(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro (Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro

LÝTHUYẾTĐỘTINCẬYVÀ PHÂNTÍCHRỦIRO

LUẬNÁNTIẾNSĨ KỸTHUẬT

TRƯỜNGĐẠI HỌCTHỦYLỢI

TRẦNQUANGHOÀI

NGHIÊN CỨUPHƯƠNG PHÁPX Á C

Đ Ị N H CHỈSỐANTOÀNVÀĐỘTINCẬYYÊU

CẦU CHOHỆTHỐNGĐÊVÙNGĐỒNGBẰNGSÔNGHỒNGTHEO

LÝTHUYẾTĐỘTINCẬYVÀ PHÂNTÍCHRỦIRO

Chuyênngành: XâydựngCôngtrìnhthủy

Mãsố: 62-58-40-01

NGƯỜIHƯỚNGDẪNKHOAHỌC: PGS.TS.MaiVănCông

GS.TS.TrịnhMinhThụ

LỜICAMĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tác giả Các kết quả nghiêncứucũng như các kết luận trong luận án này là trung thực, không sao chép từ bất kỳmộtnguồnnàodướibấtkỳhìnhthứcnào.Việcthamkhảocácnguồntàiliệuđượcthựchiệntríchdẫnvàghinguồntàiliệuthamkhảotheođúngquyđịnh

Tácgiảluậnán

TrầnQuangHoài

LỜI CẢMƠN

Trong quá trình thực hiện luận án tiến sĩ “Nghiên cứu phương pháp xác định chỉsố an toàn và độ tin cậy yêu cầu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng theo lýthuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro”, tác giả đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ

tạođiềukiệnvềmọimặtcủacáccơquan,đơnvị,cácnhàkhoahọc,bạnbèvàđồngnghiệp

Tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học ThủyLợi,PhòngĐàotạoĐạihọcvàSauđạihọc,KhoaCôngtrìnhvàcơquancôngtáclàBộNôngnghiệpvàPháttriểnNôngthônđãluôntạođiềukiệnthuậnlợitrongsuốtquátrìnhthựchiệnluậnán

Tácgiảxingửilờicảmơnchânthànhđếncácnhàkhoahọcđãgópývàbổsungnhữngthôngtinchuyênmônhữuíchgiúpnângcaochấtlượngluậnánnày

Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS.Mai Văn CôngvàGS.TS.Trịnh Minh Thụ đã tận tình hướng dẫn trong quá trình thực hiện và hoànthànhluậnán

Cuốicùng,tácgiảxinchânthànhcảmơngiađình,đồngnghiệpvàbạnbèđãluônquantâm,chiasẻvàđộngviêntrongsuốtquátrìnhthựchiệnluậnán

