Ảnh hưởng của vỡ đập đến vùng hạ du hồ chứa và đề xuất giải pháp giảm thiểu kịch bản cho hồ Vực Mấu, tỉnh Nghệ An

Theo tổng hợp báo cáo tại hội nghị trực tuyến của Chính phủ về an toàn hồ chứa ngày 29/8/2013, Bộ Xây dựng cho hay, các công trình thủy điện có công suất nhỏ hơn hoặc bằng 30MW còn tiềm

L ỜI CAM KẾT

Tôi xin cam kết: Luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân, và

được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS TS Nguyễn Cao Đơn

và TS Nguy ễn Văn Tuấn

Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng được công bố dưới bất kỳ hình thức nào

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

H ọc viên

Nguy ễn Văn Hiến

L ỜI CẢM ƠN

Đề tài “ Ảnh hưởng của vỡ đập đến vùng hạ du hồ chứa và đề xuất

gi ải pháp giảm thiểu: kịch bản cho hồ Vực Mấu, tỉnh Nghệ An ”được hoàn thành tại Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, trường Đại học Thủy lợi Hà Nội

Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới PGS TS

Nguy ễn Cao Đơn và TS Nguyễn Văn Tuấn người thầy đã luôn cổ vũ, động

viên, tận tình hướng dẫn và góp ý chỉ bảo trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Học viên xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, thầy cô giáo Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học, thầy cô giáo các bộ môn trong Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, những người đã tận tình giúp đỡ, truyền đạt

kiến thức chuyên môn và kỹ thuật trong suốt quá trình học tập

Cảm ơn gia đình, cơ quan, bạn bè và đồng nghiệp đã cổ vũ, khích lệ và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Vì vậy rất mong nhận được sự góp ý quý báu của các Thầy, Cô và các bạn

Hà Nội, ngày / /2014

H ọc viên

Nguy ễn Văn Hiến

M ỤC LỤC

M Ở ĐẦU 1

1.Tính cấp thiết của Đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 3

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3

3.1 Cách tiếp cận 3

3.1.1 Tiếp cận tổng hợp 3

3.1.2 Tiếp cận hệ kinh tế – sinh thái – môi trường 3

3.1.3 Tiếp cận tích hợp thông tin (ảnh viễn thám, bản đồ và hệ thống GIS) 3

3.1.4 Tiếp cận kế thừa, phát triển các kết quả nghiên cứu và tiếp thu công nghệ 4

3.2 Phương pháp nghiên cứu 4

4 Các kết quả đạt được 4

5 Bố cục của luận văn 5

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 6

1.1 Tổng quan về sự cố đập trên thế giới 6

1.1.1 Sự cố vỡ đập trên thế giới 6

1.1.2 Tính toán vỡ đập trên thế giới 8

1.2 Tổng quan về sự cố đập ở Việt Nam 13

1.3 Giới thiệu về vùng nghiên cứu 15

1.3.1 Vị trí địa lý 15

1.3.2 Điều kiện dân sinh kinh tế, địa hình, địa chất, thủy văn 16

1.3.3 Các chỉ tiêu chính của công trình 23

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 28

2.1 Cơ sở lý thuyết 28

2.1.1 Các mô hình toán thủy lực 28

2.1.1.1 Một số mô hình có khả năng áp dụng 28

2.1.1.2 Lựa chọn mô hình 33

2.1.2 Cơ cở lý thuyết mô hình toán HEC-RAS 34

2.1.2.1 Phương trình liên tục 34

2.1.2.2 Phương trình động lượng 36

2.1.2.3 Phương hướng giải hệ phương trình cơ bản 38

2.1.2.4 Hệ số phân bố dòng chảy 39

2.1.2.5 Chiều dài dòng chảy tương đương 39

2.2 Cơ sở dữ liệu 40

2.2.1 Tài liệu địa hình của khu vực nghiên cứu 40

2.2.2 Tài liệu thủy văn 40

2.2.2.1 Mạng lưới quan trác khí tượng thủy văn khu vực dự án 40

2.2.2.2 Các đặc trưng thủy văn công trình 42

2.2.3 Tài liệu hải văn, mực nước triều tại vùng nghiên cứu 47

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG VÙNG NGẬP LỤT HẠ DU 48

3.1 Thiết lập mô hình thủy lực cho hệ thống 48

3.1.1 Mô tả thủy lực hệ thống 48

3.1.2 Tài liệu địa hình 49

3.1.3 Các thông số vỡ đập và quá trình vỡ 49

3.1.4 Biên trên lưu lượng 52

3.1.5 Biên dưới mực nước Biển 52

3.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 52

3.3 Kịch bản mô phỏng 54

3.4 Đánh giá của vùng ngập lụt 64

3.5 Đề xuất giải pháp giảm thiểu thiết hại do lũ lụt 68

3.5.1 Giải pháp công trình 68

3.5.2 Giải pháp phi công trình 72

3.5.2.1 Xây dựng phương án chuẩn bị sẵn sàng 72

3.5.2.2 Xây dựng phương án ứng phó khi xảy ra sự cố 82

3.5.2.3 Kế hoạch hoạt động sau sự cố 86

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

1.Kết luận 87

2 Kiến nghị 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

DANH M ỤC CÁC BẢN VẼ

Hình 1.1: Vị trí công trình 15

Hình 2.1: Mặt cắt dọc, cắt ngang sông Hoàng Mai 40

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống 49

Hình 3.1a: Lỗ vỡ đập dạng hình thang 50

Hình 3.2: Biên lưu lượng nước về hồ chứa 52

Hình3.2a: Quan hệ Mực nước tại cầu Hoàng Mai và Lưu lượng đầu 54

Hình 3.3: Kết quả vùng ngập lụt (KB1) 56

Hình 3.4: Kết quả vùng ngập lụt (KB2) 58

Hình 3.5: Kết quả vùng ngập lụt (KB3) 60

Hình 3.6: Mặt cắt 18173 61

Hình 3.7: Mặt cắt 13156 61

Hình 3.8: Mặt cắt 2541 62

Hình 3.9: Mặt cắt 1 62

Hình 3.10: Đường mặt nước sau khi mô phỏng cho 3 kịch bản khác nhau (I-III) 63

Hình 3.11: Đường quá trình mực nước và lưu lượng cho các mặt cắt 1, 8727, 19517 với các kịch bản : I là kịch bản số 1, II là kịch bản số 2, III là kịch bản số 3 66

Hình 3.12 : Bản đồ địa hình bố trí nhà kiên cố của các xã 72 Hình 3.13: Bản đồ địa hình hướng di chuyển và xây dựng nhà kiên cố 76

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 : Nhiệt độ tháng, năm, trung bình nhiều năm của lưu vực 21

Bảng 1.2 : Độ ẩm tháng năm trung bình nhiều năm lưu vực 21

Bảng 1.3 : Bốc hơi tháng năm trung bình nhiều năm lưu vực 22

Bảng 1.4 : Tốc độ gió trung bình tháng nhiều năm của lưu vực 22

Bảng 1.5 : Lượng mưa trung bình tháng nhiều năm của lưu vực 23

Bảng 2.5: Kết quả tính dòng chảy năm theo các tần suất thiết kế 44

Bảng 2.6: Phân phối dòng chảy trong năm theo các tần suất thiết kế 44

Bảng 2.7: Đặc trưng dòng chảy lũ thiết kế 44

Bảng 2.8: Đặc trưng quá trình lũ thiết kế 46

Bảng 3.1: Đường quan hệ Z-V 48

Bảng 3.1a: Các thông số vỡ đập 51

Bảng 3.1b: Các thông số vỡ đập 51

Bảng 3.1c Mực nước tại cầu Hoàng Mai và Lưu lượng đầu mối 54

Bảng 3.2 Diện tích và độ sâu ngập khu vực nghiên cứu 55

Bảng 3.3: Diện tích và độ sâu ngập khu vực nghiên cứu 57

Bảng 3.4: Diện tích và độ sâu ngập khu vực nghiên cứu 59

Bảng 3.5: Kết quả mô phỏng cho 2 kịch bản vỡ đập với thời gian từ lúc vỡ đập đến lúc vận tốc, lưu lượng và độ sâu đạt giá trị lớn nhất 67

