Đánh giá dự báo mức độ nguy hiểm địa chấn và rủi ro môi trường tại công trình thủy điện sông lô 6 tỉnh hà giang

Đánh giá độ nguy hiểm động đất độ nguy hiểm địa chấn cho một khu vực nghiên cứu là quá trình áp dụng các phương pháp và công cụ tính toán để xác định các hiệu ứng chấn động do động đất g

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Tá Nam

ĐÁNH GIÁ, DỰ BÁO MỨC ĐỘ NGUY HIỂM ĐỊA CHẤN

VÀ RỦI RO MÔI TRƯỜNG TẠI CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SÔNG

LÔ 6, TỈNH HÀ GIANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2020

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Tá Nam

ĐÁNH GIÁ, DỰ BÁO MỨC ĐỘ NGUY HIỂM ĐỊA CHẤN

VÀ RỦI RO MÔI TRƯỜNG TẠI CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SÔNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác

Người cam đoan

Nguyễn Tá Nam

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG iii

DANH MỤC HÌNH iii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan 3

1.1.1 Tổng quan về nghiên cứu địa chấn 3

1.1.2 Tổng quan về rủi ro môi trường 7

1.1.3 Tổng quan về tình hình năng lượng 8

1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 10

1.2.1 Công trình thủy điện Sông Lô 6 10

1.2.2 Hoạt động địa chấn xung quanh khu vực nghiên cứu 10

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

2.1 Đối tượng nghiên cứu 13

2.2 Nội dung nghiên cứu 13

2.3 Phương pháp nghiên cứu 13

2.3.1 Phương pháp đánh giá độ nguy hiểm địa chấn 13

2.3.2 Phương pháp đánh giá rủi ro môi trường gây ra do địa chấn tại công trình thủy điện 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Đánh giá độ nguy hiểm động đất tại thủy điện Sông Lô 6 35

3.1.1 Đánh giá bằng phương pháp xác suất 35

3.1.2 Đánh giá bằng phương pháp tất định 46

3.2 Rủi ro môi trường do địa chấn tại thủy điện sông lô 6 49

3.2.1 Xây dựng các bản đồ ngập lụt khu vực hạ lưu đập thủy điện 49

3.2.2 Xây dựng bản đồ các yếu tố chịu rủi ro 52

3.2.3 Rủi ro môi trường do vỡ đập thủy điện 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

DANH MỤC BÀI BÁO 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Các đứt gãy có ảnh hưởng tới thủy điện Sông Lô 6 (Nguyễn Hồng

Phương, 2004) 36

Bảng 3.2: Danh mục động đất của các phân vùng kiến tạo khu vực nghiên cứu 39

Bảng 3.3: Tổng hợp kết quả tính bằng phương pháp tất định 46

Bảng 4.1: Chiều dài đường giao thông bị ảnh hưởng bởi ngập lut 56

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Vị trí thủy điện Sông Lô 6 10

Hình 1.2: Bản đồ đường đẳng chấn gây ra do trận động đất Lục Yên 1954 (Nguyễn Đình Xuyên và nnk., 2004) 11

Hình 1.3: Bản đồ đường đẳng chấn gây ra do trận động đất Bắc Giang năm 1961 (Nguyễn Đình Xuyên và nnk., 2004) 12

Hình 2.1: Cơ sở lý thuyết của phương pháp xác suất 16

Hình 2.2: Các bước đánh giá nguy hiểm địa chấn bằng xác suất 17

Hình 2.3: Nguồn chấn động dạng đường và nguồn chấn động dạng diện 18

Hình 2.4: Các dạng đứt gãy 19

Hình 2.5: Góc cắm của đứt gãy và khoảng cách từ bề mặt tới chấn tâm 19

Hình 2.6: Hằng số a và b trong biểu thức Gutenberg – Richter 23

Hình 2.7: Ví dụ về quy luật tắt dần chấn động do động đất 24

Hình 2.8: Áp dụng kỹ thuật cây logic trong đánh giá nguy hiểm động đất 26

Hình 2.9: Mô hình hoạt động của chương trình Openquake 27

Hình 2.10: Các bước đánh giá nguy hiểm địa chấn bằng phương pháp tất định 28

Hình 2.11: Kỹ thuật chồng ghép bản đồ (nguồn:cnx.org) 32

Hình 3.1: Hệ thống đứt gãy trong vòng bán kính 200km từ đập thủy điện Sông Lô 6 (Nguyễn Hồng Phương, 2004) 36

Hình 3.2: Loại bỏ tiền, dư chấn khỏi danh mục động đất 38

Hình 3.3: Chấn tâm động đất khu vực nghiên cứu 39

Hình 3.4: Tính toán tần suất lặp lại động đất cho vùng kiến tạo Hoa Nam 41

Hình 3.5: Tính toán tần suất lặp lại động đất cho Miền uốn nếp Tây Việt Nam 42

Hình 3.6: Mô hình cây logic cho phương trình tắt dần chấn động 43

Hình 3.7: Cường độ rung động nền khu vực nghiên cứu ứng với chu kỳ 145 năm 45 Hình 3.8: Cường độ rung động nền khu vực nghiên cứu ứng với chu kỳ 475 năm 45 Hình 3.10: Kết quả phương pháp tất định cho kịch bản (1) 47

Hình 3.11: Kết quả phương pháp tất định cho kịch bản (2) 48

Hình 3.12: Kết quả phương pháp tất định cho kịch bản (3) 48

Hình 3.13: Kết quả phương pháp tất định cho kịch bản (4) 49

Hình 4.1: Bản đồ mô hình số độ cao (DEM) cho khu vực Sông Lô (mét) 50

Hình 4.2: Một số kịch bản nước dâng do vỡ đập thủy điện 51

Hình 4.3: Bản đồ ngập lụt nếu xảy ra sự cố đập thủy điện Sông Lô 6 52

Hình 4.4: Dữ liệu về nhà cửa đã được số hóa xung quanh khu vực nghiên cứu 53

Hình 4.5: Dữ liệu về đường giao thông xung quanh khu vực nghiên cứu 54

Hình 4.6: Bản đồ nhà cửa bị ảnh hưởng bởi ngập lụt 55

Hình 4.7: Mức độ ngập lụt đối với nhà cửa 56

Hình 4.8: Ảnh hưởng của ngập lụt tới đường giao thông 57

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, hiểm họa do các tai biến thiên nhiên như động đất, núi lửa và sóng thần không ngừng gia tăng theo thời gian trên phạm vi toàn cầu Cùng với sự bùng nổ dân số, sự phát triển kinh tế với tốc độ chóng mặt chính là nguyên nhân gây ra những tác động không được kiểm soát của con người vào lớp

vỏ rắn của Trái Đất (như khai thác dầu khí, khoáng sản, xây dựng các nhà máy điện hạt nhân, hay thải các chất thải công nghiệp ra môi trường, v.v…), góp phần đáng

kể vào sự gia tăng mức độ rủi ro do động đất gây ra đối với cộng đồng Các kết quả nghiên cứu cũng đã chỉ ra mối liên quan trực tiếp giữa tần suất xuất hiện động đất với những thiệt hại về người và của do động đất gây ra

