Nghiên cứu cơ chế hình thành, quá trình phát triển lỗ vỡ của đập đá đổ trên mô hình vật lý

Xin cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài KC08.22/11-15 " Nghiên cứu đánh giá rủi ro đối với thượng, hạ du khi xảy ra sự cố các đập trên hệ thống bậc thang thủy điện Sông Đà", bạn bè, đồng nghiệp

được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS-TS Lê Văn Nghị

- Các số liệu, kết luận được trình bày trong luận văn này là hoàn toàn trung thực, và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Hà Nội, ngày 12 tháng 05 năm 2015

Học viên

Bùi Văn Hữu

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho phép tác giả gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới PGS-TS Lê Văn Nghị đã tận tình chỉ dạy, hướng dẫn khoa học học viên trong suốt quá

trình thực hiện luận văn này

Tác giả gửi lời cảm ơn tới tập thể giáo viên Khoa sau đại học- Trường Đại học thủy lợi đã dày công truyển đạt kiến thức và kinh nghiệm nghề nghiệp trong thời gian học viên theo học khóa học tại trường;

Tác giả xin cảm ơn tập thể Trung tâm nghiên cứu Thủy Lực- Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển- Nơi học viên đang công tác đã tận tận giúp đỡ và tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất, trang thiết

bị để học viên có điều kiện nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Xin cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài KC08.22/11-15 " Nghiên cứu đánh giá rủi ro đối với thượng, hạ du khi xảy ra sự cố các đập trên hệ thống bậc thang thủy điện Sông Đà", bạn bè, đồng nghiệp đã đóng góp rất nhiều ý kiến quý báu trong quá trình học viên làm luận văn và cho phép sử dụng số liệu để thực hiện luận văn này

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, đã luôn là hậu phương vững chắc để học viên yên tậm nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn./

Học viên

Bùi Văn Hữu

MỤC LỤC BẢN CAM KẾT I LỜI CẢM ƠN II

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 2

3 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

5 KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC 3

6 BỐ CỤC LUẬN VĂN 3

Chương 1 TỔNG QUAN VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỠ ĐẬP 4

1.1 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG HỒ CHỨA VÀ NGUY CƠ SẢY RA VỠ ĐẬP 4

1.1.1 Trên thế giới 4

1.1.2 Tại Việt Nam 5

1.2 MỘT SỐ SỰ CỐ VỠ ĐẬP ĐÃ XẢY RA 6

1.2.1 Các sự cố vỡ đập trên thế giới 6

1.2.1.1 Đập Gleno, Italia 8

1.2.1.2 Đập Malpaset, Pháp 9

1.2.1.3 Đập Bản Kiều, Trung Quốc 10

1.2.1.4 Đập Möhne và Edersee, Đức 12

1.2.1.5 Đập Âm Dương Khỏa, Trung Quốc 13

1.2.1.6 Đập Kelly Barnes, Mỹ 13

1.2.1.7 Đập Lawn, Mỹ 14

1.2.1.8 Đập Delhi, bang Iowa, Mỹ 15

1.2.2 Các sự cố vỡ đập trong nước 17

1.2.2.1 Hồ Yên Lập – Quảng Ninh 17

1.2.2.2 Sự cố đập đất hồ chứa Suối Hành - huyện Cam Ranh 18

1.2.2.3 Sự cố đập hồ Am Chúa- huyện Diên Khánh, Khánh Hoà 18

1.2.2.4 Hồ Cửa Đạt- Thanh Hóa 19

1.2.2.5 Đập thủy điện Ia Krel 2 20

1.2.2.6 Đập hồ Đồng Đáng và hồ Khe Luồng - Tỉnh Thanh Hóa 21

1.2.2.7 Đập đầm Hà Động 21

1.3 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VỠ ĐẬP 24

1.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới 24

1.3.2 Các nghiên cứu trong nước 26

1.3.2.1 Các nghiên cứu về vỡ đập trên mô hình toán 27

1.3.2.2 Các nghiên cứu trên mô hình vật lý về vỡ đập 29

1.3.2.3 Hạn chế của các mô hình vật lý đã thực hiện ở nước ta 30

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 30

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ 32

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN VỠ ĐẬP 32

2.1.1 Phương pháp phân tích thống kê 32

2.1.2 Phương pháp mô hình toán 32

2.1.3 Phương pháp mô hình vật lý 32

2.2 CƠ CHẾ VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY VỠ ĐẬP 33

2.2.1 Cơ chế chung khi xảy ra vỡ đập 33

2.2.2 Nguyên nhân 35

2.3 LÝ LUẬN CHUNG VỀ MÔ HÌNH TƯƠNG TỰ 37

2.3.1 Lý thuyết tương tự 37

2.3.1.1 Tương tự hình học 37

2.3.1.2 Tương tự động học 38

2.3.1.3 Tương tự động lực học 38

2.3.2 Các tiêu chuẩn tương tự 39

2.4 MÔ HÌNH HÓA VẬT LIỆU 39

2.4.1 Thiết kế vật liệu mô hình mềm theo lực di đẩy tới hạn: 40

2.4.2 Thiết kế vật liệu mô hình theo điều kiện tương tự về lưu tốc khởi động: 41

2.4.3 Thiết kế vật liệu mô hình theo lý luận lưu tốc tiếp tới hạn 43

2.4.4 Thiết kế vật liệu mô hình theo phương pháp tương tự trọng lực 44

2.5 CÁC THIẾT BỊ ĐO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC 46

2.5.1 Các thiết bị đo 46

2.5.1.1 Đo kích thước công trình, địa hình: 46

2.5.1.2 Đo đường mặt nước: 46

2.5.1.3 Đo lưu tốc, mạch động lưu tốc dòng chảy: 47

2.5.1.4 Đo lưu lượng 48

2.5.2 Phương pháp và thiết bị đo quá trình phát triển lỗ vỡ 48

2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 50

Chương 3 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN LỖ VỠ52 3.1 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 52

3.1.1 Cấu tạo của vật liệu đắp đập Hòa Bình 52

3.1.2 Tỉ lệ mô hình 56

3.1.3 Mô hình hóa vật liệu 56

3.1.3.1 Tính toán, lựa chọn vật liệu các lớp đắp 56

3.1.3.2 Kết quả lựa chọn vật liệu các lớp đắp 58

3.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 60

3.2.1 Khả năng thoát lũ qua qua lỗ vỡ theo từng thời đoạn 60

3.2.2 Cơ chế hình thành và phát triển lỡ vỡ 61

3.2.3 Quá trình phát triển lỗ vỡ theo thời gian 62

3.2.4 Chế độ thủy lực trong quá trình phát triển lỗ vỡ 65

3.2.5 Các đặc trung thủy động lực học khi xảy ra sự cố 66

3.2.5.1 Mực nước khi xảy ra sự cố 66

3.2.5.2 Lưu tốc trung bình trong quá trình vỡ đập 66

3.2.6 Sóng ở hạ lưu khi xảy ra vỡ đập 69

3.3 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 69

3.3.1 Tính toán theo lý thuyết 69

3.3.2 Đánh giá kết quả 70

3.4 CÁC BIỆN PHÁP ỨNG CỨU 70

3.4.2 Nhóm các giải pháp lâu dài 71

3.4.2.1 Công tác kiểm soát trước khi có lũ và Bảo đảm an toàn đập 71

3.4.2.2 Công tác dự báo thủy văn, cảnh báo lũ sớm và cảnh báo sự cố 73

3.4.2.3 Kiểm soát quy trình vận hành thủy điện Hòa Bình 73

3.4.2.4 Bảo vệ vùng ngập lũ - Quản lý cư trú 74

3.4.2.5 Nâng cấp, gia cố hệ thống đê điều 74

3.4.2.6 Công tác bảo vệ rừng và trồng rừng 75

3.4.3 Nhóm các giải pháp tạm thời 75

3.4.3.1 Chuẩn bị ứng phó với lũ 76

3.4.3.2 Ứng cứu kịp thời 77

3.4.3.3 Đánh giá thiệt hại sự cố và khôi phụ sản xuất suất 79

3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

1 KẾT LUẬN, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỚI ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN 82

