Đánh giá thiệt hại vùng hạ du do vỡ đập hồ núi cốc thái nguyên (luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành thủy văn học)

Nghiên cứu tính toán vỡ đập hệ thống hồ Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình đã được Đại học Xây dựng Hà Nội phối hợp với Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường thực hiện do Ban Quản lý Cô

i

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đƣợc ghi rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Học Viên

Đỗ Giang Thi

ii

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu, học viên đã hoàn thành luận văn thạc sỹ “Đánh giá

thiệt hại vùng hạ du do vỡ đập Hồ Núi Cốc – Thái Nguyên” Đây là một đề tài

phức tạp và khó khăn trong việc mô phỏng vỡ đập, phân tích kết quả và đánh giá thiệt hại Vì vậy, trong quá trình thực hiện để hoàn thành luận văn, ngoài sự cố gắng của bản thân còn có sự giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô, đồng nghiệp

Trước hết học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trân trọng tới GS.TS Phạm Thị

Hương Lan, PGS.TS Trần Kim Châu đã chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ học viên rất

tận tình trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn

Học viên xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Khoa Thủy văn Tài nguyên nước của trường Đại học Thủy lợi và toàn thể các thầy cô đã giảng dạy, giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập cũng như thực hiện luận văn

Do thời gian nghiên cứu không dài, trình độ và kinh nghiệm thực tiễn chưa nhiều nên luận văn chắc chắn không thể tránh được những hạn chế và thiếu sót Học viên kính mong các thầy, cô giáo, đồng nghiệp đóng góp ý kiến để kết quả nghiên cứu được hoàn thiện hơn

Học viên xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Học Viên

Đỗ Giang Thi

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VỠ ĐẬP VÀ ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI 4 Tổng quan về vỡ đập 4

1.1 1.1.1 Các nguyên nhân gây vỡ đập 4

1.1.2 Một số trường hợp vỡ đập trên thế giới và Việt Nam 6

1.1.3 Tình hình nghiên cứu vỡ đập trong nước và ngoài nước 13

Phương pháp tính toán mô phỏng vỡ đập và mô phỏng ngập lụt 17

1.2 1.2.1 Các phương pháp xác định, tính toán thông số vết vỡ 17

1.2.2 Giới thiệu về các mô hình thủy văn, thủy lực mô phỏng vỡ đập 21

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VỠ ĐẬP, ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 26

Cách tiếp cận đánh giá thiệt hại trong luận văn 26

2.1 2.1.1 Xây dựng bản đồ ngập lụt 27

2.1.2 Tính toán, thống kê thiệt hại 28

Điều kiện tự nhiên 32

2.2 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

Đặc điểm khí hậu thủy văn 42

2.2 2.2.1 Đặc điểm khí hậu 42

2.2.2 Đặc điểm thủy văn 47

Đặc điểm kinh tế - xã hội vùng hạ du hồ Núi Cốc 57

2.3 2.3.1 Dân cư lao đông 57

2.3.2 Hiện trạng kinh tế 58

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI DO VỠ ĐẬP HỒ NÚI CỐC 63 Dữ liệu đầu vào sử dụng trong tính toán 63 3.1

iv

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 toán 66

3.1.5 Các kịch bản tính toán 68

Thiết lập mô hình tính toán ngập lụt 69

3.2 3.2.1 Mô hình MIKE 11 HD [11] 69

3.2.2 Mô hình MIKE 21FM [12] 70

3.2.3 Mô hình MIKE FLOOD [13] 72

3.2.4 Hiệu chỉnh mô hình 73

3.2.5 Kiểm định mô hình 78

Mô phỏng các kịch bản vỡ đập 81

3.3 3.3.1 Tính toán các thông vỡ đập 81

3.3.2 Thiết lập mô hình HEC HMS tính toán mô phỏng vỡ đập [14] 82

3.3.3 Kết quả tính toán lưu lượng gây ra do vỡ đập 83

Kết quả xây dựng bản đồ ngập lụt 84

3.4 Kết quả thống kê diện tích ngập lụt 88

3.5 Kết quả thống kê thiệt hại 93

3.6 Phương án phòng và giảm nhẹ thiệt hại do sự cố vỡ đập gây ra 102

3.7 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

v

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các nguyên nhân vỡ đập [1] 5

Hình 1.2 Hình ảnh vỡ đập Teton năm 1976 6

Hình 1.3 Những căn nhà ngập gần tới nóc tại huyện Nghi Xuân, Hà Tĩnh 11

Hình 1.4 Vỡ đập Mông Dương – Quảng Ninh [2] 13

Hình 1.5 Mô hình vật lí mô phỏng 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 và cơ chế hình thành vết vỡ [5] 20

Hình 2.1 Sơ thộ thống kê diện tích ngập các loại đất theo cấp độ ngập 29

Hình 2.2 Đường cong thiệt hại tương ứng với từng 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 trên 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 quá trình tới hồ với P = 1% 67

Hình 3.5 Đường quá trình tới hồ với P = 0.2% 67

Hình 3.6 Sơ đồ tính toán thủy lực lũ lưu vực sông Cầu - Thương - Lục Nam 70

Hình 3.7 Chi tiết lưới phần tử ngay sau hạ du hồ 71

Hình 3.8Giới hạn vùng nghiên cứu của mô hình 71

Hình 3.9 Kết nối mô hình 1-2 chiều bằng mô hình MIKE FLOOD 73

Hình 3.10 Quá trình hiện chỉnh mô hình 74

Hình 3.11 Các vị trí điều tra vết lũ 75

Hình 3.12 Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Phúc Lộc Phương VIII/1996 76

Hình 3.13 Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Đáp Cầu VIII/1996 76

Hình 3.14 Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Phủ Lạng Thương VIII/1996 77

Hình 3.15 Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Lục Nam VIII/1996 77

Hình 3.16 Kết quả kiểm định mực nước tại trạm Phúc Lộc Phương VIII/2002 79

Hình 3.17 Kết quả kiểm định mực nước tại trạm Đáp Cầu VIII/2002 79

Hình 3.18 Kết quả kiểm định mực nước tại trạm Phủ Lạng Thương VIII/2002 80

Hình 3.19 Kết quả kiểm định mực nước tại trạm Lục Nam VIII/2002 80

Hình 3.20 Mô hình hóa hồ Núi Cốc 82

Hình 3.21 Thông số trường hợp vỡ đập tràn đỉnh 82

Hình 3.22 Thông số trường hợp vỡ đập xói ngầm 82

Hình 3.23 Kết quả mô phỏng vỡ đập tràn đỉnh tương ứng với lũ đến hồ 1% 83

Hình 3.24 Kết quả mô phỏng vỡ đập tràn đỉnh tương ứng với lũ đến hồ 0.2% 84

vi

Hình 3.25 Kết quả mô phỏng vỡ đập trường hợp xói ngầm 84

Hình 3.26 Bản đồ ngập lụt do vỡ đập xói ngầm(KB1) 85

Hình 3.27 Bản đồ ngập lụt do vỡ đập tràn đỉnh lũ đến hồ P = 1% (KB2) 86

Hình 3.28 Bản đồ ngập lụt do vỡ đập tràn đỉnh lũ đến hồ P = 0.2% (KB3) 87

Hình 3.29 Biểu đồ so sánh tổng thiệt hại các loại đất giữa các kịch bản 92

Hình 3.30 Mức độ thiệt hại ứng với từng loại đất ứng với trạng thái ngập(KB1) 94

Hình 3.31 Mức độ thiệt hại ứng với từng loại đất ứng với trạng thái ngập(KB2) 95

Hình 3.32 Mức độ thiệt hại ứng với từng loại đất ứng với trạng thái ngập(KB3) 96

Hình 3.33 So sánh thiệt hại tiềm năng do ngập ứng với từng cấp độ sâu ngập KB1 100

Hình 3.34 So sánh thiệt hại tiềm năng do ngập ứng với từng cấp độ sâu ngập KB2 100

Hình 3.35 So sánh thiệt hại tiềm năng do ngập ứng với từng cấp độ sâu ngập KB3 101

Hình 3.36 Đường lũy tích thiệt hại tiềm năng theo độ sâu ngập 102

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các công thức hay được sử dụng [5] 21

Bảng 2.1 Thiệt hại lớn nhất cho 1 đợn vị diện tích sử dụng đất 30

Bảng 2.2 Mạng lưới trạm khí tượng - thủy văn trên tỉnh Thái Nguyên 42

Bảng 2.3 Lượng mưa trung bình nhiều năm các trạm tỉnh Thái Nguyên 46

Bảng 2.4 Nhiệt độ các tháng trong năm tỉnh Thái Nguyên 47

Bảng 2.5 Đặc trưng hình thái lưu vực sông Cầu trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 50

