Nghiên cứu, đánh giá thiệt hại do ngập lụt vùng hạ du liên hồ chứa lưu vực sông tà rục theo các kịch bản lũ và vỡ đập

LỜI CAM ĐOAN Đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu, đánh giá thiệt hại ngập lụt vùng hạ du liên hồ chứa lưu vực sông Tà Rục theo kịch lũ vỡ đập” học viên Nhà trường giao nghiên cứu theo định số 1249/QĐ-ĐHTL ngày 18 tháng 05 năm 2016 Hiệu trưởng trường Đại học Thủy Lợi Trong thời gian học tập trường với giúp đỡ thầy cô giáo đặc biệt cô giáo PGS TS Phạm Thị Hương Lan, học viên tự nghiên cứu thực đề tài Đây thành lao động, tổ hợp yếu tố mang tính nghề nghiệp học viên Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Nguyễn Thành Đạt i LỜI CẢM ƠN Với tất kính trọng biết ơn sâu sắc nhất, Tôi xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn tới giáo PGS TS Phạm Thị Hương Lan hướng dẫn tận tình chu đáo, dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn, nghiên cứu giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Thủy Lợi, thầy cô giáo Khoa Thủy Văn bảo, dạy dỗ suốt thời gian học tập trường Cuối cùng, Tôi xin chân thành cảm ơn người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ, động viên, khích lệ tơi suốt q trình học tập hoàn thành luận văn Mặc dù luận văn hồn thiện với tất cố gắng, nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, Tơi mong nhận góp ý, bảo quý thầy đồng nghiệp, giúp đỡ quý báu mà mong muốn để cố gắng hồn thiện q trình nghiên cứu cơng tác sau Xin chân thành cảm ơn./ Hà Nội, 20 tháng 08 năm 2016 Học viên Nguyễn Thành Đạt ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích luận văn Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Các kết đạt CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU VỠ ĐẬP VÀ ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI 1.1 Tổng quan mơ hình nghiên cứu vỡ đập 1.1.1 Một số trường hợp vỡ đập Thế giới Việt Nam 1.1.2 Các nguyên nhân gây vỡ đập 13 1.1.3 Các phương pháp xác định, tính tốn thơng số vết vỡ 16 1.1.4 Giới thiệu mơ hình thủy văn, thủy lực mô vỡ đập 20 1.2 Tổng quan phương pháp đánh giá thiệt hại lũ lụt 23 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ CÁC MÔ HÌNH ỨNG DỤNG 26 2.1 Tổng quan vùng nghiên cứu 26 2.1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 26 2.1.2 Đặc điểm khí hậu, khí tượng vùng dự án 26 2.1.3 Đặc điểm thủy văn 31 2.1.4 Đặc điểm kinh tế, xã hội 34 2.1.5 Tổng quan hồ Tà Rục – Suối Hành 36 2.2 Các mơ hình ứng dụng xây dựng đồ ngập lụt 43 2.2.1 Mơ hình HDM 43 2.2.2 Phần mềm MIKE FLOOD WATCH 44 2.2.3 Mơ hình MIKE FLOOD 45 2.2.4 Mơ hình NK-GIAS 46 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE FLOOD MƠ PHỎNG CÁC KỊCH BẢN VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 48 3.1 Dữ liệu đầu vào sử dụng tính tốn 48 3.1.1 Tài liệu khí tượng thủy văn 48 3.1.2 Tài liệu địa hình 53 3.1.3 Các kịch dùng để tính tốn 55 3.2 Thiết lập mô hình 57 3.2.1 Mơ hình thủy lực chiều 57 3.2.2 Mơ hình thủy lực chiều 59 