TrầnQuangHoài

LỜICAM ĐOAN i

LỜICẢMƠN ii

MỤCLỤC iii

DANHMỤCCÁCHÌNH vii

DANHMỤCCÁCBẢNG x

CÁCKÝHIỆUVIẾT TẮTVÀGIẢITHÍCHCÁCTHUẬTNGỮ xii

DANHMỤCKÝ HIỆUCÁCĐẠILƯỢNG xv

MỞĐẦU 17

1 Tínhcấpthiếtcủađềtài 17

2 Mụcđíchnghiêncứu 18

3 Đốitượngvà phạmvinghiêncứu 18

3.1 Đốitượngnghiêncứu 18

3.2 Phạmvinghiêncứu 19

4 Cáchtiếpcậnvàphươngphápnghiêncứu 19

4.1 Phươngpháptiếpcận 19

4.2 Phươngphápnghiêncứu 19

5 Ýnghĩakhoahọcvà thựctiễn 20

5.1 Ýnghĩakhoahọc 20

5.2 Ýnghĩathựctiễn 20

6 Cấutrúccủaluậnán 20

CHƯƠNG 1 TỔNGQUAN VỀHỆTH ỐN G ĐÊPHÒNG CH ỐN G LŨ, N G H I Ê N CỨURỦI ROLŨ LỤTVÀANTOÀN ĐÊ ĐIỀU 21

1.1 TổngquanvềcôngtácđêđiềuphòngchốnglũtạiViệtNam 21

1.2 Côngtácphòngchốnglũvàcáchệthốngđêđiểnhìnhtrênthếgiới 22

1.3 TổngquanvềhệthốngđêvùngĐồngbằngsôngHồng 24

1.3.1 HệthốngđêvùngĐồngbằngsôngHồngvàkhuvựcnghiêncứu[13] 24

1.3.2 ĐánhgiáhiệntrạngantoàncủahệthốngđêvùngĐồngbằngsôngHồng 25

1.3.3 Cácbiểuhiệnsựcố,hưhỏngđê 30

1.4 ĐánhgiáthựctrạngđảmbảoantoànđêvùngĐBSH 31

1.5 Phươngphápphântíchantoànhệthốngđêtheoquyđịnhhiệnhành 32

1.5.1 Tiêuchuẩnantoànvàphâncấpđê 32

1.5.2 Yêucầukỹthuậttrongđánhgiáantoànđê 33

1.6 Phươngphápthiếtkếtruyềnthốngvànhữngtồntại 35

1.7 TìnhhìnhnghiêncứuứngdụngPTRR&LTĐTCtrongantoànđêđiềuvàrủirolũlụt 36

1.7.1 Ứngdụngtrongphântích,đánhgiáantoànhệthốngđêphòngchốnglũ 36

1.7.2 Cáckếtquảnghiêncứuứngdụngởnướcngoài 37

1.7.3 Tìnhhìnhnghiêncứutrongnước 40

1.8 Luậngiảivấnđềnghiêncứucủaluậnán 43

1.9 Kếtluận 44

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN PHÂN TÍCH AN TOÀN VÀ XÁC ĐỊNH ĐỘTINCẬYYÊUCẦUCHOHỆ THỐNG ĐÊ 45

2.1 Phươngphápphântíchđộtincậytrongđánhgiáantoàncôngtrình 45

2.1.1 Kháiniệmcơchếsựcốvàhàmtincậy 45

2.1.2 Phântíchđộtincậy mộtcơchếsựcốtheobàitoánCấpđộIII-MôphỏngngẫunhiênMonte-Carlo 48

2.2 Phươngphápphântíchrủirohệthốngđêvàvùngđượcbảovệ 51

2.2.1 Phântíchrủirolũlụt 54

2.2.2 Phươngphápxácđịnhthiệthạidolũ 56

2.2.3 Xácđịnhrủirocủahệthốngđê 58

2.2.4 Giátrịrủirochấpnhậncủahệthốngđê 59

2.2.5 Đánhgiárủiro 64

2.2.6 Raquyếtđịnhdựatrênkếtquảphântíchrủiro 64

2.3 Phươngphápđánhgiáantoàntổngthểhệthốngđê 64

2.3.1 Kháiniệmhệthống 64

2.3.2 Cáchệthốngliênkếtcơbản 65

2.3.3 Phântíchhệthống 66

2.4 Kếtluận 69

CHƯƠNG 3 THIẾTLẬPBÀITOÁNXÁCĐỊNHCHỈSỐANTOÀNVÀĐỘTINCẬYYÊU CẦUCHOHỆTHỐNGĐÊ 70

3.1 Sơđồhóahệthốngđêphòngchốnglũvùngđồngbằng 70

3.2 Thiếtlậpsơđồcâysựcốchocáchệthốngđặctrưng 71

3.3 Thiếtlậpcâysựcốchitiếtchohệthốngđê 73

3.3.1 Cơchếsựcốdochảytràn 75

3.3.2 Cơchếsựcốmấtổnđịnhcấukiệnbảovệmái 76

3.3.3 Cơchếsựcốxóichânđê 78

3.3.4 Cơchếsựcốdoxóingầmvàđẩytrồi 80

3.3.5 Cơchếsựcốmấtổnđịnhtrượtmái–mấtổnđịnhtổngthể 82

3.3.6 Cơchếsựcốchảytrànđêbiển 83

3.3.7 Cơchếsựcốmấtổnđịnhkếtcấubảovệmáingoàiđêbiển 83

3.3.8 Cơchếsựcốdoxóichânđốivớiđêbiển 84

3.3.9 Cơchếsựcốmấtổnđịnhthấm 85

3.4 Phươngphápxácđịnhđộtincậychohệthốngđêhiệntại 86

3.5 Phươngphápxácđịnhhiệuứngchiềudàitrongphântíchđộtincậyhệthốngđê.883.5.1.Đ ặ t vấnđề 88 3.5.2.Xácđịnhđộtincậyhệthốngđêkhixemxéthiệuứngchiềudàiđê 90

3.6 Phươngphápxácđịnhđộtincậyyêucầuchohệthốngđê 97

3.6.1 Phươngphápxácđịnhgiátrịrủirochấpnhận 97

3.6.2 Độtincâyyêucầutừgiátrịrủirochấpnhậndựatheoquanđiểmkinhtế 98

3.6.3 Độ tin cậy yêu cầu từ giá trị rủi ro chấp nhận theo quan điểm cộng đồng vềnguycơthiệtmạng 99