Các công trình thủy điện ngày nay được xây dựng ngày càng nhiều nhằm phục

vụ đời sống sinh hoạt, sản xuất của con người Dựa vào khai thác thủy năng biến đổi thành năng lượng, các nhà máy thủy điện thường được xây dựng trên các con sông lớn, nằm trong các vùng núi có địa hình hiểm trở, nhằm tận dụng thế năng của nước đi từ trên cao xuống Đây lại là khu vực dễ ảnh hưởng nhất bởi động đất do là nơi tập trung các đứt gãy sinh chấn

Nhằm giảm thiểu những thiệt hại do động đất và đảm bảo an toàn cho các hoạt động phát triển kinh tế và dân sinh, vấn đề quan trọng là phải xác định được những khu vực xây dựng nhà máy thủy điện có khả năng phải chịu thiệt hại nếu động đất xảy ra hay không, từ đó đưa ra những giải pháp hợp lý cho việc quy hoạch, thiết kế kháng chấn và phát triển bền vững Đánh giá độ nguy hiểm động đất (độ nguy hiểm địa chấn) cho một khu vực nghiên cứu là quá trình áp dụng các phương pháp và công cụ tính toán để xác định các hiệu ứng chấn động do động đất gây ra (độ lớn, tần suất hay chu kỳ lặp lại) tại khu vực đã cho trong một khoảng thời gian cho trước Điều này sẽ giúp các nhà quản lý có thể đưa ra các biện pháp quản lý, đối phó phù hợp

Công trình thủy điện Sông Lô 6 đang được xây dựng trên sông Lô – con sông

có vị trí địa lý chạy dọc theo đứt gãy Sông Lô có khả năng gây động đất rất lớn Do

đó việc đánh giá nguy hiểm địa chấn và các rủi ro môi trường tại nhà máy này là rất

cần thiết và có tính tham khảo cao trong công tác quản lý môi trường, cứu hộ cứu nạn Luận văn sẽ áp dụng các kiến thức về địa chấn và môi trường nhằm thực hiện các đánh giá trên, đưa ra khả năng ảnh hưởng của việc xây dựng, vận hành nhà máy tới môi trường gây ra bởi động đất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan

1.1.1 Tổng quan về nghiên cứu địa chấn

a Lý thuyết về địa chấn

Động đất hay địa chấn là sự rung chuyển của mặt đất do kết quả của sự giải phóng năng lượng bất ngờ ở lớp vỏ Trái Đất Nó cũng xảy ra ở các hành tinh có cấu tạo với lớp vỏ ngoài rắn như Trái Đất Chúng gây ra bởi các nguyên nhân:

- Nội sinh: Do vận động kiến tạo của các mảng kiến tạo trong vỏ Trái đất, dẫn đến các hoạt động đứt gãy và/hoặc phun trào núi lửa ở các đới hút chìm

- Ngoại sinh: Thiên thạch va chạm vào Trái Đất, các vụ trượt lở đất đá với khối lượng lớn

- Nhân sinh: Hoạt động của con người gồm cả gây rung động không chủ ý, hay các kích động có chủ ý trong khảo sát hoặc trong khai thác hay xây dựng, đặc biệt là các vụ thử hạt nhân dưới lòng đất

Trong quan niệm thông thường thì động đất được hiểu là các rung chuyển đủ mạnh trên diện tích đủ lớn, ở mức nhiều người cảm nhận được, có để lại các dấu vết phá hủy hay nứt đất ở vùng đó Về mặt vật lý, các rung chuyển đó phải có biên độ

đủ lớn, có thể vượt giới hạn đàn hồi của môi trường đất đá và gây nứt vỡ Nó ứng với động đất có nguồn gốc tự nhiên, hoặc mở rộng đến các vụ thử hạt nhân Chú ý rằng các địa chấn kế tại các trạm quan sát địa chấn được thiết kế để ghi nhận các động đất dạng như vậy, và lọc bỏ các chấn động do nhân sinh gây ra

Độ lớn của trận động đất thường được phân chia theo thang Richter, theo đó

độ lớn động đất có thể được chia thành các thang như sau:

- 1–2 trên thang Richter: Không nhận biết được

- 2–4 trên thang Richter: Có thể nhận biết nhưng không gây thiệt hại

- 4–5 trên thang Richter: Mặt đất rung chuyển, nghe tiếng nổ, thiệt hại không đáng kể

- 5–6 trên thang Richter: Nhà cửa rung chuyển, một số công trình có hiện tượng bị nứt

- 6–7 trên thang Richter, 7–8 trên thang Richter: Mạnh, phá hủy hầu hết các công trình xây dựng thông thường, có vết nứt lớn hoặc hiện tượng sụt lún trên mặt đất

- 8–9 trên thang Richter: Rất mạnh, phá hủy gần hết cả thành phố hay đô thị,

có vết nứt lớn, vài tòa nhà bị lún

- >9 trên thang Richter: Rất hiếm khi xảy ra

- >10 trên thang Richter: Cực hiếm khi xảy ra

b Tình hình nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm động đất

Trên thế giới

Phương pháp tất định bắt đầu được áp dụng trên thế giới từ đầu thế kỷ 20 Những nghiên cứu theo cách tiếp cận này thường dựa trên việc đối sánh các số liệu quan sát thực tế về những thiệt hại do động đất gây ra với phân bố không gian và các đặc trưng địa vật lý của các cấu trúc địa chất nằm bên dưới khu vực bị thiệt hại Năm 1937, tập bản đồ phân vùng động đất đầu tiên ra đời tại Liên bang Xô viết (Liên xô cũ) Đây là kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học tại Viện Vật lý Trái Đất, Viện Hàn lâm khoa học Liên xô Do không có đầy đủ các dữ liệu quan trắc về rung động mạnh của nền, các bản đồ phân vùng động đất của Liên xô cũ và Liên bang Nga hiện nay đều lựa chọn cường độ chấn động trên mặt (I) theo thang MSK-64 làm tham số thể hiện trên bản đồ Ngay sau khi ra đời, phiên bản đầu tiên của các bản đồ phân vùng động đất được đưa vào tiêu chuẩn xây dựng của nước cộng hòa Nga lúc bấy giờ Các bản đồ phân vùng động đất Liên xô trong thời gian

từ năm 1937 đến năm 1997 được xây dựng bằng phương pháp tất định Phương pháp xác suất chỉ được áp dụng trong phân vùng động đất ở Liên xô cũ bắt đầu từ năm 1997 Các phiên bản cập nhật của tập bản đồ phân vùng động đất tại Nga được ban hành vào các năm 1997, 2003 và 2012

Ở Trung Quốc, bản đồ phân vùng động đất toàn lãnh thổ đầu tiên ra đời năm

1957 Bản đồ này được gọi là “bản đồ thế hệ 1”, được xây dựng bằng phương pháp

tất định và chủ yếu dựa trên cơ sở các tiêu chí địa chất về nguy hiểm địa chấn Các bản đồ phân vùng động đất thế hệ sau đó của Trung quốc lần lượt được công bố vào các năm 1977, 1990 và 2001