Bảng 3.6 Dự trù vật tư, vật liệu chuận bị tại hồ chứa 80

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Theo tổng hợp báo cáo tại hội nghị trực tuyến của Chính phủ về an toàn hồ chứa ngày 29/8/2013, Bộ Xây dựng cho hay, các công trình thủy điện có công suất nhỏ hơn hoặc bằng 30MW còn tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn do một số chủ đập chưa thực hiện đầy đủ quy định về quản

lý an toàn đập Tổng cộng có 144/166 đập đã đến hoặc quá kỳ hạn kiểm tra tính toán lại dòng chảy lũ nhưng hiện chưa tới 1/3 tổng số thực hiện xong và chỉ 36 đập có phương án bảo vệ đập được phê duyệt Trước tình trạng này, Bộ Nông nghiệp cảnh báo, các công trình "có vấn đề" cần phải đặc biệt quan tâm và có biện pháp đảm bảo an toàn vì nếu bị sự cố

sẽ gây nhiều thiệt hại Bộ Nông nghiệp cũng kiến nghị Chính phủ phê duyệt kinh phí hỗ trợ địa phương sửa chữa cấp bách các hồ chứa bị hư

hỏng nặng để đảm bảo an toàn trong năm 2013, hỗ trợ kinh phí theo kế hoặch có mục tiêu từ 2014 để các địa phương chủ động thực hiện

Sự cố vỡ đập Ia Krel 2 (Gia Lai) vừa qua là hồi chuông cảnh báo

từ trung ương đến địa phương Nếu không có biện pháp thì sẽ đối mặt

với thảm hoạ “Quản lý Nhà nước còn dễ dãi quá mà sự cố thuỷ điện, thuỷ lợi thì không cho cơ hội rút kinh nghiệm Một địa phương có hàng trăm hồ nhưng quên một hồ là trả giá ngay”

Hơn nữa các công trình thủy lợi như đập hồ chứa (bao gồm đập vật

liệu địa phương và đập trọng lực như đập bê tông thường, bê tông đầm lăn, đá đổ bản mặt) đã được xây dựng với những quy mô, nhiệm vụ, đặc điểm làm việc khác nhau Trong đó nhiều công trình đã xây dựng lâu năm bị xuống cấp tiềm ẩn nhiều nguy cơ sự cố Thực tế nhiều đập đã bị

sự cố hoặc vỡ đập như sự cố cống Tác Giang trên đê hữu Hồng (8/2012),

vỡ đập Tây Nguyên 9/2012(Nghệ An), Vỡ đập Khe Mơ (Hà Tĩnh năm 2010), sự cố rò nước ở đập sông Tranh 2 (Quảng Ngãi), thấm mạnh ở

nền đập Kè Gỗ; sự cố tràn nước qua đỉnh đập ở đập Hố Hô (Hà Tĩnh)…

Hậu quả có nhiều đập có xuất hiện vết nứt, thấm qua thân đập với tác hại

lớn chưa lường hết được Từ thực tế trên cho thấy khi đập bị sự cố thì nhiều thiệt hại kép đã xảy ra nếu vỡ đập thì gây nên nhiều thiệt hại nghiêm trọng hoặc gây ra thảm họa

Hồ chứa Vực Mấu nằm trên địa bàn huyện Quỳnh Lưu, tỉnh Nghệ

An, được xây dựng từ năm 1978, hoàn thành nâng cấp và cải tạo vào năm 2008 với nguồn vốn của World Bank, và là hồ chứa lớn nhất của tỉnh Nghệ An đến thời điểm hiện tại với tổng dung tích đạt 74 triệu m3 nước Hồ chứa được xây dựng trên sông Hoàng Mai, diện tích lưu vực tính tới tuyến đập là 215 km2 với chiều dài là 56 km, phần hạ lưu đập tới

cửa biển dài 20 km

Do sự phức tạp của địa hình với nhiều dãy núi cao và hẹp chạy theo hướng Tây- Đông, các sông của tỉnh Nghệ An nói chung và huyện

Quỳnh Lưu nói riêng thường ngắn, hẹp và có độ dốc lớn Do vậy, nước sông thường chảy xiết, lũ lên và xuống rất nhanh Hạ lưu của hồ Vực Mấu là thị xã Hoàng Mai với dân số 105 nghìn người (tính đến 2013), và

là một trong những trung tâm kinh tế của tỉnh Nghệ An, có tuyến đường

sắt bắc nam, quốc lộ 1A và tỉnh lộ 537 chạy qua Hơn nữa, thị xã Hoàng Mai nằm trong một vùng trũng của tỉnh Nghệ An, cao trình phổ biến chỉ

từ 0.3-3.5 m nên hàng năm thường xuyên bị ngập úng Nếu có vỡ đập xảy ra, hậu quả sẽ rất nghiêm trọng

Từ trước tới nay, ít có các kịch bản vỡ đập được xây dựng cho Hồ

chứa để giúp đưa ra các phương án sơ tán và bảo vệ tính mạng tài sản

nhân dân, giảm thiểu thiệt hại Vì vậy việc nghiên cứu “Ảnh hưởng của

v ỡ đập đến vùng hạ du hồ chứa và đề xuất giải pháp giảm thiểu: kịch

b ản cho hồ Vực Mấu, tỉnh Nghệ An” là hết sức cần thiết và cấp bách

2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính toán vỡ đập, từ đó vận dụng tính toán các kịch bản khi vỡ đập đối với hồ Vực Mấu và kiến nghị giải pháp ứng phó cho khu vực hạ du hồ Vực Mấu nhằm phòng tránh và

giảm nhẹ thiệt hại cho khu vực dân cư, cơ sở kinh tế, an ninh, quốc phòng và các thiệt hại khác

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

3 1 Cách tiếp cận

3 1.1 Tiếp cận tổng hợp

Xem khu vực nghiên cứu là khu vực hạ lưu bị ảnh hưởng ngập lụt,

và tầm ảnh hưởng cấu thành hệ thống gồm: địa hình, địa chất, khí hậu, nước, hệ sinh thái, con người, phương thức quản lý, khai thác v.v…, là các thành phần của hệ tương tác có quan hệ ràng buộc, tác động lẫn nhau

3 1.2 Tiếp cận hệ kinh tế – sinh thái – môi trường

Mục tiêu cơ bản của việc dự báo vỡ đập là xác định vùng ngập lụt, di dân, bảo đảm an toàn cho người và cơ sở vật chất vùng hạ lưu Vấn đề lũ lụt sẽ tác động tới hệ sinh thái và môi trường Vì vậy cách tiếp

cận này bảo đảm cho môi trường và sự phát triển bền vững

3 1.3 Tiếp cận tích hợp thông tin (ảnh viễn thám, bản đồ và hệ thống GIS)

Vùng nghiên cứu có cấu trúc địa hình phức tạp, hệ thống sông kênh

nhiều, điều kiện tự nhiên biến động Do vậy để nắm bắt thông tin cập nhật về tài nguyên về đất, nước phục vụ công tác nghiên cứu đòi hỏi

phải thích hợp các thông tin như ảnh vệ tinh; khai thác bản đồ chuyên ngành, bản đồ đẳng trị mưa hệ thống thông tin địa lý (GIS) và so sánh, đối chiếu với tài liệu khảo sát mặt đất

3.1.4 Tiếp cận kế thừa, phát triển các kết quả nghiên cứu và tiếp thu công nghệ

Sử dụng các công cụ tiên tiến để triển khai thực hiện đề tài như:

Sử dụng các phần mềm tính toán và các phần mềm ứng dụng khác để phục vụ công tác tính toán, dự báo vùng bị ngập hạ du

3 2 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng các phương pháp sau:

- Phương pháp kế thừa;

- Phương pháp chuyên gia;

- Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu;

- Phương pháp phân tích, xử lý, đánh giá số liệu;

- Phương pháp sử dụng mô hình toán;

5 Bố cục của luận văn

Luận văn ngoài phần mở đầu , kết luận và kiến nghị, gồm có 3 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyêt và cơ sở dữ liệu Chương 3: Xây dựng vùng ngập lụt hạ du

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về sự cố đập trên thế giới

1.1.1 Sự cố vỡ đập trên thế giới

Vỡ đập luôn là một thảm họa kinh hoàng đối với con người bởi

nó có thể quét sạch và cuốn trôi bất kỳ thứ gì khi hàng ngàn m3 khối nước đổ ập xuống Quá khứ luôn là một bài học cay đắng cho hậu thế khi

những công trình dân sinh có thể trở thành thảm họa cướp đi mạng sống

của hàng ngàn người Một số đập bị vỡ ở trên thế giới:

1 Năm 1802, cơn mưa lớn lịch sử tại Tây Ban Nha đã khiến con đập Pantano de Puentes nằm ở vùng Lorca không chịu nổi sức nước và vỡ tràn khiến ít nhất 608 người thiệt mạng Hàng ngàn m3 nước đổ ập xuống khu dân cư và ảnh hưởng tới 1.800 ngôi nhà và hơn 40.000 cây cối

2 Tại Ý, vào tháng 10/1963, một trong những con đập cao nhất thế giới mang tên Vajont nằm ở vùng thung lũng sông Vajont đã bất ngờ sụp

đổ do một trận động đất Chỉ trong 45 giây, 260 triệu m3 nước đã bao trùm toàn bộ khu vực Thậm chí, nước từ hồ chứa khi đổ xuống các ngôi làng cạnh đó còn tạo nên các cơn sóng cao tới 250m khiến khoảng 2.000 người thiệt mạng

3 Trước đó 40 năm, tại Ý cũng từng xảy ra một vụ vỡ đập khác khiến 356 người chết Đó là khi đập nhiều tầng Gleno ở trên sông Gleno, vùng Valle di Scalve vỡ chỉ sau… 40 ngày Khi đó, khoảng 4,5 triệu

m3 nước đã tràn ra từ độ cao 1.535m xuống vùng thung lũng phía dưới Nguyên nhân được xác định là do đơn vị thi công không sử dụng loại vữa xi măng thích hợp

4 Còn tại Mỹ, vụ vỡ đập South Fork xảy ra năm 1889 đã đi vào lịch

sử nền kinh tế số 1 thế giới với 2.209 người thiệt mạng Trước khi “thảm

họa” xảy ra, con đập ở bang Pennsylvania liên tục được cảnh báo rò rỉ nước ở nhiều chỗ nhưng các kỹ sư… không thể vá xuể Và chuyện gì tới cũng phải tới, khi lượng mưa vào tháng 5/1889 vượt quá sức chứa của hồ thủy điện này, 20 tấn nước đã khiến đập South Fork đổ sập và gây thiệt hại ít nhất 17 triệu USD, đồng thời khiến 2.209 người chết

5 Tại Ấn Độ, do chủ quan và thiếu đi các biện pháp khẩn cấp, trận mưa lớn và lũ lụt năm 1979 đã khiến con đập Machchu-2 nằm trên sông Machhu (Morbi) sụt vỡ và gây nên cái chết của hàng nghìn người Cho tới nay, vẫn chưa có báo cáo chính thức về số người chết Nhưng nhiều nguồn tin Ấn Độ khẳng định con số này phải lên tới 15.000 người Bởi

chỉ trong vòng 20 phút, những con sóng cao 10m đã nhấn chìm một thị

trấn cách đó 5km Sự kiện này đã đi vào lịch sử thế giới với tên gọi Thảm họa Morbi

6 Đối với không ít người dân Trung Quốc, vụ vỡ đập thủy điện Bản Kiều được coi là sự cố vỡ đập tồi tệ nhất trong lịch sử nước này

Nó được xây dựng năm 1952 trên sông Hoài Nam, tỉnh Hà Nam

và chính là một trong những thủy điện quy mô lớn đầu tiên của Trung Quốc Nhưng tới năm 1975, siêu bão Nina (1 trong 5 siêu bão gây thiệt hại lớn nhất thế giới) đổ bộ vào nước này, lượng mưa đo được trong ba ngày lên đến 1605,3 mm

Không chịu được sức nước, đập Bản Kiều đã sụp đổ, khiến Trung Quốc mất đi một nguồn năng lượng khổng lồ bởi nó có khả năng đáp ứng 1/3 nhu cầu sử dụng vào lúc cao điểm của cả nước Công suất của nhà máy lên đến 18 GW, tương đương 9 nhà máy nhiệt điện hay 20 lò

phản ứng hạt nhân.Vụ vỡ đập thủy điện này đã khiến khoảng 171.000 người thiệt mạng, khoảng 11 triệu dân trở nên vô gia cư khi hơn 5 triệu ngôi nhà bị phá hủy

7 Ở Việt Nam, Ngày 12/6/2013, đập dâng của thủy điện Ia Krêl 2,có công suất thiết kế 5,5MW đã bị vỡ phần cống dẫn dòng, khiến hơn 5 triệu m3 nước tích trong lòng hồ đổ xuống hạ nguồn, tạo cơn “đại hồng thủy” quét dọc tuyến suối Ia Krêl đến sông Sê San, với chiều dài hơn 10km Hàng chục người bị nước lũ cuốn trôi, nhưng may mắn không có

ai thiệt mạng Tuy nhiên, hơn 200 hécta cây trồng, hoa màu cùng nhiều tài sản của nhiều hộ đồng bào dân tộc thiểu số đã bị dòng nước dữ cuốn trôi, với tổng giá trị thiệt hại hơn 3,6 tỷ đồng

1.1.2 Tính toán vỡ đập trên thế giới

Trên thế giới an toàn đập là một mối quan tâm lớn trên toàn cầu và phát triển Trong biến đổi khí hậu, an toàn và an ninh đập không còn chỉ

là một vấn đề của lão hóa cơ sở hạ tầng, an ninh lương thực, và các biện pháp thích ứng phù hợp với sự thay đổi khí hậu Dưới đây chỉ là một số phương pháp tính toán vỡ đập trên ở thế giới

1 Năm 2010, Tony L.Wahl đã Tổng quan về phương pháp phân tích

v ỡ đập (Joint Federal Interagency Conference on Sedimentation and

Hydrologic Modeling, June 27 - July 1, 2010 - Las Vegas, NV)

Hai nhiệm vụ chính trong tính toán vỡ đập là những dự đoán của các hồ chứa thủy văn dòng chảy và định tuyến của mà thủy văn thông qua các thung lũng hạ lưu để xác định hậu quả vỡ đập Khi quần thể có nguy cơ nằm gần một con đập, điều quan trọng là dự đoán chính xác thủy văn dòng chảy và phạm vi thời gian của nó liên quan đến các diễn biến quá trình vỡ đập Bài viết này cung cấp một tổng quan về các

phương pháp được sử dụng để dự đoán thuỷ văn dòng chảy, từ phương pháp đơn giản thích hợp cho các ước tính thẩm định cấp với các phương pháp phức tạp hơn để phân tích các trường hợp riêng Sự tiến triển của phát triển công nghệ được tiếp nối từ phương pháp dự đoán dòng chảy cao điểm trực tiếp cho những người dự đoán phát triển phạm vi trực tiếp

và mô hình phân tích thủy lực, và cuối cùng là phương pháp mà các quá trình mô hình xói mòn, phạm vi phát triển và thủy lực rất chi tiết

2 Cameron, và cộng sự (2006) đã Phân tích vỡ đập được sử dụng

HEC-RAS và HEC-GEORAS (Hydraulic Engineer and Senior Technical

Hydraulic Engineer, Hydrologic Engineering Center, Davis, CA95616)

Một phân tích các mô hình vỡ đập cung cấp một công cụ kịch bản tạo ra để xác định các mối nguy hiểm kết quả Quản lý vùng đồng bằng

và nhân viên quản lý khẩn cấp sau đó có thể sử dụng các kết quả dự phòng để bảo vệ chống lại sự mất mát của cuộc sống và tài sản thiệt hại Phân tích hệ thống các thủy văn Kỹ thuật của Trung tâm (HEC-RAS) có thể được sử dụng cùng với HEC-GeoRAS để phát triển một mô hình mô

phỏng đập HEC-GeoRAS được sử dụng để trích xuất thông tin hình học

từ mô hình địa hình kỹ thuật số và sau đó nhập khẩu vào HEC-RAS Mô

phỏng không ổn định dòng chảy của vỡ đập được thực hiện bằng cách sử dụng HEC-RAS và kết quả được ánh xạ bằng cách sử dụng GIS Lập bản

