Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro trong đánh giá an toàn hồ chứa thủy lợi việt nam tt

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu an toàn hồ chứa thủy lợi đang khai thác sử dụng trên phạm vi cả nước 1 Chỉ xét an toàn của đập chắn nước và các công trình có liên quan thuộc CTĐM đập đất,

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

CẦM THỊ LAN HƯƠNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY

VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN

HỒ CHỨA THỦY LỢI VIỆT NAM

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số: 9580202

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2020

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi

Người hướng dẫn khoa học 1: NGND GS.TS PHẠM NGỌC QUÝ Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS MAI VĂN CÔNG

Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Văn Vi

Phản biện 2: GS.TS Trần Đình Hòa

Phản biện 3: GS.TS Phạm Thị Hương Lan

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại:

Room 5 - K1, Trường Đại học Thủy lợi, 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội vào lúc 08 giờ 30 ngày 13 tháng 11 năm 2020

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

- Thư viện Quốc gia

- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết và lý do lựa chọn đề tài

Theo Bộ Nông nghiệp và PTNT, hiện cả nước có 6.750 hồ chứa thủy lợi, phân

bố tại 45/63 địa phương với tổng dung tích khoảng 14,5 tỷ m3

góp phần quan trọng vào quá trình phát triển kinh tế - xã hội của đất nước Các hồ chứa được xây dựng trong điều kiện kinh tế chưa phát triển; trình độ thiết kế, thi công còn hạn chế; thiếu kinh phí bảo trì; công tác quản lý còn nhiều bất cập Cả nước có 1.200 hồ chứa bị xuống cấp, thiếu khả năng xả lũ, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn Những năm gần đây, biến đổi khí hậu gây ra mưa, lũ cực đoan, bất thường ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn hồ chứa Từ năm 2010 đến nay, đã xảy ra 71

sự cố đập, hồ chứa, tập trung nhiều trong 3 năm: 2017 (23 hồ), 2018 (12 hồ, đập), 2019 (11 hồ), sự cố vỡ hồ Đầm Thìn, Phú Thọ xảy ra gần đây ngày 28/5/2020 Để có cơ sở quản lý an toàn và hiệu quả các hồ chứa nước, cần có

sự đánh giá chính xác mức độ an toàn của hồ đập Ở Việt Nam hiện nay, việc đánh giá an toàn công trình đầu mối (CTĐM) hồ chứa chủ yếu theo phương pháp tất định và chưa xét đến rủi ro ngập lụt hạ du Do đó, nhiều trường hợp đánh giá an toàn CTĐM chưa chính xác nên việc đề xuất giải pháp xử lý không phù hợp dẫn đến sự cố, đặc biệt là vỡ đập gây thiệt hại nặng cho công trình, ngập lụt ảnh hưởng đến tài sản, tính mạng nhân dân vùng hạ du

Luận án này nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy (LTĐTC) và PTRR trong đánh giá an toàn hồ chứa có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du để nâng cao độ chính xác trong đánh giá an toàn làm cơ sở cho việc cải tạo, nâng cấp và quản

lý hồ chứa một cách khoa học và hiệu quả đáp ứng tính cấp thiết về mặt khoa học và thực tiễn nêu trên

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng cơ sở khoa học và phương pháp luận đánh giá an toàn hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam có xét đến ngập lụt hạ du ứng dụng LTĐTC và PTRR; vận dụng

để phân tích, đánh giá an toàn cho hồ chứa Núi Cốc, Thái Nguyên

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Hồ chứa thủy lợi đang khai thác sử dụng có lưu vực độc lập, đập dâng là đập đất và vùng hạ du đập

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu an toàn hồ chứa thủy lợi đang khai thác sử dụng trên phạm vi cả nước (1) Chỉ xét an toàn của đập chắn nước và các công trình có liên quan thuộc CTĐM (đập đất, tràn, cống lấy nước) trong mối liên quan đến ngập lụt vùng hạ du; (2) Hạ du chỉ chịu ảnh hưởng ngập lụt do tác động của một hồ chứa; không xét đến tác động của hồ chứa thượng nguồn, ảnh hưởng do nước từ lưu vực sông khác đổ về, mưa nội đồng và thủy triều; (3)

