CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1 Đánh giá độ nguy hiểm động đất tại thủy điện Sông Lô 6
3.1.1 Đánh giá bằng phương pháp xác suất
Các bước đánh giá độ nguy hiểm địa chấn tại thủy điện sông Lô 6 tuân thủ chặt chẽ quy trình đã được trình bày trong chương 2, bao gồm:
Xác định các vùng nguồn nằm trong bán kính đƣợc xác định là có thể gây ảnh hưởng tới đập thủy điện.
Ƣớc lƣợng các tham số xác định đặc trƣng động đất tại khu vực nghiên cứu, dựa trên số liệu động đất lịch sử và động đất quan trắc đƣợc bằng máy.
Lựa chọn các phương trình tắt dần chấn động phù hợp với khu vực nghiên cứu
Tính toán độ nguy hiểm động đất tại vị trí đập thủy điện trong nhiều chu kỳ thời gian khác nhau, ngoài ra xây dựng các bản đồ nguy hiểm động đất cho khu vực.
a. Xác định các vùng nguồn gây động đất.
Phía bắc Việt Nam được coi là vùng có hoạt động động đất mạnh, thường xảy ra các trận động đất lớn và thường xuyên. Chính vì vậy khoảng cách 200km từ đập thủy điện xác định để lựa chọn các đứt gãy có thể gây động đất ảnh hưởng tới công trình. Dựa vào các nghiên cứu đã có trước đó về các vùng nguồn địa chấn khu vực nghiên cứu, các nhà khoa học đã xác định đƣợc hệ thống đứt gãy một cách chính xác, chi tiết, thể hiện rõ trên bản đồ hình 3.1.
36
Nguồn: Nguyễn Hồng Phương 2004.
Hình 3.1: Hệ thống đứt gãy trong vòng bán kính 200km từ đập thủy điện Sông Lô 6
Danh mục các đới đứt gãy được xác định trong vùng ảnh hưởng tới đập thủy điện được xác định trên hình 2.1 và thống kê dưới bảng 2.1.
Bảng 3.1: Các đứt gãy có ảnh hưởng tới thủy điện Sông Lô 6 (Nguyễn Hồng Phương, 2004)
ST
T Tên đứt gãy Cấp Loại Hướng Góc
cắm
Độ lớn động đất
cực đại
1 Sơn La 1 Thuận TB -
ĐN
80 7.2
2 Sông Mã 1 Nghịch TB -
ĐN
70 7.3
3 Sông Hồng 1 Thuận TB -
ĐN
70 6.3
4 Sông Chảy 1 Thuận TB -
ĐN
70 6.3
5 Sông Lô 1 Trƣợt bằng TB -
ĐN
50 5.3
6 Sông Thương 1 Nghịch ĐB - 70 5.5
37
TN
7 Vĩnh Ninh 1 Thuận TB -
ĐN
70 6.3
8 Đông Triều - Uông Bí 1 Nghịch TB - ĐN
80 6.1
9 Sông Đà 2 Trƣợt bằng TB -
ĐN
80 5.3
10 Mường La - Bắc Yên 2 Trượt bằng TB - ĐN
70 5.4
11 Văn Sơn - Hà Giang 2 Trƣợt bằng TB - ĐN
80 5.1
12 Thái Nguyên - Bắc Cạn - Yên Minh
2 Nghịch TB -
ĐN
90 5.7
13 Cao Bằng - Tiên Yên 2 Trƣợt bằng TB - ĐN
85 5.5
14 Phong Thổ 2 Trƣợt bằng TB -
ĐN
80 5.6
15 Nghĩa Lộ - Thanh Sơn 2 Thuận TB - ĐN
90 5.6
Ghi chú: TB: Tây Bắc; ĐN: Đông Nam; ĐB: Đông Bắc; TN: Tây Nam
b. Ước lượng các tham số xác định đặc trưng động đất tại khu vực nghiên cứu.