3.7 Kếtluận 100 CHƯƠNG 4

GBẰNGSÔNGHỒNG 101

4.1 LựachọnhệthốngđêđiềnhìnhvùngđồngbằngsôngHồngvàkịchbảnphântích 1014.1 1.Hệthốngđêđiểnhình 101

4.1.2.K ị c h bảnphântích 101

4.2 XácđịnhchỉsốantoànvàđộtincậyyêucầucủahệthốngđêHữuHồngbảovệkhuvựctrungt âmthànhphốHàNội(HT1) 102

4.2.1 MôtảhệthốngđêHàNội 102

4.2.2 Xácđịnhđộtincậyvàđánhgiáantoànhệthốngđêhiệntại 103

4.2.3 XácđịnhđộtincậyyêucầuhệthốngđêHàNộitheorủirokinhtế 114

4.3 XácđịnhchỉsốantoànvàđộtincậyyêucầucủahệthốngđêGiaoThủy,NamĐịnh(HT2) 121 4.3.1 MôtảhệthốngđêGiaoThủy,NamĐịnh 121

4.3.2 XácđịnhchỉsốantoànhệthốngđêGiaoThủy 124

4.3.3 XácđịnhđộtincậyyêucầuhệthốngđêGiaoThủytheorủirokinhtế 130

4.5 Đềxuấtgiảiphápnângcaoantoànvàgiảmthiểurủirolũlụt 136

4.6 Kếtluận 138

KẾTLUẬNVÀKIẾNNGHỊ 140

1 Kếtquảđạtđượccủaluậnán 140

2 Nhữngđónggópmớicủaluậnán 141

3 Nhữngtồntại 142

4 Hướngpháttriển 142

5 Kiếnnghị 142

DANHMỤCCÔNGTRÌNHĐÃ CÔNGBỐ 144

TÀILIỆU THAM KHẢO 145

PHỤLỤC 149

Hình1-1: ĐêHữuHồngđoạnquaHàNội 26

Hình 1-2: Giếng xử lý xói ngầm, mạch đùn mạch sủi tại hạ lưu đê Tả Hồng, đoạn quaNghiXuyên,KhoáiChâu,HưngYên 31

Hình1-3: Quanhệgiữamực nướcngập với mứcđộthiệthạichonhàdândụng 39

Hình1-4: Quanhệgiữathờigian ngậpvới mứcđộthiệthaichocâytrồng 39

Hình1-5: Sơđồkhốiđánhgiáthiệthạidựavào môphỏngngập lụt[12],[37] 40

Hình2-1:Phânbốxácsuấtcủahàmđộtin cậyZ[32],[33],[57] 45

Hình2-2: Địnhnghĩabiênsựcố[ 3 3 ] 46

Hình2-3:QuanhệgiữahàmtảitrọngSvàhàmđộbền R[54],[55] 46

Hình2-4:Miềntínhtoántíchphâncủahàmtincậy[23] 47

Hình 2-5: Đường đẳng mật độ xác suất của hàm kết hợp fR(X1)fS(X2) Vùng R<S thểhiệnvùng sựcố[24] 48

Hình2-6: Sốlần môphỏngyêucầu theophươngphápMonte-Carlo[19] 51

Hình2-7: Sơđồnguyênlýphântíchrủirohệthốngđê 53

Hình2-8: Cácbướccơ bảntrongphântíchrủi rohệthốngđê 54

Hình2-9: Cácbướccơ bảntrongphântíchrủi ro[1] 54

Hình2-10:Sơđồ môtả môhìnhtínhtoán thiệthạidongậplụt[37] 57

Hình 2-11:Rủi rocá nhân tại các nướcphương Tâydựatrêncơsở thống kê cácnguyênnhângâythiệtmạngvàtổngsốngườithamgiacáchoạtđộng[52] 62

Hình2-12:Sơđồcâysựcốcủa hệthống:(a)songsongvà(b)nốitiếp 65

Hình 2-13: Tổ hợp xác suất sự cố của hai hệ thống cơ bản: (a) song song và (b) nốitiếp 65

Hình2-14: Sơđồcâysựcốcủahệthốngphứchợp 66

Hình2-15: Sơđồminh họacâysựcốcủamột hệthốngđêđiểnhình 67

Hình 2-16: Minh họa gán xác suất sự cố của hệ thống nối tiếp có các thành phần conđộclậpthốngkê 69