3.2.3 Mô hình thủy lực Mike Flood 63 iii 3.3 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 64 3.3.1 Mơ hình thủy lực chiều 64 3.3.2 Mơ hình thủy lực Mike Flood 68 3.4 Mô kịch vỡ đập xây dựng đồ ngập lụt 70 3.4.1 Các kịch lũ vỡ đập 70 3.4.2 Kết tính tốn xây dựng đồ ngập lụt 77 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI DO NGẬP LỤT VÙNG HẠ LƯU HỒ CHỨA THEO CÁC KỊCH BẢN LŨ VÀ VỠ ĐẬP 83 4.1 Đánh giá thiệt hại hạ du hồ Tà Rục – Suối Hành theo kịch ngập lụt 83 4.1.1 Đánh giá thiệt hại theo Kịch 83 4.1.2 Đánh giá thiệt hại theo Kịch 84 4.1.3 Đánh giá thiệt hại theo Kịch 86 4.2 Đề xuất giải pháp ứng phó 88 4.2.1 Giải pháp công trình 88 4.2.2 Giải pháp phi cơng trình 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC 92 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 0.1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu Hình 1.1: Vỡ đập Machchu 2, Ấn Độ mưa lớn Hình 1.2: Đập Gleno với phần vỡ đến ngày Hình 1.3: Đập Đầm Hà khắc phục gia cố sau cố 10 Hình 1.4: Tồn cảnh đập Khe Mơ sau cố vỡ đập 12 Hình 1.5: Đoạn thân đập bị vỡ 12 Hình 1.6: Đập vỡ vị trí cống lấy nước 13 Hình 1.7: Các nguyên nhân vỡ đập 15 Hình 1.8: Hình ảnh vỡ đập Teton năm 1976 15 Hình 1.9: Hình thức tràn đỉnh (a) xói ngầm (b) 16 Hình 1.10: Quá trình vỡ tràn đỉnh Hình 1.11: Quá trình vỡ xói ngầm 18 Hình 1.12: Hình dạng chế hình thành vết vỡ 18 Hình 2.1: Vị trí nghiên cứu vùng dự án 27 Hình 2.2: Quá trình lũ đến hồ Tà Rục 33 Hình 2.3: Đường trình lũ đến hồ Suối Hành 34 Hình 3.1: Biểu đồ mưa ứng với kịch 48 Hình 3.2: Biểu đồ trận mưa lớn năm 2010 49 Hình 3.3: Biểu đồ trận mưa từ ngày 6-12/11/2013 49 Hình 3.4: Biều đồ lượng mưa từ ngày 27/12/2014 - 6/01/2015 50 Hình 3.5: Đường trình mực nước triều ứng với tần suất 50 Hình 3.6: Mực nước triều Cam Ranh từ ngày 28/10 - 5/11 năm 2010 51 Hình 3.7: Mực nước triều Cam Ranh từ ngày - 12/11 năm 2013 51 Hình 3.8: Mực nước triều Cam Ranh từ ngày 01 - 7/4 năm 2014 52 Hình 3.9: Mực nước triều Cam Ranh từ ngày 27/12/2014 - 6/01/2015 52 Hình 3.10: Bản đồ DEM khu vực nghiên cứu 54 Hình 3.11: Bản đồ vị trí mặt cắt ngang sông 55 Hình 3.12: Biên tập mặt cắt ngang sơng 58 Hình 3.13: Sơ đồ thủy lực mạng lưới sơng 59 Hình 3.14: Bản đồ mơ hình số độ cao (DEM) khu vực tính tốn 60 Hình 3.15: Chia lưới phi cấu trúc miền tính 61 Hình 3.16: Lưới chia chi tiết cơng trình 62 Hình 3.17: Kết nối sở liệu MIKE 21FM 62 Hình 3.18: Hệ số nhám manning M miền tính 63 Hình 3.19: Liên kết mơ hình hai chiều 64 Hình 3.20: Kết hiệu chỉnh trạm thủy văn Tà Rục 66 Hình 3.21: Kết kiểm định đợt trạm thủy văn Tà Rục 67 Hình 3.22: Kết kiểm định đợt trạm thủy văn Tà Rục 67 Hình 3.23: Vị trí vết lũ điều tra năm 2010 69 v Hình 3.24: Hệ số nhám mơ hình Mike21 69 Hình 3.25: Đường trình vỡ đập ững với lũ kiếm tra 0,2%, hồ Tà Rục 77 Hình 3.26: Bản đồ ngập lụt hạ du sông Tà Rục xả lũ kiểm tra, tần suất 0,2% 78 Hình 3.27: Bản đồ ngập lụt hạ du sông Tà Rục xả lũ cực đại, tần suất 0,01% 80 Hình 