2 CÁC TỒN TẠI 84

3 KIẾN NGHỊ NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

PHỤ LỤC BẢNG THỐNG KÊ VỠ ĐẬP TRÊN THÊ GIỚI 88

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Biểu đồ tỷ lệ vỡ đập của các châu lục trên thế giới 7

Hình 2.1 Các giai đoạn xói mòn khi nước tràn qua đỉnh đập 34

Hình 2.2 Biểu đồ tỷ lệ nguyên nhân gây vỡ đập 36

Hình 3.1 Đường cong cấp phối hạt các lớp đắp đập 54

Hình 3.2 Thành phần cỡ hạt cát sỏi vùng lõi đập đắp xuống nước dưới +18,0m54 Hình 3.3 Thành phần cỡ hạt vật liệu thân đập +18,0 - +50,0m 55

Hình 3.4 Thành phần cỡ hạt vật liệu thân đập từ +50,0m trở 55

Hình 3.5 Cắt ngang đập Hòa Bình 56

Hình 3.6 Quan hệ cao trình đỉnh lỗ vỡ tại từng thời điểm (Zđ~t) 63

Hình 3.7 Sơ đồ mô tả một số biện pháp giảm thiểu thiện hại 71

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tình hình sự cố hư hỏng đập trên thế giới 6

Bảng 2.1 Bảng tổng hợp nguyên nhân gây vỡ 36

Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật của lớp sét cốt đắp lõi đập 52

Bảng 3.2 Bảng chi tiêu các lớp đắp đập 53

Bảng 3.3 Khả năng thoát lũ của lỗ vỡ 61

Bảng 3.4 Cao trình đỉnh lỗ vỡ tại từng thời điểm trong các lần thí nghiệm 62

Bảng 3.5 Lưu tốc dòng chảy tại thời điểm ban đầu 67

Bảng 3.6 Phạm vi giá trị các thông số khi vỡ đập 69

Bảng 3.7 Các thông số vỡ đập của đập Hòa Bình 70

DANH MỤC ẢNH

Ảnh 1.1 Đập Gleno còn sót lại đến ngày nay 8

Ảnh 1.2 Đập vòm Malpasset 10

Ảnh 1.3 Đập Bản Kiều ngày nay và tràn xả lũ đã được khôi phục lại 11

Ảnh 1.4 Đập Mohne bị vỡ sau khi bị ném bom 12

Ảnh 1.5 Khu vực thung lũng đập Kelly Barnes sau sự cố 14

Ảnh 1.6 Hồ Lawn sau 23 năm xảy ra sự cố 15

Ảnh 1.7 Đập Delhi khi xảy ra sự cố 16

Ảnh 1.8 Sư cô đâp Am Chua – Khánh Hòa 19

Ảnh 1.9 Sự cố vỡ đập chính xây dở 10/ 2007 19

Ảnh 1.10 Đoạn đập bị vỡ Đập thủy điện Ia Krel 2 20

Ảnh 1.11 Sự cố vỡ đập hồ làm ngập quốc lộ 1A 21

Ảnh 1.12 Đập chính Đầm Hà sau khi xảy ra sự cố 22

Ảnh 1.13 Một số hình ảnh tại hiện trường sau sự số hồ Đầm Hà 24

Ảnh 2.1 Thiết bị đo đường mực nước 47

Ảnh 2.2 Thiết bị đo lưu tốc và mạch động lưu tốc 48

Ảnh 2.3 Phương pháp dùng lưới xác định kích thước vết vỡ - Viện khoa học thủy lợi Nam Kinh 49

Ảnh 2.4 Dùng phương pháp kẻ lưới xác định kích thước vết vỡ đập Hòa Bình trên mô hình 2D 50

Ảnh 3.1 Dùng sàng để xác định các cấp phối hạt 59

Ảnh 3.2 Các lớp cấp đường kính vật liệu sau khi sàng 60

Ảnh 3.3 Cân dùng để xác định trọng lượng các hạt vật liệu 60

Ảnh 3.4 Quá trình phát triển lỗ vỡ tại từng thời điểm trên mô hình 2D 65

Ảnh 3.5 Lúa thu hoạch và chuẩn bị vật liệu cần thiết trước khi có lũ- sự cố 76

Ảnh 3.6 Lực lượng ứng cứu khi có sự cố- Hình mang tính chất minh họa 77

Ảnh 3.7 Cư dân địa phương ở lại trường khi có sự cố 78

Ảnh 3.8 Hậu quả sau lũ lụt sự cố 79

Ảnh 3.9 Hoạt động phục hồi sau sự cố- lũ lụt 80

PHẦN MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Xây dựng hồ chứa/ đập có lịch sử rất lâu đời, ở Ai Cập, Trung Quốc và một số nước khác đã xây dựng đập đất từ 2500-4700 năm trước công nguyên

Ví dụ đập đất đá hỗn hợp Sadd-el-Kafara được xây dựng ở Ai Cập vào khoảng 2778- 2563 năm trước công nguyên có chiều dài 108m, cao 12m; Trung Quốc có đập dài 300m, cao 30m xây dựng năm 240 trước công nguyên; đập Anderson Ranch - Mỹ cao 139m xây dựng năm 1950 Ở Việt Nam, đập vật liệu địa phương được ứng dụng muộn hơn nhưng đến nay đã có những phát triển vượt bậc nhờ ưu điểm của nó điển hình như: Đập Hòa Bình cao 128m, dài 640m; Đập Cửa Đạt cao 138m, dài hơn 1km

Theo số liệu báo cáo tại hội thảo an toàn đập được tổ chức tại Hà Nội tháng 4/2014 thì tính đến năm 2000 trên thế giới có khoảng 204 đập bị vỡ làm chết hàng trăm nghìn người và gây ra những tổn hại to lớn về kinh tế Sự cố xảy ra đối với tất cả các loại đập từ đập vật liệu địa phương đến đập bê tông hiện đại

Vỡ đập là một hiện tượng rủi ro ngoài ý muốn của con người Khi xảy ra

sự cố thì thiệt hại do vỡ đập gây ra là rất lớn bao gồm thiệt hại về con người, tài sản và kinh tế, chính trị Hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam để đánh giá rủi ro do vỡ đập các nhà khoa học thường dùng công cụ là mô hình toán học để tính toán, thiết lập bản đồ ngập lụt để giúp các cơ quan liên quan đề ra các biện pháp nhằm giảm thiểu tối đa các thiệt hại do sự cố vỡ đập gây ra Tuy nhiên trong quá trình tính toán thiết lập bản đồ ngập lụt thì việc xác định biên lỗ vỡ, các thông số lỗ vỡ là khó khăn nhất Biên lỗ vỡ trong các tính toán này thường được lấy theo kinh nghiệm chủ quan của người tính toán

Vì vậy mức độ tin cậy của số liệu còn ở một giới hạn nào đó

Luật phòng, chống thiên tai số 33/2013/QH13 được Quốc hội khóa 13 thông qua ngày 19/06/2013 và Nghị định số 72/2007/NĐ-CP ngày 07/05/2007 về quản lý an toàn đập Theo đó yêu cầu các chủ hồ/chủ sở hữu phải tuân thủ nghiêm ngặt công tác bảo đảm an toàn đập và hạ du; tính toán ,báo cáo định kỳ mức độ an toàn và nguy cơ rủi ro do đập gây ra với các cơ quan quản lý có thẩm quyền Ưu tiên cho công tác bảo vệ đập, nếu khi sự cố xảy ra phải áp dụng các biện pháp ứng cứng khẩn cấp ở mức cao nhất để đảm bảo tính mạng và tài sản của người dân vùng ảnh hưởng