Loại bỏ tiền chấn, dư chấn khỏi danh mục động đất
Phương pháp Cửa sổ loại bỏ tiền chấn, dư chấn được áp dụng nhằm loại bỏ tiền, dƣ chấn đối với danh mục động đất khu vực sông Lô 6. Để thực hiện luận văn, học viên sử dụng chương trình Microsoft Excel để tạo bảng tính tự động để xác định danh mục động đất có trận nào đƣợc coi là tiền, dƣ chấn hay không và loại bỏ chúng. Đối với mỗi trận động đất trong danh mục động đất, cửa sổ không gian và cửa sổ thời gian đƣợc xác định dựa vào công thức của Gardner và Knopoff (1974):
{
38
Hình 3.2: Loại bỏ tiền, dư chấn khỏi danh mục động đất
Nếu trận động đất trong danh mục nằm trong phạm vi cửa số không gian, thời gian của trận động đất khác, nó sẽ có mối quan hệ tiền, dƣ chấn hoặc là trận động đất chính sẽ xảy ra. Khi đó, trận động đất có độ lớn lớn hơn sẽ đƣợc giữ lại, trận động đất có độ lớn nhỏ hơn sẽ đƣợc coi là tiền, dƣ chấn.
Để đánh giá độ nguy hiểm địa chấn cho khu vực Sông Lô 6, trong luận văn sử dụng danh mục động đất đƣợc Viện Vật lý Địa cầu ghi nhận tại khu vực địa chấn kiến tạo vùng nền Hoa Nam hay nền Việt Trung và vùng Miền uốn nếp Tây Việt Nam. Đây là hai vùng địa chấn kiến tạo có các đặc trƣng về kiến tạo khác nhau nên đƣợc chia thành 2 vùng để tính tần suất lặp lại động đất.
39
Hình 3.3: Chấn tâm động đất khu vực nghiên cứu
Dựa trên các số liệu ghi đƣợc bằng máy và các số liệu động đất lịch sử, danh mục động đất của các phân vùng địa chấn được xác định như bảng 3.2 dưới đây:
Bảng 3.2: Danh mục động đất của các phân vùng kiến tạo khu vực nghiên cứu
Phân vùng kiến tạo Số trận động đất sau khi loại bỏ tiền, dƣ chấn
Độ lớn lớn nhất
Độ lớn nhỏ nhất
Vùng Hoa Nam 99 2.3 5.8
Miền uốn nếp Tây Việt Nam 224 2.1 6.8
Xác định tần suất lặp lại động đất
Luận văn sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu để xác định giá trị a,b cho biểu thức Gutenberg-Richter. Gói GRTO của tác giả Daniel Amorese (đại học Caen-Normandy – Pháp) trong chương trình thống kê R được sử dụng để tính toán ra các giá trị trong công thức trên, đƣợc áp dụng cho cả 2 phân vùng kiến tạo vùng
40
nền Hoa Nam và Miền uốn nếp Tây Việt Nam. Với mục đích sử dụng kết quả tần suất lặp lại động đất để đánh giá độ nguy hiểm địa chấn, các trận động đất phải có độ lớn từ 3.5 trở nên mới có thể gây ra thiệt hại về người và công trình. Chính vì vậy luận văn áp dụng tính toán cho các danh mục động đất đã loại bỏ các trận động đất lần lƣợt nhỏ hơn 3.5; 4; 4.5 để xác định giá trị a, b có độ chính xác cao hơn.
Kết quả áp dụng tính toán tần suất lặp lại động đất nhƣ sau:
41
Đối với vùng nền Hoa Nam: Tổng số trận động đất trong vùng: 99, độ lớn động đất quan trắc từ 2.3 – 5.8:
Hình 3.4: Tính toán tần suất lặp lại động đất cho vùng kiến tạo Hoa Nam.
Đối với Miền uốn nếp Tây Việt Nam: Tổng số trận động đất trong vùng: 224, độ lớn động đất quan trắc từ 2.1 – 6.8:
42
Hình 3.5: Tính toán tần suất lặp lại động đất cho Miền uốn nếp Tây Việt Nam
Theo trực quan, nhìn vào kết quả tính tần suất lặp lại động đất cho 2 phân vùng kiến tạo khu vực nghiên cứu, mối quan hệ Gutenberg-Richter phù hợp nhất đối với trường hợp danh mục động đất với các trận có độ lớn lớn hơn hoặc bằng 4 cho cả 2 phân vùng. Khi đó đường biểu diễn mối quan hệ sẽ có khít nhất với số liệu thực tế thu thập được. Chính vì vậy, giá trị a,b tính được theo trường hợp này sẽ đƣợc sử dụng để đƣa vào đánh giá độ nguy hiểm động đất. Nhƣ vậy, đối với khu vực nhà máy thủy điện Sông Lô 6, ta có mối quan hệ về tần suất lặp lại động đất nhƣ sau:
- Vùng Hoa Nam: a = 4.48; b = 0.75.