đồ ngập lụt mặt nước kết quả từ các mô hình mô phỏng đập cung cấp

một đánh giá sơ bộ về nguy cơ lũ lụt và cung cấp cái nhìn sâu sắc cho chuẩn bị khẩn cấp Quá trình thu thập và chuẩn bị dữ liệu, tạo ra một mô hình không ổn định dòng chảy trong HEC-RAS, nhập các thông số phạm

vi đập, thực hiện phân tích vỡ đập, và lập bản đồ lũ tiến triển được thảo luận

3 Năm 2012, Yuefeng Sun, với cộng sự đã Nghiên cứu về đặc điểm

c ủa vỡ đập dựa trên phân tích tương ứng

Hệ thống cơ sở dữ liệu vỡ đập DFDS được xây dựng, và trong đó thông tin vỡ đập cơ bản bao gồm vị trí, thời gian xảy ra, loại, chiều cao,

khối lượng lưu trữ, số tử vong số lượng và nguyên nhân xảy ra, được tuân thủ Phân tích tương ứng được sử dụng để nghiên cứu các mối quan

hệ của thông tin Phân tích thống kê cho thấy rằng tỷ lệ vỡ đập cao trong năm 1970 ở Trung Quốc Điều này chủ yếu là do các tiêu chuẩn xây

dựng đập thấp và công nghệ lạc hậu Khả năng xả không đủ và chất lượng kém là những yếu tố chính gây ra vỡ đập Phân tích tương ứng cho thấy đập đất tai nạn vỡ có liên quan xảy ra nền tảng, quản lý không đầy

đủ, và tràn

4 Năm 2009, F W L Kho và cộng sự đã Định lượng phân tích vỡ

đập trên một đập đất hồ chứa (Int J Environ Sci Tech., 6 (2),

203-210, Spring 2009, issn: 1735-1472, © irsen, ceers, iau)

Mô phỏng toán học trên vỡ đập hay xảy ra sử dụng BOSS DAMBRK thủy động lực học lũ lụt định tuyến đập mô hình đã được tiến hành để xác định mức độ ngập lụt ở hạ nguồn, thời gian lũ lụt, vận tốc nước lũ và ảnh hưởng khu dân cư bị ảnh hưởng hạ lưu, tài sản và các khu vực nhạy cảm về môi trường do nước lũ Mô phỏng máy tính cho một trong những kịch bản các trường hợp trên sử dụng phần mềm BOSS DAMBRK phạm vi vỡ đập, tác lưu trữ, đồng bằng ngập lũ, dòng chảy trên lưu vực và sóng lũ suy giảm Kết quả mô phỏng xem xét một vận tốc dòng chảy tối đa 2,40 m/s với một lưu lượng xả khoảng 242 m³/s xảy

ra tại 1.00 km phía hạ lưu Xả tối đa tăng từ 244 m3 /s (vận tốc dòng

chảy = 1.74 m/s tại 8 km.) 263 m3

/s (vận tốc dòng chảy = 1,37 m/s xảy

ra ở 12 km.); về giảm 39% trong vận tốc dòng chảy trên một khoảng cách 4,00 km về hạ lưu Nếu toàn bộ đập cho cách ngay lập tức, một số điểm kéo dài từ 0.00 km (tại tuyến đập) với khoảng 3,40 km về phía hạ lưu đập có thể được phân loại là "vùng nguy hiểm", trong khi nguy cơ hạ lưu và thiệt hại kinh tế hơn 3,40 km phía hạ lưu có thể được phân loại như khu "thấp" hay "tối thiểu"

5 Năm 2013, Purvang H Pandya và Thakor Dixitsinh Jitaji đã viết

M ột đánh giá tóm tắt về phương pháp có sẵn cho phân tích vỡ đập (W

R M., L D College of Engineering, Ahmedabad)

Nhiều vỡ đập trong lịch sử đã dẫn đến sự khởi đầu của một nghiên cứu mới trong lĩnh vực xảy ra vỡ đập và hậu quả của nó Lĩnh vực nghiên cứu này với hai quan điểm cơ bản Quan điểm đầu tiên là biết đập

nhất định sẽ vỡ hay không Quan điểm thứ hai là về giả định sự vỡ đập

và phân tích các hậu quả Phân tích vỡ đập về cơ bản đề cập đến quá trình giả định một phần phạm vi và định tuyến các sóng lũ lụt ở vùng hạ lưu Mục tiêu chính của phân tích này là để tạo điều kiện lập kế hoạch hành động khẩn cấp cho một vỡ đập có thể Nhiều mô hình định tuyến lũ

có sẵn để phân tích vỡ đập Một số mô hình cũng cung cấp các phần mở rộng GIS mà tạo điều kiện dễ dàng chuẩn bị các bản đồ ngập lụt

6 Năm 2007, Chương trình xuất bản Tài nguyên nước, Phân tích vỡ

đập và ngập lụt phân loại nguy hiểm hạ lưu.(MGS Engineering

Consultants, Inc for, Water Resources Program, Dam SafetyOffice, P.O Box 47600, Olympia, WA 98504-7600, (360) 407-6208)

Kỹ thuật này là nhằm hỗ trợ trong việc thực hiện một Phân tích

vỡ đập gây ra ngập lụt và đánh giá sự nguy hiểm hạ lưu bởi vỡ đập

Trọng tâm chính sẽ là đập đất, tuy nhiên, thông tin này cũng sẽ được

cung cấp để sử dụng với đập bê tông Nó không phải là dự định được một bản tóm tắt toàn diện của tất cả các thông tin có sẵn, mà là làm nổi

bật đáng chú ý phương pháp và cảnh báo người đọc để thảo luận chi tiết hơn và tài liệu tham khảo kỹ thuật Lưu ý kỹ thuật này đã được chuẩn bị vào năm 1992 dựa trên công trình của Tiến sĩ Melvin G Schaefer Nó đã được cập nhật trong năm 2007 để phản ánh nghiên cứu về vỡ đập đã được thực hiện kể từ khi báo cáo ban đầu đã được hoàn thành Phân tích

ngập lụt được sử dụng cho nhiều mục đích trong kế hoạch và thiết kế cho các đập được đề xuất và lập kế hoạch và nâng cấp đối với các đập hiện có

Ứng dụng điển hình bao gồm:

+ Phân loại nguy hiểm hạ lưu

+ lập bản đồ ngập lụt để sử dụng trong việc phát triển kế hoạch hành động khẩn cấp

+ Hỗ trợ trong việc lựa chọn tầng Thiết kế / Hiệu suất cho yếu tố quan trọng của dự án

+ Phân tích thiệt hại

7 Năm 2003 GIS cho phân tích nhanh hơn vỡ đập dòng chảy (Steve

Pitman University of Texas at Austin GIS in Water Resources)

Một cuộc thảo luận được trình bày trên các giá trị hiện tại và tiềm năng của các hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong phân tích của lũ lụt khi

xảy ra vỡ đập Lũ vỡ đập có thể được phân tích của các cường độ lớn hơn

và khác với lũ tự nhiên ở cùng một vị trí Mô hình có sẵn để dự đoán hành

vi của sóng lũ vỡ đập, và bài viết này xem xét như thế nào GIS có thể được sử dụng để tăng cường chức năng và/hoặc khả năng của một mô

hình phổ biến, FLDWAV, một sản phẩm dịch vụ thời tiết quốc gia Nghiên cứu trường hợp đơn giản minh họa ngắn gọn một số trong những bước mà GIS có thể được áp dụng Bài viết này là một dự án hạn cho sinh viên tốt nghiệp xây dựng lớp học và do đó giới hạn trong phạm vi Nó không được trình bày như là một kiểm tra đầy đủ hoặc có thẩm quyền của chủ thể

 Qua đó việc coi trọng an toàn đập và đưa ra cảnh báo trên thế giới rất

cần thiết để áp dụng cho Viêt Nam Nâng cao khả năng đối phó với lũ yêu

cầu áp dụng kỹ thuật bằng "con đường mềm" quản lý rủi ro lũ lụt, nhằm mục đích để hiểu, thích ứng và làm việc với các lực lượng của thiên nhiên

1.2 Tổng quan về sự cố đập ở Việt Nam

Ở Việt Nam có khoảng 6.648 hồ chứa nước, với tổng dung tích

trữ khoảng 11 tỷ m3, trong đó có khoảng 560 hồ chứa lớn, 1.752 hồ có dung tích 0,2-3 triệu m3 nước, còn lại hồ chứa nhỏ Các hồ này đều xây dựng trong bối cảnh khó khăn, thi công bằng thủ công Trong quá trình

rà soát hệ thống hồ chứa và kết quả thật đáng báo động khi có nhiều hồ

chứa đang mất an toàn trầm trọng:

Việt Nam có nhiều hồ chứa nước, trong nhiều năm qua Nhà nước

và nhân dân đã đầu tư xây dựng 6.648 hồ, với mục tiêu chính là cung cấp nước cho sản xuất nông nghiệp và tham gia điều tiết lũ cho vùng hạ du,

tạo nguồn nước cho sinh hoạt và phát điện Các tỉnh xây dựng nhiều hồ

chứa là Hòa Bình 521 hồ, Bắc Giang 461 hồ, Tuyên Quang 503 hồ, Vĩnh Phúc 209 hồ, Phú Thọ 124 hồ, Thanh Hóa 618 hồ, Nghệ An 625 hồ, Hà Tĩnh 345 hồ, Bình Ðịnh 161 hồ, Ðác Lắc 539 hồ Tuy nhiên, hầu hết các hồ đều được xây dựng từ những năm 60 của thế kỷ trước đến nay đã

xuống cấp nghiêm trọng, độ an toàn tương đối thấp Sự cố vỡ đập Ia

Krel 2 (Gia Lai) vừa qua là hồi chuông cảnh báo từ trung ương đến địa phương Nếu không có biện pháp thì sẽ đối mặt với thảm hoạ “Quản lý Nhà nước còn dễ dãi quá mà sự cố thuỷ điện, thuỷ lợi thì không cho cơ

hội rút kinh nghiệm Một địa phương có hàng trăm hồ nhưng quên một

hồ là trả giá ngay”

• Trước thực trạng trên, từ năm 2003, Bộ NN và PTNT đã xây dựng và trình Chính phủ phê duyệt chương trình bảo đảm an toàn hồ chứa Mục tiêu của chương trình là đầu tư sửa chữa, nâng cấp công trình đầu mối các hồ chứa đã xuống cấp và từng bước nâng cấp hệ thống kênh mương, nhằm bảo đảm an toàn, hiệu quả công trình; kiện toàn hệ thống tổ chức quản lý và tăng cường các trang thiết bị giám sát từ các hồ chứa Ðội ngũ cán bộ làm công tác quản lý hồ chứa được tập huấn, nâng cao năng lực, trình độ về quản lý hồ; đồng thời tuyên truyền cho nhân dân trong vùng hưởng lợi nắm được tầm quan trọng của công tác bảo đảm an toàn hồ Mục tiêu từ năm

2003 đến 2020 nâng cấp, sửa chữa 3.174 hồ các loại, tăng cường đào tạo công tác quản lý khai thác, bảo vệ các hồ chứa

Cụ thể, có 114/166 đập đã đến hoặc quá kỳ kiểm định/kiểm tra tính toán lại dòng chảy lũ, nhưng hiện mới có 45 đập đã thực hiện xong, 35 đập đang thực hiện và còn tới 34 đập chưa thực hiện Chỉ có 36/166 đập

đã có phương án bảo vệ đập được phê duyệt theo quy định, 54/166 đập đang xây dựng hoặc đang trình duyệt và 76/166 đập còn lại chưa có phương án Về hiện trạng công trình đầu mối của các hồ chứa, hiện có tới 317 hồ bị hư hỏng, trong đó có 120 hồ trọng điểm, cần nâng cấp, sửa

chữa ngay để bảo đảm an toàn trong mùa mưa lũ 2013

• Thời gian qua, công tác quản lý đầu tư xây dựng các hồ, đập thủy điện của một số bộ, ngành địa phương còn lúng túng và "dễ dãi" Phó

Thủ tướng Hoàng Trung Hải chỉ đạo Bộ Xây dựng cần rà soát năng lực của các đơn vị tư vấn, thiết kế, giám sát chất lượng thi công các dự án

hồ, đập thủy điện Bộ Công thương tăng cường kiểm tra an toàn các hồ

chứa thủy điện, tập trung vào các hồ thủy điện nhỏ, kiên quyết xử lý

những vi phạm Nếu vi phạm nghiêm trọng các quy định về an toàn hồ chứa phải kiên quyết dừng hoạt động

 Cho đến nay, ít có hồ chứa được tính toán xậy dựng kịch bản vỡ đập được xây dựng cho Hồ chứa để giúp đưa ra các phương án sơ tán và bảo vệ tính mạng tài sản nhân dân, giảm thiểu thiệt hại Vì vậy việc nghiên cứu “Ảnh

hưởng của vỡ đập đến vùng hạ du hồ chứa và đề xuất giải pháp giảm thiểu:

k ịch bản cho hồ Vực Mấu, tỉnh Nghệ An” là hết sức cần thiết và cấp bách

1.3 Giới thiệu về vùng nghiên cứu

H ồ Vưc Mấu

Vùng lòng hồ và lưu vực có tọa độ địa lý 19015’ đến 19020’ vĩ độ Bắc

105037’ đến 105048’ kinh độ Đông

Khu hưởng lợi 14 xã và 1 nông trường: Quỳnh Trang, Quỳnh Tân,

Quỳnh Vinh, Quỳnh Thiện, Quỳnh Dị, Quỳnh Lộc, Quỳnh Xuân, Mai Hùng,

Quỳnh Văn, Quỳnh Thạch, Quỳnh Hoa, Quỳnh Mỹ, Quỳnh Hậu, Quỳnh Lâm

và nông trường Trịnh Môn có tọa độ địa lý 19007’ đến 19018’ vĩ độ Bắc

105033’ đến 105050’ kinh độ Đông

Quỳnh Lưu có đường biên giới dài 122km, trong đó đường biên

giới đất liền 88km và 34 km đường bờ biển Khoảng cách từ huyện lỵ là thị trấn Cầu Giát đến tỉnh lỵ là thành phố Vinh khoảng 60Km Phía bắc huyện Quỳnh Lưu giáp huyện Tĩnh Gia và huyện Như Thanh (Thanh Hoá), có chung địa giới khoảng 24km với ranh giới tự nhiên là khe Nước

Lạnh Phía nam và tây nam Quỳnh Lưu giáp với Diễn Châu và huyện Yên Thành với ranh giới khoảng 31km Vùng phía nam của huyện Quỳnh Lưu có chung khu vực đồng bằng với hai huyện Diễn Châu và Yên Thành (thường gọi là đồng bằng Diễn-Yên-Quỳnh) Phía tây, huyện

Quỳnh Lưu giáp huyện Nghĩa Đàn huyện Tân Kì và thị xã Thái Hoà với ranh giới khoảng 33km được hình thành một cách tự nhiên bằng các dãy núi kéo dài liên tục mà giữa chúng có nhiều đèo thấp tạo ra những con đường nối liền hai huyện với nhau Phía đông, huyện Quỳnh Lưu giáp

biển Đông

1.3.2 Điều kiện dân sinh kinh tế, địa hình, địa chất, thủy văn

a Điều kiện dân sinh kinh tế

* Dân sinh xã hội:

- Khu hưởng lợi công trình thủy lợi Vực Mấu gồm 14/43 xã và một nông trường, được phân chia như sau:

+ Vùng Nông Giang: Gồm 7 xã: Quỳnh Thạch, Lâm, Mỹ, Hoa, Văn, Xuân, Hậu và Nông Trường Trịnh Môn

+ Vùng Hoàng Mai: Gồm 6 xã: Quỳnh Lộc, Vinh, Thiên, Dị, Mai Hùng, Quỳnh Trang

+ Vùng bán sơn địa: Xã Quỳnh Tân

- Tổng dân số khu hưởng lợi 104.000 người, số người trong độ tuổi lao động 50.200 người, chủ yếu là lao động nông nghiệp, ngoài ra còn

một số lao động ngành nghề khác như: Tiểu thủ công nghiệp, trồng rừng, chăn nuôi gia súc có rừng và nuôi trồng thủy sản

* Tình hình kinh tế:

- Nông nghi ệp

Nông nghiệp là nghề sống chính của nhân dân trong vùng dự án Đất đai ở đây có nhiều loài, phân bố trên nhiều dạng địa hình và thổ nhưỡng khác nhau, thích hợp cho loài cây trồng phát triển, trong đó cây trồng phát triển, trong đó cây lương thực (lúa, màu) và cây công nghiệp ngắn ngày (Lạc, Vừng, Mía, Dứa…) vẫn chiếm ưu thế