Do đó việc nghiên cứu về vỡ đập xác định các thông số của vết vỡ là cần thiết

Xác định các thông số thủy động lực học khi xảy ra sự cố

3 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là Đập đá đổ nhiều khối

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Trong khuôn khổ luận văn này, chỉ đi sâu nghiên cứu cơ chế hình thành, quá trình phát triển lỗ vỡ của đập đá đổ nhiều khối với nguyên hình là đập thủy điện Hòa Bình trên mô hình mặt cắt (2D theo chiều đứng) cho trường hợp lũ tràn đỉnh

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong khuôn khổ luận văn này phương pháp nghiên cứu để tiếp cận và xác định bài toán là kết hợp giữa lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm trên

5 KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

- Đưa ra được tổng quan về các sự cố và hiện tượng vỡ đập trên thế giới

và ở Việt Nam; từ đó rút ra các nguyên nhân gây ra các sự cố

- Đưa ra được lý thuyết tương tự về mô hình vật lý và lý thuyết về mô hình hóa vật liệu tự vỡ;

- Lựa chọn được vật liệu phù hợp với vật liệu đắp đập Hòa Bình phục vụ thí nghiệm phát triển lỗ vỡ;

- Xác định được cơ chế hình thành và quá trình phát triển lỗ vỡ;

- Khái quát quá trình phát triển lỗ vỡ theo thời gian;

6 BỐ CỤC LUẬN VĂN

Luận văn có bố cục như sau:

Phần mở đầu

Chương 1 Tổng quan và các nghiên cứu vỡ đập

Chương 2 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu bài toán trên mô hình vật lý

Chương 3 Cơ chế hình thành và quá trình phát triển lỗ vỡ

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Chương 1 TỔNG QUAN VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỠ ĐẬP

1.1 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG HỒ CHỨA VÀ NGUY CƠ SẢY RA VỠ ĐẬP

1.1.1 Trên thế giới

Xây dựng và sử dụng hồ chứa nước trên thế giới đã trải qua lịch sử phát triển lâu đời Cách đây hơn 6000 năm người Trung Quốc và Ai Cập đã biết sử dụng vật liệu tại chỗ để đắp đập ngăn sông suối tạo thành hồ chứa Thời kỳ cổ đại, hồ Vicinity tại Menphis thuộc thung lũng sông Nile (Ai Cập) có xây đập

đá đổ cao 15m, dài 45m Trong khoảng 4000 năm trước công nguyên, cùng với sự phát triển rực rỡ của các nền văn minh cổ đại Ai Cập, Trung Quốc, Hi Lạp, La Mã, Ấn Độkỹ thuật xây dựng hồ đập trên thế giới cũng không ngừng phát triển Người Nam Tư xây dựng đập Mardook ở thung lũng sông Tigris Người Saba xây dựng đập đá đổ Marib cao 32,5m dài 3.200m Đến nay, thực tế phát triển xây dựng các hồ chứa nước lớn trên thế giới đã được khẳng định mục đích và yêu cầu sử dụng của mỗi hồ trong từng khu vực đối với từng quốc gia là khác nhau

Hồ chứa trên thế giới được xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong phú về kết cấu, vật liệu xây dựng, loại đập ngăn sông Đến nay trên thế giới

đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích hơn 100 triệu m3 với tổng dung tích các hồ là 4.200 tỷ m3

Theo tiêu chí phân loại của Ủy ban quốc tế về đập lớn, hồ có dung tích

từ một triệu mét khối nước trở lên hoặc có chiều cao trên 15 mét, thuộc loại

hồ đập lớn Hiện thế giới có hơn 45.000 hồ Trong đó châu Á có 31.340 hồ (chiếm 70%), Bắc và Trung Mỹ có 8.010 hồ, Tây Âu có 4.227 hồ, Đông Âu

có 1203 hồ, châu Phi 1.260 hồ, châu Đại Dương 577 hồ Đứng đầu danh sách các nước có nhiều hồ là Trung Quốc (22.000 hồ), Mỹ (6.575 hồ), Ấn Độ

(4.291 hồ), Nhật Bản (2.675 hồ), Tây Ban Nha (1.196 hồ), Liên Bang Nga có hơn 150 hồ với tổng dung tích trên 200 tỷ m3

Các hồ lớn nhất thế giới là hồ Boulder trên sông Colorado (Mỹ) dung tích 38 tỷ m3, hồ Grand Coulle trên sông Columbia (Mỹ) dung tích 24 tỷ m3,

hồ Bownrrat trên sông Angera (Nga) dung tích gần 20 tỷ m3

Trong thế kỷ XX, xây dựng đập tạo hồ chứa phát triển mạnh cả về số lượng và quy mô, hình thức Cứ 10 năm sau, số lượng đập hồ được xây dựng nhiều hơn tổng số các đập hồ của các năm trước đó Chiều cao đập từ chỗ vài mét buổi ban đầu, đến chiều cao đập lên tới 10÷15 m (ở thế kỷ XV), đến 200m (ở thế kỷ XX), rồi đến trên 300m như hiện nay

1.1.2 Tại Việt Nam

Hồ chứa ở Việt Nam là biện pháp công trình chủ yếu để chống lũ cho các vùng hạ du; cấp nước tưới ruộng, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phát triển du lịch, cải tạo môi trường nuôi trồng thủy sản, phát triển giao thông Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có

ít hồ chứa được xây dựng trong giai đoạn này.Sau năm 1964, đặc biệt từ khi đất nước thống nhất thì việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh.Từ năm 1976 đến nay số hồ chứa xây dựng mới chiếm 67% Không những tốc độ phát triển nhanh, mà cả về quy mô công trình cũng tăng lên không ngừng Hiện nay, đã

có nhiều hồ lớn, đập cao ở những nơi có điều kiện tự nhiên phức tạp

Tính đến nay, ở nước ta có 6648 hồ chứa thuộc địa bàn của 45/63 tỉnh thành, trong đó, có gần 100 hồ chứa nước có dung tích trên 10 triệu m3, hơn

567 hồ có dung tích từ 1÷10 triệu m3, còn lại là các hồ nhỏ Tổng dung tích trữ nước của các hồ là 35,8 tỷ m3, trong đó có 26 hồ chứa thủy điện lớn có dung tích 27 tỷ m3 còn lại là các hồ có nhiệm vụ tưới là chính với tổng dung tích 8,8 tỷ m3 đảm bảo tưới cho 800 000hecta

Trong ba thập kỷ qua, sau khi phát triển kinh tế nói chung và xây dựng đập cao nói riêng người ta dần dần càng thấy nổi lên những tác hại về mặt môi trường khiến người ta đã so sánh thận trọng hơn, mặt khác cũng có thể những công trình dễ làm có hiệu ích cao hơn đều đã được làm, những công trình còn lại suất đầu tư thường cao và nhiều bất lợi về mặt môi trường nên người ta ít làm Do vậy việc xây dựng đập cao đã giảm hẳn

1.2 MỘT SỐ SỰ CỐ VỠ ĐẬP ĐÃ XẢY RA

1.2.1 Các sự cố vỡ đập trên thế giới

Theo thống kê đánh giá của Ủy ban quốc tế về đập lớn ICOLD thì tỷ lệ

vỡ đập qua các thời kỳ theo số lượng đập được xây dựng được thể hiện như Bảng 1.1

Bảng 1.1 Tình hình sự cố hư hỏng đập trên thế giới

Hình 1.1 Biểu đồ tỷ lệ vỡ đập của các châu lục trên thế giới

Trung Quốc và Mỹ là hai nước xây dựng được nhiều đập nhất nhì thế giới Tính đến năm 2.000, Trung Quốc có 22.000 đập lớn còn Mỹ có 6.575 đập