Bảng 2.6 Phân phối dòng chảy trung bình tháng tại các trạm 51

Bảng 2.7 Tần suất dòng chảy năm tại một số trạm 51

Bảng 2.8 Lưu lượng trung bình tháng trong thời gian quan trắc tại các trạm 51

Bảng 2.9 Các đặc trưng thống kê dòng chảy năm của một số lưu vực trên hệ thống sông Công 52

Bảng 2.10 Đặc trưng thống kê lũ Qmax của một số lưu vực trên hệ thống sông Cầu 54

Bảng 2.11 Đặc trưng thống kê Qmin của một số lưu vực trên hệ thống sông Cầu 56

Bảng 2.12 Đặc trưng thống kê Qthángmin của một số lưu vực trên hệ thống sông Cầu 57

Bảng 2.13 Một số chỉ tiêu kinh tế - xã hội tỉnh Thái Nguyên so với cả nước [10] 60

Bảng 3.1 Các biên gia nhập khu giữa 68

Bảng 3.2 Bảng thống kê các kịch bản tính toán các trường hợp vỡ đập 68

Bảng 3.3 Thông tin kết nối mô hình 1-2D 72

Bảng 3.4 Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại một số trạm theo trân lũ 8/1996 75

Bảng 3.5 Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại các vị trí điều tra theo trận lũ 8/1996 78

Bảng 3.6 Kết quả kiểm định mô hình tại một số trạm theo trân lũ 8/2002 78

Bảng 3.7 Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại các vị trí điều tra theo trận lũ 8/2002 80

Bảng 3.8 Các công thức hay được sử dụng [5] 81

Bảng 3.9 Kết quả tính toán thông số vết vỡ trong các trường hợp ứng với công thức Froehlich(2008) 82

Bảng 3.10 Thống kê lưu lượng xả lớn nhất và tổng lượng xả với các kịch bản tính toán 84

Bảng 3.11 Diện tích ngập với trường hợp hồ vỡ đập do xói ngầm (KB1) (ha) 89

Bảng 3.12 Diện tích ngập với trường hợp hồ vỡ đập do tràn đỉnh lũ đền hồ có tần xuất 1% (KB2) (ha) 90

Bảng 3.13 Diện tích ngập với trường hợp hồ vỡ đập do tràn đỉnh lũ đền hồ có tần xuất 0.2% (KB3) (ha) 91

Bảng 3.14 Thiệt hại tiêm năng do vỡ đập xói ngầm (KB1) 97

Bảng 3.15 Thiệt hại tiềm năng do vỡ đập tràn đình lũ đến hồ có tần suất P= 1% (KB2) 98

Bảng 3.16 Thiệt hại tiềm năng do vỡ đập tràn đình lũ đến hồ có tần suất P= 0.2% (KB3) 99

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Thái Nguyên là tỉnh miền núi, có nhiều sông ngòi chảy qua Với vị trí nằm trọn trong lưu vực sông Cầu và Sông Công, hàng năm thiên tai thường xuất hiện nhiều với các dạng như bão, lũ, úng ngập ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển kinh tế của tỉnh Thái Vì vậy phòng chống lũ lụt là một trong những nhiệm

vụ trọng tâm của tỉnh Thời gian qua tỉnh Thái Nguyên đã chú trọng đầu tư xây dựng và nâng cấp các công trình phòng chống lũ trong đó phải kể đến hệ thống các hồ chứa

Trong công tác phòng chống lũ thì hồ chứa là một trong những biện pháp phòng chống lũ có hiệu quả Tuy nhiên cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro, đặc biệt trong những năm gần đây do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu, tình hình thời tiết diễn ra bất thường: mưa to, bão lớn, hiện tượng sạt lở thượng nguồn tăng nguy cơ làm mất an toàn đập Việt Nam gần đây xảy ra nhiều sự cố vỡ đập đã gây thiệt hại lớn về người và tài sản như 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 và giảm thiểu thiệt hại do sự cố vỡ đập gây ra, cần thiết xây dựng các kịch bản vỡ đập, dự báo về mức độ ngập lụt và thiệt hại ứng với các kịch bản để đưa ra các phương án ứng phó trong những tình huống vỡ đập

Thái Nguyên” có tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn sâu sắc, làm cơ sở đưa ra các phương án ứng phó giảm thiểu thiệt hại do vỡ đập sau hạ lưu hồ núi Cốc góp phần rất lớn trong công tác quản lý phòng chống lũ lụt tỉnh Thái Nguyên nói riêng và trong cả nước nói chung

2

2 Mục tiêu của luận văn

- Xây dựng các kịch bản và mô phỏng quá trình vỡ đập Hồ Núi Cốc, diễn toán thủy lực dòng chảy lũ hạ lưu hồ chứa ứng với các kịch bản vỡ đập

- Xây dựng bộ bản đồ phân vùng ngập lụt do vỡ đập Hồ Núi Cốc, tính toán diện tích ngập lụt tương ứng với các cấp ngập và các kịch bản khác nhau

- Xác định và đánh giá thiệt hại theo các kịch bản vỡ đập Từ đó đề xuất các giải pháp

kỹ thuật, các phương án phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại do vỡ đập

3 Đối tượng và 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 sông Công Toàn bộ vùng hạ du

hồ Núi Cốc bao gồm: Thành phố Sông Công; thị xã Phổ Yên; huyện Phú Bình (có các xã: Thượng Đình, Điềm Thụy, Nhã Lộng, Úc Kỳ, Nga My, Hà Châu); Thành phố Thái Nguyên (có các xã, phường: Phúc Xuân, Phúc Trìu, Tân Cương, Thịnh Đức, Thịnh Đán, Tích Lương, Tân Thành, Lương Sơn, các phường khu vực trung tâm và phía nam thành phố Thái Nguyên); huyện Đại Từ (có xã Phúc Tân); các xã ven sông Cầu thuộc phía nam huyện Đồng Hỷ Tổng diện tích tự nhiên toàn 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

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Cách tiếp cận:

+ CáchTiếp cận lịch sử, kế thừa và bổ sung

+ Cách tiếp cận hệ thống, phân tích và 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 và xử lý số liệu, các tài liệu

liên quan đến đề tài nghiên cứu

3

+ Phương pháp mô hình toán: Phân tích và lựa chọn các mô hình toán phù hợp

để sử dụng mô phỏng quá trình vỡ đập hồ chứa, tính toán thủy lực hạ lưu hồ chứa

+ Phương pháp viễn thám và GIS: Xây dựng các tiểu lưu vực từ mô hình số

hóa độ cao (DEM); xây dựng mạng lưới sông…

+ Phương pháp tích hợp: Liên kết kêt quả thủy lực với hệ thống thông tin địa lý

xây dựng bản đồ ngập lụt…

+ Phương pháp kế thừa: Tham khảo và kế thừa các tài liệu, kết quả báo cáo

nghiên cứu của các tác giả, cơ quan và tổ chức

4

GIÁ THIỆT HẠI

Tổng quan về vỡ đập

1.1

1.1.1 Các nguyên nhân gây vỡ đập

Đập là công trình trữ nước Vỡ đập có thể có nhiều hình thức, bao gồm cả sự trượt, sụt

đổ hoặc vỡ thân đập Hồ chứa có trữ lượng lớn khi vỡ đập có thể gây ra lũ lụt lớn ở hạ lưu Vỡ đập có thể do bất kỳ một, hoặc một sự kết hợp, trong những nguyên nhân sau đây:

- Biến đối khí hậu mưa tập trung với cường xuất lớn, lũ xảy ra bất thường, trái với quy hoạch Phần lớn các hồ được xây dựng trước thập kỷ 80 theo tiêu chuẩn cũ, tràn xả lũ thiếu khả năng thoát lũ, không đầy đủ tài liệu tính toán (tài liệu khí tượng, thuỷ văn, địa chất )

- Năng lực đập tràn không đầy đủ, dẫn đến tràn đỉnh

- Vật liệu đưa vào thi công các hạng mục, sau thời gian dài khai thác sử dụng các kết cấu bị mục

- Xói mòn nội bộ gây ra bởi kè, rò rỉ thân đập hoặc đường ống

- Bảo dưỡng không đúng, trong đó có vỡ đập khi loại bỏ cây, sửa chữa các vấn đề rò rỉ nội bộ, hoặc duy trì hoạt động của cửa xả, van các thành phần hoạt động khác

- Thiết kế không đúng cách hoặc sử dụng các vật liệu xây dựng không đúng

- Sạt lở đất vào các hồ chứa, gây dâng dẫn đến tràn đỉnh

- Động đất, mà thường gây ra các vết nứt theo chiều dọc tại các đỉnh của kè, dẫn đến

vỡ đập

- Chất lượng công tác khảo sát, thiết kế cũ theo tiêu chuẩn cũ; không còn phù hợp với thực tế hiện trạng, thường xuyên kiểm tra công trình để phát hiện kịp thời việc thấm