Nghiên cứu điển hình đối với hồ Núi Cốc, tỉnh Thái Nguyên

4 Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Hướng tiếp cận sử dụng trong nghiên cứu gồm: Tiếp cận hệ thống, tổng thể, tiếp cận mang tính kế thừa, tiếp cận mang tính hiện đại

Phương pháp nghiên cứu chính sử dụng là LTĐTC và PTRR và một số phương pháp nghiên cứu khoa học sau: điều tra, thu thập tài liệu, thống kê, phân tích, kế thừa các tài liệu, các công trình khoa học đã có, phương pháp mô hình toán (sử dụng mô hình MIKE 11, MIKE FLOOD để xây dựng bản đồ ngập lụt đánh giá thiệt hại ngập lụt hạ du)

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Thiết lập cơ sở khoa học đánh giá an toàn hồ chứa thủy lợi

có xét đến ngập lụt hạ du thông qua việc thiết lập và giải quyết 3 bài toán: Xác định xác suất sự cố (XSSC) của hệ thống, xác định độ tin cậy yêu cầu của hệ thống CTĐM hồ chứa nước dựa trên LTĐTC và PTRR ngập lụt hạ du hồ chứa; thiết kế công trình đầu mối hồ chứa nước đạt độ tin cậy yêu cầu

Ý nghĩa thực tiễn: Nhận dạng, phân tích các cơ chế gây mất an toàn cho

CTĐM hồ chứa nước thủy lợi, định lượng được mức độ an toàn của hồ chứa có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du thông qua việc xác định XSSC cho phép và chỉ số ĐTC yêu cầu, làm cơ sở cho việc chọn giải pháp nâng cao an toàn hồ chứa nước, giảm thiểu rủi ro ngập lụt hạ du

6 Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án gồm 04 Chương: Chương 1: Tổng quan về an toàn hồ chứa, đánh giá an toàn hồ chứa theo LTĐTC và PTRR; Chương 2: Cơ sở khoa học của LTĐTC và PTRR trong đánh giá an toàn

hồ chứa nước; Chương 3: Thiết lập bài toán ứng dụng LTĐTC và PTRR trong đánh giá an toàn hồ chứa thủy lợi có xét đến ngập lụt hạ du; Chương 4: Ứng dụng LTĐTC và PTRR đánh giá an toàn hồ Núi Cốc có xét đến ngập lụt hạ du

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN HỒ CHỨA, ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ CHỨA THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO

1.1 Tổng quan về an toàn hồ chứa, lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro

1.1.1 Khái niệm về an toàn hồ chứa, LTĐTC và PTRR

a) Khái niệm về an toàn đập: An toàn đập được xem xét toàn diện về an toàn của đập dâng hoặc đập của hồ chứa nước, các công trình có liên quan tạo hồ chứa nước và vùng hạ du

b) LTĐTC sử dụng phương pháp phân tích hệ thống và lý thuyết ngẫu nhiên nhằm xác định XSSC (Pf) của các cơ chế phá hủy thành phần từ đó xác định XSSC tổng hợp của toàn công trình Giá trị chỉ số ĐTC (β) được sử dụng để đánh giá mức bảo đảm an toàn của công trình

c) Rủi ro và phân tích rủi ro

Rủi ro của một đối tượng là tích số của khả năng xảy ra sự cố của đối tượng và hậu quả do sự cố gây ra Khi áp dụng cho đối tượng là hồ chứa nước, rủi ro được xác định là rủi ro ngập lụt vùng hạ du được xác định bằng tích số của XSSC gây ngập lụt và giá trị thiệt hại do ngập lụt gây ra

Phương pháp LTĐTC và PTRR xác định quy mô công trình dựa trên quan điểm rủi ro chấp nhận được bằng cách xác lập quan hệ giữa XSSC của công trình với giá trị thiệt hại tương ứng do sự cố gây ra thông qua hàm rủi ro

