp Huyện HF -convert HF-zone HF-convert HF-zone HF-convert H-zone HF-convert HF-zone Đơng Sơn Thiệu Hố Hà Trung Thọ Xuân Vĩnh Lộc Hậu Lộc Nga Sơn Nông Cống Thường Xuân Thư Thanh Quảng Xương 82.3373 80.2989 60.1093 81.5711 30.9539 36.2664 42.0903 99.9725 84.8793 43.3065 87.0064 Rất cao Rất cao cao Rất cao Thấp thấp trung bình cao cao trung bình cao 83.26 81.32 62.15 82.53 34.54 39.61 45.04 100.01 85.67 46.19 87.69 Rất cao Rất cao cao cao thấp thấp trung bình rât cao cao trung bình rât cao 83.26 81.32 62.15 82.53 34.54 39.61 45.04 100.01 85.67 46.19 87.69 Rất cao Rất cao cao Rất cao thấp thấp trung bình cao Rất cao trung bình cao 84.85 83.09 65.67 84.19 40.71 45.39 50.13 100.07 87.05 51.18 88.88 Rất cao Rất cao cao Rất cao trung bình trung bình trung bình cao cao trung bình cao Tp Thanh Hóa 40.8271 trung bình 43.84 trung bình 43.84 trung bình 49.04 trung bình Ngọc Lạc Hồng Hóa Bỉm Sơn n Định Triệu Sơn Thạch Thanh 49.3897 41.8205 54.6913 52.7432 91.8523 22.2576 trung bình trung bình trung bình trung bình cao thấp 51.97 44.78 57.01 55.16 92.3 26.2 trung bình trung bình trung bình trung bình rât cao thấp 51.97 44.78 57.01 55.16 92.3 26.2 trung bình trung binh trung bình trung bình cao thấp 56.43 49.89 61 59.32 93.06 33.02 trung bình trung bình cao trung bình cao thấp 49 Bảng – 14 Tỉ lệ phần trăm diện tích khu vực theo vùng nguy hiểm Trường hợp Trường hợp Trường hợp Trường hợp Hazard zone số huyện %Area số huyện %Area số huyện %Area số huyện %Area Rất cao 59.46 59.46 59.46 59.46 Cao 7.26 7.26 7.26 8.4 Trung bình 24.92 24.92 24.92 35.62 Thấp 8.36 8.36 8.36 0.44 Rất thấp 0 0 0 0 Nhận xét: Từ bảng cho ta thấy huyện Đơng Xn, Thiệu Hóa, Thiệu Hóa, Thọ Xn, Nơng Cống, Thường Xn, Quảng Xương, Triệu Sơn huyện có mức độ ngập nguy hiểm cao có diện tích ngập lớn Diện tích vùng ngập cao chiếm 59.46 % chiếm tồn diện tích bị ngập lụt Các huyện Vĩnh Lộc, Hậu Lộc, Thạch Thanh có mức độ ngập nguy hiểm thấp Các trường hợp 1, 2, cho kết vùng nguy hiểm nhau, trường hợp có mức nguy hiểm khác nhiên chênh lệch vể số khơng đáng kể so với trường hợp 1, 2, Vì vậy, nghiên cứu lựa chọn trường hợp đầu để đại diện cho việc phân tích tình trạng rủi ro cho khu vực nghiên cứu III.4 Tính tốn yếu tố rủi ro (Risk Fator) vùng rủi ro Yếu tố nguy rủi ro (RF) xác định theo công thức sau: Risk factor (RF) = Hazard factor (HF) x Vulnerability factor (VF) (4.5) Trong đó: RF: Chỉ số rủi ro, loại tổn thất tiềm HF: Chỉ số nguy hiểm VF: Chỉ số tổn thương (các yếu tố như: môi trường, xã hội mức chống chọi tổn thương người….) Để tính tốn số tổn thương, đồ án mật độ dân số coi liên quan chặt chẽ đến hoạt động kinh tế, khu vực nghiên cứu hầu hết hoạt động kinh tế chủ yếu nơng nghiệp Vì vậy, số tổn thương xác định sau: VF = Mật độ dân số / Mật độ dân số lớn 50 Chỉ số rủi ro quy đổi theo công thức sau: RF (normalized) = (RFi / RFmax) x100 Khu vực nguy hiểm dược xác định từ số nguy hiểm sử dụng để đại diện cho mức độ rủi ro Tương tự cấp độ nguy hiểm mức độ sử dụng để đại diện cho mức độ rủi ro Tương tự cấp độ mức độ nguy hiểm mức độ rủi ro phần chia thành cấp độ sau: - Rất thấp (0%