Ở Mỹ, độ nguy hiểm địa chấn được biết đến và đưa vào áp dụng cho các công trình xây dựng sau sự kiện động đất 6.4 năm 1933 xảy ra ở Long Beach, California làm 120 người thiệt mạng và gây thiệt hại 50 triệu USD Sau sự kiện trên, nguy hiểm địa chấn đã dần được đưa vào để thiết kế các công trình xây dựng có khả năng kháng trụ khi có động đất xảy ra Từ năm 1940 đến 1950, các thông số định lượng

về nguy hiểm địa chấn đã được đưa ra ngày càng hoàn thiện hơn Sau đó các bản đồ

độ nguy hiểm địa chấn dựa trên phương pháp phân tích xác suất cũng được giới thiệu: Milne và Davenport (1969) đã công bố bản đồ độ nguy hiểm địa chấn cho Canada, Cornel (1968)[4] đã phát triển một phương pháp luận khác so với Milne và Daveport, phương pháp luận này sau đó được McGuire viết thành chương trình tính dựa trên nền FORTRAN Trong phương pháp tính của Cornell-McGuire, phân bố không gian của động đất được thể hiện bằng các nguồn địa chấn, có thể là nguồn diện (vùng nguồn địa chấn) hoặc nguồn đường (đới đứt gãy) Các vùng địa chấn này được xác định bởi thông tin về địa chấn kiến tạo Tập bản đồ nguy hiểm động đất quốc gia được thành lập bằng phương pháp xác suất được Algermissen và Perkins công bố lần đầu tiên năm 1976 Trong vòng vài thập kỷ sau đó, tập bản đồ này được các chuyên gia của Cơ quan khảo sát địa chất Mỹ (USGS) liên tục cập nhật vào các năm 1996, 2002 (Frankel và nnk.), 2008, 2012 và 2014 (Petersen và nnk.)

Tại nhiều quốc gia khác trên thế giới, công tác phân vùng động đất toàn lãnh thổ cũng được thực hiện, mặc dù với những thời điểm khởi đầu khác nhau, nhưng đều cùng chung cách tiếp cận trong phương pháp luận và quy trình thực hiện

Bước sang thế kỷ 21, những tiến bộ về khoa học và công nghệ, đặc biệt là các công nghệ mới như GIS, viễn thám, và công nghệ tin học phục vụ tính toán là động lực cho những tiến bộ và cải cách quan trọng trong quy trình thực hiện và phương pháp luận đánh giá độ nguy hiểm động đất Việc đánh giá độ nguy hiểm động đất trở thành một mối quan tâm đa ngành với sự tương tác của nhiều lĩnh vực nghiên

cứu khác nhau như địa chấn học (nghiên cứu sự giải phóng và lan truyền năng lượng địa chấn), địa chất (xác định vị trí, hình thể và tiềm năng của nguồn địa chấn), địa vật lý (định lượng hoá các nguồn địa chấn mà khoa học địa chất không xác định được), toán học (xây dựng các thuật toán và công cụ tính toán cho cả hai phương pháp tất định và xác suất), địa kỹ thuật (đánh giá các hiệu ứng địa phương tới sự rung động nền), xây dựng công trình (ước lượng rủi ro động đất đô thị) và xã hội học (nghiên cứu tác động kinh tế-xã hội của rủi ro động đất)

Tại Việt Nam

Ở Việt nam, phương pháp tất định đã ra đời từ giữa thế kỷ 20 và phát triển mạnh cho đến giữa thập kỷ 80 Trong khoảng thời gian từ năm 1968 đến năm 1985, các phương pháp tất định được áp dụng ở Việt Nam để đánh giá định lượng độ nguy hiểm động đất Các nghiên cứu trong thời kỳ này dựa trên giả thiết về sự tồn tại của một chế độ hoạt động địa chấn “trung bình” đặc trưng cho mỗi lãnh thổ nghiên cứu

và có thể coi là không đổi trong một khoảng thời gian dài tương ứng với một thời kỳ hoạt động địa chất kiến tạo của khu vực đó Các kết quả được biểu diễn dưới dạng các bản đồ biểu thị phân bố không gian của các tham số của chế độ địa chấn như độ hoạt động địa chấn, độ rung động địa chấn, … nhưng đặc trưng nhất là các bản đồ phân vùng động đất, được hoàn thiện theo thời gian

Bản đồ phân vùng động đất lãnh thổ Việt nam được thành lập lần đầu tiên vào năm 1985 (Phạm Văn Thục chủ biên) và được cập nhật năm 1989 (Nguyễn Đình Xuyên chủ biên), là sự kế thừa và hoàn thiện các sơ đồ phân vùng động đất tồn tại trước đó như sơ đồ phân vùng động đất miền Bắc Việt nam (Rezanov I.A và Nguyễn Khắc Mão, 1968) Trên bản đồ phân vùng động đất biểu diễn đồng thời các vùng chấn động và các vùng nguồn phát sinh ra các chấn động ấy Tại mỗi vùng chấn động, các đặc trưng địa chấn cơ bản như độ lớn cực đại Mmax và độ sâu chấn tiêu trung bình h được xác định Đây có thể coi là thế hệ đầu tiên của bản đồ phân vùng động đất lãnh thổ Việt Nam, được xây dựng bằng phương pháp tất định, với các tham số được lựa chọn là cường độ rung động nền trên bề mặt (I) theo thang MSK-64)

Phạm Văn Thục và Kijko A (1985) lần đầu tiên áp dụng phân bố cực trị loại I của Gumbel để dự báo chu kỳ lặp lại và magnitude động đất cực đại cho toàn lãnh thổ Việt nam trong khuôn khổ chung là khu vực Đông nam Á Nguyễn Hồng Phương (1991) áp dụng các phân bố cực trị loại I và III của Gumbel để đánh giá các tham số nguy hiểm động đất cho 7 vùng nguồn trên lãnh thỗ Việt nam, từ đó dự báo xác suất phát sinh các động đất cực đại cho hai phần chính của lãnh thổ là miền Bắc

và miền Nam Việt nam trong các khoảng thời gian khác nhau

Tập bản đồ xác suất nguy hiểm động đất đầu tiên được Nguyễn Hồng Phương thành lập cho lãnh thổ Việt Nam năm 1993 Dựa trên bản đồ phân vùng địa chấn kiến tạo, thuật toán của A C Cornell và chương trình EQRISK của R K McGuire được sử dụng để tính toán và lập bản đồ gia tốc cực đại nền cho lãnh thổ Việt Nam Đây là lần đầu tiên các mô hình xác suất được áp dụng trong toàn bộ quy trình đánh giá độ nguy hiểm động đất lãnh thổ Việt Nam, từ khâu xử lý thống kê các tài liệu động đất, ước lượng các tham số cho các vùng nguồn đến tính toán và thành lập các bản đồ gia tốc cực đại nền Năm 1997, tập bản đồ được tác giả cập nhật trên cơ sở bổ sung thêm các vùng nguồn chấn động trên lãnh thổ Trung Quốc, Lào, Myanmar và Thái Lan Ngoài ra, để tính đến ảnh hưởng lan truyền chấn động từ các vùng biển tới lãnh thổ Việt Nam, ranh giới của một vùng nguồn chấn động trên Ấn Độ Dương và