- Phân cấp quá sâu cho huyện xã quản lý hồ đập Do vậy không có cán bộ chuyên ngành thuỷ lợi đủ năng lực Thiếu các thiết bị quan trắc đo, thăm dò dẫn đến không phát hiện đƣợc và kịp thời xử lý các hƣ hỏng

- Nguyên nhân phá hoại khác

Hình 1.1 Các nguyên nhân vỡ đập [1]

6

Hình 1.2 Hình ảnh vỡ đập Teton năm 1976 Tuy có rất nhiều nguyên nhân kể trên nhưng ta có thể nhận thấy khi đập vỡ có thể vỡ theo 2 dạng chính vỡ tràn đỉnh (overtopping) khi khả năng xả của hồ nhỏ hơn khi lũ đến (lũ PMF, hỏng cửa van ) và vỡ xói ngầm (pipping) khi xuất hiện dòng chảy qua thân đập (do thấm, hoặc do động đất tạo ra vết nứt trên thân đập)

1.1.2 Một số trường hợp vỡ đập trên thế giới và Việt Nam

1.1.2.1 Trường hợp vỡ đập trên thế giới

a Đập Bản Kiều, Trung Quốc

Đây là con đập được xây dựng trên sông Ru tỉnh Hà Nam, Trung Quốc, đập được làm bằng đất sét và cao 24,5m sau khi gia cố được các chuyên gia Xô Viết đánh giá là "đập thép" Sự cố vào năm 1975 đã làm con đập này bị vỡ và gây ra thiệt hại nặng nề Sau

đó nó đã được xây dựng lại Trong mùa lũ năm 1975, đập đã bị vỡ làm cho 175.000 người thiệt mạng và hơn 11 triệu người khác mất nhà cửa

Sự cố này cũng đã phá hủy 1 nguồn năng lượng khổng lồ đang cung cấp cho Trung Quốc Với công suất lên đến 18 GW, tương đương 9 nhà máy nhiệt điện hay 20 lò phản ứng hạt nhân, nhà máy thủy điện này được xem là có khả năng đáp ứng 1/3 nhu cầu sử dụng vào lúc cao điểm của cả Vương quốc Anh

Sau 1 trận mưa rất lớn kéo dài trong từ trưa đến đêm 5/11 sáng sớm ngày 6/11/1977, vào lúc 1h30, con đập đã vượt qua giới hạn chịu đựng và ồ ạt tuôn nước về phía hạ lưu

Theo điều tra, nguyên nhân dẫn đến sự cố là khi xây dựng các kĩ sư đã tính toán sai về

độ dốc mái đập Điều này đã làm thay đổi trọng tâm và khả năng chịu lực của con đập trong điều kiện trời mưa lớn Mặc dù chỉ là một sự cố nhỏ cũng có thể làm cả con đập

bị nước cuốn trôi và nguyên nhân chính là do khối đất có kích thước 3,7x9,1m bị cuốn

trôi lúc ban đầu gây ra sự cố [2]

c Đập hồ Lawn, Mỹ

Đây là đập đất được xây dựng trong công viên quốc gia Rocky Mountain, Mỹ Nó đã

bị sập vào ngày 15/7/1982 với lượng nước tràn ra lên đến 830.000 m3 thiệt hại kinh tế lên đến 31 triệu USD

Lawn là hồ tự nhiên với diện tích mặt nước là 66.000 m2 ở độ cao 3.3km so với mực nước biển trên dãy núi Rocky Năm 1903, nhóm những nông dân trong khu vực đã xây dựng 1 con đập bằng đất để tăng diện tích mặt nước của hồ lên đến 190.000m2 với mục đích cung cấp nước cho tưới tiêu thủy lợi trong vùng

Khi con đập bị vỡ, lượng nước khổng lồ đã chạy xuống thung lũng phía dưới với tốc

độ 510m3/s tạo nên rãnh lớn dưới thung lũng làm Với tốc độ khủng khiếp này, cả hồ

nước đã cạn chỉ trong khoảng 1 phút [2]

d.Đập Tirlyansky (LB Nga)

8

Đập Tirlyansky được xây trên sông Belaya phát tích từ dãy núi Ural chảy trong vùng Bashkortostan rồi đổ vào sông Kama, một phụ lưu của sông Volga là sông lớn nhất châu Âu Sông Belaya dài 1430km có lưu vực rộng 142000 km2 Tháng 5/1994, lũ lớn

đổ về và cửa van bị kẹt, nước ở thượng lưu đập dâng cao phá vỡ phần đập đất [2]

1.1.2.2 Trường hợp vỡ đập tại Việt Nam

Theo thống kê và khảo sát sơ bộ của cơ quan chức năng, Việt Nam có hơn hai trăm đập và hơn 95% trong số đó là không đạt yêu cầu Phần lớn đập và hồ chứa tập trung ở miền Trung, nơi có độ dốc cao (một bên giáp núi, một phía giáp biển) Vì vậy, những lần xả lũ và vỡ đập gây ra hậu quả kinh hoàng cho toàn bộ người dân trong khu vực

[2]

a Đập Suối Hành ở Khánh Hoà

Đập Suối Hành có một số thông số cơ bản sau: Dung tích hồ: 7,9 triệu m3 nước, chiều cao đập: 24m, chiều dài đập: 440m Đập được khởi công từ tháng 10/1984, hoàn công tháng 9/1986 và bị vỡ vào 2 giờ 15 phút đêm 03/12/1986

Thiệt hại do vỡ đập: Trên 100 ha cây lương thực bị phá hỏng, 20 ha đất trồng trọt bị cát sỏi vùi lấp, 20 ngôi nhà bị cuốn trôi, 4 người bị nước cuốn chết

Nguyên nhân: Khi thí nghiệm vật liệu đất đã bỏ sót không thí nghiệm 3 chỉ tiêu rất quan trọng là độ tan rã, độ lún ướt và độ trương nở, do đó đã không nhận diện được tính hoàng thổ rất nguy hiểm của các bãi từ đó đánh giá sai lầm chất lượng đất đắp đập Công tác khảo sát địa chất quá kém, các số liệu thí nghiệm về đất bị sai rất nhiều

so với kết quả kiểm tra của các cơ quan chuyên môn của Nhà nước như Trường Đại học Bách khoa TP HCM, Viện Khoa học Thuỷ lợi Miền Nam

Vật liệu đất có tính chất phức tạp, không đồng đều, khác biệt rất nhiều, ngay trong một bãi vật liệu các tính chất cơ lý lực học cũng đã khác nhau nhưng không được mô tả và thể hiện đầy đủ trên các tài liệu

Do việc đất trong thân đập không đồng nhất, độ chặt không đều cho nên sinh ra việc lún không đều, những chỗ bị xốp đất bị tan rã khi gặp nước gây nên sự lún sụt trong thân đập, dòng thấm nhanh chóng gây nên luồng nước xói xuyên qua đập làm vỡ đập

9

Việc lựa chọn sai lầm dung trọng khô thiết kế của đất đắp đập là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến sự cố vỡ đập Kỹ sư thiết kế không nắm bắt được các đặc tính cơ bản của đập đất, không kiểm tra để phát hiện các sai sót trong khảo sát và thí nghiệm nên đã chấp nhận một cách dễ dàng các số liệu do các cán bộ địa chất cung cấp

Không có biện pháp xử lý độ ẩm thích hợp cho đất đắp đập vì có nhiều loại đất khác nhau có độ ẩm khác nhau, bản thân độ ẩm lại thay đổi theo thời tiết nên nếu ngưới thiết kế không đưa ra giải pháp xử lý độ ẩm thích hợp sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả đầm nén và dung trọng của đất

Lựa chọn kết cấu đập không hợp lý Khi đã có nhiều loại đất khác nhau thì việc xem đập đất là đồng chất là một sai lầm lớn, lẽ ra phải phân mặt cắt đập ra nhiều khối có các chỉ tiêu cơ lý lực học khác nhau để tính toán an toàn ổn định cho toàn mặt cắt đập Khi đã có nhiều loại đất khác nhau mà tính toán như đập đồng chất cũng là 1 nguyên nhân quan trọng dẫn đến sự cố đập Suối Hành

Trong thi công cũng có rất nhiều sai sót như bóc lớp đất thảo mộc không hết, chiều dày rải lớp đất đầm quá dày trong khi thiết bị đầm nén lúc bấy giờ chưa được trang bị đến mức cần thiết và đạt yêu cầu, biện pháp xử lý độ ẩm không đảm bảo yêu cầu chất lượng, xử lý nối tiếp giữa đập đất và các mặt bê tông cũng như những vách đá của vai đập không kỹ cho nên thân đập là tổ hợp của các loại đất có các chỉ tiêu cơ lý lực học không đồng đều, dưới tác dụng của áp lực nước sinh ra biến dạng không đều trong thân đập, phát sinh ra những kẽ nứt dần dần chuyển thành những dòng xói phá hoại toàn bộ thân đập

b Đập Suối Trầu ở Khánh Hoà

Đập Suối Trầu ở Khánh Hoà bị sự cố 4 lần:

+ Lần thứ 1: Năm 1977 vỡ đập chính lần 1

+ Lần thứ 2: Năm 1978 vỡ đập chính lần 2

+ Lần thứ 3: Năm 1980 xuất hiện lỗ rò qua đập chính

10

+ Lần thứ 4: Năm 1983 sụt mái thượng lưu nhiều chỗ, xuất hiện 7 lỗ rò ở đuôi cống Đập Suối Trầu có dung tích 9,3 triệu m3 nước, chiều cao đập cao nhất: 19,6m, chiều dài thân đập: 240m

Nguyên nhân của sự cố:

Về thiết kế: Xác định sai dung trọng thiết kế Trong khi dung trọng khô đất cần đạt g = 1,84T/m3 thì chọn dung trọng khô thiết kế gk = 1,5T/m3 cho nên không cần đầm, chỉ cần đổ đất cho xe tải đi qua đã có thể đạt dung trọng yêu cầu, kết quả là đập hoàn toàn

bị tơi xốp

Về thi công: Đào hố móng cống quá hẹp không còn chỗ để người đầm đứng đầm đất ở mang cống Đất đắp không được chọn lọc, nhiều nơi chỉ đạt dung trọng khô gk = 1,4T/m3, đổ đất các lớp quá dày, phía dưới mỗi lớp không được đầm chặt

11

Vỡ đập Ke 2/20 Rec, xã Hương Trạch (Hương Khê), làm hỏng tuyến đường sắt Bắc Nam, ảnh hưởng đến hàng chục ha đất nông nghiệp Nguyên nhân từ cả công tác tư vấn thiết kế, thi công và công tác quản lý đã không kiểm tra và phát hiện kịp thời nước chảy qua mang cống gây xói lở và làm vỡ đập

Hình 1.3 Những căn nhà ngập gần tới nóc tại huyện Nghi Xuân, Hà Tĩnh

Mới đây, trận mưa lũ 2010, nước lũ đã dâng qua mặt đập tràn (hơn 1 mét) của hồ chứa nước thủy điện Hố Hô ở Hương Khê Nếu không có sự ứng cứu kịp thời của các lực lượng chức năng thì không biết điều tồi tệ gì sẽ đến khi 38 triệu m3 nước từ độ cao 67 mét đổ ụp xuống vùng hạ du sầm uất ngay dưới chân đập

e Đập thủy điện Đakrông 3

Khoảng 7 giờ ngày 7/10/2012, hai khoang tràn (ngang 20 m, cao 6 m) bên trên của đập chính nhà máy đã bị vỡ Nguyên nhân là do công trình đang trong quá trình thi công hoàn thiện, kết hợp với việc tích nước lòng hồ để thử tải tổ máy và mưa lũ lớn làm cho đập chắn của công trình thủy điện Đakrông 3 bị vỡ Tổng thiệt hại ước tính khoảng 20

tỉ đồng

d Hai đập Đồng Đáng và Khe Luồng

12

Vào ngày 1/10/ 2013 do mực nước từ thượng nguồn đổ về vượt quá mức thiết kế khiến

2 đập Đồng Đáng và Khe Luồng huyện Tĩnh Gia – Thanh Hóa bị vỡ, gây ngập lụt nghiêm trọng cho địa bàn dân cư xung quanh quanh khiến 1000 hộ dân bị ngập Vụ vỡ đập thiệt hại nặng nề cho người dân, thiệt hại về nuôi trồng thủy sản thiệt hại lên đến hàng tỷ đồng

Nguyên nhân dẫn đến vỡ đập được xác định là do mưa lớn trong nhiều giờ liền, lại đúng lúc triều cường, mực nước nhanh chóng vượt ngưỡng khiến các đập bị vỡ

Các nguyên nhân chính gây vỡ đập:

Khảo sát xác định sai chỉ tiêu của đất đắp đập, không xác định được tính chất tan rã, lún ướt và trương nở của đất nên không cung cấp đủ các tài liệu cho người thiết kế để

có biện pháp xử lý

Thiết kế không nghiên cứu kỹ sự không đồng nhất của các bãi vật liệu nên vẫn cho rằng đây là đập đồng chất nên khi nước dâng các bộ phận của đập làm việc không đều gây nứt nẻ, sụt lún, tan rã, hình thành các vết nứt và các lỗ rò

Thi công không đảm bảo chất lượng, đầm đất không đạt dung trọng nên khi hồ bắt đầu chứa nước, đất không được cố kết chặt, gặp nước thì tan rã

f Vỡ đập Mông Dương – Quảng Ninh 7/2015

Mưa lớn kéo dài, vào lúc 3 giờ sáng 30/7, đập nước 790 tại phường Mông Dương, thành phố Cẩm Phả (Quảng Ninh) đã bị vỡ khoảng 3m sau nhiều ngày phải hứng chịu

áp lực của một lượng lớn đất đá từ bãi thải Đông Cao Sơn, thuộc mỏ than Cao Sơn dồn xuống

13

Hình 1.4 Vỡ đập Mông Dương – Quảng Ninh [2]

1.1.3 Tình hình nghiên cứu vỡ đập trong nước và ngoài nước

1.1.3.1 Tình hình nghiên cứu vỡ ở nước ngoài

Việc nghiên cứu cảnh báo vỡ đập trong điều kiện bất lợi đối với hạ lưu công trình đã được thực hiện tại các nước trên thế giới như Mỹ, Châu Âu, Trung Quốc và nhiều nước khác, được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới và trong nước Văn bản quy phạm pháp luật đầu tiên ở Châu Âu về rủi ro vỡ đập được ban hành ở Pháp năm 1968 sau khi đập Malpasset bị vỡ năm 1959 làm trên 400 người bị chết và mất tích Một trong các cơ quan có kinh nghiệm nghiên cứu về vỡ đập là Phòng thí nghiệm Thủy lực Quốc gia Pháp

Một mô hình cho chức năng nghiên cứu vỡ đập thường có 3 mô đun cơ bản là:

+ Mô tả vết vỡ theo kích thước hình học và phát triển vết vỡ theo thời gian;

+ Tính đường quá trình lưu lượng chảy qua vết vỡ;

+ Diễn toán quá trình sóng vỡ đập xuống hạ lưu

14

Các mô hình mô phỏng vỡ đập có đặc điểm là sử dụng các điều kiện biên trong để mô

tả dòng chảy tại các vị trí dọc theo đường chảy mà tại đó phương trình Saint-Venant không áp dụng được như đập tràn, thác nước, vết vỡ, cầu cống, đập có cửa điều khiển Trước đây, xu thế nghiên cứu là các nỗ lực xây dựng các mô hình chuyên nghiên cứu

về vỡ đập Mô hình vỡ đập được dùng phổ biến nhất ở Hoa Kỳ là mô hình DAMBRK (Dam-Break Flood Forecasting Model) do Fread thiết lập (1977, 1980, 1981) Mô hình

có 3 chức năng : Mô tả vết vỡ theo hình học và theo thời gian, tính quá trình lưu lượng qua vết vỡ và diễn toán quá trình xuống hạ lưu Mô hình DAMBRK đã được áp dụng

để tái tạo sóng lũ truyền xuống hạ lưu gây ra bởi đập chắn nước Teton bị vỡ vào năm

1976 Đập Teton là đập đất cao 300ft (91,1m) dài 3000ft Hậu quả đã làm 11 người chết, 25000 người mất nhà cửa và thiệt hại vật chất khoảng 400 triệu đô la Kết quả mô phỏng sóng vỡ đập bằng mô hình DAMBRK có sự phù hợp tốt với số liệu đo đạc khảo sát

Mô hình FLDWAV là mô hình tổng hợp của 2 mô hình mô hình thủy lực mạng sông DWOPER (Dynamic Wave Operational Model) và DAMBRK có khả năng tính sóng

vỡ đập, điều khiển các cửa xả công trình hồ và diễn toán thủy lực được Fread xây dựng năm 1985 Mô hình đã được phát triển dựa trên phương pháp giải số hệ phương trình Sain-Venant theo sơ đồ ẩn phi tuyến có trọng số Mô hình có nhiều tính năng ưu việt bảo đảm độ ổn định và các chức năng mô phỏng công trình và hệ thống sông Mô hình FLDWAV được một số Tổ chức, Hiệp hội quốc tế công nhận là mô hình chính thức trong nghiên cứu lũ do vỡ đập và là cơ sở để so sánh khi nghiên cứu ứng dụng các mô hình khác