Nhận định về tình trạng các đập hiện có ở Trung Quốc, nhật báo Trung Quốc ngày 22/3/1999 đã nêu lên thực trạng là có trên 1/3 số đập của Trung Quốc đã xây dựng từ lâu hoặc chất lượng không tốt, các đập này giống như những "time bombs" (những quả bom nổ chậm) Bài báo cũng cho biết từ năm 1949 đến 1999 đã có 3.200 đập bị đổ vỡ Sự cố gây chết người nhiều nhất ở Trung Quốc được nhiều người biết đến nhất là vụ vỡ đập Bản Kiều đã làm 85.000 người bị thiệt mạng

Theo cơ quan quản lý các trường hợp khẩn cấp của Mỹ (United States Fereral Emergency Management Agency) cho biết: Trong số khoảng 80.000 đập lớn nhỏ của Mỹ thì có 9.326 đập đang ở mức "nguy hiểm cao" có nghĩa là khi chúng bị vỡ sẽ gây thiệt hại lớn về người và tài sản Có khoảng 1.600 đập

ở mức nguy hiểm nêu trên chỉ nằm cách khu dân cư một khoảng cách nhỏ hơn một dặm Hiện nay chỉ có gần 40% số đập ở mức nguy hiểm cao có kế hoạch hành động khẩn cấp để giúp đỡ cho người dân trong vùng bị ảnh hưởng Tuy nhiên trong những năm gần đây do được tăng cường quản lý nên vỡ đập ít xảy

ra hơn và ít gây tổn thất về sinh mạng con người Thống kê tổng hợp trong

150 năm qua cho thấy có tất cả 1.449 vụ vỡ đập (trung bình 97 vụ vỡ đập trong 1 năm) nhưng trong các năm 1996, 1997 mỗi năm chỉ có 29 vụ vỡ đập Dưới đây là một số sự cố vỡ đập trên thế giới:

1.2.1.1 Đập Gleno, Italia

Gleno được xây dựng từ năm 1916-1923 trên sông Gleno ở Valle di Scalve, Italia Đập được xây dựng với mục tiêu chủ yếu là phát điện Tuy nhiên, chỉ sau 40 ngày vận hành, một phần lớn của đập bị vỡ vào ngày 1/12/1923 làm 356 người thiệt mạng

Đập Gleno chính thức được khởi công năm 1916, đến 1920 đập chính bắt đầu được xây dựng Tháng 9/1920 các quan chức địa phương đã đưa ra những cảnh báo về việc đơn vị thi công đã sử dụng loại vữa xi măng không thích hợp Năm 1921 do thiếu kinh phí xây dựng, bản thiết kế đập Gleno đã thay đổi từ đập bê tông trọng lực chuyển sang đập nhiều tầng Đến ngày 22/10/1923, con đập đã hoàn thành và bắt đầu tích nước

Ảnh 1.1 Đập Gleno còn sót lại đến ngày nay

Ngày 1/12/1923, khi sự cố vỡ đập xảy ra, những nỗ lực khắc phục đã hoàn toàn thất bại Sự cố đã làm ít nhất 356 người thiệt mạng

Theo những điều tra sau đó, nguyên nhân dẫn đến sự cố của đập Gleno phần nhiều là do chủ quan Việc thiếu kinh phí đã làm các nhà thầu thay đổi thiết kế và thiết kế mới đã không phù hợp với loại móng được thi công từ trước Ngoài ra, tay nghề công nhân kém và những sai phạm trong sử dụng vật liệu ,bê tông kém chất lượng cũng là những nguyên nhân được kể đến

1.2.1.2 Đập Malpaset, Pháp

Đập Malpasset nằm phía Đông Nam nước Pháp trên sông Reyran cách thị trấn Frejus 7km về phía Đông Nam Đập có nhiệm vụ cung cấp nước tưới, sinh hoạt và du lịch

Đập Malpasset là đập vòm mỏng cong hai chiều Đập được xây dựng từ 1951- 1959 Đập có chiều cao 60m,bề rộng đáy đập 6,78m, bề rộng đỉnh đập 1,5m, chiều dài đỉnh đập 223m, bề rộng tràn xả lũ 30m Khối lượng bê tông xây đập là 47857m3 Giá thành tính vào thời điểm năm 1955 là 580 triệu Frăng

Mùa thu năm 1959 do mưa với cường độ đặc biệt lớn, vào lúc 21:13 ngày 29/11/1959 (có tài liệu ghi là ngày 2/12/1959) đập bị phá hủy hoàn toàn,

50 triệu m3 nước đổ xuống hạ lưu, sự cố làm 423 người chết tại chỗ sau đó tăng lên xấp xỉ 700 người

Nguyên nhân gây vỡ đập là do mưa lớn, hồ được tích đầy nước Về kết cấu của công trình, các phân tích ngoài hiện trường và trong phòng thí nghiệm chỉ rõ mức độ liên kết kém giữa thân đập và các núi đá dẫn đến sự nứt tách, vặn thân đập và gây nên sự cố

a Đập sau khi hoàn thành

a Thân đập còn sót lại Ảnh 1.2 Đập vòm Malpasset

1.2.1.3 Đập Bản Kiều, Trung Quốc

Tháng 8 năm 1975, mưa đặc biệt lớn ở thượng nguồn sông Hoài dẫn đến trận Đại hồng thủy, 2 trong tổng số 10 hồ nước lớn (hồ nước Bản Kiều và hồ

nước Thạch Mạn Than) cùng với 58 hồ nước vừa và nhỏ khác vùng Zhumadian (Trú Mã Điếm) tỉnh Henan (Hà Nam) Trung Quốc bị vỡ do nước tràn đỉnh, 11 triệu mẫu đất nông nghiệp bị phá hoại, 11 triệu người bị ảnh hưởng, hơn 26 nghìn người chết, 5,96 triệu ngôi nhà bị phá hủy, cuốn trôi 3,743 triệu con gia súc gia cầm, 102 km tuyến đường Bắc Kinh – Quảng Châu, thiệt hại kinh tế gần 10 tỉ NDT, trở thành một trong những thảm họa vỡ đập lớn nhất trên thế giới Sự kiện này được thế giới gọi chung là “Sự kiện vỡ đập hồ nước Bản Kiều”

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

Đập Bản Kiều là loại đập đất, có chiều cao 25m, dung tích thiết kế của

hồ chứa là 492 triệu m3, đập tràn có khả năng tháo lớn nhất với lưu lượng

1720 m3/s

Ảnh 1.3 Đập Bản Kiều ngày nay và tràn xả lũ đã được khôi phục lại

- Nguyên nhân vỡ đập Bản Kiều được liệt kê ra nhiểu như: điều kiện môi trường khí hậu, điều kiện địa hình vùng hồ, sai sót trong trong thiết kế…

nhưng nguyên nhân trực tiếp nhất là mưa lớn kết hợp + cửa van đường tràn xả

lũ bị gỉ, không có khả năng mở khẩn cấp nên gây ra sự cố, là một tai nạn do lỗi con người tạo ra

1.2.1.4 Đập Möhne và Edersee, Đức

Trong các sự cố vỡ đập, đây là sự cố đặc biệt nhất bởi sự cố này gây ra bởi chính con người phá hoại Đó là sự phá hoại bằng bom do không quân Anh thực hiện nhằm “trả đũa” quân sự nhằm vào Đức Quốc xã

“Hành động trừng phạt” là tên kế hoạch ném bom 3 con đập của Đức Quốc Xã được thực hiện bởi phi đội 617 của Không quân Hoàng gia Anh vào

2 ngày 16-17/5/1943 Chiến dịch này đã sử dụng những quả bom đặc biệt để

có thể tiếp cận với chân đập đem lại sức phá hủy hiệu quả nhất được thiết kế bởi Barnes Wallis

Trong cuộc tấn công này, 2 con đập Möhne và Edersee đã bị vỡ gây ra lũ lụt tàn phá thung lũng bên dưới trong khi đập Sorpe chỉ bị hư hại nhẹ