- Nuôi tr ồng thủy sản

Quỳnh Lưu nói chung vùng dự án nói riêng có nhiều lợi thế để phát triển nuôi trồng thủy sản, đây là ngành kinh tế có hiệu quả cao đang được chú trọng ở Quỳnh Lưu trong những năm gần đây Tuy nhiên nguồn nước ngọt cấp cây cho nuôi trồng thủy sản đang còn thiếu trầm

trọng Cá đạt 450 – 500kg/ha, Tôm cua đạt 120-150kg/ha Nếu được đầu

tư đúng mức, cung cấp đủ nguồn nước ngọt để nuôi tôm thâm canh thì có thể đạt đến 3000kg/ha/vụ

- Các ngành kinh tế khác

+Công nghiệp – Tiểu thủ công nghiệp:

Trong vùng dự án đã xuất hiện nhiều mô hình tổ hợp sản xuất nhỏ như chế biến nông sản, hải sản, cơ khí nhỏ, vật liệu xây dựng và các làng nghề truyền thống như thủ công mỹ nghệ làm muối, mộc cao cấp, đang bắt đầu phát triển và làm ăn đang có nhiều hiệu quả Tổng số lao động ngành nghề công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp chiếm khoảng 15% lao động toàn vùng

+ Dịch vụ thương mai

Mạng lưới thương mại đang được mở rộng Hàng hóa nơi đây có nhiều loài Tôm, Cua, Cá, Nước mắm, Lúa gạo, Chè hòe, Lộc hương đang được thị trường ưa chuộng

+ Giao thông

Hệ thống giao thông đường bộ đường sắt gồm có Quốc lộ IA, Quốc lộ 48, đường sắt Bắc Nam, đường sắt Giát – Nghĩa Đàn là những tuyến đường huyết mạch quan trọng nối liền với khu vực dự án với các vùng kinh tế quan trọng trong Tỉnh cũng như cả nước, tạo điều kiện giao thông giữa các vùng trong huyện rất dễ dàng

Hệ thống đường thủy gồm có sông Thái, sông Hoàng Mai, sông

Mơ và một số kênh lạch như kênh La Man, Kênh nhà Lê tạo điều kiện cho tầu thuyền vào ra thuận lợi

+ Vật liệu xây dựng

Khu vực vùng dự án có khu công nghiệp Hoàng Mai là trung tâm sản xuất vật liệu xây dựng như xi măng, gạch, tấm lợp và đá xây dựng rất thuận tiện để phục vụ dự án

b Điều kiện địa hình

Hồ chứa nước Vực Mấu thuộc lưu vực sông Hoàng Mai, có diện tích lưu vực 215km2 Lưu vực chủ yếu là đồi núi gồm nhiều dãy núi cao liên tiếp ở phía Bắc, Đông Bắc, cây cối rậm rạp (núi Mồng Gà, Khê Nê,

Đa Gung); Các dãy núi này là ranh giới giữa hai tỉnh Nghệ An và Thanh Hóa Phía Tây, Tây Bắc là đồi núi thấp xen kẽ một số dãy núi là cao ranh giới giữa hai huyện Nghĩa Đàn và Quỳnh Lưu Phía Nam lưu vực là vùng đồi núi thấp, cây cối thấp chủ yếu là Bạch Đàn, Thông, Tràm Vùng tiếp giáp đường sắt Bắc Nam và quốc lộ 1A là đồng bằng, đây là làng mạc và khu tưới của kênh Nam Vực Mấu Phía Đông, Đông Bắc lưu vực là khu tưới của kênh chính, kênh Bắc Vực Mấu Trong vùng có một

số đồi trọc thấp và một số dãy núi đá vôi

Hồ chứa nước Vực Mấu thuộc lưu vực sông Hoàng Mai, có diện tích lưu vực 215 km2

Phía Bắc, Đông Bắc giáp Thanh Hóa, gồm nhiều dãy núi cao, cấy cối rậm rạp Phía Tây, Tây Bắc giáp Nghĩa Đàn chủ yếu

là đồi núi xem kẽ một số dãy núi cao Phía Nam, phía Đông giáp huyện

Diễn Châu và biển Đông Đây là khu tưới của hồ Vực Mấu và kênh chính Đô Lương

Hoàng Mai là vùng địa hình nửa đồi núi lại giáp biển nên vừa có núi không cao lắm, vừa có đồng bằng Các dãy núi cao nằm trên đường phân lưu có cao độ không quá 500 m với các đỉnh: rú Xước cao 431m, lèn Kim Giao cao 352 m, núi Chóp cao 362 m, Mồng Gà cao 256 m…

Phần lớn diện tích rừng trên đồi núi của lưu vực đã bị khai thác thành đồi trọc hoặc biến thành rừng thưa hoặc chuyển thành rừng sản xuất

Vùng đồng bằng của lưu vực nằm hoàn toàn ở vùng hạ du ở cả hai bờ Bắc và Nam Đó là những vùng tương đối bằng phẳng có diện tích

từ 1.000-2.000ha có cao độ từ 15 (chân đập Đồi Tương đến cao độ 3.00

m (ven quốc lộ 1A) Cánh đồng Quỳnh Lộc ven núi Xước có cao độ 20.00 m đến Đông kênh nhà Lê cao độ 5.0 m Cánh đồng Nam Hoàng Mai rộng khoảng 900 ha có cao độ 7.0 m Ngoài ra còn có những cánh đồng nhỏ có diện tích dưới 200 ha nằm ở thung lũng các khe nhánh như khe Chàm, khe Ngàn, khe Cái, khe Nghè

Dọc theo lưu vực sông Hoàng Mai xuống tận Cửa Cờn – Quỳnh Phương địa hình biến đổi tương đối ít, phía hạ lưu là đồng bằng, hình thái lòng sông ít biến đổi

c Điều kiện địa chất

* Địa chất thổ nhưỡng:

Địa chất vùng này nằm trong vùng cấu tạo của đới Trường Sơn và

một phần đới Phu hoạt Đất đá trong vùng bao gồm: Các trầm tích bở rời

đê tứ và đất đá thành tạo có tuổi Palaozoi đến Kainozôi; Các trầm tích có tuổi Anizi đồng trâu (T2dt) Các trầm tích lục nguyên, lục nguyên các bô nát và các trầm tích nguồn núi lửa Nham thạch trong lưu vực là sa diệp

thạch sét

* Địa chất thủy văn:

Vùng lòng hồ Vực Mấu có hai phức hệ chứa nước chính:

+ Phức hệ chứa nước trong trầm tích bở rời đệ tứ, phân bố dọc khe suối

+ Phức hệ chứa nước trong khe nứt đá gốc (đá ba zan và đá phiến sét vôi), phân bố rộng rãi trong vùng Các khe nứt của đá gốc đã được lấp đầy bằng đất sét nên thấm mất nước qua nền không đáng kể

d Điều kiện thủy văn

+ Nhiệt độ:

Nhiệt độ trên lưu vực chia làm hai mùa rõ rệt là mùa Đông và mùa

Hè Nhiệt độ bình quân năm trên lưu vực ít biến đổi

Mùa Đông có thể tính từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau trùng vào

thời kỳ hoạt động mạnh của khối không khí lạnh lục địa Châu Á Nhiệt

độ thấp nhất vào tháng 1 nhiệt độ thấp nhất đo được 5,7oC Chênh lệch nhiệt độ ngày trong mùa Đông từ 6 ÷ 8o

C

Mùa Hè có thể tính từ tháng 4 đến tháng 10 khi khối không khí xích đạo Thái Bình Dương ảnh hưởng lớn tới lưu vực Nhiệt độ trung bình ngày các tháng mùa hè từ 26 ÷ 28o C Tháng có nhiệt độ cao nhất là tháng 7 bình quân ngày đạt tới 390C, nhiệt độ cao nhất đo được 40,4o

C Chênh lệch nhiệt độ trong ngày 12 ÷14o

C

Bảng 1.1 : Nhiệt độ tháng, năm, trung bình nhiều năm của lưu vực

Quỳnh Lưu 17,0 17,6 20,1 23,7 27,5 28,9 29,4 28,3 26,8 24,4 21,4 18,5 23,6 Tây Hiếu 16,2 17,4 20,3 24,0 27,2 28,1 28,4 27,3 26,0 23,6 20,5 17,5 23,0

+ Độ ẩm

Độ ẩm không khí các tháng trong năm dao động từ 78 đến 90%,

thấp nhất vào thời kỳ tháng 6,7 gió Tây- Nam phát triển mạnh, cao nhất vào khoảng tháng 2, 3