3.28: Bản đồ ngập lụt hạ du sông Tà Rục vỡ đập Tà Rục 82 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các công thức hay sử dụng[11], [12], [13] 19 Bảng 1.2: Các cách phân loại thiệt hại ngập lụt gây 24 Bảng 2.1: Bảng tổng hợp đặc trưng lưu vực hồ Tà Rục, Suối Hành .27 Bảng 2.2: Đặc trưng nhiệt độ trung bình tháng, năm 28 Bảng 2.3: Độ ẩm tương đối trung bình tháng, năm .28 Bảng 2.4: Số nắng trung bình tháng, năm .28 Bảng 2.5: Tốc độ gió trung bình tháng, năm 29 Bảng 2.6: Tốc độ gió lớn .29 Bảng 2.7: Lượng mưa bình quân tháng trạm lân cận lưu vực 30 Bảng 2.8: Lượng mưa ngày lớn thiết kế trạm Cam Ranh, Khánh Sơn 30 Bảng 2.9: Lượng mưa ngày lớn khu vực nghiên cứu, hạ du hồ Tà Rục; Suối Hành 31 Bảng 2.10: Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn khu vực nghiên cứu 31 Bảng 2.11: Tóm tắt đặc trưng lũ thiết kế hồ Tà Rục .32 Bảng 2.12: Tóm tắt đặc trưng lũ thiết kế hồ Suối Hành 33 Bảng 2.13: Thống kê dân số vùng hạ du hồ Tà Rục .34 Bảng 2.14: Thống kê dân số xã vùng ảnh hưởng hạ du hồ Tà Rục 35 Bảng 2.15: Bảng thông số hồ chứa .37 Bảng 2.16: Bảng thông số đập 38 Bảng 2.17: Bảng thông số tràn 38 Bảng 2.18: Bảng thông số kỹ thuật cống lấy nước 39 Bảng 2.19: Thông số kỹ thuật hệ thống kênh tưới 39 Bảng 2.20: Thông tin hồ chứa nước Suối Hành .40 Bảng 3.1: Lượng mưa ngày lớn khu vực nghiên cứu 48 Bảng 3.2: Đặc trưng triều thiết kế - trạm Cầu Đá 50 Bảng 3.3: Bảng tổng hợp kịch tính toán 56 Bảng 3.4: Chỉ tiêu Nash WMO .65 Bảng 3.5: Thông số nhám hệ thống sông Tà Rục 66 Bảng 3.6: Kết hiệu chỉnh mơ hình Mike Flood 68 Bảng 3.7: Đường lưu lượng xả lũ Hồ Tà Rục (m3/s) 70 Bảng 3.8: Đường trình lũ thiết kế Hồ Suối Hành 71 Bảng 3.9: Kết tính tốn vỡ đập ứng với lũ kiếm tra 0,2%, hồ Tà Rục 73 Bảng 4.1: Diện tích ngập theo cấp độ sâu kịch 83 Bảng 4.2: Số hộ nhân thuộc thôn nằm ba xã bị ngập kịch .84 Bảng 4.3: Diện tích ngập theo cấp độ sâu kịch 85 Bảng 4.4: Số hộ nhân thuộc thôn nằm ba xã bị ngập kịch .85 Bảng 4.5: Diện tích ngập theo cấp độ sâu kịch 86 Bảng 4.6: Số hộ nhân thuộc thôn nằm ba xã bị ngập kịch .87 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Các hồ chứa thủy lợi thường xây dựng phục vụ đa mục tiêu như: Cấp nước cho nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, phục vụ ngành kinh tế khác giao thông, du lịch, chăn nuôi phát điện Tuy nhiên hồ, đập thủy lợi ln cơng trình dễ bị tổn thương, có mưa lũ lớn Các hồ chứa thủy lợi nhỏ thường xây dựng chủ yếu vật liệu địa phương, công tác quản lý vận hành thường địa phương đảm nhận nên chất lượng hồ đập bị xuống cấp nhanh chóng gây an tồn cơng trình tích nước Ngồi năm gần ảnh hưởng biến đổi khí hậu, tình hình thời tiết diễn bất thường: Mưa to, bão lớn, tượng sạt lở đất thượng nguồn làm gia tăng nguy an toàn đập Ở nước ta gần nhiều cố vỡ đập xảy ra, vỡ đập Khe Mơ- Hà Tĩnh (2010) mưa lớn kéo dài làm lượng nước hồ sơng tăng vượt mức an tồn gâp vỡ đập Hay cố vỡ đập hồ Cồn Đẻn, Nghệ An (2013), đập phụ Đầm