1.1.2 Vấn đề ngập lụt hạ du

a) Các trường hợp hồ chứa xả lũ gây ngập lụt hạ du, gồm: (1) Hồ chứa xả lũ

theo thiết kế thông thường sẽ không gây thiệt hại Hiện nay, hạ du một số hồ (Núi Cốc, Kẻ Gỗ, Vực Mấu, Ayun Hạ, Ia Ring, Dầu Tiếng…) bị lấn chiếm, không đảm bảo khả năng thoát lũ thiết kế, gây ngập lụt hạ du khi vận hành xả lũ; (2) Hồ chứa xả lũ trong tình huống khẩn cấp (là trường hợp mưa, lũ vượt tần suất thiết kế; động đất vượt tiêu chuẩn thiết kế trên lưu vực hoặc tác động khác gây mất an toàn cho đập); (3) Do vỡ đập: Các trường hợp vỡ đập

b) Hậu quả của ngập lụt hạ du đập, hồ chứa nước

Ngập lụt hạ du hồ chứa gây thiệt hại về kinh tế, xã hội và môi trường, đặc biệt trong trường hợp vỡ đập, thiệt hại nặng nề nhất

1.1.3 Một số sự cố hồ chứa nước trên thế giới

Mùa lũ năm 1975, vỡ đập Bản Kiều tỉnh Hà Nam, Trung Quốc khiến 175.000 người thiệt mạng và hơn 11 triệu người mất nhà cửa Vỡ đập Machchu II ở Ấn

Độ cao 29m, tháng 8/1979 do 3/18 cửa van bị kẹt làm 2.000 người thiệt mạng Gần đây, sự cố vỡ đập thủy điện Sepien Senamnoi, Lào (ngày 23/07/2018) làm

26 người chết, trên 1.300 hộ gia đình với 6.600 người dân bị ảnh hưởng Ngày 19/5/2020, vỡ cùng lúc 2 đập Edenville và Sanford ở Michigan (Mỹ) gây ra lũ lụt kinh hoàng khiến 10.000 người dân phải sơ tán

1.1.4 Hiện trạng an toàn hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam

Hiện nay, cả nước có khoảng 1.200 hồ chứa bị hư hỏng, xuống cấp, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn, trong đó, có khoảng 200 hồ bị hư hỏng nặng, cần phải xử

lý cấp bách

1.1.5 Một số sự cố hồ chứa thủy lợi xảy ra những năm gần đây

Từ năm 2010 đến nay đã xảy ra 71 sự cố đập, hồ chứa thủy lợi, điển hình như: Đập Phân Lân (Vĩnh Phúc) bị vỡ ngày 05/8/2013 do nước vượt đỉnh đập 1,5 m Đập phụ số 2 hồ chứa Đầm Hà Động (Quảng Ninh) vỡ ngày 31/10/2014 do nước tràn đỉnh đập, kẹt cửa van Gần đây, ngày 28/5/2020, vỡ đập Đầm Thìn (Phú Thọ) khi không có mưa, mực nước hồ chưa đạt MNDBT

1.1.6 Nguyên nhân dẫn đến sự cố hồ chứa nước

Sự cố đối với đập đất, gồm sự cố do lũ, sự cố địa chất, địa chấn, sự cố thấm, sự

cố kết cấu, ổn định Sự cố đối với tràn, gồm: sự cố thủy lực (không đủ khả nang tháo, xói, khí thực, mài mòn lòng dẫn, thiết bị, vận hành, vật liệu, kết cấu, địa

kỹ thuật); sự cố cống lấy nước, gồm: tháp cống nghiêng, hỏng các khớp nối, gãy cống, cống bị xói, cống bị dột và mục, hỏng tiêu năng, kẹt và gãy cửa, thấm dọc theo mang cống