Hình3-1: Sơđồhóahệthốngđêphòngchống lũvùngđồngbằng 70

Hình3-2:S ơ đồcâysự cốngậplụtvùngđồngbằng 71

Hình3-3: SơđồcâysựcốHệthống1 72

Hình3-4: SơđồcâysựcốHệthống2 73

Hình3-5: Sơđồcâysựcốngậplụttổngquát 75

Hình3-6: Cơchếsự cốxóingầmvàđẩytrồi 81

Hình3-7: Minhhọacơ chếxóichânđêbiển dẫnđếnsựcốđê 85

Hình3-8: Sơđồcâysựcốhệthốngđênhiềuthànhphần 87

Hình3-9:Sơhọatuyến đêgồmnhiềuđoạnđêliêntiếp 89

Hình3-10: Hiệuứngchiềudàiđượcxemxét theosự cốtổng hợpcủacảđoạnđê 90

Hình3-11: Hiệu ứngchiềudàiđượcxemxéttheotừngcơchếsựcốcủađoạnđê 90

Hình3-12:H ệ sốtươngquanđối xứngcủabiếnngẫunhiênx 92

Hình3-13:Sơhọamặtcắtngangđêkhigia tăngđộcao ∆H 98

Hình4-1: SơhọahệthốngđêkhuvựctrungtâmthànhphốHàNội 102

Hình 4-2:Mặt cắtđại diện Đoạn 1đê Hữu Hồng (nguồn:Sở NN&PTNT Hà Nội,2017) 103

Hình 4-3:Mặt cắtđại diện Đoạn 2đê Hữu Hồng (nguồn:Sở NN&PTNT Hà Nội,2017) 103

Hình 4-4: Mặt cắt đại diện Đoạn 3, đê Hữu Hồng (nguồn: Sở NN&PTNT Hà Nội,2017) 104

Hình4-5: Sơđồcâysựcốcho hệthốngđêHữuHồng(HT1) 104

Hình4-6:Hệ sốảnh hưởng của cácbiến ngẫunhiên đếncơ chế chảytràn của HT1.106 Hình 4-7: Ảnh hưởng của các biến đến cơ chế mất ổn định kết cấu bảo vệ mái đê củaHT1 107

Hình4-8:Ảnhhưởngcủa cácbiếnđếncơchếxóichânđêtheođiềukiện(1)củaHT1 .109

Hình4-9:ẢnhhưởngcủacácbiếnngẫunhiênđếncơchếđẩytrồicủaHT1 111

Hình4-10:Ảnhhưởng củacác biến ngẫunhiênđếncơchế xóingầmcủaHT1 111

Hình4-11: Đườngcongsự cốhệthốngđêHữuHồngchokịch bảnKB1 113

Hình4-12: Đườngcongsự cốhệthốngđêHữuHồngchokịch bảnKB2 113

Hình4-13: Sơhọakhuvựcnghiêncứumôphỏngngậplụt 115

Hình4-14: Phânbốngậplụtthời điểmđỉnhlũ (Trườnghợp 1) 115

Hình4-15: Độsâungậplụtổnđịnh(Trườnghợp1) 116

Hình4-16: Đườngcongthiệthạichokhu vựcthànhphốHàNội 116

Hình 4-17: Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phòng lũ, tổng chi phí đầu tư, chi phí rủi rovàtổngchi phícủahệthốngHT1(HữuHồng, HàNội) 121

Hình 4-18: Bản đồ tổng thể hệ thống đê bảo vệ huyện Giao Thủy, Nam Định

(SởNN&PTNTNamĐịnh,2015) 122

Hình 4-19: Mặt cắt ngang đại diện đê biển Giao Thủy (nguồn: Sở NN&PTNT NamĐịnh,2017) 123

Hình4-20:MặtcắtngangđạidiệnđêHữuHồngtạiGiaoThủy(nguồn:SởNN&PTNTNamĐịnh,201 7) 123

Hình4-21:Sơhọa hệthốngđêphòngchốnglũhuyệnGiaoThủy–NamĐịnh 125

Hình4-22:Sơđồcâysự cốhệthốngđêbảovệhuyệnGiaoThủy 126

Hình4-23:Mặtcắtđạidiệnđêhiệntạivàkhinângcấp 131

Hình 4-24: Đường tần suất thiệt hại được thiết lập với các dữ kiện thiệt hại trong lịchsửViệtNam 134

Hình 4-25: Quan hệ giữa tần suất đảm bảo phòng lũ Pfvới Chi phí rủi ro kinh tế RpfvàTổngchi phínângcấpcủahệthốngCtotchohệthống đêGiaoThủy–NamĐịnh .135

Hình4-26:Xâydựng thêmtuyến đêdựphòngtạothànhh ệ thốngsongsong2lớpđê .137

Hình4-27:Tạotuyếnđêphụphânchiavùngcónguycơngậplụtthànhcácvùngnhỏhơn .138

Bảng1 - 1 : H ệ sốđộrỗngcủamột sốnền cát 29

Bảng1 - 2 : H ệ sốthấmcáclớpđấtchínhcủamộtsốđoạnđê 29

Bảng2 - 1 : Chỉsốtình nguyệnk h i thamgiacáchoạtđộng 62

Bảng2 - 2 : Kíhiệuvàýnghĩacủacácloạicổngliênkếttrongsơ đồcâysự cố 68

Bảng2 - 3 : K ý hiệu củacácsự cố/sự kiệntrongsơđồcâysự cố 68

Bảng3 - 1 : Hệsốkhôngđềucủa lưutốc 79

Bảng3 - 2 : M a trận sựcốchohệthốngđêgồmmđoạn đêvàncơchếsự cố 88

Bảng3 - 3 : Khoảngđộclậpcủacácbiếnngẫunhiênliênquanđếnbiêntảitrọnghệthốngđê[52] 92