Hà Động, Quảng Ninh (2014) Để giảm thiểu tối đa thiệt hại cố vỡ đập xảy ra, ngồi việc đánh giá an tồn hồ đập định kỳ, cần có biện pháp dự báo ngập lụt hạ du kết hợp với phương án để sơ tán người dân đến khu an toàn trước xảy cố Một công việc cần làm để xây dựng phương án di tản tính tốn mơ ngun nhân vỡ đập xây dựng kịch vỡ đập, từ xây dựng đồ ngập lụt, tránh trường hợp người dân di chuyển vào vùng ngập sâu Các đồ ngập lụt cịn góp phần quan trọng cơng tác quy hoạch vùng sử dụng đất Dựa vào đồ ngập này, phần đánh giá thiệt hại trực tiếp gián tiếp người của, từ đơn vị quản lý đưa phương án di dời, cảnh báo có cố vỡ đập xảy ra, bảo đảm giảm thiểu tối đa ảnh hưởng cố đối hoạt động sản xuất đảm bảo tính mạng người dân vùng hạ du Lưu vực sơng Tà Rục có diện tích lưu vực 250 km2 Trên lưu vực có hồ Hồ Tà Rục với dung tích 23,5 triệu m3 hồ Suối Hành với dung tích 9,5 triệu m3 Cả hồ vào vận hành, việc thiết kế, vận hành bảo trì theo tiêu chuẩn an toàn Nhà nước ban hành Các tiêu thiết kế thể yêu cầu tổng hịa điều kiện kinh tế, kỹ thuật, quy mơ, đặc điểm tầm quan trọng cơng trình Ngồi ra, q trình vận hành, khai thác, có biến cố, rủi ro khơng thể lường hết hư hỏng, lũ lớn bất thường, động đất tiêu chuẩn, sai sót vận hành, biến đổi điều kiện tự nhiên,…dẫn đến xảy trường hợp khẩn cấp An toàn hồ chứa nước Tà Rục, Suối Hành ảnh hưởng trực tiếp đến hạ du Để chủ động ứng phó với điều kiện bất thường, cần phải dự kiến trường hợp, tình xấu ngồi mong muốn xảy từ có kế hoạch chi tiết để phịng, ngăn chặn xảy tình xấu hạn chế tối đa thiệt hại xảy cố khu vực cơng trình hạ du cơng trình Kết việc nghiên cứu tính tốn trường hợp xả lũ trường hợp vỡ đập lập đồ ngập lụt vùng hạ du dùng để xác định phạm vi vùng ngập, mức độ ngập, lập kế hoạch ứng phó khẩn cấp, giảm nhẹ thiệt hại xả lũ cơng trình gặp cố Từ cần thiết trên, luận văn lựa chọn nghiên cứu đánh giá thiệt hại ngập lụt vùng hạ du lưu vực sông Tà Rục theo kịch lũ vỡ đập với tên đề tài cụ thể sau: “Nghiên cứu, đánh giá thiệt hại ngập lụt vùng hạ du liên hồ chứa lưu vực sông Tà Rục theo kịch lũ vỡ đập” Mục đích luận văn Mơ kịch liên hồ chứa Tà Rục – Suối Hành phân tích diễn biến ngập lụt vùng hạ lưu hồ mô hình thủy động lực học MIKE FLOOD Xây dựng đồ ngập lụt, đánh giá thiệt hại trực tiếp gián tiếp đến vùng hạ lưu hồ Các kết giúp cho nhà quản lý, quan quản lý, khai thác hồ người dân vùng hạ lưu hồ có nhận thức nguy đề biện pháp phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Phạm vi vùng nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu dự án bao gồm tồn lưu vực sơng Tà Rục suối Trà Hoa Đây vùng lòng chảo, giới hạn bới triền núi phía Tây, Tây Bắc, Đơng Nam biển Đơng Trong khu vực có hai hồ chứa xây dựng Hồ Tà Rục nằm sông Tà Rục hồ Suối Hành dòng Suối Hoa Hai hồ nằm hai lưu vực khác có chung khu vực hạ du vùng trũng ven biển thuộc huyện Cam Lâm thành phố Cam Ranh (Xem hình 0.1) Vùng nghiên cứu thuộc địa phận phường Ba Ngòi xã Cam Phước