Ảnh 1.4 Đập Mohne bị vỡ sau khi bị ném bom

Ngoài việc sản xuất điện năng và nước sạch phục vụ luyện thép, những con đập này còn đảm nhận nhiệm vụ cung cấp nước uống và nước cho hệ thống kênh trong các thung lũng bên dưới

1.2.1.5 Đập Âm Dương Khỏa, Trung Quốc

Đập Âm Dương Khỏa - hồ chứa Đại Dương Hà tỉnh Quảng Tây - Trung Quốc được xây dựng từ 1966 - 1974 Hồ có 3 đập chính và nhiều đập phụ với tổng chiều dài gần 4km, đập cao 22m Ngày 13/2/1983 đã bị vỡ gây nên những hậu quả nghiêm trọng

Ngày 11/ 2 /1983 tổ kiểm tra chưa phát hiện vấn đề gì, đến 11 giờ trưa ngày 12 /2 tổ kiểm tra tiến làn kiểm tra chân đập phát hiện chân đập có hiện tượng thẩm lậu nước trong, lưu lượng thấm là 10~15l/sec, đến 2 giờ chiều cùng ngày chưa thấy hiện tượng gì khác thường, đến 11 giờ ngày 13/2 một người dân chăn bò báo hồ chứa thẩm lậu lớn, cán bộ trực ban công trình lập tức đi kiểm tra ra hiện trường thấy nước đùn lớn, lưu lượng khoảng 0,1~0,15m³/s, lập tức cán bộ trực ban báo cáo nguy cấp đến cấp trên Đến 12 giờ trưa cán bộ quản lý công trình gồm 12 người đã kịp đến nơi, lượng nước thoát nước ra là chỗ tầng lọc ngược vào thân cống ngầm tạo ra cột nước phun lên cao 0,30~0,50m, hiện tượng này duy trì khoảng 2 giờ liền tuy đã cố gắng cứu nguy nhưng không ngăn lại được.Đến khoảng 2 giờ 30 phút thì tại chỗ thân cống cách mái độ 5m xuất hiện các xoáy cuộn có đường kính đến 20cm, lượng nước thấm tăng mạnh, đến 2 giờ 40 phút thì đỉnh đập xuất hiện vết nứt

và sau đó quá trình vỡ đập hình thành

1.2.1.6 Đập Kelly Barnes, Mỹ

Kelly Barnes là đập đất ở bang Georgia, Mỹ Ngày 6/11/1977 nó đã bị

vỡ sau 1 trận mưa lớn làm 39 người thiệt mạng và thiệt hại về tài sản lên đến

3,8 triệu USD Con đập đã không bao giờ được xây dựng lại và tại nơi xảy ra

sự cố người ta đã xây dựng 1 đài tưởng niệm để thu hút khách du lịch

Sau 1 trận mưa rất lớn kéo dài trong từ trưa ngày 5/11 Đến 1h30 ngày 6/11/1977 đập hết khả năng chịu đựng và sự cố vỡ đập xảy ra Sự cố làm ít nhất 39 người thiệt mạng, 18 ngôi nhà, cùng với nhiều cây cầu ở vùng hạ lưu

bị cuốn trôi

Ảnh 1.5 Khu vực thung lũng đập Kelly Barnes sau sự cố

Theo điều tra sau đó, 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

Như vậy, dù chỉ là một sự cố nhỏ cũng có thể làm cả con đập bị nước cuốn trôi Theo những bức ảnh được chụp sau đó, khối đất có kích thước

3.7×9.1m bị cuốn trôi lúc ban đầu chính là nguyên nhân dẫn đến sự cố này

1.2.1.7 Đập Lawn, Mỹ

Đây là đập đất được xây dựng trong công viên quốc gia Rocky Mountain, Mỹ Sự cố xẩy ra ngày 15/7/1982 với lượng nước tràn 830.000 m3

làm 3 người cắm trại trong khu vực thiệt mạng và thiệt hại kinh tế lên đến 31 triệu USD

Ảnh 1.6 Hồ Lawn sau 23 năm xảy ra sự cố Khi sự cố xảy ra, dòng chảy có lưu lượng khoảng 510 m3/s chảy xuống thung lũng tạo nên rãnh lớn làm 3 người đang cắm trại ở đó thiệt mạng Với tốc độ khủng khiếp này, cả hồ nước đã cạn chỉ trong vòng vài chục phút

1.2.1.8 Đập Delhi, bang Iowa, Mỹ

Delhi là đập đất nhỏ trên sông Maquoketa, một phụ lưu của sông Missisipi, tại đông bắc bang Iowa, Hoa Kỳ Đập cao 12m, dài 34m, được xây dựng từ năm 1922 đến năm 1929, hồ chứa có diện tích 218ha Trạm thủy điện có công suất 1.5MW vận hành trong những năm 1929 ~ 1973 Hồ chủ yếu có nhiệm vụ cấp nước và nghỉ dưỡng Ngày 24/7/2010, sau trận mưa lớn 250mm trong 12 giờ liền, nước sông dâng cao trên thượng lưu đập tới 3m cao hơn mức lũ thiết kế tràn qua đường giao thông tại đỉnh đập

a Toàn cảnh đập khi bị vỡ

b Phần đập còn lại sau sự cố Ảnh 1.7 Đập Delhi khi xảy ra sự cố Tuy là đập nhỏ nhưng khi bị vỡ, thiệt hại dưới hạ du, nhất là hai thành phố Hopkinton và Monticello Khoảng 8.000 người phải chạy lụt 50 ngôi nhà và 20 cơ sở kinh doanh bị ngập nặng Các nhà máy xử lý nước không hoạt động Thiệt hại đến hàng triệu USD Hiện các chuyên gia và các nhà quản lý đang tranh luận phương án phục hồi đập, nên phục hồi nguyên dạng hay nâng cấp qui mô công trình

1.2.2 Các sự cố vỡ đập trong nước

Hiện nay ở Việt Nam có trên 2000 hồ chứa thủy điện, thủy lợi với tổng dung tích 24,8 tỉ m3, tuy nhiên hâu hết các hồ không có phương án ứng phó với các sự cố vỡ đập, xả lũ khẩn cấp Sự cố xảy ra đối với đập khá đa dạng

Sự cố đập có thể xảy ra ngay trong quá trình xây dựng hoặc khi công trình được đưa vào sử dụng nhiều năm hoặc ngay trong năm tích nước đầu tiên Tuy nhiên sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra khi gặp lũ lớn Các sự cố

đã từng xảy ra ở nước ta đã xảy ra có thể kể đến như Hồ Suối Trầu năm 1978,

Hồ Yên Lập năm 1982, Hồ sông Mực, Hồ Suối Hành năm 1986 Điển hình hơn cả là sự cố vỡ đập tràn xây dở của hồ Cửa Đạt năm 2007, Sự cố vỡ 40m đập thủy điện Ia Krel 2 ngày 12/06/2013; Sự cố hồ chứa Đồng Đáng (xã Trường Lâm) và Khe Luồng (xã Tân Trường) thuộc huyện Tĩnh Gia - Thanh Hóa ngày 01/10/2013 Mới đây nhất vào ngày 30/10/2014 sự cố Đầm Hà Động làm vỡ hoàn toàn đập phụ và làm mái đập chính bị xói trôi từ 20-40cm

bề mặt

1.2.2.1 Hồ Yên Lập – Quảng Ninh

Công trình được khởi công năm 1978 và khánh thành và bàn giao cho đơn vị quản lý sử dụng vào năm 1982 Năm 2005 công trình tiếp tục được đầu

tư nấng cấp Công trình đầu mối hồ chứa nước Yên Lập có đập chính

là đập đất ngăn sông cao khoảng 37m Ngoài ra còn có các đập phụ khác như đập Nghĩa Lộ cao 16m, đập Dân Chủ cao 9m