6 vùng nguồn khác trên khu vực Thái Bình Dương cũng được xác định Tổng cộng

có 17 vùng nguồn chấn động được sử dụng cho các tính toán và vẽ bản đồ xác suất nguy hiểm động đất được sử dụng trong công trình này Đến năm 2004, tập bản đồ này được tác giả cập nhật lại một lần nữa, với việc hiệu chỉnh lại ranh giới các vùng nguồn trên khu vực Biển Đông Việt Nam Phiên bản gần đây nhất của tập bản đồ xác suất nguy hiểm động đất lãnh thổ Việt Nam và khu vực Biển Đông được công

bố năm 2015(Phuong & Truyen, 2015)

1.1.2 Tổng quan về rủi ro môi trường

a Lý thuyết về rủi ro môi trường

Rủi ro môi trường là những mối đe dọa tiềm ẩn hoặc có thể là thực tế tác động lên môi trường và sinh vật sống qua nguồn khí thải, nước thải, khí chất thải Hoặc

có thể gây suy giảm tài nguyên Rủi ro môi trường luôn tồn tại song hành với sự phát triển kinh tế xã hội và luôn không chắc chắn

b Tình hình nghiên cứu đánh giá rủi ro môi trường

Tại Việt Nam

ở Việt Nam, công việc đánh giá rủi ro môi trường chưa thực sự được quan tâm đúng mức và chỉ dừng ở mức độ nghiên cứu tiếp cận theo các mô hình đánh giá rủi

ro của các nước phát triển Tuy nhiên, trong hầu hết các nghiên cứu, các đánh giá định lượng thường chỉ dựa trên đánh giá bằng cảm nhận của chuyên gia nên khó có thể chính xác, đặc biệt trong các trường hợp khi nguyên nhân chính của rủi ro là sự

cố của hệ thống công nghệ sản xuất làm các nguồn phát thải chất ô nhiễm tăng đột biến Trong khi đó, việc dự báo định lượng chính xác các rủi ro lớn tiềm ẩn là cần thiết để có ngay các biện pháp phòng ngừa hợp lý và khi sự cố xảy ra sẽ có ngay các biện pháp ứng phó để giảm thiểu các thiệt hại

1.1.3 Tổng quan về tình hình năng lượng

Trên thế giới

Theo số liệu Cơ quan Năng lượng Quốc tế IEA, từ năm 1974 đến năm 2007, tổng sản lượng điện sản xuất toàn cầu tăng từ 6,298 TWh lên 25,721 TWh, tốc độ

tăng trưởng kép hàng năm là 3.3% Trừ năm 2008 và 2009 giảm do khủng hoảng kinh tế, sản lượng điện sản xuất tăng liên tục trong toàn bộ giai đoạn 1974 – 2007 Năm 2017, sản xuất điện từ các nước không thuộc Tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế OECD (non-OECD) chiếm 57% sản lượng điện sản xuất trên thế giới, tăng hơn 2 lần so với con số 28% vào năm 1974 Sản lượng điện sản xuất từ các nước non-OECD vượt sản lượng điện của các nước thuộc OECD từ 2011 và liên tục tăng cao sau đó Trong đó, điện được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu dễ cháy như khí, than, dầu… chiếm 66.8% tổng sản lượng điện sản xuất toàn cầu – theo số liệu năm

2017

Nhóm các nước thuộc OECD đang chứng kiến sự chuyển dịch về cơ cấu nguồn điện Các nguồn điện truyền thống như dầu, than và thủy điện đang có xu hướng giảm dần, trong khi đó điện hạt nhân, nhiệt điện khí và nguồn năng lượng tái tạo bắt đầu tăng mạnh trong 10 năm trở lại đây Đặc biệt, trong năm 2018, lần đầu tiên nhiệt điện khí đã vượt nhiệt điện than trở thành nguồn điện chiếm phần lớn trong nhóm các nước OECD Ngược lại, trong nhóm các nước không thuộc OECD lại chứng kiến sự tăng mạnh mẽ của nguồn nhiệt điện than và tiếp tục là nguồn điện chủ yếu tại các nước này Nguồn điện năng lượng tái tạo cũng có sự tăng trưởng đột biến, tuy vậy vẫn chỉ chiếm một phần nhỏ trong cơ cấu nguồn điện

Tại Việt Nam

Với Việt Nam, cơ cấu nguồn của hệ thống cung cấp năng lượng điện hiện tại

là nhiệt điện than chiếm 35,2%; thủy điện (35,9%), tuabin khí (12,6%), năng lượng tái tạo (điện gió, mặt trời, áp mái, sinh khối) 12,6%; điện chạy dầu (2,1%); điện nhập khẩu và từ nguồn khác chưa tới 2% Trong đó, các dự án liên quan đến sản xuất điện từ năng lượng tái tạo phát triển ngành càng nhiều

Việt Nam có tiềm năng đặc biệt lớn ở việc khai thác các nguồn năng lượng tái tạo như: Thủy điện, điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối Trong đó, thủy điện được tập trung phát triển gần như tối đa tại Việt Nam Tính đến cuối năm 2018, thủy điện là nguồn năng lượng chủ lực của nước ta Việt Nam có tiềm năng khai thác công suất cho thủy điện khoảng 25.000 - 38.000 MW, trong đó 60% tập trung

ở miền Bắc, miền Trung là 27% và 13% còn lại ở miền Nam Việt nam đã khai khác gần hết thủy điện lớn (công suất trên 100 MW) Vì vậy, tới thời điểm hiện tại, nước

ta đang tập trung vào phát triển thủy điện nhỏ

1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

1.2.1 Công trình thủy điện Sông Lô 6

Công trình Nhà máy Thủy điện Sông Lô 6 được xây dựng thuộc địa bàn xã Vĩnh Hảo, huyện Bắc Quang, tỉnh Hà Giang và xã Yên Thuận, huyện Hàm Yên, tỉnh Tuyên Quang Công trình có quy mô thiết kế 48MW, với tổng vốn đầu tư 1.852

tỷ đồng, khi công trình hoàn thành sản lượng điện năng đạt khoảng 187,25 triệu Kwh/năm, doanh thu hàng năm đạt khoảng 187 tỷ đồng Đến nay, dự án đã dần hoàn thiện, có khả năng đưa vào vận hành, khai thác điện năng trong quý II.2020

Hình 1.1: Vị trí thủy điện Sông Lô 6 1.2.2 Hoạt động địa chấn xung quanh khu vực nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng nền động Hoa Nam Đây là vùng kiến tạo chiếm toàn bộ diện tích Đông Bắc Bắc Bộ, được giới hạn phía Tây Nam bởi đứt gãy

sông Hồng, phía Nam bởi đứt gãy dọc quốc Lộ 13A, phía Đông Nam bởi đứt gãy sông Thương - Jangshin Shaosing