Hiên nay, trên thế giới, xuất hiện xu hướng áp dụng mô hình 2 chiều để nghiên cứu sóng vỡ đập Một trong số các mô hình 2 chiều để tính sóng vỡ đập có cơ sở lý thuyết chặt chẽ là mô hình RBFVM-2D, mô hình áp dụng phương pháp phần tử thể tích và

sơ đồ giải Osher Mô hình được ứng dụng đối với một bài toán mẫu có tường đập trong lòng dẫn một đơn vị chiều rộng, độ sâu thượng lưu 5m, độ sâu hạ lưu 0,3m vỡ tức thời Với bước tính 0,05s, kết quả tính toán cho thấy vận tốc và đọ sâu hạ lưu là 4,66m/s và 2,22m, có sai số tương đối nhỏ hơn 1% so với kết quả giải tích Một mô hình 2 chiều khác có thể ứng dụng để tính sóng vỡ đập là mô hình BIPLAN, mô hình

15

được xây dựng tại Đại học Bách Khoa Lisbon dựa trên cơ sở giải hệ phương trình Sain-Vennant 2 chiều bằng phương pháp MacCormack-TVD Mô hình sử dụng điều kiện biên trong để mô tả sóng vỡ đập chuyển động trong vùng đồng bằng Mô hình được ứng dụng cho hệ thống hồ bao gồm: Đập bê tông cánh cong Funcho cao 49m, dài 165m và đập đất đắp Arade cao 50m, chiều dài 246m Đập Funcho được giả thiết là vỡ tức thời và toàn bộ, dập Arade được giả thiết là vỡ từng phần và từ từ Kết quả tính toán độ sâu của sóng vỡ đập hạ lưu đập Arade có sai số 3m so với mô hình DAMBRK Một xu hướng nghiên cứu khác là ứng dụng mô hình 1-2 chiều kết hợp để mô tả vỡ đập truyền xuống vùng đồng bằng Một trong số các mô hình có các ứng dụng thực tế

là mô hình DHM (Diffusion Hydrodynamic Model) và Mike-Flood Mô hình DHM là

mô hình sóng khuyếch tán 1D mô phỏng dòng chảy 1 chiều trong hệ thống sông và 2D trong vùng ngập lụt được nghiên cứu ở Hoa Kỳ do T.V Hromadka và C.C.Yen xây dựng năm 1986 Mô hình 1 và 2 chiều được kết nối với nhau bằng luật cân bằng và chảy tràn Mô hình Mike-Flood là mô hình của Viện Thủy lực Đan Mạch

Hiện nay, do vỡ đập được xem là một dạng đặc biệt của sóng lũ có cường độ mạnh, lên nhanh, xuống nhanh nên xu thế chung là các mô hình thủy động lực được nghiên cứu bổ sung mô đun mô phỏng sóng vỡ đập trong mô hình tổng thể Các mô hình thủy động lực 1D có khả năng được áp dụng nghiên cứu vỡ đập trên thế giới là NWS FLDWAV (Hoa Kỳ), HEC-RAS (Hoa Kỳ), MIKE-11 (Đan Mạch), mô hình ISIS (Viện Thủy lực Anh), MASCARET (Pháp) Các mô hình này có các chức năng mô phỏng VĐ hệ thống các hồ chứa và diễn toán ngập lụt hạ lưu Tuy nhiên, mô hình FLDWAV vẫn được xem là mô hình chuyên dụng để nghiên cứu vỡ đập

Xu hướng nghiên cứu trên thí nghiệm mô hình vật lý: với việc xây dựng các đập mô phỏng như thực tế, đánh giá quá trình vỡ đập

Đây là hình ảnh vỡ đập của Viện nghiên cứu khoa học thủy lợi Nam Kinh, Trung Quốc Trên nền tảng nghiên cứu cơ lý vỡ đập tràn đỉnh, đã triển khai nghiên cứu cơ lý phá hoại đường ống dẫn đến vỡ đập, quá trình phá hoại xâm nhập đường ống là phát sinh trong khối đập, cơ lý lực học phức tạp, liên quan đến nhiều ngành khoa học như

1.1.3.2 Nghiên cứu vỡ đập tại Việt Nam

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu tính toán vỡ đập (VĐ) được quan tâm nghiên cứu tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường, Viện Cơ học và Viện Khoa học Thủy lợi

Nghiên cứu tính toán vỡ đập hệ thống hồ Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình đã được Đại học Xây dựng Hà Nội phối hợp với Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường thực hiện do Ban Quản lý Công trình Thủy điện Sơn La đầu tư nghiên cứu trên

cơ sở áp dụng mô hình FLDWAV của Hoa Kỳ khi lựa chọn phương án thiết kế hồ Sơn La Đồng thời, nghiên cứu cảnh báo ngập lụt vùng đồng bằng sông Hồng nếu xảy

ra sự cố vỡ đập hồ Hòa Bình trên cơ sở áp dụng mô hình FLDWAV kết hợp với mô hình DHM Kết quả nghiên cứu cho thấy: Nếu vỡ đập Lai Châu, các hồ Sơn La, Hòa Bình có thể vận hành bảo đảm an toàn cho hạ du Các kết quả nghiên cứu trên đã được Hội đồng thẩm định nhà nước thông qua Ngoài ra, các cơ quan nghiên cứu khác như Viện Cơ học, Viện Khoa học thủy lợi cũng đã có các nghiên cứu đồng thời về tính toán vỡ đập

Kinh nghiệm áp dụng mô hình FLDWAV ở Việt Nam cho thấy mô hình mô phỏng tốt quá trình vỡ đập và tính được quá trình lưu lượng SVĐ có độ tin cậy cao, kết quả nghiên cứu đã được thẩm định và đánh giá là hợp lý Mô hình HEC-RAS, Mô hình

17

Mike-11, mô hình ISIS là mô hình thủy lực có khả năng nghiên cứu vỡ đập và truyền xuống hạ lưu tuy chưa có nhiều các ứng dụng thực tế

Nghiên cứu tính toán truyền lũ trong hệ thống sông diễn toán ngập lụt hiện nay ở nước

ta đối với các vùng đồng bằng rộng lớn, các mô hình 1 chiều như mô hình Mike-11,

mô hình HEC-RAS được ứng dụng khá phổ biến ở vùng hạ lưu hệ thống sông sông Thái Bình và mô hình ISIS được ứng dụng phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long, đạt kết quả tốt do mô hình có giao diện thân thiện và có khả năng xử lý khối lượng lớn các thông tin về địa hình và mặt cắt

Hồng-Các mô hình 1 và 2 chiều kết hợp như mô hình DHM, mô hình Mike-flood là các mô hình thích hợp với các khu vực ngập lụt có quy mô vừa ở các vùng đồng bằng ven biển miền Trung do phải xử lý các thông tin về địa hình, mặt cắt và khớp nối số liệu địa hình-mặt cắt Một số các nghiên cứu vỡ đập và mô phỏng ngập lụt sử dụng MIKE Flood như:

+ Nghiên cứu lũ và lũ do vỡ đập trong hệ thống sông Hồng - Thái Bình" so Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam” từ năm 2002 – 2003

+ Nghiên cứu ảnh hưởng tình huống vỡ đập hồ Kẻ Gỗ - Hà Tĩnh đến vùng hạ du + Lập phương án phòng, chống lũ, lụt cho vùng hạ du hồ chứa Suối Hành, tỉnh Khánh Hòa

Phương pháp tính toán mô phỏng vỡ đập và mô phỏng ngập lụt

có thể sử dụng các phương pháp sau:

+ Phương pháp mô hình toán: Có nhiều phương pháp mô hình toán được xây dựng trên các sơ sở lý thuyết khác nhau áp dụng cho xác định các thông số vết vỡ Có phương pháp xác định dựa trên bản chất vật lý sử dụng lý thuyết xói và vận chuyển bùn cát theo các hàm và điều kiện rằng buộc dựa trên tính chất cơ học đất của vật liệu đắp đập; Phương pháp mô hình thủy văn dựa trên các phương trình liên tục và quan hệ giải tích hoặc thực nghiệm giữa lưu lượng và mực nước tại các vị trí; Phương pháp thủy lực mô phỏng dựa trên các phương trình động lực học, phương trình liên tục, và phương trình năng lượng ( Sóng gián đoạn) để mô phỏng các yếu tố vỡ đập

+ Phương pháp mô hình vật lý: Phương pháp mô hình vật lý là phương pháp mô phỏng thực tế quá trình hình thành vết vỡ đập bằng các mô hình có tính chất tương tự với công trình nghiên cứu, phương pháp này đòi hỏi khối lượng công việc và kinh phí lớn nên không phải công trình nào cũng có thể đáp ứng được