1.1.7 Một số giải pháp tăng cường quản lý an toàn hồ chứa thủy lợi

a) Giải pháp phi công trình: quan trắc, giám sát vận hành; tăng cường dự báo, cảnh báo, tăng cường năng lực của tổ chức, cá nhân quản lý hồ chứa, tuyên truyền, phổ biến, nâng cao nhận thức cộng đồng

b) Giải pháp công trình: Sửa chữa, nâng cấp (SCNC) đảm bảo an toàn cho 1.200 hồ chứa bị xuống cấp, không đảm bảo khả năng chống lũ theo tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành

1.2 Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng LTĐTC và PTRR trong lĩnh vực thủy lợi và đánh giá an toàn hồ chứa nước

LTĐTC được ứng dụng từ năm 1920 và phát triển mạnh mẽ từ những năm

1970 Mỹ và Canada là 02 quốc gia đi đầu trong nghiên cứu ứng dụng LTĐTC đánh giá an toàn các đập lớn từ những năm 1990 Việc nghiên cứu kết hợp LTĐTC và PTRR trong đánh giá an toàn đập, hồ chứa nước được thực hiện tại Đức, Hà Lan và Úc từ năm 1996 và nhanh chóng lan rộng ra các nước Châu

Âu, Mỹ, trở thành trọng tâm của các Hội thảo do Hội Đập lớn Thế giới (ICOLD) từ năm 2000 đến nay

Ở Việt Nam, LTĐTC được phát triển từ năm 2000 trong lĩnh vực thủy lợi về công trình phòng lũ, cống lộ thiên, hệ thống kênh và công trình trên kênh, CTĐM

hồ chứa thủy lợi Một số tác giả tiêu biểu: Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Quang Hùng, Phạm Hồng Cường, Mai Văn Công, Lê Xuân Bảo, Trần Quang Hoài… Trong lĩnh vực an toàn hồ chứa, Nguyễn Lan Hương đã xây dựng được phương pháp luận đánh giá ĐTC cho đầu mối hồ chứa thủy lợi; một vài dự án ODA đã đề cập đến rủi ro như: “Dự án Việt Nam - New Zealand về An toàn Đập”, Dự án

Dự án WB8 “Sửa chữa và nâng cao an toàn đập”… Việc xác định ngập lụt hạ du

đã được tiêu chuẩn hóa bằng TCKT 03:2015

Như vậy, ở Việt Nam hầu hết các nghiên cứu thường tập trung vào ứng dụng LTĐTC và PTRR trong đánh giá an toàn CTĐM hồ chứa nước; chưa có một nghiên cứu toàn diện tích hợp bài toán phân tích ĐTC hệ thống CTĐM với PTRR ngập lụt hạ du

Hiện nay, trên thế giới có 3 phần mềm được dùng phổ biến để tính toán ĐTC là: Bestfit, VaP và Open FTA Ở trong nước, phần mềm DCT2007 sử dụng để đánh giá chất lượng hệ thống công trình thủy nông theo LTĐTC cấp độ II; phần mềm SYPRO2016 xác định ĐTC của các công trình (đập đất, đập tràn và cống ngầm) ở cấp độ II và cấp độ III

1.3 Tồn tại của nghiên cứu đánh giá an toàn hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam

Ở Việt Nam, việc đánh giá CTĐM hồ chứa được thực hiện theo phương pháp tất định, rủi ro ngập lụt đã được xét đến nhưng chưa đầy đủ, thường tập trung vào 1 trong 2 nội dung: (i) Đánh giá an toàn CTĐM, chưa xét đến mối liên hệ

giữa ĐTC của hồ chứa với rủi ro vùng hạ du; (ii) Xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ du, thống kê thiệt hại để đề xuất phương án vận hành hồ chứa hợp lý

và phương án ứng phó giảm thiểu rủi ro ngập lụt mà chưa xét đến mối liên hệ với hiện trạng CTĐM