Ngày 9/10/1982 công trình đang được tích nước để tưới cho vụ đông xuân 1982-1983 Mực nước thượng lưu hồ chứa đang ở cao trình 27,80m; thấp hơn mức nước dâng bình thường ở 29,50m là 1,7m Các phai bịt cống dẫn dòng bị gẫy đột ngột, nước hồ chảy qua cống rất mạnh, với cột nước ới

24 m, làm rung động toàn bộ cống và đoạn đập đất lân cận Xuất hiện 2 vết

nứt dọc trên bề mặt đỉnh đập và tại cơ +15,0m tại vị trí cách vai phải 100m Trên mái và mặt đập phía vai phải xuất hiện một số chỗ bị sụt

1.2.2.2 Sự cố đập đất hồ chứa Suối Hành - huyện Cam Ranh, tỉnh Khánh Hoà

Hồ chứa nước Suối Hành được khởi công xây dựng năm 1985 và đưa vào khai thác năm 1989 Hồ chứa Suối Hành có đập đất dài 450m, chiều cao đập lớn nhất 21m, cao trình đỉnh đập +36, 0m, chiều rộng đỉnh đập 5m, tường chắn sóng cao 0,8m

Sự cố xảy ra vào ngày 3/12/1986 được mô tả như sau: cuối tháng 11

và đầu tháng 12/1986, trong lưu vực hồ liên tục có mưa lớn, mực nước trong

hồ vượt mực nước dâng bình thường và đường tràn bắt đầu làm việc Lúc đầu,

ở phía phải gần đầu đập xuất hiện vết nứt ngay trên mặt đập, đồng thời xuất hiện 3 lỗ rò lớn ở các cao trình từ +14 đến +15 ở mái hạ lưu Những lỗ rò này lớn dần mang theo đất cát mặc dù lực lượng thi công tìm mọi biện pháp để chống đỡ nhưng không có kết quả Cuối cùng đập phía bên phải bị xói 1 đoạn dài 135,5m thành 2 rãnh xói, rãnh xói thứ nhất sâu xuống cao trình +22,0; rãnh xói thứ 2 xuống đến cao trình +20,0

Nguyên nhân của sự cố đập Suối Hành được xác định là chất lượng thi công không đảm bảo, từ việc xử lý đất mùn hữu cơ ở nền móng không triệt

để đến việc đầm nện không đảm bảo dung trọng thiết kế

1.2.2.3 Sự cố đập hồ Am Chúa- huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh Hoà

Hồ Am Chúa được xây dựng năm 1987 và hoàn thành năm 1992 Hồ có đập đất dài 330m, cao 24,5m, cao trình đỉnh đập 37,0m

Sự cố đập xảy ra vào tháng 10/1989 và tháng 10/1992: Do mưa to kéo dài, nước hồ dâng lên, thấm mạnh qua thân đập Nguyên nhân gây ra sự cố

là do chất lượng công tác thi công đắp đập Khối đất đắp bị phân tách từng lớp, có các lớp kẹp bụi khô màu xám tro, mật độ tập trung nhiều ở lỗ rò, độ

ẩm đất không đều, độ chặt kém và không đồng đều, các chỉ tiêu đạt thấp so với yêu cầu của thiết kế

Ảnh 1.8 Sư cô đâp Am Chua – Khánh Hòa

1.2.2.4 Hồ Cửa Đạt- Thanh Hóa

Ảnh 1.9 Sự cố vỡ đập chính xây dở 10/ 2007 (Nguồn: http://www.vncold.vn)

Hồ Cửa Đạt nằm sông Chu đập chính là đập đá đổ bê tông bản mặt dài 949,92m, Chiều cao lớn nhất 118,50m và 2 đập phụ;

Khoảng 11h sáng 5/10/2007, do mưa lớn kéo dài, nước từ thượng nguồn

đổ về làm đập chính hồ Cửa Đạt, Thanh Hoá (đang trong quá trình thi công) làm đập xây dở bị vỡ, chiều dài vết vỡ hơn 100m, cuốn trôi 600.000m3 đá, ước thiệt hại khoảng 60 tỷ đồng

1.2.2.5 Đập thủy điện Ia Krel 2

Đập thủy điện Ia Krel 2 là đập đất có chiều cao 27m và chiều dài là 255m Được khởi công xây dựng từ năm 2010

Ảnh 1.10 Đoạn đập bị vỡ Đập thủy điện Ia Krel 2 (Nguồn: http://tuoitre.vn/) Ngày 12/06/2013 do ảnh hưởng mưa lớn đập chính đã bị vỡ Vị trí đập bị

vỡ tại cống dẫn dòng rộng nhất là 33m, hẹp nhất là 10m, Bờ đập phía Tây Bắc còn lại đoạn dài 83m, trên bờ đập phát hiện 05 vết nứt ngang theo đỉnh đập, vết nứt rộng nhất là 5cm, hẹp nhất 0,5cm Phía Đông Nam còn lại dài 139m, trên mặt đập phát hiện sụt lún kích thước (7x12)m, thấp hơn so với mặt đập từ 3-10m, mặt đập có 04 vết nứt ngang theo thân đập Sự cố vỡ đập trên làm gần

30ha hoa màu phía hạ du bị ngập trong nước có nguy cơ bị thiệt hại hoàn toàn

1.2.2.6 Đập hồ Đồng Đáng và hồ Khe Luồng - Tỉnh Thanh Hóa

Hồ Đồng Đáng (xã Trường Lâm) và hồ Khe Luồng (xã Tân Trường) là hai hồ đập lớn nhất huyện Tĩnh Gia (Thanh Hóa) Do ảnh hưởng của cơn bão

số 10, kết hợp mưa với lưu lượng lớn sáng 1/10/2013 đập trên 2 hồ bị vỡ khiến hàng trăm ngôi nhà bị nước nhấn chìm, quốc lộ 1A hình thành xoáy nước sâu cả mét

Ảnh 1.11 Sự cố vỡ đập hồ làm ngập quốc lộ 1A (Nguồn http://vnexpress.net/)

1.2.2.7 Đập đầm Hà Động

Công trình thủy lợi hồ chứa nước Đầm Hà Động được khởi công xây dựng ngày 12/4/2006 với tổng số vốn đầu tư trên 500 tỷ đồng, từ nguồn vốn trái phiếu Chính phủ và vốn ngân sách địa phương

Mưa liên tục từ 23 giờ ngày 29/10 khiến cho mực nước trong lòng Đầm

Hà Động dâng cao Đến khoảng 4h30 phút sáng nay (30/10) nước tràn qua kè chắn của các thân đập chính và đập phụ từ 1m đến 1,5m và sự cố xảy ra

Qua khảo sát hiện trường sau sự cố cho thấy: Sự cố làm gần như toàn bộ lớp bê tông astphan trên đỉnh đập bị bóc, mái đập chính bị xói xâu từ 20-40cm, 2 bên vai đập xuất hiện 2 rãnh xói lớn, rãnh xói bên vai phải rộng 40m

và sâu từ 2-3m và lớn hơn rãnh xói bên vai trái Đặc biệt sự cố làm đập phụ gần như bị phá hủy hoàn toàn (Ảnh 1.13 a,b,c,d,e,f)

Sự cố gây ra những hậu quả lớn đối với hạ du Tại thị trấn Đầm Hà thì lòng dẫn sông bị xói mòn nghiêm trọng Mặt đường tại khu đô thị bị bóc trôi, cống ngầm dẫn nước qua đường bị hư hỏng nặng, nhà sân bị ngập sâu trong nước từ 1-1,5m Không có thiệt hại nào về người Tuy nhiên thiệt hại về kinh

tế khoảng 80 tỷ đồng (Ảnh 1.13 g,h,i,k)