Bảng3 - 4 : Khoảngđộclậpcủacácbiếnngẫu nhiênliênquanđếnbiênđộbềnhệthốngđê[52] 92 Bảng3 - 5 : C á c biếnngẫunhiênliênquanđếnsựcốhệthốngđê 95

Bảng3-6: Hệsốảnhhưởngcủacácbiếnđến cơchếsự cố 95

Bảng3-7:Vídụhiệuứngchiềudàivàđườngcongpháhủy củamộttuyếnđêcóchiềudài10km 96

Bảng4-1: PhânchiađoạntuyếnđêHữuHồngquatrungtâmthànhphốHàNội 103

Bảng4-2: Giátrịbiến ngẫunghiêncủa cơ chếchảytrànđỉnhđêcủaHT1 105

Bảng4-3:KếtquảphântíchđộtincậycủacơchếchảytràncủaHT1 105

Bảng4-4: Giátrịbiến ngẫunghiêncủa cơ chếmấtổnđịnhkếtcấubảovệmái 106

Bảng4-5: Độtincậycủacơchếmấtổnđịnh kếtcấubảo vệmáiđêcủaHT1 107

Bảng4-6:BiếnngẫunhiêntheocơchếxóichânđêcủaHT1 108

Bảng4-7:Độtincậycủa cơchếxóichânđêtheođiềukiện(1)củaHT1 109

Bảng4-8:ĐộtincậychocơchếxóichânđêcủaHT1 109

Bảng4-9:CácbiếnngẫunhiêncủacơchếxóingầmvàđẩytrồicủaHT1 110

Bảng4-10:KếtquảphântíchđộtincậychocơchếđẩytrồicủaHT1 110

Bảng4-11: Độ tin cậychocơchếxóingầmcủaHT1 111

Bảng4-12:Độ tin cậychocơchếxóingầmvàđẩytrồi(mạchđùn)của HT1 111

Bảng4-13: Độtin cậychocơchếổnđịnhmái đêcủaHT1 112

114

Bảng4-15: Tổnghợpđộsâungập lụtcho 3trườnghợp 117

Bảng4-16:Giátrịthiệthạitrungbìnhtheocáckịchbảnmôphỏngngậplụt 117

Bảng4-17: Hệsốchiphínângcấp củađê HữuHồng,HàNội 118

Bảng4-18: Tầnsuấtđảmbảovàchiphíđầutưnângcấphệthống đêHữuHồng 118

Bảng4-19:ChiphíđầutưnângcấphệthốngđêIHvàchiphíquảnlývậnhànhPV(M)chođêHữuHồng,HàN ội 119

Bảng4-20: Giátrịrủirotiềmtàngdongậplụt củaHT1 120

Bảng4-21:Tầnsuấtđảmbảophònglũ,tổngchiphíđầutư,chiphírủirovàtổngchiphícủahệthống HT1 120

Bảng4-22: Cáccơ chếsựcốđiểnhình 125

Bảng4-23: ĐộtincậytuyếnđêsôngthuộcHT2 127

Bảng4-24: Độtin cậycủatuyếnđêcửasôngthuộcHT2 128

Bảng4-25: Kếtquảphântíchđộtincậytuyến đêbiểnthuộcHT2 128

Bảng4-26:TổnghợpxácsuấtsựcốcủahệthốngđêHT2bảovệGiaoThủy,NamĐịnh .130

Bảng4-27: Hệsốchiphínângcấpcủađêbiển GiaoThủy 131

Bảng4-28: Tầnsuấtđảmbảophònglũvà chi phíđầutưnângcấphệthốngđê 131

Bảng4-29: Chiphíquảnlývậnhànhtăng thêmtheotần suấtthiếtkếcủaHT2 132

Bảng4-30:ChiphíđầutưnângcấphệthốngđêIHvàChiphíquảnlývậnhànhPV(M)chohệthốngđêGiaoTh ủy–NamĐịnh(HT2) 133