Trong quá khứ đã từng xảy ra những trận động đất mạnh nằm không xa khu vực địa điểm xây dựng công trình thủy điện Sông Lô 6, điển hình nhất là hai trận động đất ở Lục Yên năm 1954 và ở Bắc Giang năm 1961

Động đất Lục Yên năm 1954

Ở vùng Lục Yên (Yên Bái) thuộc đới sông Hồng trong hai năm liên tiếp 1953

và 1954 đã xẩy ra hai trận động đất cấp 7 Vùng chấn động cấp 7 kéo dài gần 30 km theo hướng tây bắc - đông nam nhưng rất hẹp Động đất có độ lớn Ms = 5.4 và độ sâu chấn tiêu được xác định là 16 km Trận động đất này được phát hiện hoàn toàn bằng điều tra thực địa Chấn tâm của động đất Lục Yên chỉ nằm cách địa điểm công trình thủy điện Sông Lô 6 khoảng 30 km

Hình 1.2: Bản đồ đường đẳng chấn gây ra do trận động đất Lục Yên 1954

(Nguyễn Đình Xuyên và nnk., 2004)

Động đất Bắc Giang năm 1961

Động đất xảy ra lúc 16 giờ 58 phút ở Tân Yên, cách thị xã Bắc giang 11 km về phía đông bắc, cấp độ mạnh ở chấn tâm đạt tới cấp 7, làm hƣ hại vừa một số nhà cấp IV Nhƣng vùng chấn động cấp 7 rất hẹp, trong khi các vùng cấp 6 và nhẹ hơn lại rất rộng Phần chính của chấn tiêu nằm ở độ sâu trung bình 28 km cho nên gây chấn động yếu hơn trên mặt đất Chấn tâm của động đất Bắc Giang chỉ nằm cách địa điểm công trình thủy điện Sông Lô 6 khoảng 150 km

Hình 1.3: Bản đồ đường đẳng chấn gây ra do trận động đất Bắc Giang năm

1961 (Nguyễn Đình Xuyên và nnk., 2004)

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn như sau:

- Đánh giá độ nguy hiểm địa chấn (gây ra do hoạt động kiến tạo) tại Công trình thủy điện Sông Lô 6

- Đánh giá rủi ro môi trường có thể xảy ra do địa chấn tại Công trình thủy điện Sông Lô 6

Phạm vi nghiên cứu của luận văn:

- Các hoạt động địa chấn có khả năng ảnh hưởng tới khu vực thủy điện Sông

Lô 6

- Rủi ro môi trường gây ra do địa chấn, bao gồm 2 yếu tố: nhà cửa và giao thông

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Xác định khu vực nghiên cứu

- Thu thập, xác định danh mục các trận động đất đã ghi nhận được có khả năng ảnh hưởng tới khu vực nghiên cứu

- Xử lý số liệu, loại bỏ tiền chấn, dư chấn của các trận động đất bằng phương pháp cửa sổ

- Xác định tính địa chấn của khu vực nghiên cứu thông qua danh mục động đất và các đặc điểm về kiến tạo

- Xác định độ nguy hiểm địa chấn tại khu vực nghiên cứu bằng phương pháp xác suất và tất định

- Thu thập thông tin các đối tượng dễ bị tổn thương nếu xảy ra sự cố tại Công trình thủy điện

- Xác định rủi ro môi trường do địa chấn tại khu vực Thủy điện Sông Lô 6

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp đánh giá độ nguy hiểm địa chấn

Để đánh giá độ nguy hiểm địa chấn, các nhà khoa học Việt Nam và trên thế giới sử dụng 2 phương pháp, bao gồm:

1) Phương pháp tất định: cách tiếp cận dựa trên việc sử dụng mô hình địa

chấn kiến tạo, đó là các vùng nguồn có thể gây động đất, lựa chọn các kịch bản có thể xảy ra trên các vùng nguồn đó, dựa vào khoảng cách từ địa điểm nghiên cứu tới chấn tâm kịch bản để tính độ nguy hiểm Khi sử dụng phương pháp tất định để đánh giá độ nguy hiểm địa chấn, thường các kịch bản cực đoan nhất có thể xảy ra sẽ được

áp dụng, vì khi đó khu vực nghiên cứu sẽ bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi động đất,

từ đó có thể đưa ra các biện pháp xây dựng nhằm chống lại hậu quả gây ra bởi động đất Các kịch bản cực đoan nhất có thể là:

- Động đất có độ lớn lớn nhất có thể xảy ra trên 1 nguồn địa chấn

- Động đất xảy ra tại vị trí gần nhất với khu vực nghiên cứu

Phương pháp tất định là phương pháp đầu tiên ra đời để đánh giá độ nguy hiểm địa chấn cho 1 khu vực phương pháp trên thường được sử dụng cho các công trình có tính trọng điểm như nhà máy điện hạt nhân, các đập thủy điện lớn, các địa điểm chứa chất thải nguy hại,vv

2) Phương pháp xác suất: đây là các tiếp cận có thể xác định tần suất xuất

hiện trong một khoảng thời gian của các chỉ số nguy hiểm động đất như cường độ rung động nền, gia tốc nền Đối với phương pháp xác suất, tất cả các yếu tố đều được đưa vào tính toán như tần suất lặp lại, khoảng cách, độ lớn Ưu điểm lớn nhất của phương pháp xác suất là xác định được các ngưỡng nguy hiểm động đất dựa theo từng chu kỳ, như 50, 100, 250, 1000 năm Nếu dựa vào các kết quả nghiên cứu theo phương pháp xác suất, các nhà đầu tư có thể tiết kiệm chi phí, phụ thuộc vào vòng đời của công trình và kết quả tính toán theo các chu kỳ năm khác nhau

Đánh giá xác suất là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để xác định rung động nền phục vụ mục đích xây dựng kháng chấn Sử dụng phương pháp xác suất cho phép tích hợp các biến số cả về độ lớn động đất, vị trí, tần suất xuất hiện động đất, v.v…

Tùy vào mục đích nghiên cứu và áp dụng mà các nhà khoa học có thể lựa chọn các phương pháp áp dụng khác nhau Mỗi phương pháp kể trên đều có những ưu nhược điểm riêng khi áp dụng cho từng mục đích nghiên cứu Trong luận văn này,

cả hai phương pháp đều được sử dụng nhằm tính toán nguy hiểm động đất cho khu vực nhà máy thủy điện Sông Lô 6

1) Độ lặp lại các động đất có độ lớn vượt quá một cận dưới M min cho trước

tuân theo luật phân bố Poisson thuần nhất theo thời gian với tần suất trung bình là λ;

2) Tương quan giữa độ lớn (magnitude) và tần suất lặp lại động đất là một hàm tuyến tính cụt:

{

Trong đó M min và M max là các cận trên và dưới của độ lớn, N(M) là số động đất

có độ lớn lớn hơn M xảy ra trong khu vực nghiên cứu, a và b là các hằng số của biểu thức Gutenberg-Richter (Palacios, Molina, & Segovia, 2006) xét trong khoảng (M min , M max ) Hàm phân bố xác suất tích luỹ của độ lớn có dạng:

{

[ ( )]

Trong đó :

3) Tương quan giữa độ lớn M, cường độ rung động (gia tốc cực đại) nền Y tại điểm đang xét và khoảng cách R từ điểm đó tới nguồn thế do động đất gây ra có

dạng:

(2.3) Trong đó ε là sai số của quy luật tắt dần chấn động, còn c1, c2 và c3 là các hằng số đặc trưng cho từng khu vực

Hình 2.1: Cơ sở lý thuyết của phương pháp xác suất

Trên cơ sở thuật toán của phương pháp Cornell, năm 1976, R.K McGuire đã xây dựng chương trình EQRISK làm công cụ tính toán và vẽ bản đồ độ nguy hiểm động đất, theo đó độ nguy hiểm động đất được tính bởi công thức (McGuire, 1976):

dMdr r f m f r M A P A

P[ ] [ , ] ( ) ( ) (2.4)

Trong đó P là ký hiệu chỉ xác suất, A là biến cố có xác suất cần tìm và M, r là các biến ngẫu nhiên liên tục có ảnh hưởng tới biến cố A Như vậy, nếu coi A là giá trị cường độ chấn động tại điểm đang xét, M là giá trị độ lớn động đất (hay cường

độ chấn động trên mặt), và r là khoảng cách từ nguồn tới điểm đang xét, thì từ (2.4)

ta có xác suất để cho chấn động tại điểm đang xét đạt cường độ bằng A khi động đất

xảy ra, tính được bằng phép tích phân theo M và r của tích giữa xác suất có điều kiện của A (khi cho trước M và r) với các xác suất độc lập của M và r Phép tích

phân theo độ lớn được đưa về dạng giải tích, còn hàm mật độ xác suất của khoảng

cách f R (r) được cho bởi biểu thức lan truyền chấn động giữa nguồn và điểm đang xét (2.3)

Quy trình chung của phương pháp xác suất

Quy trình đánh giá độ nguy hiểm địa chấn bằng phương pháp xác suất cho bất

ký khu vực nghiên cứu nào đều bao gồm các bước dưới đây:

Hình 2.2: Các bước đánh giá nguy hiểm địa chấn bằng xác suất

1) Xác định các vùng nguồn chấn động trong khu vực nghiên cứu:

Vùng nguồn động đất có thể định nghĩa cơ bản là những vùng có khả năng phát sinh động đất Vùng nguồn chấn động có thể là nguồn dạng diện hoặc dạng đường tùy theo các nghiên cứu chuyên sâu cho từng khu vực

Xác định vùng nguồn chấn động

Ước lượng các tham số địa chấn

Lựa chọn phương trình tắt dần chấn động

Tính bản đồ rung động nền (PGA, I)

Hình 2.3: Nguồn chấn động dạng đường và nguồn chấn động dạng diện

Nguồn động đất dạng đường là các đứt gãy kiến tạo, một dạng biến vị của vỏ Trái đất sinh ra do vận động kiến tạo Trong quá trình vận động của vỏ Trái đất, các mảng lục địa dịch chuyển, va chạm với nhau tạo ra các lớp đất đá bị vỡ vụn tại khu vực ranh giới Nguồn chấn động dạng đường được thể hiện trên bản đồ dưới dạng đường, thể hiện phân bố không gian của đứt gãy trên thực tế Ngoài việc được thể hiện trên bản đồ, các nguồn chấn động dạng đường sẽ có các thuộc tính kèm theo, đặc trưng cho từng nguồn như góc cắm, kiểu dịch trượt, tốc độ dịch trượt, độ lớn cực đại có thể phát sinh, tần suất xuất hiện động đất trên đứt gãy đó Một vùng nguồn động đất cũng có thể được chia thành nhiều phân vùng khác nhau, mỗi phân vùng có những đặc trưng kiến tạo và đặc trưng địa chấn khác nhau

Các tham số đặc trưng và cần được xác định chính xác cho các đứt gãy bao gồm loại đứt gãy, góc cắm và độ lớn động đất cực đại có thể phát sinh trên đứt gãy

đó

Loại đứt gãy là cách chúng ta phân biệt các đứt gãy dựa trên dịch chuyển tương đối của 2 cánh đứt gãy với nhau Đứt gãy trượt bằng có hiện tượng 2 cánh dịch chuyển theo phương nằm ngang với nhau Nếu đứng ở một cánh của đứt gẫy

trượt bằng và nhìn thấy cánh bên kia dịch chuyển về bên phải thì đứt gẫy gọi là trượt bằng phải Trong trường hợp ngược lại, đứt gẫy được gọi là trượt bằng trái Đứt gãy thuận là đứt gãy có cánh treo trượt xuống dưới so với cánh nằm (cánh nằm phía dưới mặt dịch trượt) Ngược lại với đứt gãy thuận là đứt gãy nghịch, với dạng đứt gãy này cánh treo sẽ trồi lên trên so với cánh nằm

Hình 2.4: Các dạng đứt gãy

Góc cắm là góc của mặt dịch trượt đối với bề mặt nằm ngang Góc cắm của đứt gãy ảnh hưởng rất lớn tới việc tính toán giá trị rung động nền do khoảng cách từ điểm tính trên mặt đất đến chấn tâm động đất phụ thuộc rất lớn vào góc cắm của đứt gãy

Hình 2.5: Góc cắm của đứt gãy và khoảng cách từ bề mặt tới chấn tâm

Nguồn động đất dạng vùng là các vùng nguồn động đất không được xác định

rõ ràng bởi các đứt gãy kiến tạo, được đánh giá và xác định dựa vào các trận động đất đã ghi nhận được Ngoài ra đó còn là một khu vực có nhiều đứt gãy giống nhau

về tính địa chấn, qua đó có thể gộp lại tạo thành các vùng nguồn động đất với đặc trưng riêng Các vùng địa chấn thường được thể hiện qua bản đồ dưới dạng polygon, kèm theo đó cũng bao gồm các đặc điểm về địa chấn như tần suất xuất hiện động đất trên vùng nguồn đó, vv

Các vùng nguồn chấn động được xác định trên cơ sở nghiên cứu các qui luật hoạt động động đất, tức là mối liên quan giữa động đất và các yếu tố địa chất kiến tạo và địa động lực trong khu vực nghiên cứu Đầu tiên, ranh giới các vùng phát sinh động đất mạnh được vạch ra dọc theo các đứt gãy hoạt động liên quan theo nguyên tắc: các vùng phát sinh động đất được coi là tổng cộng các vùng cực động của tất cả các trận động đất cực đại có khả năng xảy ra trong mỗi đới phá hủy kiến tạo Đó chính là hình chiếu của các mặt đứt gãy kiến tạo (kể từ ranh giới bên dưới của tầng hoạt động) lên mặt đất Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, do điều kiện số liệu địa chất, địa vật lý và động đất còn nghèo, ranh giới xác định theo nguyên tắc nêu trên sau đó được mở rộng ra tùy theo mật độ phân bố các chấn tâm quan sát được, hay căn cứ vào tổ hợp phân bố của các đứt gãy, các cung núi lửa liên quan Ranh giới cuối cùng nhận được này, vẫn phản ánh trung thực các đặc trưng địa chấn kiến tạo cơ bản của đới như thế nằm, phương của các cấu trúc chính và phân bố không gian của các chấn tâm, sẽ xác định các vùng nguồn động đất trong khu vực nghiên cứu