Bảng 1.2 : Độ ẩm tháng năm trung bình nhiều năm lưu vực

Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm

Qu ỳnh Lưu 86,0 88,0 90,0 84,0 84,0 81,0 78,0 84,0 87,0 88,0 88,0 87,0 86,0 Tây Hi ếu 87,0 89,0 82,0 86,0 81,0 82,0 80,0 85,0 88,0 87,0 87,0 86,0 86,0

+Bốc hơi:

Bốc hơi trên lưu vực bình quân năm 983 mm, bốc hơi lớn nhất vào

các tháng 6, 7 khi gió mùa Tây Nam phát triển mạnh thấp nhất vào các tháng 2,3 trong giai đoạn gió mùa Đông Bắc cực thịnh

Bảng 1.3 : Bốc hơi tháng năm trung bình nhiều năm lưu vực

Qu ỳnh Lưu 56,1 42,9 44,2 53,4 102 127 159 103, 69,8 76,2 77,0 72,3 983 Tây Hiếu 47,7 37,1 47,8 71,7 109 108 116 78,0 57,0 59,2 52,5 52,4 835

+ Gió, bão:

Gió hoạt động trên lưu vực có hai mùa rõ rệt là gió mùa Đông và gió mùa Hè Vào mùa Đông hướng gió thịnh hành là Đông Bắc và Tây Bắc, mỗi năm có khoảng 3÷4 đợt gió mùa gây lạnh trên lưu vực Gió mùa

Hè có hướng gió thịnh hành là gió Đông và Đông Nam, tốc độ gió trung bình 1,5÷3,0 m/s Ngoài ra vào tháng 5, 6,7 có gió Tây và Tây Nam hoạt động, trên toàn lưu vực gió có tốc độ 2,0÷4,0 m/s kéo dài từ 5÷7 ngày với đặc trưng là khô và nóng Hàng năm lưu vực chịu ảnh hưởng và bão đổ bộ trực tiếp từ 1,0÷1,5 cơn bão từ tháng 9 đến đầu tháng 11 trong năm Tốc

độ gió lớn nhất có thể lên tới 37 m/s Thông thường bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào gây mưa lớn và ngập lụt trên diện rộng

Bảng 1.4 : Tốc độ gió trung bình tháng nhiều năm của lưu vực

Đơn vị : m/s

Trạm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm

Qu ỳnh Lưu 2,2 2,2 1,9 2 2,2 2,3 2,6 2,0 2,0 2,2 2,2 2,0 2,2 Tây Hi ếu 1,2 1,2 1,3 1,4 1,5 1,3 1,4 1,1 1,2 1,3 1,2 1,2 1,3

+ Mưa

Mưa phân bố theo thời gian trong năm có 2 mùa rõ rệt: mùa khô (

ít mưa) và mùa mưa Diễn biến mưa trong năm cũng mang tính đặc thù của vùng Bắc Trung Bộ Mưa lớn trong năm thường có hai đỉnh, đỉnh mưa lớn thứ nhất xuất hiện vào tháng 5 đầu tháng 6 khi gió giao mùa Đây là nguyên nhân chính xuất hiện lũ tiểu mãn Đỉnh mưa lớn thứ hai

xuất hiện vào tháng 9, 10 hàng năm Tổng lượng mưa hai tháng 5, 6 đạt tới 20% tổng lượng mưa năm Trong ba tháng mưa lớn 8, 9, 10 lượng mưa đạt tới 50÷60% tổng lượng mưa năm, cá biệt năm 1978 lượng mưa

đo được trong 3 tháng lên tới 2.582,2 mm riêng lượng mưa trong tháng

IX là 1.271,9 mm Lượng mưa 1 ngày lớn nhất quan trắc được tại Quỳnh Lưu là 710,1mm Cường độ mưa trong mùa mưa rất lớn đã gây nên lũ lớn trên các sông suối trong vùng Tổng lượng mưa trong 6 tháng mùa khô lại rất nhỏ chỉ hiếm 15÷20% tổng lượng mưa năm Lượng mưa nhỏ

nhất thường vào các tháng 1, 2, 3 năm 1962 lượng mưa trong 3 tháng này chỉ chiếm 1,1% lượng mưa cả năm Lượng mưa trung bình nhiều năm trên lưu vực đo được trên lưu vực 1.589 mm

Bảng 1.5 : Lượng mưa trung bình tháng nhiều năm của lưu vực

Đơn vị : mm

Quỳnh Lưu 18,7 24,2 28,6 56,7 104 138 117 228 418 343 81,0 31,4 1.589 Tây Hiếu 21,1 23,4 42,7 127 150 168 166 256 349 294 75,1 22,1 1.694

1.3.3 Các chỉ tiêu chính của công trình

* Các quy mô về tần suất

Công trình cấp II

- Mực nước lũ thiết kế P=0,5% mở 4 cửa: 23,00 (m)

- Mực nước lũ thiết kế P=0,1% mở 4 cửa: 24,10 (m)

- Chiều cao đập lớn nhất (HMax) 34,35(m)

- Cơ thượng lưu: Cao trình +18,00; +10,00 và +2,00 rộng 4m

- Cơ hạ lưu: Tại cao trình +18,00 rộng 6m bố trí kết hợp đường quản lý vào tràn Tại cao trình +10,00 rộng 4m

+ Khẩu độ mở them: 2 cửa B x H=2(8m x 5,5m)

Hình thức kết cấu: Tràn xả sâu, dốc nước, tiêu năng máng phun

bằng cửa van cung Đóng mở bằng tời điện

+ Cao trình ngưỡng tràn: 15,5(m)

- Lưu lượng xả lũ qua tràn:

+ Lưu lượng xả lũ thiết kế P0,5%: Qxả 0,5%=1048m3/s (mở 4 cửa tràn)

Ứng với cột nước trước tràn H0,5%=7,50m

+ Lưu lượng xả lũ kiểm tra P0,1%: Qx ả 0,1%=1287m3/s (mở 4 cửa tràn)

Ứng với cột nước trước tràn H0,1%=8,60m

+ Lưu lượng xả lũ khẩn cấp P0,01%: Qxả 0,01%=1737m3/s (mở 5 cửa tràn) Ứng với cột nước trước tràn H0,01%=9,05m

+ Lưu lượng xả lũ cực hạn PPMF: Qx ả PMF=2115m3/s (mở 5 cửa tràn)

Ứng với cột nước trước tràn HPMF=10,32m

* Các ch ỉ tiêu chính của cống lấy nước:

Trên cơ sở cống cũ, nối dài thêm 11,5m phái hạ lưu, làm lại phần

- Lưu lượng qua cống 8,6m3

/s

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU

2.1 Cơ sở lý thuyết

2.1.1 Các mô hình toán thủy lực

2.1.1.1 Một số mô hình có khả năng áp dụng

Mô hình toán thủy lực thực hiện có nhiều loại, từ những phiên bản

miễn phí đến các phiên bản thương mại Về mặt lý thuyết, hầu hết đã tương đối phát triển, được công nhận và áp dụng rộng rãi

Hầu hết những mô hình này đã được xây dựng thành các phần mềm mấy tính để tiện lợi những việc sử dụng, tuy nhiên mỗi loại để có thiết kế giao diện khác nhau nên dẫn đến sự đợn giản trong quá trình thiết lập cũng khác nhau Có loại dễ sử dụng và cũng có loại khá phức

tạp, và vấn đề khác nữa cũng phụ thuộc là thói quen và sự thành thạo của người sử dụng vào loại mô hình ứng dụng

Có thể điểm qua một vài loại mô hình thủy lực thông dụng, về cơ

sở lý thuyết, tính năng kỹ thuật, khả năng vận hành và yêu cầu số liệu

a Mô hình KOD

Do GS.TSKH Nguyễn Ân Niên đề xuất, ra đời từ năm 1974 Mô hình được lập ra để giải bài toán thủy lực nói chung và bài toán lũ nói riêng cho mạng lưới kênh sông

Ưu điểm chính của mô hình KOD là có thể tính cho mọi lưới sông

ở ô chứa phức tạp nhất, độ chính xác cao tính toán đơn giản, gọn nhẹ, kết quả tính đáp ứng tốt các bài toán thực tế đặt ra