Như vậy, cách đánh giá an toàn đập, hồ chứa hiện nay có bất cập sau: Chỉ xét cụm CTĐM với sơ đồ bố trí tổng thể đơn giản; chưa xét đầy đủ, toàn diện các CCSC của từng hạng mục và hệ thống CTĐM, kết quả đánh giá chưa phản ánh khách quan và đầy đủ về hiện trạng công trình; việc đánh giá thiệt hại, đánh giá mức độ rủi ro ngập lụt là cần thiết nhưng chưa được quan tâm; các nghiên cứu còn rời rạc, chưa gắn an toàn CTĐM với rủi ro ngập lụt hạ du

1.4 Định hướng nghiên cứu và các vấn đề cần giải quyết của Luận án

Phương pháp kết hợp giữa LTĐTC và PTRR ngập lụt vùng hạ du là phương pháp hiện đại, khắc phục được tồn tại trong đánh giá an toàn hồ chứa ở Việt Nam Đề tài chọn hướng nghiên cứu xây dựng phương pháp luận đánh giá an toàn hồ chứa có xét đến rủi ro ngập lụt vùng hạ du đập

1.5 Kết luận chương

Thông qua phân tích tổng quan về an toàn hồ chứa nước, tình hình nghiên cứu, ứng dụng LTĐTC và PTRR vào lĩnh vực thủy lợi và đánh giá an toàn hồ chứa nước trên thế giới và ở Việt Nam; ưu, nhược điểm của một số nghiên cứu điển hình và hiện trạng hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam, một số sự cố đã xảy ra; phân tích nguyên nhân gây mất an toàn đập, hồ chứa, Chương 1 đã chỉ ra tồn tại của các nghiên cứu trong nước Từ đó, xác định hướng nghiên cứu tập trung vào xây dựng phương pháp luận đánh giá an toàn CTĐM hồ chứa nước có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du bằng sự kết hợp giữa phân tích ĐTC của CTĐM hồ chứa nước và PTRR ngập lụt vùng hạ du; đề xuất giải pháp tối ưu sửa chữa, nâng cấp CTĐM đáp ứng khả năng chấp nhận rủi ro ngập lụt của vùng hạ du

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ CHỨA

2.1 Lý thuyết độ tin cậy trong đánh giá an toàn hồ chứa nước

2.1.1 Độ tin cậy của một cơ chế sự cố

a) Khái niệm cơ chế sự cố (CCSC): là kiểu hư hỏng công trình do quá trình cơ

học - vật lý tương tác giữa điều kiện biên và công trình Cơ chế sự cố được mô

phỏng bằng hai đại lượng là khả năng chịu tải (R) và tải trọng tác dụng (S)

b) Hàm tin cậy của một CCSC: Hàm tin cậy (Z) là giá trị còn lại của khả năng

chịu tải (R) dưới tác động của tải trọng tác dụng bên ngoài (S) Hàm (Z) được thiết lập tại trạng thái giới hạn sao cho các giá trị âm của nó tương ứng với trạng thái phá hoại/hư hỏng của cơ chế và ngược lại giá trị dương của Z tương ứng với trạng thái làm việc an toàn và được biểu diễn như sau:

Z = R - S (2-1)

c) Cách giải các hàm tin cậy của một CCSC: Hàm tin cậy được giải với các cấp

độ sau: Cấp độ I: Tính toán dựa trên các hệ số an toàn cho phép; cấp độ II: (phương pháp gần đúng) hàm tin cậy được tuyến tính hóa và hàm mật độ xác suất được thay bằng các hàm có dạng phân bố chuẩn; cấp độ III: Giải quyết bài toán ngẫu nhiên hoàn toàn khi hàm mật độ xác suất được giữ nguyên thể

d) Chỉ số độ tin cậy β là giá trị được dùng để thay thế cho độ tin cậy hoặc xác

suất sự cố Pf (Failure Probability):