Nguyên nhân được nhắc đến nhiều nhất là do lơ là trong công tác vận hành và bảo dưỡng thiết bị cửa van, khi công nhân vận hành mở cửa van thì cửa van bên trái bị kẹt

Ảnh 1.12 Đập chính Đầm Hà sau khi xảy ra sự cố

a Thầy hướng dẫn và học viên tại hạ

g Lòng dẫn hạ lưu tại khu vực thị trấn

Đầm Hà bị xói vào bờ từ 3-5m

h.Đường tại khu dân cư trong thị trấn Đầm Hà bị dòng lũ bóc mặt

i Cống dẫn nước qua đường bị sụt lún

gây nguy hiểm cho người dân

k Trong khi đó cửa van bên khoang

trái vẫn bị kẹt Ảnh 1.13 Một số hình ảnh tại hiện trường sau sự số hồ Đầm Hà

1.3 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VỠ ĐẬP

1.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới hiện nay các nghiên cứu về rủi ro do vỡ đập gây ra có thể

kể đến một số phương pháp và nghiên cứu điểm hình sau:

Quy trình thiết kế và kiểm định An toàn đập dựa trên quy trình đánh giá rủi ro - Risk-based Procedure for Design and Verification of Dam Safety (Markus Anhalt, Günter Meon), (2008) Đây là một phần trong chương trình quản lý rủi ro đối với các trận lũ cực hạn (RIMAX) Các kịch bản lũ lụt được

xây dựng với tần suất xuất hiện từ 100 năm trở lên Sự phát triển lỗ vỡ được

mô phỏng đơn giản bằng mô hình MCS tuy nhiên việc mô phỏng sự truyền lũ lại được xây dựng bằn phần mềm MeadFlow sử dụng lưới phần tử hữu hạn để tính lưu lượng, vận tốc và diện tích ngập lụt Quá trình tính toán các yếu tố ảnh hưởng và thiệt hại do các trận lũ gây ra được sử dụng bằng công nghệ GIS

Phương pháp tổng hợp để đánh giá rủi ro ngập lụt của đập nhỏ - A synthetic method for Assessing the Risk of small dam (Stefania Grimaldi, Roberto Del Vesco, Davide Patrocco, Davide Poggi) Nghiên cứu này chỉ ra rằng việc ngập lụt của một đập nhỏ là toàn bộ thiệt hại về kinh kế gây ra bởi việc vỡ đập và được đánh giá dựa trên cơ sở đặc điểm của thiên tai, các thành phần bị ảnh hưởng và tính dễ bị tổn thương của các thành phần đó Dựa trên thực tế về các đập Piedmontese (Italy) thì xây dựng nhiều mô hình đơn nhưng mang tính đại diện của đập, sự phát triển lỗ thủng, địa hình của lưu vực Mô hình BreZo 4.0 được sử dụng cho việc mô phỏng truyền sóng lũ của một số đập Dựa vào thí nghiệm số và đánh giá đơn giản trong việc phân loại sử dụng đất kết quả có thể được sử dụng để xây dựng mức độ rủi ro cho các đập nhỏ Đánh giá rủi ro vỡ đập bằng công nghệ GIS - Risk Assessment of A Dam-Break Using GIS Technology (D.Z Seker, S Kabdasli và B Rudvan,)

Mô hình toán dùng để mô phỏng vấn đề vỡ đập được kết hợp với hệ thống thông tin địa lý và các bản đồ cải tiến Sự lan truyền sóng lũ sau khi vỡ đập có thể dự báo được bằng cách sử dụng các công nghệ này Các dữ liệu xuất từ GIS đượcdùng làm dữ liệu đầu vào ban đầu cho mô hình FLDWAV

Các vấn đề, giải pháp và các trường hợp điển hình của vỡ đập - break Problems, Solutions and Case Studies (D de Wrachien, S Mambretti) (WIT Press 2009) Cuốn sách đề cập đến các vấn đề xảy ra khi có sự cố vỡ đập từ vấn đề cấu tạo của các loại đập, các nguy cơ tiềm ẩn đối với từng loại

Dam-cũng như các công thức và mô hình vật lý, mô hình toán mô phỏng sự phát triển các lỗ vỡ đập cũng như quá trình truyền lũ, dòng chảy bùn cát Ngoài ra việc đánh giá, quản lý rủi ro do vỡ đập cũng như các biện pháp giảm thiểu thiệt hại khi có sự cố xảy ra và đánh giá về mặt kinh tế của các biện pháp đó cũng được đề cập cụ thể với các trường hợp trên thực tế ở các nước khác nhau trên thế giới như Đức, Croatia, Mỹ

Ở Trung Quốc đã tiến hành nghiên cứu thí nghiệm nhiều công trình vỡ đập và đưa ra quy trình nghiên cứu thí nghiệm mô hình vật lý về vỡ đập (SL164-95) nhằm thống nhất phương pháp và yêu cầu kỹ thuật về nghiên cứu thí nghiệm mô hình vật lý về vỡ đập, nâng cao tính khoa học, tính chính xác

và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu thí nghiệm, để dự báo cho thực tế các công trình tương tự

Ở Mỹ, Canada và nhiều quốc gia khác cũng đã tiến hành các thí nghiệm trên mô hình vật lý trong phòng thí nghiệm

Nghiên cứu vỡ đập Barna, Ấn Độ của Viện Thủy văn Quốc gia Ấn Độ, năm 1996 -1997: Các tác giả đã sử dụng mô hình NWS DAMBRK để tính toán và mô phỏng lũ do vỡ đập

Nghiên cứu vỡ đập Khlong Tha Dan, Thái Lan của công ty Progress Technology Consultants Co., Ltd, năm 2000 – 2001 Ở đây, ngoài việc tính toán và mô phỏng vỡ đập, các tác giả còn xây dựng kế hoạch hành động khẩn cấp để ứng phó với sự cố vỡ đập

1.3.2 Các nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam vấn đề nghiên cứu về vỡ đập đã được quan tâm từ lâu trong

đó thời kỳ đầu tập trung vào các nghiên cứu về sóng gián đoạn dùng để mô phỏng quá trình truyền lũ do vỡ đập Tiếp theo đó là các nghiên cứu trên mô hình vật lý về sự phát triển của lỗ vỡ Đến những năm 1990 trở về sau, mô

hình toán được sử dụng làm công cụ để mô phỏng quá trình truyền lũ và ngập lụt hạ lưu do vỡ đập Các nghiên cứu về vỡ đập ở Việt nam đã đi từ bài toán

cơ bản đến ứng dụng và sử dụng cả mô hình toán và mô hình vật lý để nghiên cứu

1.3.2.1 Các nghiên cứu về vỡ đập trên mô hình toán

Năm 1975, Ban Sông Đà - Bộ Thuỷ lợi phối hợp với Viện Kỹ thuật Quân sự và Viện Toán học nghiên cứu tập hợp những phương pháp luận về lan truyền sóng gián đoạn Bài toán lan truyền sóng gián đoạn đã được nhiều nhà khoa học trong nước nghiên cứu Các nghiên cứu cơ bản về sóng gián đoạn và sóng do vỡ đập đã được nghiên cứu ở Việt nam bởi các tác giả sau: Trần Gia Lịch, Ngô Văn Lược, Hoàng Quốc Ơn dùng phương pháp đặc trưng với lưới điểm đều để tính sóng gián đoạn Mô hình mô phỏng lan truyền sóng gián đoạn một chiều trong lòng dẫn; Công trình này chỉ mang ý nghĩa nghiên cứu khoa học cơ bản Một số nghiên cứu khác của PGS.TS Trần Gia Lịch đã sử dụng phương pháp đường đặc trưng và các điều kiện mà các tham

số cần phải thỏa mãn tại các điểm gián đoạn để chia lưới tính toán thành hai hay nhiều miền riêng biệt Tại các miền con vẫn có thể sử dụng các phương pháp cổ điển vì các lời giải là trơn Các phương pháp dạng này được gọi là các phương pháp theo dõi gián đoạn (Shock tracking methods) Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi xử lý lưới phức tạp và không khả thi cho các bài toán lớn, nhất là khi phải chia lại lưới sau mỗi bước thời gian tính và khi dòng chảy là hỗn hợp tại nhiều vị trí