2) Ước lượng các tham số nguy hiểm động đất cho từng vùng nguồn

Đối với mỗi khu vực nghiên cứu, dựa vào số liệu động đất thu thập được có thể xác định được các tham số đặc trưng cho hoạt động động đất tại khu vực Quá trình xử lý số liệu động đất tại khu vực nghiên cứu cần thông qua các bước sau:

- Loại bỏ tiền chấn, dư chấn nhằm đảm bảo độ chính xác của danh mục động đất khi áp dụng phương pháp xác suất

- Xác định tần suất xảy ra động đất tại khu vực nghiên cứu thông qua xác định các tham số của biểu thức Gutenberg – Richter

a) Loại bỏ tiền chấn, dư chấn

Đối với phương pháp xác suất, việc xử lý số liệu động đất càng trở nên quan trọng khi số liệu động đất được đưa vào tính toán phải thỏa mãn độc lập với nhau về mặt thống kê Việc loại bỏ tiền chấn, dư chấn của động đất khỏi danh mục có thể giúp xử lý vấn đề trên Một trong các phương pháp đơn giản để loại bỏ tiền, dư chấn động đất là phương pháp cửa sổ (Window method): Đối với mỗi trận động đất với

độ lớn M, các trận động đất xảy ra gần đó được coi là tiền chấn, dư chấn của trận động đất chính (mainshock) trên nếu thỏa mãn đồng thời 2 điều kiện: xảy ra trong khoảng thời gian T và khoảng cách L tới trận mainshock

Công thức của Gardner và Knopoff (1974) là công thức đơn giản nhằm xác

định các giá trị cửa sổ thời gian và không gian cho mỗi trận động đất:

{

Áp dụng công thức trên vào danh mục động đất đã có cho 1 khu vực sẽ loại

bỏ được các tiền chấn, dư chấn khỏi danh mục động đất, chỉ giữ lại các trận động đất chính Sau khi loại bỏ tiền, dư chấn, danh mục đã có thể sử dụng để tính toán, đánh giá tần suất lặp lại động đất

Xác định tần suất xuất hiện động đất

Sau khi đã loại bỏ tiền chấn, dư chấn và chỉ giữ lại các động đất chính, chúng

ta có thể xác định được tần suất xảy ra động đất tại khu vực nghiên cứu bằng việc

áp dụng biểu thức Gutenberg-Richter cho danh mục động đất đã xử lý Mặc dù có nhiều mối quan hệ tương tự được các nhà khoa học tìm ra, tuy nhiên Gutenberg-Richter vẫn là mối quan hệ được áp dụng rộng rãi nhất Biểu thức Gutenberg-Richter được thể hiện dưới dạng:

log 10 N(M) = a-bM

Trong đó : N(M) là số động đất có độ lớn lớn hơn M xảy ra trong khu vực nghiên cứu, a và b là các hằng số của biểu thức Gutenberg-Richter

Giá trị a-value trong mối quan hệ Gutenberg-Richter thể hiện mức độ thường xuyên xảy ra động đất tại khu vực nghiên cứu Giá trị a-value càng cao thì khu vực

càng thường xuyên xảy ra động đất và ngược lại

Giá trị của hằng số b-value thể hiện mối tương quan giữa số lần xuất hiện động đất lớn và động đất nhỏ, thường có giá trị 1.0 đối với vùng có hoạt động địa chấn mạnh Tuy vậy đối với các danh mục động đất khác nhau tương ứng các vùng

có hoạt động địa chấn khác nhau, giá trị b thường dao động trong khoảng từ 0.6 đến 1.4 Đây là giá trị có tính quyết định trong việc tính toán độ nguy hiểm động đất bằng phương pháp xác suất, ngoài ra nó cũng có ý nghĩa rất lớn trong địa chấn khi dựa vào b-value, ta có thể xác định tính địa chấn của khu vực Làm cách nào tìm được giá trị b-value thích hợp nhất là một thử thách tương đối khó khăn đối với các nhà khoa học, khi hằng số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có việc lựa chọn cận trên và cận dưới cho danh mục động đất

Có nhiều phương pháp để xác định các giá trị a, b trong biểu thức trên, trong

đó hai phương pháp phổ biến nhất thường được sử dụng là phương pháp bình phương tối thiểu (least-square) và phương pháp hợp lý cực đại (maximum likelihood)

- Phương pháp bình phương tối thiểu là phương pháp dễ sử dụng, lý thuyết của phương pháp trên là dựa trên danh mục động đất, đếm ra giá trị N(M) theo từng độ lớn M khác nhau, sau đó vẽ đồ thị dạng least-square và tìm được giá trị của a, b

- Phương pháp hợp lý cực đại được sử dụng để tính giá trị b-value, qua đó dựa vào mối quan hệ giữa danh mục động đất, a, b để tính ra giá trị a :

̅

Hình 2.6: Hằng số a và b trong biểu thức Gutenberg – Richter

3) Thiết lâp, lựa chọn các phương trình thể hiện quy luật tắt dần chấn động

Phương trình tắt dần chấn động là các biểu thức được xây dựng thể hiện mối quan hệ giữa động đất, đặc điểm kiến tạo, đặc điểm nền đất địa phương và giá trị rung động nền gây ra bởi trận động đất đó Trên thế giới đã có rất nhiều dự án lớn,

đề tài nghiên cứu của các nhóm chuyên gia nhằm đưa ra các phương trình tắt dần chấn động cho từng khu vực cụ thể Các phương trình tắt dần chấn động được xây dựng dựa trên các số liệu cụ thể đo được bằng máy, số liệu ghi nhận có thể là băng ghi gia tốc, băng ghi vận tốc, vv Dựa vào khoảng cách từ chấn tâm động đất tới trạm đo, kết hợp điều kiện nền địa phương, đới đứt gãy sinh chấn, kiểu dịch trượt và giá trị PGA mà các nhà khoa học đưa ra các phương trình cụ thể dựa trên số lượng bản ghi động đất rất lớn

Hình 2.7: Ví dụ về quy luật tắt dần chấn động do động đất

4) Tính toán, vẽ các bản đồ, biểu đồ thể hiện kết quả nghiên cứu

Độ nguy hiểm động đất theo xác suất được định nghĩa là xác suất để cường độ rung động nền tại một điểm bị vượt quá trong khoảng thời gian nhất định, gây ra bởi tất cả các nguồn có khả năng gây ra động đất ảnh hưởng tới điểm tính Cường độ rung động nền có thể được biểu thị bởi các thông số như gia tốc (Acceleration), vận tốc (Velocity), dịch chuyển nền (Displacement) Có nhiều chương trình đã được xây dựng, cung cấp miễn phí như Openquake, CRISIS nhằm tính toán độ nguy hiểm động đất dựa trên các thông số được cung cấp Các chương trình trên đều tính độ nguy hiểm động đất bằng cách chia khu vực nghiên cứu thành các ô lưới với khoảng cách giữa các điểm tính tùy chọn Công nghệ GIS sẽ được áp dụng để tạo ra các bản