β = -1

(1 -P f) (2-41) trong đó, -1

là nghịch đảo của hàm phân phối chuẩn chuẩn hóa

2.1.2 Sơ đồ cây sự cố

a) Khái niệm: Sơ đồ mô tả mối quan hệ giữa các cơ chế sự cố công trình trong

hệ thống được gọi là sơ đồ cây sự cố

b) Thiết lập sơ đồ cây sự cố

(i) Phân tích hệ thống: là việc mô tả chức năng của hệ thống, các bộ phận cấu thành

và mối quan hệ giữa các thành phần Cây sự cố mô tả chuỗi logic cho các sự kiện

dẫn đến cùng một sự cố không mong muốn được gọi là “sự cố cuối cùng”

c) Mô tả sơ sồ cây sự cố bằng hệ thống ký hiệu quy ước chung biểu diễn các sự

cố và các cổng liên kết thể hiện mối quan hệ giữa các sự cố

2.1.3 Hàm tin cậy của một hệ thống

Có 2 cách mô tả mối quan hệ giữa các sơ đồ cây sự cố thành phần thuộc hệ thống là ghép song song hoặc ghép nối tiếp

(a) Hệ thống nối tiép (b) Hệ thống song song

Hình 2-5: Sơ đồ cây sự cố điển hình của hệ thống a) XSSC của hệ thống ghép nối tiếp

XSSC của hệ thống ghép nối tiếp sẽ lớn hơn XSSC lớn nhất của một thành phần

và nhỏ hơn tổng XSSC của tất cả các thành phần

Ditlevsen đưa ra các công thức gần đúng như sau:

Nếu áp dụng phương pháp cấp độ II để tính XSSC của từng thành phần thì biên của XSSC trong hệ thống có n thành phần là:

( ( )) ∑ ( ) (2-43)

Hình 2-6: Minh họa cách xác định XSSC của hệ thống nối tiếp

b) XSSC của hệ thống ghép song song

Hệ thống gặp sự cố khi tất cả các thành phần của hệ thống hư hỏng Khoảng sự

cố được định nghĩa là:

(2-45) XSSC của hệ thống là

( ) (( | ) ( | ) ( | )) (2-46)

2.2 Phân tích rủi ro ngập lụt vùng hạ du hồ chứa

a) Định nghĩa rủi ro ngập lụt vùng hạ du hồ chứa

Đối với hồ chứa nước, rủi ro ngập lụt vùng hạ du được xác định như sau:

RR = Pf Cn (2-48) trong đó, RR: rủi ro ngập lụt hạ du; Pf : xác suất xảy ra ngập lụt hạ du; Cn: tổng chi phí thiệt hại do ngập lụt vùng hạ du

b) Mục đích của PTRR:

Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý phân tích rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa

Mục đích của PTRR ngập lụt hạ du là cung cấp cơ sở khoa học để đưa ra quyết định quản lý, vận hành công trình nhằm bảo đảm an toàn công trình, vùng hạ du

và phát huy hiệu quả sử dụng của hồ chứa PTRR ngập lụt hạ du theo các kịch bản thực tế về nguy cơ mất an toàn Kết quả PTRR ngập lụt hạ du được so sánh với các chuẩn rủi ro hay giá trị giới hạn rủi ro đã thiết lập Trong trường hợp

cần thiết, thông số kỹ thuật của CTĐM, công trình chống ngập ở hạ du phải điều chỉnh để giá trị rủi ro thỏa mãn tiêu chuẩn

Rủi ro chấp nhận được hay giá trị giới hạn rủi ro (chuẩn rủi ro) là giá trị rủi ro tương ứng với điểm tối ưu mà tại đó tổng chi phí nhỏ nhất

b) Nguyên lý và trình tự PTRR ngập lụt hạ du hồ chứa nước tại Hình 2-8, 2-9:

Hình 2-9: Các bước cơ bản trong phân tích rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa

2.3 Hậu quả ngập lụt hạ du và xác định thiệt hại ngập lụt hạ du hồ chứa

2.3.1 Hậu quả của ngập lụt hạ du hồ chứa là thiệt hại về kinh tế, xã hội và

môi trường, đặc biệt trong trường hợp vỡ đập, được phân chia thành 2 nhóm, gồm: nhóm thiệt hại về con người và tài sản và được chia thành các loại: thiệt hại trực tiếp và gián tiếp; thiệt hại hữu hình và vô hình