Trên thế giới hiện nay việc xác định các thông số vết vỡ thường được xác định qua các công thức kinh nghiệm đây là phương pháp cho kết quả tốt nhanh và đảm bảo chi phí cho nghiên cứu Trong Luận văn lựa chọn phương pháp công thức kinh nhiệm để xác định các thông số của vết vỡ của các công trình hồ Đồng Mỏ trong trường hợp vỡ đập chính Các thông tin này được sử dụng làm đầu vào cho mô hình thủy lực MIKE 11 trong mô đun vỡ đập để mô phỏng vết vỡ

19

Cơ chế vỡ đập được mô tả bởi các thông số vỡ đập: chiều rộng vết vỡ B; chiều cao vết

vỡ h; và thời gian vỡ đập T; hình dạng vết vỡ có thể được quy định là hình thang, hình chữ nhật, hoặc hình tam giác Sự hình thành lỗ vỡ có dạng hình thang với cơ chế hình thành tuyến tính được thông qua trong trường hợp này với mục đích xây dựng mô hình

vỡ đập nguy hiểm nhất, dựa trên giả định rằng lỗ vỡ đập nước thay đổi tuyến tính với

thời gian [4]

Hình 1.6 Hình thức vỡ tràn đỉnh Hình 1.7 Hình thức vỡ xói ngầm

20

Hình 1.8 Hình dạng và cơ chế hình thành vết vỡ [5]

1.2.1.2 Các công thức kinh nghiệm xác định các thông số vết vỡ

Các công thức kinh nhiệm xác định vết vỡ:

MacDonald & Langridge-Monopolis (1984) tính toán lượng bùn cát bị xói khi xảy ra

vỡ đập thông qua mối quan hệ với tích số của dung tích của hồ và chênh lệch lớn nhất mực nước hồ với đáy vết vỡ Từ khối lượng bị xói này cùng với kích thước của đập, các thông số của vết vỡ sẽ được xác định Cũng trong bài báo này các tác giả khẳng định, nếu kết quả tính toán vết vỡ lớn hơn kích thước của đập thì hình dạng vết vỡ sẽ lấy theo hình dạng mặt cắt của đập Cũng từ khối lượng vật chất bị xói, thời gian vỡ đập cũng được xác định

Froehlich (1995, 2008) dựa vào dữ liệu thực tế của 63 trường hợp vỡ đập để xác định các ra mối quan hệ của hình dạng vết vỡ, thời gian vỡ đập thông qua mối tương quan với dung tích hồ tại thời điểm vỡ đập, chiều cao của vết vỡ và hệ số mái dốc bên Trong nghiên cứu này, tác giả phân biệt 2 khả năng vỡ đập: vỡ tràn đỉnh (overtopping)

và vỡ xói ngầm (piping) thông qua hệ số K0

Xu & Zhang (2009) phát triển mối quan hệ phi tuyến giữa 5 thông số của vết vỡ (chiều sâu vết vỡ, chiều rộng vết vỡ đỉnh, chiều rộng vết vỡ trung bình, lưu lượng lớn nhất và

21

thời gian phát triển vết vỡ) với các biến đầu vào như chiều cao đập, hệ số hình dạng hồ chứa, loại đập, hình thức vỡ và khả năng xói của đập Trong các biến kể trên, các tác giả nhận thấy khả năng xói của đập ảnh hưởng lớn nhất đến kết quả tính toán

Các công thức được tổng kết theo bảng dưới đây:

Bảng 1.1 Các công thức hay được sử dụng [5]

Trong đó:

- hb là chiều cao vết vỡ (tính từ đỉnh vết vỡ đến đáy)

- hw là chiều cao cột nước phía trên vết vỡ

- Vw là thể tích khối nước trong hồ tại thời điểm vỡ đập

k0 là hệ số vết vỡ (K0=1,4 nếu vỡ tràn đỉnh và K0=1 nếu vỡ xói ngầm)

1.2.2 Giới thiệu về các mô hình thủy văn, thủy lực mô phỏng vỡ đập

1.2.2.1 Trên thế giới

Việc nghiên cứu cảnh báo vỡ đập trong điều kiện thời tiết bất lợi đối với hạ lưu công trình đã được thực hiện tại các nước trên thế giới như Mỹ, Châu Âu, Trung Quốc và nhiều nước khác, được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới và trong nước

22

Năm 1968 Pháp là nơi ban hành văn bản quy phạm pháp luật đầu tiên ở Châu Âu về rủi ro vỡ đập sau khi đập Malpasset bị vỡ năm 1959 làm trên 400 người chết và mất tích Một trong các cơ quan có kinh nghiệm nghiên cứu về vỡ đập là phòng thí nghiệm Thủy lực Quốc gia Pháp

Một mô hình có chức năng nghiên cứu vỡ đập thường bao gồm 3 mô đun cơ bản là: -

Mô tả vết vỡ theo kích thước hình học và phát triển vết vỡ theo thời gian;

- Tính đường quá trình lưu lượng chảy qua vết vỡ;

- Diễn toán quá trình sóng vỡ đập xuống hạ lưu

Các mô hình mô phỏng vỡ đập có đặc điểm chung là sử dụng các điều kiện biên trong

để mô tả dòng chảy tại các vị trí dọc theo đường chảy tại đó mà phương trình Saint – Venant không áp dụng được như đập tràn, thác nước, vết vỡ, cầu cống, đập có cửa điều khiển

Trước đây, xu thế nghiên cứu là các nỗ lực xây dựng các mô hình chuyên nghiên cứu

về vỡ đập Mô hình vỡ đập được dùng phổ biến nhất Hoa Kỳ là mô hình DAMBRK (DAM –BREAK Flood Forecasting Model) do Fread thiết lập (1977, 1980, 1981)[6]

Mô hình có 3 chức năng: Mô tả vết vỡ theo hình học và theo thời gian, tính quá trình lưu lượng qua vết vỡ và diễn toán quá trình xuống hạ lưu Mô hình DAMBRK đã được

áp dụng để tái tạo sóng lũ truyền xuống hạ lưu gây ra bởi vỡ đập chắn nước Teton bị

vỡ vào năm 1976 Đập Teton là đập đất cao 300ft (91.1m) dài 3000ft Hậu quả đã làm

11 người chết, 25 000 người mất nhà cửa và thiệt hại vật chất khoảng 400 triệu đô la Kết quả mô phỏng sóng vỡ đập bằng mô hình DAMBRK có sự phù hợp tốt với số liệu

đo đạc khảo sát

(DAM –BREAK Flood Forecasting Model) do Fread thiết lập (1977, 1980, 1981)[6]

Mô hình có 3 chức năng: Mô tả vết vỡ theo hình học và theo thời gian, tính quá trình lưu lượng qua vết vỡ và diễn toán quá trình xuống hạ lưu Mô hình DAMBRK đã được

áp dụng để tái tạo sóng lũ truyền xuống hạ lưu gây ra bởi vỡ đập chắn nước Teton bị

vỡ vào năm 1976 Đập Teton là đập đất cao 300ft (91.1m) dài 3000ft Hậu quả đã làm

11 người chết, 25 000 người mất nhà cửa và thiệt hại vật chất khoảng 400 triệu đô la

Mô hình đã được phát triển dựa trên phương pháp giải số hệ phương trình Saint- Venant theo sơ đồ ẩn phi tuyến có trọng số Mô hình có nhiều tính năng ưu việt đảm bảo độ ổn định và các chức năng mô phỏng công trình và hệ thống sông Mô hình FLDWAV được một số Tổ chức, Hiệp hội quốc tế công nhận là mô hình chính thức trong nghiên cứu lũ do vỡ đập và là cơ sở để so sánh khi nghiên cứu ứng dụng các mô hình khác

Hiện nay trên thế giới xuất hiện xu hướng áp dụng mô hình 2 chiều để nghiên cứu sóng vỡ đập Một trong số các mô hình 2 chiều để tính sóng vỡ đập có cơ sở lý thuyết chặt chẽ là mô hình RBFVM-2D, mô hình áp dụng phương pháp tính phần tử thể tích

và sơ đồ giải Osher Mô hình được ứng dụng đối với một bài toán mẫu có tường đập trong lòng dẫn một đơn vị chiều rộng, độ sâu thượng lưu 5m, độ sâu hạ lưu 0.3m vỡ tức thời Với bước thời gian tính toán 0.05s, kết quả tính toán cho thấy vận tốc và độ sâu hạ lưu là 4.66m/s và 2.22m, có sai số tương đối nhỏ hơn 1% so với kết quả giải tích Một mô hình hai chiều khác có thể ứng dụng để tính sóng vỡ đập là mô hình BIPLAN, mô hình được xây dựng tại Đại học Bách Khoa Lisbon dựa trên cơ sở giải

hệ phương trình Saint -Venant 2 chiều bằng phương pháp MacCormack –TVD Mô hình sử dụng điều kiện biên trong để mô tả sóng vỡ đập chuyển động trong vùng đồng bằng Mô hình được ứng dụng cho hệ thống hồ bao gồm: Đập bê tông cánh cung Funcho cao 49m, dài 165m và đập đất đắp Arade cao 50m, chiều dài 246m Đập Funcho được giả thiết là vỡ tức thời và toàn bộ, đập Arade được giả thiết vỡ từng phần

và từ từ Kết quả tính toán độ sâu của sóng vỡ đập hạ lưu đập Arade có sai số 3m so với mô hình DAMBRK