43
- Miền uốn nếp Tây Việt Nam: a = 5.14; b = 0.9.
c. Lựa chọn các phương trình tắt dần chấn động cho khu vực nghiên cứu.
Dựa theo đặc điểm phân vùng địa chất kiến tạo của khu vực nghiên cứu, các phương trình tắt dần chấn động được lựa chọn dựa vào các công bố đã có của các chuyên gia nước ngoài. Các phương trình thường được sử dụng dựa vào đặc điểm hoạt động địa chấn của miền Bắc Việt Nam bao gồm:
Campbell-Bozorgnia (2008)
Bore-Atkinson (2008)
Chiu-Young (2008)
Toro (1997) [12]
Luận văn cũng sử dụng các phương trình tắt dần chấn động trên để đánh giá độ nguy hiểm động đất bằng phương pháp xác suất. Kỹ thuật cây logic được áp dụng để tính toán độ nguy hiểm địa chấn cho 2 trường hợp:
- Khu vực nghiên cứu thuộc vùng địa chấn hoạt động mạnh, áp dụng 3 phương trình tắt dần chấn động của Campbell-Bozorgnia (2008)[2], Bore-Atkinson (2008) [1], Chiu-Young (2008) [3]
- Khu vực nghiên cứu thuộc vùng địa chấn hoạt động yếu, áp dụng Toro (1997).
Hình 3.6: Mô hình cây logic cho phương trình tắt dần chấn động.
GMPE
Active (0.5)
Campbell-Bozorgnia (2008) 0.34
Bore-Atkinson (2008) 0.33
Chiu-Young (2008) 0.33
Stable (0.5)
Toro 1997 (1.0)
44
d. Tính toán độ nguy hiểm động đất tại vị trí đập thủy điện.
Để tính toán ra các thông số rung động nền, luận văn sử dụng OpenQuake – chương trình mã nguồn mở được cung cấp bởi GEM (Global Earthquake Model Foundation). Kết quả tính toán sau đó được xử lý trong môi trường GIS để đưa ra bản đồ rung động nền ( PGA,I) cho khu vực nghiên cứu.
e. Kết quả áp dụng phương pháp xác suất.
Chương trình OpenQuake của tổ chức Global Earthquake Model được áp dụng để tính toán độ nguy hiểm động đất bằng phương pháp xác suất cho khu vực nghiên cứu. Gia tốc cực đại nền đƣợc tính tại mỗi điểm trên toàn vùng nghiên cứu với khoảng cách giữa các điểm tính là 5km x 5km. Các bản đồ thể hiện phân bố không gian của gia tốc nền cực đại, cường độ rung động nền được thành lập cho các chu kỳ 145 năm, 475 năm, 950 năm.
Đơn vị để tính toán, đánh giá rung động nền cực đại do động đất gây ra thường là gia tốc nền cực đại. Tuy nhiên chúng cũng có thể quy đổi sang cường độ rung động nền qua khung tham chiếu đã đƣợc xác định. Đơn vị của gia tốc nền cực đại là
% gal, trong khi của cường độ rung động nền theo khung MSK-64 được chia làm 10 cấp độ, mỗi cấp độ tương đương 1 khoảng giá trị PGA khác nhau.
Kết quả sau tính toán qua các chu kỳ nhƣ sau:
a) Chu kỳ 145 năm:
45
Hình 3.7: Cường độ rung động nền khu vực nghiên cứu ứng với chu kỳ 145 năm
Đối với chu kỳ 145 năm, cường độ chấn động tại khu vực thủy điện Sông Lô 6 là 0.053 gal, tương ứng với cường độ chấn động cấp VI.
b) Chu kỳ 475 năm:
Hình 3.8: Cường độ rung động nền khu vực nghiên cứu ứng với chu kỳ 475 năm
46
Chu kỳ 475 năm có thời gian lặp lại dài hơn so với 145 năm, chính vì vậy giá trị gia tốc nền cực đại ứng với chu kỳ 475 năm cao hơn, đạt tới 0.102 gal, tương đương rung động nền cấp VII.