2.3.2 Phương pháp đánh giá thiệt hại vùng hạ du hồ chứa nước

Có 2 phương pháp phổ biến đánh giá thiệt hại vùng hạ du, gồm: (i) Phương pháp thống kê (dựa vào số liệu lưu trữ) và (ii) phương pháp mô hình mô phỏng kết hợp kiểm chứng bằng số liệu điều tra, phương pháp này được sử dụng phổ biến bằng cách thức xây dựng đường cong thiệt hại (hàm thiệt hại) dựa trên bản

đồ ngập lụt; kiểm chứng bằng số liệu lịch sử quan trắc được

Trên thế giới hiện có nhiều phần mềm mô phỏng quá trình ngập lụt và tích hợp với hệ thống thống tin địa lý (GIS) cho phép thể hiện các đặc trưng ngập lụt một cách trực quan như: MIKE URBAN, MIKE FLOOD được phát triển bởi Viện Thủy Lực Đan Mạch (DHI); ISIS được phát triển bởi Halcrow (Anh)… Tổng thiệt hại của vùng hạ du được xác định theo công thức sau:

∑ ( ) (2-49) trong đó: D: tổng thiệt hại vùng hạ du

Fi: Diện tích ô thứ i toàn bộ diện tích vùng hạ du được chia thành n ô

f(hi) : Giá trị hàm thiệt hại tương ứng với độ ngập (hi) của ô lưới thứ i

Kết quả thiệt hại được trình bày dưới dạng bản đồ và bảng tính thiệt hại ứng với

các mức ngập khác nhau

2.4 Đánh giá an toàn hồ chứa nước có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du

2.4.1 Đánh giá rủi ro ngập lụt hạ du

a) Đánh giá rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa là sự so sánh giá trị rủi ro với tiêu

chuẩn an toàn hiện tại dựa trên giá trị rủi ro chấp nhận được của vùng hạ du

b) Khái niệm rủi ro chấp nhận được: là giới hạn rủi ro tiềm tàng lớn nhất của

vùng hạ du ngập lụt hạ du hợp lý về mức độ ảnh hưởng và tần suất xuất hiện để

làm cơ sở quyết định mức bảo đảm an toàn thiết kế

b) Nguyên lý xác định rủi ro chấp nhận được theo quan điểm kinh tế

Theo quan điểm kinh tế , XSSC cho phép [Pf] được xác định từ tối ưu về chi

phí và rủi ro ngập lụt hạ du

Tổng chi phí của một hệ thống (Ctot) được xác định bằng tổng chi phí (IPf) đầu

tư sửa chữa, nâng cấp hệ thống đạt độ an toàn cao hơn Pf và rủi ro ngập lụt hạ

du (RPf) Khi đó, XSSC tối ưu được xác định qua hàm mục tiêu tổng quát sau:

min(C tot)min(I P f R P f)

(2-50) trong đó:IPf: Tổng chi phí đầu tư sửa chữa, nâng cấp hệ thống đạt độ an toàn cao

hơn, bao gồm giá trị đầu tư xây dựng ban đầu (Io); chi phí đầu tư xây dựng mới

hoặc, SCNC hệ thống an toàn hơn (có XSSC [Pfi] thấp hơn); chi phí cho bảo trì

đã thực hiện đối với công trình SCNC PV(MPf); i; n: Thứ tự và số phương án

đầu tư xây dựng mới hoặc SCNC hệ thống CTĐM được xem xét

(2-51)

(2-50)

Nghiệm của phương trình (2-51) chính là giá trị rủi ro chấp nhận được tương

ứng với XSSC cho phép [Pf] của CTĐM hồ chứa, ký hiệu là Pf-opt xác định được

theo hai phương pháp giải tích và thử dần

Hình 2-12: Tối ưu XSSC theo quan điểm kinh tế

2.4.2 Đánh giá an toàn hồ chứa nước

So sánh XSSC của CTĐM (Pf) với XSSC cho phép [Pf] xác định từ rủi ro chấp nhận được của vùng hạ du Nếu giá trị rủi ro hiện tại của CTĐM vượt quá rủi ro chấp nhận được của vùng hạ du thì hệ thống cần được SCNC đảm bảo an toàn