Một xu hướng nghiên cứu khác là ứng dụng mô hình 1-2 chiều kết hợp để mô tả vỡ đập truyền xuống vùng đồng bằng Một trong số các mô hình có các ứng dụng thực tế

là mô hình DHM (Diffusion Hydrodynamic Model) và Mike-Flood Mô hình DHM là

24

mô hình sóng khuếch tán 1D mô phỏng dòng chảy 1 chiều (1D) trong hệ thống sông

và 2 chiều (2D) trong vùng ngập lụt được nghiên cứu ở Hoa Kỳ do T.V Hromadka và C.C Yen xây dựng năm 1986 Mô hình 1 và 2 chiều được kết nối với nhau bằng luật cân bằng và chảy tràn Mô hình Mike-Flood là mô hình của Viện Thủy Lợi Đan Mạch Hiện nay, do vỡ đập được xem là một dạng đặc biệt của sóng lũ có cường độ mạnh, lên nhanh, xuống nhanh nên xu thế chung là các mô hình thủy động lực được nghiên cứu bổ sung mô đun mô phỏng sóng vỡ đập trong mô hình tổng thể Các mô hình thủy động lực 1D có khả năng được áp dụng nghiên cứu vỡ đập trên thế giới là NWS FLDWAV (Hoa kỳ), HEC-RAS (Hoa Kỳ), MIKE 11 (Đan Mạch), mô hình ISIS (Viện Thủy Lực Anh), MASCARET (Pháp) Các mô hình này có chức năng mô phỏng vỡ đập hệ thống các hồ chứa và diễn toán ngập lụt hạ lưu Tuy nhiên mô hình FLDWAV vẫn được xem là mô hình chuyên dụng để nghiên cứu vỡ đập

1.2.2.2 Tại Việt Nam

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu tính toán vỡ đập được quan tâm nghiên cứu tại trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội, Viện Cơ học và Viện Khoa Học Thủy Lợi

Nghiên cứu tính toán vỡ đập hệ thống hồ Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình đã được đại học Xây Dựng Hà Nội phối hợp với Viện Khoa Học Khí Tượng Thủy Văn và Môi Trường thực hiện do Ban Quản lý công trình thủy điện Sơn La đầu tư nghiên cứu trên cơ sở áp dụng mô hình FLDWAV của Hoa Kỳ khi lực chọn pương án thiết kế hồ Sơn La Đồng thời, nghiên cứu cảnh báo ngập lụt vùng đồng bằng sông Hồng nếu xảy ra sự cố vỡ đập hồ Hòa Bình trên cơ sở áp dụng mô hình FLDWAV kết hợp với mô hình DHM Kết quả nghiên cứu cho thấy: Nếu vỡ đập Lai Châu, các hồ Sơn La, Hòa Bình có thể vận hành đảm bảo an toàn cho hạ du Các kết quả nghiên cứ trên đã được Hội đồng thẩm định nhà nước thông qua Ngoài ra các cơ quan nghiên cứu khác như Viện Cơ Học, Viện Khoa Học Thủy Lợi cũng đã có các nghiên cứu đồng thời về tính toán vỡ đập

Kinh nghiệm áp dụng mô hình FLDWAV ở Việt Nam cho thấy mô hình mô phỏng tốt quá trình vỡ đập và tính toán được quá trình lưu lượng sau vỡ đập có độ tin cậy cao, kết quả nghiên cứ đã được thẩm định và đánh giá là hợp lý Mô hình HEC-RAS, mô

Các mô hình 1 và 2 chiều kết hợp như mô hình DHM, mô hình MIKE – Flood là các

mô hình thích hợp với các khu vực ngập lụt có quy mô vừa ở các vùng đồng bằng ven biển miền Trung do phải xử lý các thông tin về địa hình, mặt cắt và khớp nối số liệu địa hình - mặt cắt Một số các nghiên cứu vỡ đập và mô phỏng ngập lụt sử dụng MIKE – Flood như:

Nghiên cứu lũ và lũ do vỡ đập trong hệ thống sông Hồng – Thái Bình do Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam từ năm 2002 – 2003

- Nghiên cứu ảnh hưởng tình huống vỡ đập hồ Kẻ Gỗ - Hà Tĩnh đến vùng hạ du

- Lập phương án phòng chống, chống lũ, lụt cho vùng hạ du hồ chứa Suối Hành, tỉnh Khánh Hòa

26

THIỆT HẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Cách tiếp cận đánh giá thiệt hại trong luận văn

Việc mô phỏng ngập lụt cho bài toán vỡ đập có thể sử dụng cả mô hình một chiều hoặc hai chiều để tính toán Với mô hình 1 chiều các thông tin về lưu lượng đỉnh lũ, mực nước lũ cũng như quá trình truyền lũ được mô phỏng Mô hình 2 chiều sẽ cho kết quả chi tiết hơn về mực độ biến đổi mực nước và vận tốc theo phương ngang so với dòng chính Bên cạnh đó còn một sự lựa chọn nữa là mô hình 1 – 2 chiều kết hợp Đây

là mô hình dùng để mô phỏng dòng 1 chiều trong lòng sông chính và dòng 2 chiều tại các khu chứa ven sông Mô hình này kết hợp cả ưu điểm của 2 loại trên bao gồm thời gian tính toán nhanh nhưng cũng đảm bảo độ chính xác cao

Việc lựa chọn mô hình mô phỏng vỡ đập được thực hiện dựa trên yêu cầu về độ chính xác cũng như điều kiện kinh tế, kỹ thuật Đối với đặc điểm lưu vực hạ lưu hồ chứa Núi Cốc có đặc điểm là phần hạ lưu ngay sau đập là địa hình đồi núi, phía hạ lưu lại là khu vực có địa hình thấp Do vậy việc sử dụng mô hình một chiều kết hợp với hai chiều ở đây là thích hợp

Với ưu điểm giao diện thân thiện, có khả năng kết hợp với các phần mềm GIS và cho kết quả tốt, mô hình một - hai chiều kết hợp MIKE FLOOD được lựa chọn để sử dụng

27

Kết quả từ mô hình thủy lực MIKE FLOOD sẽ được kết nối với GIS để xây dựng bản

đồ ngập lụt và phân tích đánh giá thiệt hại

Theo sơ đồ trên, 2 nội dung quan trọng trong việc đánh giá các thiệt hại do vỡ đập gây

ra là:

- Xây dựng bản đồ ngập lụt

- Tính toán, thống kê thiệt hại

Chi tiết 2 nội dung được trình bày cụ thể như sau:

2.1.1 Xây dựng bản đồ ngập lụt

Tương ứng với các kịch bản được đưa ra, thiết lập mô hình MIKE FLOOD để tính

toán Kết quả đưa ra gồm: Kết quả quả của mô hình MIKE 11HD (*.res11) – Mô tả

diễn biến mực nước trên sông theo thời gian, kết quả của mô hình MIKE 21FM

(*.dfsu) – Mô tả quá trình ngập lụt trên toàn miền tính toán được xác định từ trước Việc xây dựng bản đồ ngập lụt được dựa trên kết quả mực nước (Surface elevation)

trong kết quả của MIKE 21, dữ liệu địa hình số hóa được sử dụng làm đầu vào của mô hình 2 chiều

Từ các nguồn dữ liệu có được, học viên tiến hành nội suy Raster mực nước tại tất cả

các kịch bản tính toán, địa hình vùng nghiên cứu trên công cụ Spatial Analyst thuộc

phần mềm ArcMap Tiến hành tính toán H (x,y) tại tất cả các vị trí theo công thức: H(x,y) = Z mực nước tính toán (x,y) – Z cao độ địa hình (x,y)

Trong đó :

Z mực nước tính toán (x,y) : Cao độ mực nước lũ tính toán tại tọa độ (x,y)

Z cao độ địa hình (x,y) : Cao độ địa hình tại dọa độ (x,y)

Với các kết độ sâu ngập tính toán được, bằng việc sử dụng công cụ Spatial Analyst

tiến hành nội suy raster ngập để mô phỏng sự thay đổi độ sâu ngập theo không gian Trong đó, trong vùng phạm vi ngập độ sâu ngập được trình bày được phân làm 05 cấp với các khoảng : Dưới 0.5 , từ 0.5 tới 1.0 , từ 0.5 tới 3.0, từ 3.0 tới 6.0 và trên 6.0