Bảng4-31:Tầnsuấtđảmbảo,tổngchiphíđầutư,rủirovàtổngchiphícủahệthốngđêHT2 135

KCBV

KịchbảnKếtcấubảovệ

NNPTNT NôngnghiệpvàPháttriểnNôngthôn

Hệ thống nối tiếplà hệ thống gồm các thành phần con được liên kết với nhau sao

chosự cố của bất cứ một thành phần con nào thuộc hệ thống sẽ dẫn đến sự cố cho toànhệthống

Hệ thống song songlà hệ thống có các thành phần con được liên kết với nhau sao

chokhitấtcảcácthànhphầncongặpsự cố mớidẫnđếnsựcốcủatoànhệthống

Độ tin cậy yêu cầu (ĐTCYC)là giới hạn trên của xác suất xảy ra sự cố hệ thống

củamột hệ thống công trình ĐTCYC của một hệ thống công trình đang tồn tại làTCATthiếtkếcủahệthốngđó.Đốivớimộthệthốngmới,ĐTCYCđượcxácđịnhlàgiátrịtốiưutừbàitoánphântíchrủiro,dùnglàmcăncứđểquyếtđịnhTCATcủahệthốngđó

mựcnướcthiếtkếcôngtrình),đượcxácđịnhtheocácquyphạmthiếtkếcôngtrìnhhiệnhành

Tiêu chuẩn an toàn (TCAT)là giá trị tần suất thiết kế theo tiêu chuẩn hiện hành

hoặcđộ tin cậy yêu cầu được xác định bằng phương pháp PTRR&LTĐTC của một hệ thốngcôngtrìnhsaukhiđượccấp cóthẩm quyềnphê duyệt

Rủi rolà khả năng xảy ra một sự cố không mong muốn đem lại hậu quả xấu Rủi

rođượcxácđịnhbằnghàmsốcủaxácsuấtxảyrasự cốvàhậuquảdosự cốđógâyra

Rủi ro chấp nhậnlà giá rủi ro tương ứng với độ tin cậy yêu cầu được xác định

bằngphươngphápPTRRcủacủahệthốngcôngtrìnhPCL.ĐộtincậyyêucầutươngứngvớigiátrịrủirođượcchấpnhậnchínhlàđộtincậyhợplýcủahệthốngPCLđangxemxét

Xácsuấtsựcố-P flàkhảnăngxảyrasựcốcủamộtcơchếsựcố,mộtthànhphầncôngtrình hay toàn bộ côngtrình Quan hệ giữa xác suất sự cố với chỉ số độ tin cậy𝛽theohàmsố:Pf=Φ(-)

Xácsuất antoànlàgiátrịxácsuất bùcủa xác suấtsựcố:Ps=1-Pf

Vùng được bảo vệlà vùng được bao bọc bởi hệ thống đê Trong trường hợp hệ

thốngđêgặpsự cốthìvùngđượcbảovệsẽbịngậplụt

DANHMỤC KÝHIỆUCÁCĐẠI LƯỢNG

D Thiệthạikinhtế củavùngđượcbảo vệkhi xảyralũlụt

dh Chiềusâu nướctrung bìnhtrướcchânđê

Những quốc gia có nền khoa học công nghệ tiên tiến hàng đầu như Hoa Kỳ cũngchịuthiệthạirấtlớntừlũlụt.Theosốliệuthốngkêtừnăm1998đến2017,tổngthiệthạidothiêntailũlụtlêntới1.500tỷUSD.

mùacóđịahìnhphongphúvớiđườngbờbiểndàitrên3200kmvàhệthốngsôngngòidàyđặc.Cácvùngđồngbằnglớnthuộc hai hệ thống sông lớn là sông Hồng và sông Cửu Long Thiên tai xảy ra ở ViệtNam đa dạng với trên

21 loại hình [2], trong đó bão và lũ lụt là loại hình thiên tai điểnhình có sức tàn phálớn nhất Ví dụ như trận lụt năm 1971 xảy ra tại đồng bằng sôngHồng đã làm thiệtmạng trên 10.000 người và 250.000 ha nông nghiệp bị ngập úng Lũnăm 1996 làm thiệt mạnggần 1000 người và gây ngập lụt trên diện rộng tại nhiều nơithuộc6tỉnhmiềnBắc.TạimiềnTrung,lũlụtthườngxuyênxảyrado mưatậptrungvàđịa hình dốc Như trận lũ xảy ra năm 1999 gây ảnh

vựcmiềnTrungvàgâythiệtmạng750người.TạiĐồngbằngsôngCửuLongxảyralũnăm2000 làm 539người chết Theo ước tính của Ngân hàng Thế giới, thiệt hại về kinh tếhằng năm do thiên tai xảy ra tại Việt Namchiếm khoảng từ 1% đến 1,5% GDP và làmthiệt mạngtrungbình trên300người/năm.Theo chiến lược Quốc gia về phòng chống và giảm nhẹ thiên tai thì hệ thống đê điềulàgiải pháp công trình quan trọng nhất và đã được luật hóa bởi Luật Đê điều (2006) [3].Quá trình hình thành và phát triển

hệ thống đê điều luôn gắn liền với đời sống vàhoạtđộngsảnxuấtcủanhândântừđờinàyquađờikhác.Phầnlớncáctuyếnđêhiệnnayđềuđược kết hợplàm đường giao thông trong đó nhiều tuyến đê đi qua các khu du lịch, đôthị,kinhtếvàdâncư tậptrung