đồ độ nguy hiểm động đất cho từng khu vực

Các kỹ thuật, chương trình sử dụng

Kỹ thuật cây logic

Kỹ thuật cây logic được sử dụng rộng rãi trong đánh giá nguy hiểm động đất dựa theo lý thuyết xác suất Có rất nhiều các yếu tố đầu vào ảnh hưởng lớn tới kết quả tính, mỗi yếu tố đó lại được tính toán bằng nhiều phương pháp, nhiều nghiên

cứu khác nhau dẫn tới các sai lệch khi đối chiếu các kết quả Để có thể lường hết được các trường hợp có thể ảnh hưởng tới kết quả tính toán, kỹ thuật cây logic sẽ được áp dụng nhằm đưa vào tính toán tất cả các khả năng có thể xảy ra của các yếu

tố đầu vào

Đối với quy trình đánh giá nguy hiểm địa chấn, điển hình cho việc áp dụng kỹ thuật cây logic là việc đưa vào các quy luật tắt dần chấn động khác nhau Trên thế giới có rất nhiều các nhà khoa học, nhóm nghiên cứu đã thu thập số liệu, xây dựng nên các phương trình tắt dần chấn động cho các khu vực cụ thể Nếu xét chung trên thế giới, có 2 nhóm khu vực có hoạt động địa chấn khác nhau Vùng thứ nhất là các khu vực có hoạt động địa chấn mạnh, động đất xảy ra thường xuyên và độ lớn động đất lớn Vùng thứ hai bao gồm các khu vực còn lại, tính địa chấn không mạnh do động đất không xảy ra thường xuyên và độ lớn động đất không đáng kể và ít gây ảnh hưởng tới đời sống của con người Mỗi vùng địa chấn sẽ được các nhà khoa học quan tâm và xây dựng các phương trình tắt dần chấn động riêng, đặc trưng cho các khu vực đó Một điều đáng nói nữa là không phải tất cả các nơi trên thế giới đều được xây dựng các phương trình riêng, cũng được xác định rõ ràng nơi đó thuộc về khu có hoạt động địa chấn mạnh hay yếu Đây là lúc kỹ thuật cây logic thể hiện được tầm quan trọng và khả năng mạnh mẽ của mình trong việc trung hòa các ý

kiến trái chiều, đưa vào hầu hết các trường hợp có thể xảy ra

Hình 2.8: Áp dụng kỹ thuật cây logic trong đánh giá nguy hiểm động đất

Ví dụ trong hình 2.1, kỹ thuật cây logic được áp dụng để đưa vào tính toán các thông số động đất khác nhau như góc cắm, Mmax có thể phát sinh trên đứt gãy, chế

độ kiến tạo khu vực nghiên cứu và lựa chọn mô hình tắt dần chấn động

Không chỉ áp dụng được đối với các phương trình tắt dần chấn động, cây logic còn được sử dụng cho nguồn địa chấn: số lượng, vị trí nguồn, các thông số liên quan tới hoạt động địa chấn như tần suất lặp lại động đất thông qua giá trị a,b của biểu thức Gutenberg – Richter

Chương trình OpenQuake[13]

Openquake là chương trình mã nguồn mở được thiết kế để tính toán nguy hiểm, rủi ro động đất cho một khu vực Chúng được phát triển bởi GEM (Global Earthquake Model) và được chia sẻ rộng rãi dưới dạng mã nguồn mở Người dùng

có thể mở rộng, phát triển hoặc tùy chỉnh để phù hợp hơn với mục đích sử dụng Điều khác biệt của Openquake so với các chương trình tính độ nguy hiểm động đất khác là việc đưa vào áp dụng dễ dàng kỹ thuật cây logic, tối ưu hóa việc tính toán nhằm đưa ra kết quả nhanh và chính xác

Hình 2.9: Mô hình hoạt động của chương trình Openquake

b Phương pháp tất định

Cơ sở lý luận

Phương pháp tất định đánh giá độ nguy hiểm động đất được gọi để phân biệt với cách tiếp cận xác suất của cùng một phương pháp luận Phương pháp tất định đặc trưng bởi việc tính toán và thành lập các bản đồ rung động nền sử dụng các tham số của một trận động đất cụ thể đã xảy ra trong quá khứ Một trong những ứng dụng quan trọng của phương pháp tất định là việc xây dựng các mô hình tính toán theo các động đất kịch bản, tức là những trận động đất có các tham số nguồn cho trước, được xác định dựa trên số liệu động đất đã quan sát được và theo các tiêu chuẩn địa chấn kiến tạo và địa động lực của khu vực nghiên cứu

Ví dụ điển hình ở Việt nam, do phần lớn các trận động đất ghi nhận được đều

là những động đất có nguồn gốc kiến tạo, các kịch bản động đất được xây dựng trên

cơ sở mô hình nguồn tuyến, với giả thiết là nguồn phát sinh động đất (chấn tiêu) là một đoạn đứt gẫy hoạt động Mô hình nguồn tuyến cho Việt nam được xây dựng

trên cơ sở số liệu về các hệ thống đứt gẫy sinh chấn đã được xác định trên lãnh thổ

và vùng thềm lục địa Việt nam và đã được công bố rộng rãi trong nhiều công trình nghiên cứu từ trước đến nay Việc xác định các đứt gẫy sinh chấn chủ yếu dựa trên

cơ sở quy luật về tính địa đới của các chấn tâm động đất, tức là sự phân bố của các chấn tâm động đất dọc theo các đới đứt gẫy phá huỷ Ngoài ra, các yếu tố địa chất, địa vật lý và viễn thám khác cũng được tham khảo như các tiêu chuẩn bổ trợ cho việc lựa chọn các đứt gẫy có khả năng sinh chấn

Quy trình chung của phương pháp tất định

Quy trình đánh giá tất định độ nguy hiểm động đất cho mỗi kịch bản được thực hiện bao gồm bốn bước :

Hình 2.10: Các bước đánh giá nguy hiểm địa chấn bằng phương pháp tất

định

1) Xác định khu vực nghiên cứu :

Việc xác định khu vực nghiên cứu chính là xác định vị trí địa lý của địa điểm, khoanh vùng các nguồn địa chấn có khả năng phát sinh động đất ảnh hưởng tới địa điểm cần đánh giá Tùy vào quy mô nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu và đặc điểm địa chấn kiến tạo, nhà khoa học có thể khoanh vùng khu vực nghiên cứu theo các bán kính khác nhau tính từ địa điểm chính cần đánh giá nguy hiểm địa chấn Đối với các khu vực nghiên cứu gần biên giới, lãnh thổ các quốc gia, việc mở rộng

Xác định khu vực nghiên cứu

Lựa chọn đứt gãy sinh chấn

Lựa chọn phương trình tắt dần chấn động

Tính bản đồ rung động nền (PGA, I)