28

2.1.2 Tính toán, thống kê thiệt hại

Trong luận văn học viên tính toán thiệt hại dựa trên hàm thiệt hại và tập trung chủ yếu trên địa bản tỉnh Thái Nguyên

Hiện nay phương pháp này được chấp nhận và sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới như một cách tiếp cận tiêu chuẩn trong việc xác định thiệt hại do ngập lụt gây ra Hàm thiệt hại là quan hệ lượng hóa mức độ thiệt hại của một đối tượng chịu ảnh hưởng lũ với các đặc trưng của lũ như độ sâu ngập, thời gian ngập, vận tốc dòng chảy, hàm lượng phù sa, chất lượng nước… Đối tượng chịu ảnh hưởng lũ có thể là các loại

sử dụng đất hoặc con người hoặc vật chất (các tòa nhà, xe hơi, đường giao thông…) Gây ra loại thiệt hại Hữu hình, Vô hình có thể tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên đối tượng chịu ảnh hưởng Tuy vậy, độ sâu ngập lụt nước thường quyết định sự xuất hiện

thiệt hại, phần lớn thiệt hại phụ thuộc vào đặc trưng này [6] Cho nên, trong khuôn khổ

luận văn Học viên chú trọng vào việc phân tích đánh giá thiệt hại do đặc trưng độ sâu ngập gây ra đối với các loại sử dụng đất

Với mục đích được nêu ra, sử dụng kết quả bản đồ ngập lụt được mô phỏng ở trên, việc tính toán thống kê thiệt hại được thực hiện thông qua: Thống kê diện tích ngập

lụt; Thống kê thiệt hại (Dựa theo phương pháp đường cong thiệt hại)

2.1.2.1 Thống kê diện tích ngập

Căn cứ theo kết quả xây dựng bản đồ ngập lụt, thống kê diện tích ngập lụt với các loại đất khác nhau tương ứng với 05 mức độ ngập được đưa ra như sau: Dưới 0.5 , từ 0.5 tới 1.0 , từ 0.5 tới 3.0, từ 3.0 tới 6.0 và trên 6.0

Bằng việc sử dụng công cụ Spatial Analyst Tool , ModelBuilder trong phần mềm

ArcMap (Thuộc bộ công cụ ArcGis - ERSI) học viên tiến hành thống kê với dữ liệu

đầu vào bao gồm : Lớp Raster ngập lụt (*.tiff), ranh giới hành chính (*.shp - Polygon) ,

dữ liệu sử dụng đất trên 3 huyển – tỉnh Thái Nguyên chịu ảnh hưởng trực tiếp của sự

cố vỡ đập (*.shp - Polygon).Chi tiết sơ đồ phân tích được trình bày cụ thể như sau:

29

Hình 2.1 Sơ thộ thống kê diện tích ngập các loại đất theo cấp độ ngập

2.1.2.2 Thống kê thiệt hại

Với kết quả thống kê ngập lụt các kịch bản theo các yếu đố: cấp độ ngập, loại đất và theo ranh giới hành chính trong vùng chịu ảnh hưởng; Dựa trên các yếu tố trên tiến hành đánh giá thiệt hại do ngập lụt đối với kinh tế dựa trên hàm thiệt hại

Dựa trên yếu tố độ sâu ngập giúp xác định được và quản lý mức độ của hiểm họa ngập lụt lên mỗi đơn vị diện tích sử dụng đất trong vùng nghiên cứu Vùng nghiên cứu được chia thành các ô, tại đó ta có thể xác định được các giá trị độ sâu Trung bình và gái trị thiêt hại lớn nhất có thể xảy ra Khi đó thiệt hại của vùng nghiên cứu được xác định theo công thức :

30

Giá trị f(h i ) được tính toán dựa trên đường cong thiệt hại tương ứng với các loại đất

khác nhau Có hai phương pháp xây dựng hàm thiệt hại: phương pháp thứ nhất là điều tra khảo sát sau đó thống kê các giá trị thiệt hại; phương pháp thứ hai là sử dụng các công cụ để mô hình mô phỏng, sau đó dựa vào quan hệ giữa giá trị sử dụng đất và mức độ ngập lụt để xác định giá trị thiệt hại đó

Đường cong thiệt hại giúp ta xác định được được thiệt hại lớn nhất đối với từng đối tượng Trong đó, Giá trị thiệt hại lớn nhất: là giá trị tối đa bị mất khi loại thiệt hại bị ngập lụt không còn phụ thuộc vào chiều sâu ngập lụt Giá trị này có thể là toàn bộ giá trị của loại thiệt hại đó nếu sau khi nước rút không thể sử dụng lại được sau khi nước rút Ví dụ: nhà, đường giao thông, một số vật dụng trong nhà…

Dạng của đường cong thiệt hại phản ánh sự thay đổi mức độ thiệt hại theo chiều sâu ngập lụt, thường bắt đầu từ 0 ứng với trạng thái không ngập lụt đến thiệt hại

ổn định (100% giá trị thiệt hại hoặc nhỏ hơn mức thiệt hại lớn nhất) hi độ sâu ngập lụt đạt đến mức độ nhất định Đối với mỗi loại thiệt hại sẽ có dạng đường cong khác nhau Ngoài ra đường cong thiệt hại có thể được biểu diễn theo tỷ lệ phần trăm của thiệt hại lớn nhất theo độ sâu ngập lụt và theo tỷ lệ giá trị quy ra tiền

Bảng 2.1 Thiệt hại lớn nhất cho 1 đợn vị diện tích sử dụng đất

4 Đất trụ sở, cơ quan, công trình sự nghiệp 26.1 583

31

Việc xây dựng đường cong thiệt hại là công việc vô cùng phức tạp đòi hỏi nhiều thời gian Để đảm bảo việc đánh giá thiệt hại do ngập lụt, trong Luận văn đường cong thiệt hại được kế thừa các kết quả xác định hàm ngập lụt đã được xác định bởi các tài liệu: "Đánh giá rủi ro kinh tế do ngập lụt, ứng dụng cho dự án chống ngập khu vực

thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn 1” (Lê Xuân Bảo và Mai Văn Công – Tạp chí khoa

học kỹ thuật Thủy lợi và môi trường 2016) với dạng đường theo độ sâu ngập lụt và mức

độ ảnh hưởng đã quy ra thành tiền

Hình 2.2 Đường cong thiệt hại tương ứng với từng loại đất [7] [8]

Qua đường cong thiệt hại đước đưa ra, ta nhận thấy loại đất chịu thiệt hại lớn nhất khi chịu mức độ sâu ngập ở độ sâu ngập lớn nhất, tiếp theo là các loại đất phục vụ cho phát triển mới cũng như đất ở tại đô thị Tuy nhiên ở độ sâu ngập thấp dưới 1m đất phục vụ và đất ở đô thị cũng như đất ở nông thôn chịu tổn thất lớn hơn, và khi độ sâu tăng lên giá trị thiệt hại của 3 loại đất này tăng chậm theo

32

Điều kiện tự nhiên

2.2

2.2.1 Vị trí địa lí

Hồ Núi Cốc nằm ở phía Tây Nam thành phố Thái Nguyên, cách trung tâm thành phố

15 km Hệ thống thủy nông Núi Cốc có toạ độ địa lý: Từ 105030’ đến 105046’ kinh

độ Đông; Từ 21040’ đến 21034’vĩ độ Bắc

Gianh giới địa bàn nghiên cứu như sau:

- Phía Bắc giáp huyện Đại Từ và thành phố Thái Nguyên

- Phía Đông giáp sông Cầu, huyện Đồng Hỷ

- Phía Nam giáp sông Công, thị xã Phổ Yên

- Phía Tây là dãy Tam Đảo giáp tỉnh Vĩnh Phúc

Hồ Núi Cốc thuộc lưu vực sông Công, là miền núi có nhiều rừng rậm núi cao bao bọc,

có những thung lũng rộng như Phú Nghĩa, Đại Từ, Vân Yên Hữu ngạn có dãy Núi Hồng, Tam Đảo chạy dọc theo lưu vực từ Tây Bắc đến Đông Nam, tả ngạn có dãy Tôn Đênh, Núi Pháo chạy từ nguồn đến tuyến Núi Cốc Đường phân lưu về phía Đông giáp với lưu vực Sông Cầu cao từ 150 - 200m, về phía Tây giáp với lưu vực Sông Phó Đáy cao từ 400 - 1590m Diện tích lưu vực tính đến cửa sông là 951 km2, tính đến trạm thuỷ văn Tân Cương là 541km2 và tính đến tuyến đập Núi cốc là 535 km2, chiều rộng

trung bình của lưu vực là 10 Km [3]

Đảo có độ cao 1.592m Địa hình đƣợc chia thành 3 vùng [3]