Trong điều kiện phát triển kinh tế xã hội của đất nước hiện nay, những yêu cầu vềviệcbảovệcáckhudâncưvàkinhtếtrướctácđộngcủabão,lũvànướcdângngàycànglớnhơn.Bêncạnhcácbiệnphápbảovệnhưpháttriểnrừngphònghộđầunguồn,xâydựngcác hồ chứa điều tiết lũ, phòng chốngxói lở lòng dẫn, các cống ngăn triều, hệ thốngtrạmbơmtiêu,…thìviệccủngcốvànângcấpcáchệthốngđêsôngvàđêbiểntrêntoànquốc, xây dựng tổ chức quản lý và hoàn thiệnhành lang pháp lý ngày càng trở nên cấpbách.

Hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng là công trình xây dựng của nhiều thế hệngườiViệt, nó gắn bó với lịch sử tồn tại và phát triển của đất nước, với cuộc sống của cộngđồng dân cư trong khu vực Doquá trình xây dựng và phát triển lâu dài, nền đêkhôngđượcxửlýkhiđắp,vậtliệuđắpđêkhôngđồngđều,trảiquathờigianđãxuấthiệnnhiềuẩn họa trongthân và nền đê Hàng năm sự cố về đê điều vẫn xẩy ra, gây thiệt hại vậtchất và đe dọa tính mạng của người dân,

đócácphươngpháptínhtoánvàđánhgiáantoàncủahệthốngđêtheophươngpháptruyềnthống còn có hạnchế, chưa đánh giá được sát đúng mức độ an toàn của hệ thốngđê,chưahỗtrợđượcmộtcáchtincậychoviệcraquyếtđịnhvềđ ầ u tưcảitạonângcấpđê.VìvậyđềtàinghiêncứucủaLuậnánlàcótínhcấpthiết

2 Mụcđíchnghiêncứu

Mụcđíchnghiêncứucủaluậnánnàylàxâydựngđượcphươngphápđánhgiá,xácđịnhchỉ số an toàn và độtin cậy yêu cầu của hệ thống đê vùng đồng bằng sông HồngchođiềukiệnhiệntạivàtươnglaikhixétđếnBĐKHvàpháttriểnkinhtếxãhội

3 Đốitượngvàphạmvi nghiêncứu

3.1 Đốitượngnghiêncứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống đê bảo vệ vùng hạ du đồng bằng, baogồmcác đoạn đê sông, đê cửa sông, đê biển Hai trường hợp đại diện sẽ được ứng dụngtínhtoáncụthểtrongluậnánnày,baogồm:

 Hệ thống đê sông vùng đồng bằng để bảo vệ thành phố đông dân cư (HT1):HệthốngđêHữuHồngbảovệkhuvựctrungtâmthànhphốHàNội;



Hệthốngđêphứchợpgồmtuyếnđêsông-đêcửasông-đêbiểntạothànhvòngbảovệkhépkínchovùngdâncưvenbiển(HT2):HệthốngđêbảovệkhuvựcvenbiểnthuộchuyệnGiaoThủy,tỉnhNamĐịnh

3.2 Phạmvinghiêncứu

yếutốtácđộngchínhlàmựcnướclũphíasông,mựcnướcphíabiển,cácyếutốtảitrọngvàđộbềnthườngxuyêncủacông trình Mực nước trước đê có xem xét đến mức độ thay đổi do BĐKH dự báođến2050.Trongphântíchđộtincậy,tínhngẫunhiêncủatảitrọngvàđộbềnđượcxemxét,tuynhiênkhôngxemmứcđộsuygiảmđộbềntheothờigian.Ngoàira,cáctảitrọngđặcbiệt như động đất và mưa cục bộkhông được kể đến trong nghiên cứu này Độ tin cậycủacác công trình quađêkhôngphân tích cụ thểtrongphần ứng dụng

4 Cáchtiếpcậnvàphươngphápnghiêncứu

4.1 Phươngpháptiếpcận

Cácphươngpháptiếpcậnđượcsửdụngtrongnghiêncứunàybaogồm:tiếpcậnhệthống,tiếpcậntổnghợp,tiếpcậnbềnvữngvàtiếpcậnhiệnđại