Nhiều điểm chính của mô hình là bước thời gian ∆t bị hạn chế bởi điều kiện Courant-Lewy, những mô hình không phải tính lặp các hệ số nên tốc độ tính toán vẫn nhanh chóng, không mất thời gian thành lập và

giải hệ đại số tuyến tính tổng thời gian mỗi lớp tính cũng nhỏ

Tuy nhiên, mô phỏng hệ thống của KOD chưa thật đầy đủ ví dụ như quá trình trao đổi nước trên khu vực Các công trình trao đổi nước cũng như phương thức điều khiển chưa được xem xét đầy đủ nhất là thực

trạng tiêu úng trong những điều kiện tác động của con người trong quá trình điều khiển hệ thống Đây chính là hạn chế của mô hình

b Mô hình VRSAP

VRSAP là từ viết tắt của Vietnam River Systerm and Plains do GS.TS Nguyễn Như Khuê đề xuất trên cơ sở cải tiến mô hình KRSAL xây dựng từ năm 1978 Đây là mô hình toán dòng chảy lũ và thủy triều trên hệ thống sông ngòi, hồ chứa và đồng ruộng được cải tiến và phát triển trên sơ đồ sai phân ẩn của Dronker – Hà Lan Mô hình mô tả chuyển động dòng chảy trong sông thiên nhiên kha tốt Mô hình VRSAP được ứng dụng rộng rãi, có hiệu quả cao, giải quyết được nhiều bài toán thông thường và một số bài toán lớn

c Mô hình WENDY

Do viện thủy lợi Delf (nay là công ty Deltares) – Hà Lan xây dựng,

là mô hình thủy động lực học sử dụng sơ đồ sai phân ẩn, mô hình cho phép tính: Thủy lực dòng hở, phù sa lơ lửng xâm nhập mặn

Tính toán thủy lực dòng hở: Mô hình tính đặc trưng thủy lực lòng dẫn như lưu lượng, mực nước, độ sâu dòng chảy, vận tốc trung bình mặt cắt, hệ số Chezy Mô hình sử dụng thuận tiện, truy cặp số liệu dễ dàng, cho phép thay đổi mạng sông, các công trình thủy lực trên mạng Tuy

nhiên mô hình chỉ quản lý mạng sông nhỏ hơn 400 mặt cắt và còn hạn chế khâu tính lượng mưa gia nhập vào dòng chảy, chưa xét đến sự điều

tiết của các ô đồng ruộng như mô hình VRSAP, SOGREAH

d Mô hình SOBEK

SOBEK là một gói tổng hợp các phần mềm sử dụng trong lĩnh vực phát triển và quản lý nguồn nước SOBEK được phát triển bởi Viện thủy lực Delf Hà Lan (Delf Hydraulic Institute) SOBEK đó là: SOBEK RURAL, SOBEK URBAN và SOBEK-RIVER

Trong dòng sản phẩm SOBEK RURAL, module thủy lực đã được tích hợp mô hình 1 chiều và 2 chiều với nhau được gọi là SOBEK – Overland Flow, Mô hình này tính toán thủy lực của vùng ngập lụt (độ sâu dòng chảy, vận tốc ) Mô hình có thể ứng dụng trong hầu hết các nghiên cứu về quản lý và phát triển nguồn nước:

- Quy hoặch phòng chống lũ

- Phân tích vỡ đập

- Quản lý thiên tai

- Quy hoặch tái định cư

- Phân tích thiệt hại do lũ

- Phân tích rủi ro

- Quy hoặch cơ sở hạ tầng, phát triển nông thôn SOBEK được thiết lập tích hợp với giao diện GIS Kết quả tính toán được xuất ra ngày dưới dạng bản đồ ngập lụt hoặc phân bố trường vận tốc

SOBEK đã được ứng dụng trong các nghiên cứu thuộc các lưu vực sông

ở Hà Lan, Bangladet, Australia và mới đây (năm 2003) SOBEK đã

được áp dụng cho hai lưu vực sông Trà Bồng và Trà Khúc (Tỉnh Quảng Ngãi) cho kết quả được đánh giá rất cao

e Mô hình th ủy lực của SOGEAH

Mô hình lũ đồng bằng Sông Cửu Long do các chuyên gia thủy lực hãng SOGREAH-Pháp lập năm 1967 theo đơn đặt hàng của UNESCO

Mô hình nghiên cứu sự truyền lũ trên châu thổ sông Mê Kông và cung cấp thông tin về điều kiện thủy văn và địa hình Mô hình đề cặp đến cả hai mặt ý nghĩa vật lý và tính toán theo phương pháp số Dòng chảy lũ

biến thiên theo không gian và thời gian (không gian hai chiều)

Hệ phương trình truyền sóng lũ được viết tương tự như phương trình truyền triều với thành phần cần tuân theo định luật Stricler, cùng

với giả thiết giản hóa khi tính toán thiết lập hệ phương trình liên tục cho

một ô và phương trình động lực dòng chảy Mô hình SOGEAH thiết lập trên phương trình Saint – Venant viết cho dòng một chiều không ổn định trong kênh hở Do hạn chế của mấy tính thời đó nên sơ đồ tính của mô hình rất đơn giản

g Mô hình MIKE

Bộ mô hình Mike là phần mềm kỹ thuật chuyên dùng do DHI (Viện thủy lực Đan Mạch) xây dựng và phát triển trong khoảng 20 năm trở lại đây, được ứng dụng để mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở các cửa sông, cân bằng nước lưu vực, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác Ngoài ra có thể mô phổng

nước và ngoài nước với các lợi thế khác:

- Có cơ sở toán học chặt chẽ, chạy ổn định, thời gian tính toán nhanh

- Có giao diện thân thiện, dễ sử dụng, có khả năng tích hợp với một

+ MIKE 21 tính toán thủy lực hai chiều

+ MIKE FLOOD kết nối giữa hai mô hình một và hai chiều để tính toán và xây dựng bản đồ ngập

+ MIKE BASIN tính toán và quản lý, quy hoặch lưu vực

h Mô hình HEC – RAS

HEC – RAS là một hệ thống mô hình thủy lực 1 chiều do Trung tâm kỹ thuật Thủy văn – Thuộc quân đội Hoa Kỳ (the Hydrologic Engineering Center) xây dựng và phát triển thành trương trình mấy tính HEC – RAS là phần mềm miễn phí được cung cấp trên mạng internet, hiện được sử dụng nhiều nơi trên thế giới phần mềm HEC – RAS (the Hydrologic Engineering Center – River Analysis System) là kết quả nâng cấp phần mềm HEC-2 cả về kỹ thuật thủy lực và kỹ thuật lập trình Phiên bản 1.0 được công bố năm 1995 và đến nay đã qua nhiều lần cải tiến và phát triển qua nhiều phiên bản

Phần mềm HEC – RAS được thiết kế để phục vụ cho nhu cầu làm

việc trong môi trường sử dụng đa mục tiêu Hệ thống bao gồm giao diện

đồ họa, các thành phần phân tích thủy lực tách biệt, phần lưu trữ dữ liệu

và các năng lực quản lí, đồ họa và các tính năng thực hiện báo cáo Đặc

+ Tính toán biến động của vận chuyển bùn cắt

Điểm mấu chốt là cả 3 thành phần này sẽ sử dụng chung một bộ số liệu

về địa hình, hình thái sông và các hàm tính thủy lực Để bổ sung vào 3 thành phần tính thủy lực, hệ thống còn có tính năng tính toán thiết kế

thủy lực, những tính năng này sẽ được gọi đến mỗi khi tính toán mực nước mặt cắt dọc sông được thực hiện

Mô hình HEC-RAS có khả năng thực hiện tính toán một chiều mực nước dọc sông cho dòng thay đổi đều, ổn định trong sông hoặc hệ thống kênh mương Mực nước dòng sông chảy êm, dòng chảy xiết, và chế độ dòng chảy hỗn hợp có thể được tính toán

2.1.1.2 Lựa chọn mô hình

Qua giới thiệu một số mô hình thì Mô hình HEC-RAS có khả tính cho bài toán vỡ đập, và sóng lan truyền vỡ đập xuống hạ du Và khả năng thực hiện tính dòng thay đổi đều, ổn định trong sông hoặc hệ thống kênh mương Mực nước dòng sông chảy êm, dòng chảy xiết, và chế độ dòng chảy hỗn hợp có thể được tính toán và dòng chảy không ổn định trong lòng dẫn hở đã được quan tâm từ lâu Tuy nhiên việc vận dụng vào