2.5 Kết luận chương

Chương 2 đã hệ thống hóa, tổng hợp cơ sở khoa học về LTĐTC và PTRR ngập lụt hạ du: làm rõ khái niệm, nội dung, cách thức áp dụng LTĐTC và PTRR ngập lụt hạ du vào đánh giá an toàn hồ chứa nước để tính toán, xác định: rủi ro ngập lụt vùng hạ du đập, giá trị rủi ro chấp nhận được theo quan điểm tối ưu về kinh tế; XSSC cho phép [Pf] hay ĐTC yêu cầu của hệ thống CTĐM hồ chứa nước Từ lý thuyết cơ bản này, Luận án tập trung phát triển các bài toán ứng dụng, gồm: PTRR hệ thống CTĐM, phân tích ĐTC của từng cơ chế sự cố, từng hạng mục và của hệ thống CTĐM hồ chứa nước tại Chương 3

CHƯƠNG 3 THIẾT LẬP BÀI TOÁN ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ CHỨA CÓ XÉT ĐẾN NGẬP LỤT HẠ DU

3.1 Sơ đồ hóa mối liên hệ giữa công trình đầu mối và vùng hạ du

3.1.1 Sơ đồ hóa công trình đầu mối

a) Khái niệm CTĐM: Các công trình được xây dựng ở một khu vực cùng giải quyết các nhiệm vụ của giải pháp sử dụng nguồn nước và phòng chống thiên tai gọi là CTĐM thuỷ lợi CTĐM hồ chứa gồm các hạng mục: đập, tràn xả lũ, cống lấy nước và các công trình liên quan như: nhà máy thuỷ điện (kết hợp), âu tầu, đường chuyển bè gỗ, đường cá đi, công trình xả bùn cát, công trình du lịch… b) Sơ đồ bố trí tổng thể CTĐM hồ chứa nước

Các hình thức bố trí tổng thể CTĐM hồ chứa nước rất đa dạng, trong đó phổ biến là CTĐM gồm: đập, công trình xả lũ và cống lấy nước

a Tràn bên vai đập, cống trong thân đập b Tràn tách rời đập, cống trong thân đập

c Nhiều tràn tách rời đập, một tràn bên vai đập chính, cống ngầm trong thân đập chính và đập phụ (1 Đập chính; 2 Tràn xả lũ; 3 Cống ngầm; 4 Lòng hồ; 5 Đập phụ)

Hình 3-1: Một số hình thức bố trí tổng thể CTĐM hồ chứa ở Việt Nam

3.1.2 Sơ đồ hóa vùng ngập lụt hạ du hồ chứa nước

Hình 3-2: Sơ họa vùng ngập lụt hạ du hồ chứa nước

Khi CTĐM xảy ra sự cố, nước sẽ dồn về lưu vực sông sau đập có tuyến đập chính đi qua Khi đó, vùng hạ du có một vùng ngập lụt Trường hợp nước từ hồ qua đập chính, đập phụ bị vỡ hoặc nước từ hồ qua tràn chính, tràn phụ và các cống lấy nước khi bị sự cố không nhập lưu về cùng sông có tuyến đập chính đi qua Khi đó, vùng hạ du sẽ có nhiều hơn một vùng ngập lụt

3.1.3 Kết nối giữa an toàn công trình đầu mối và ngập lụt hạ du

Hình 3-4: Sơ đồ kết nối giữa an toàn CTĐM và ngập lụt hạ du hồ chứa nước

Từ Sơ đồ kết nối trên, ứng với các trường hợp trong thực tiễn, có các sơ đồ CTĐM và vùng hạ du hồ chứa nước như sau:

Mỗi sơ đồ tại Hình 3-5 lại được tổ hợp với các yếu tố ảnh hưởng đến ngập lụt

hạ du, gồm: nước từ lưu vực sông khác đổ về, do mưa nội đồng và do ảnh