Đông thành phố Cam Ranh, xã Cam Phước Tây huyện Cam Lâm Địa hình khu vực nghiên cứu nhỏ tương đối dốc so với khu vực khác Hệ thống sông suối nhỏ, ngắn dốc, bao quanh vùng hạ lưu vùng đồi núi cao với đỉnh núi phổ biến từ 400 600m Vùng đồng nhỏ hẹp bị co thắt gần cửa ra, làm chậm khả lũ vào vịnh Cam Ranh Ngập lụt hạ lưu tổ hợp lũ sông Tà Rục suối Hành, hai sơng khơng nhập vào có trao đổi nước lũ tràn bờ, gần cửa sông nối với Lạch Cầu Vùng nghiên cứu có tuyến giao thơng quan trọng Quốc lộ đường sắt, tuyến đường làm giảm đáng kể khả thoát lũ biển Khu vực trung du cịn có tỉnh lộ cản trở dịng chảy làm chậm q trình truyền lũ hạ du Hình 0.1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu Hình 34: Bản đồ ngập kịch ngập 42 sau xả - kịch 128 30 1317.60 m 1967.90 m 25 2871.80 m 20 3491.70 m 4269.20 m 15 5172.90 m 6402.30 m 10 7155.10 m 7950.10 m 45 43 41 39 37 35 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 Hình 35: Đường q trình mực nước vị trí cách tuyến đập (đoạn trung du), kịch 129 10 8715.30 m 9337.30 m 10061.00 m 12625.20 m 13520.80 m 14319.20 m 15135.00 m 15268.30 m 15740.40 m 45 43 41 39 37 35 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 Hình 36: Đường trình mực nước vị trí cách tuyến đập (đoạn hạ du), kịch 130 2000 855.50 m 1800 1600 1797.50 m 1400 2706.20 m 1200 3302.60 m 1000 4139.40 m 800 5035.10 m 600 6106.60 m 400 6971.45 m 200 8102.10 m 45 43 41 39 37 35 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 Hình 37: Đường trình lưu lượng vị trí cách tuyến đập (đoạn trung du), kịch 131 800 8914.00 m 700 9429.40 m 600 10915.30 m 500 12480.15 m 400 13340.75 m 300 13901.85 m 200 14699.90 m 100 15443.25 m 45 43 41 39 37 35 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 Hình 38: Đường trình lưu lượng vị trí cách tuyến đập (đoạn hạ du), kịch 132 Hình 39: Bản đồ ngập kịch ngập trước vỡ đập - kịch 133 Hình 40: Bản đồ ngập kịch ngập lúc vỡ đập - kịch 134 Hình 41: Bản đồ ngập kịch ngập sau vỡ đập - kịch 135 Hình 42: Bản đồ ngập kịch ngập sau vỡ đập - kịch 136 Hình 43: Bản đồ ngập kịch ngập sau vỡ đập - kịch 137 Hình 44: Bản đồ ngập kịch ngập sau vỡ đập - kịch 138 Hình 45: Bản đồ ngập kịch ngập 10 sau vỡ đập - kịch 139 Hình 46: Bản đồ ngập kịch ngập 13 sau vỡ đập - kịch 140 Hình 47: Bản đồ ngập kịch ngập 16 sau vỡ đập - kịch 141 Hình 48: Bản đồ ngập kịch ngập 19 sau vỡ đập - kịch 142 ... kịch lũ vỡ đập với tên đề tài cụ thể sau: ? ?Nghiên cứu, đánh giá thiệt hại ngập lụt vùng hạ du liên hồ chứa lưu vực sông Tà Rục theo kịch lũ vỡ đập? ?? Mục đích luận văn Mơ kịch liên hồ chứa Tà Rục. .. CÁC KỊCH BẢN LŨ VÀ VỠ ĐẬP 83 4.1 Đánh giá thiệt hại hạ du hồ Tà Rục – Suối Hành theo kịch ngập lụt 83 4.1.1 Đánh giá thiệt hại theo Kịch 83 4.1.2 Đánh giá thiệt hại. .. 3.26: Bản đồ ngập lụt hạ du sông Tà Rục xả lũ kiểm tra, tần suất 0,2% 78 Hình 3.27: Bản đồ ngập lụt hạ du sông Tà Rục xả lũ cực đại, tần suất 0,01% 80 Hình 3.28: Bản đồ ngập lụt hạ du sông Tà Rục