Nguyễn Cảnh Cầm (trường Đại học Thủy lợi) dùng phương pháp đường đặc trưng giải bài toán sóng gián đoạn trong lòng dẫn chữ nhật

Phạm Trần Vi (Học Viện Kỹ thuật quân sự) dùng phương pháp đường đặc trưng làm thuật toán cho chương trình tính sóng gián đoạn Mô hình này

mô phỏng lan truyền sóng gián đoạn một chiều trong lòng dẫn hở

Nguyễn Văn Quế và Nguyễn Đình Nhu dùng phương pháp đường đặc trưng để tính sóng gián đoạn với công cụ là ngôn ngữ lập trình PASCAL Các tác giả đã xây dựng được một chương trình máy tính dùng để mô phỏng lan truyền sóng gián đoạn Công trình mang tính chất nghiên cứu và được đề nghị ứng dụng vào thực tế nghiên cứu truyền sóng gián đoạn

Nguyễn Văn Điệp (Viện Cơ học) đã tiến hành nghiên cứu đề tài về sóng gián đoạn Hiện tại, Viện Cơ Học đang tiến hành nghiên cứu thử nghiệm bài toán vỡ đập trên mô hình toán được chuyển giao từ nước ngoài (ứng dụng phần mềm Telemax của Pháp) và đã cho một số kết quả tính toán bước đầu Năm 1999 Viện Cơ Học đã tham gia thực hiện dự án "Xây dựng công nghệ mô phỏng số phục vụ việc đề xuất, đánh giá và điều hành các biện pháp phòng chống lũ trên đồng bằng sông Hồng - Thái Bình" Chủ nhiệm dự án là

GS TSKH Nguyễn Văn Điệp Dự án đã xây dựng ba mô hình tính toán thuỷ lực TL1, TL2 và VRSAP cải tiến Các mô hình này đều được xây dựng dựa trên sơ đồ sai phân Preissmann và đều có khả năng tính toán dòng chảy giả hai chiều cho mạng sông Hồng - Thái Bình Chương trình TL2 có các đặc điểm chính như sau: hệ phương trình đại số được giải theo phương pháp Newton với việc xử lý ma trận thưa, số liệu mặt cắt được đưa vào chương trình dưới dạng khoảng cách, cao trình xy Chương trình TL1 biến đổi hệ phương trình tuyến tính nhận được hệ phương trình có bậc nhỏ hơn đối với các mực nước tại các nút Giải hệ phương trình này tìm cao trình mực nước tại các nút rồi tính toán các đặc trưng thuỷ lực tại các mặt cắt

Năm 1997, Hội đồng khoa học công nghệ nước ta đã kết luận về việc cần thiết phải nghiên cứu tính toán vỡ đập trong giai đoạn nghiên cứu khả thi để

lựa chọn phương án bậc thang thuỷ điện Sơn La Sau đó, vấn đề tính toán vỡ đập được rất nhiều cơ quan khoa học, các cơ quan quản lý, đông đảo các cán

bộ khoa học kỹ thuật và các nhà lãnh đạo quan tâm

1.3.2.2 Các nghiên cứu trên mô hình vật lý về vỡ đập

Các nghiên cứu dòng chảy trên mô hình vật lý được bắt đầu phát triển ở Việt Nam từ năm 1959, với sự ra đời của Phòng Thuỷ công của Học viện Thuỷ lợi điện lực, nay là Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển Các nghiên cứu thí nghiệm trên mô hình vật lý được thực hiện cho các đối tượng nghiên cứu cục bộ bao gồm 03 lĩnh vực cơ bản là: Thuỷ lực công trình, Động lực sông, Động lực cửa sông ven biển và hải đảo Kỹ thuật nghiên cứu mô hình lòng động đã được sử dụng nhiều trong các nghiên cứu

về diễn biến xói lở ở hạ lưu các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện, quá trình phát triển vết vỡ của đập vật liệu địa phương, quá trình vỡ đê, vỡ đập

Trong lĩnh vực nghiên cứu thí nghiệm về mô hình vỡ đập và vỡ đê chủ yếu được thực bởi hai đơn vị là Viện Năng lượng (trung tâm Thuỷ điện) và Viện Khoa học thuỷ lợi Việt Nam (Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển) Các nghiên cứu điển hình liên quan đến đề tài luận văn có thể được kể đến bao gồm:

Năm 1998-1999, nhóm nghiên cứu gồm TS Nguyễn Viết Phách, Hàn Quốc Trinh, Lê Văn Nghị, Phạm Ngọc Rư, Lê Duy Hàm, đã nghiên cứu quá trình phát triển hố xói sau tràn xả lũ nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, một nghiên cứu rất công phu đã mô phỏng thành công các lớp vật liệu tại lòng dẫn sông

Đà đưa đến kết quả thí nghiệm phù hợp với hố xói đo đạc thực tế năm 1997

và 1998

Năm 2003, cố PGS.TS Lưu Như Phú cùng các cộng sự đã nghiên cứu hiện tượng vỡ đê Ngọc Tảo của khu chậm lũ Vân Cốc khi có lũ tràn từ sông

Hồng vào, trong khuôn khổ dự án nâng cấp và cải tạo sông Đáy do GS.TS Nguyễn Tuấn Anh làm chủ nhiệm

Năm 2006, TS Nguyễn Danh Oanh, Ths Phạm Ngọc Rư đã nghiên cứu thí nghiệm mô hình thuỷ lực vỡ đập tràn xả lũ sự cố hồ Sông Hinh Nghiên cứu đã thu được quá trình phát triển lỗ vỡ của đập sự cố

Năm 2011, Phạm Ngọc Rư, Nguyễn Văn Thuật (Viện Năng lượng) đã nghiên cứu thí nghiệm mô hình vật lý vỡ đập sự cố hồ Trung Sơn (Thanh Hoá), kết quả của nghiên cứu này đã xác định được quá trình phát triển lỗ vỡ của đập tràn sự cố khi có nước tràn qua, bằng cách mô phỏng tương tự vật liệu lòng mềm trên mô hình và kết luận quá trình vỡ đập tràn sự cố bằng vật liệu địa phương không phát sinh sóng gián đoạn Điều này cũng dễ hiểu bởi quá trình phát triển lỗ vỡ (xói hết đập sự cố) có một khoảng thời gian dài

1.3.2.3 Hạn chế của các mô hình vật lý đã thực hiện ở nước ta

Đối với nghiên cứu của TS Nguyễn Viết Phách và nhóm cộng sự khi nghiên cứu quá trình phát triển hố xói chỉ đơn thuần mô phỏng vật liệu tương

tự dạng hạt rời của kết cấu lớp cuộn xỏi lòng sông, không xét đến tính kết dính của vật liệu;

Đối với các nghiên cứu của PGS-TS Lưu Như Phú cùng cộng sự khi nghiên cứu hiện tượng vỡ đê Ngọc Tảo của khu chậm lũ Vân Cốc, mới dùng cát hạt mịn để mô phỏng vật liệu tương tự đắp đê mà chưa xét đến thành phần cấp phối hạt của lớp đắp

Đối với nghiên cứu TS Phạm Ngọc Rư cùng nhóm cộng sự khi nghiên cứu thí nghiệm vỡ đập tràn xả lũ sự cố hồ Sông Hinh và vỡ đập sự cố hồ Trung Sơn chưa xét đến tính ngẫu nhiên của sự cố bởi vỡ đập sự cố là các hiện tượng vỡ đập được kiểm soát bởi con người và vật liệu là đồng chất

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1