 Tiếpcậnhệthống:Tuyếnđêvàvùngđượcbảovệđượcxemxétlàmộthệthốnghoànchỉnh;

 Tiếpcậntổnghợp:Xemxétđầyđủcácyếutốkinhtế,kỹthuậtvàxãhội;

 Tiếpcậnbềnvững:XétđếnsựthayđổicủađiềukiệnbiêntrongtươnglainhưBĐKH-NBD,pháttriểnkinhtế-xãhội;

 Tiếpcậnhiệnđại:Sửdụngcáclýthuyếtvàphươngpháptínhtoánhiệnđại,tincậyđểgiảiquyết

4.2 Phươngphápnghiêncứu

Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án là lý thuyết độ tin cậy và phân tíchrủiro Ngoài ra, còn có phương pháp kế thừa, phương pháp chuyên gia, phương phápxácsuấtthốngkêvàphương phápmôhìnhtoán

Các công cụ mô hình toán và phần mềm chuyên sâu được sử dụng để tính toán cụthểchocáctrườnghợpnghiêncứugồm:BESTFIT(phântíchthốngkêsốliệubiêntảitrọng

vàbiênđộbền,xácđịnhkiểuhàmphânphốixácsuất vàcácđặctrưngthôngkênhưkỳvọng toán, độ lệchchuẩn…); PROB2B (phân tích độ tin cậy các thành phần côngtrìnhthuộchệthốngđê);OpenFTA(phântíchđộtincậyhệthốngxácđịnhxácsuấtsựcốhệthống); Bộ môhình MIKE (mô phỏng biến trình độ sâu ngập lụt và xây dựng bảnđồngậplụtđểphụcvụxácđịnhthiệthạichocáckịchbảnvỡđê).

5 Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễn

5.1 Ýnghĩakhoahọc

Pháttriểnứngdụngcủaphươngphápphântíchrủirovàlýthuyếtđộtincậyđểxácđịnhmức đảm bảo an toàncho hệ thống đê hiện tại và độ tin cậy yêu cầu của đê được nângcấp trong tương lai nhằm cung cấp cơ sở khoahọc cho việc lựa chọn quy mô đầu tư vàgiảiphápnângcấpđê

5.2 Ýnghĩathực tiễn

Xác định được chỉ số an toàn hiện tại và độ tin cậy yêu cầu đến năm 2050 cho haihệthống đê điển hình khu vực đồng bằng sông Hồng Các kết quả tính toán và phântíchđượckiếnnghịđểlựachọnquymôvàgiảiphápđầutư nângcấpđê

6 Cấutrúccủaluậnán

Ngoàiphần Mởđầuvà Kếtluận,luậnánbaogồm4chương chínhnhưsau:

Chương 1: Trình bày tổng quan rủi ro lũ lụt, lịch sử hình thành phát triển và thựctrạngan toàn hệ thống đê vùng ĐBSH; tóm tắt các ứng dụng phương pháp PTRR &LTĐTCtrongđánhgiáantoànhệthốngđê vàluậngiảivấnđềnghiêncứucủaluậnán

Chương2:Tớmtắtphương phápluậnvàcơsởkhoahọcphântíchantoànhệthốngđê

Chương3:XâydựngcácbàitoánứngdụngPTRR&LTĐTCđểxácđịnhcácchỉsốantoànhiệntạivàđộtincậyyêucầuchohệthốngđêvùngđồngbằng.Thiếtlậpsơđồvàthuậtgiảicácbàitoánứngdụngchocáchệthốngđêđặctrưng

Chương4:ÁpdụngcácbàitoánxâydựngtạiChương3tínhtoáncụthểxácđịnhchỉsốantoànhiệntạivàđộtincậyyêucầuchohaihệthốngđêđiểnhìnhvùngĐBSH.TrêncơsởđókháiquáthóakếtquảtínhtoánvàkếtluậnchỉsốantoànhiệntạivàĐTCYCphònglũchohaitrườnghợpnghiêncứuđiểnhình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÊ PHÒNG

CHỐNGLŨ,NGHIÊNCỨURỦIROLŨLỤTVÀANTOÀN ĐÊ ĐIỀU

1.1 Tổngquanvềcôngtácđêđiều phòng chốnglũtạiViệtNam

Suốt chiều dài lịch sử dựng nước và giữ nước, các thế hệ người Việt Nam đã sớmcónhững giải pháp hữu hiệu phòng, chống những diễn biến bất lợi của tự nhiên.Truyềnthuyết về Sơn Tinh – Thủy Tinh là hình ảnh sống động về kỳ tích của nhândân ta đắpđê phòng lụt Cách đây 2200 năm, huyện (Kinh đô) Phong Khê thời AnDương

Vương(257nămtrướccôngnguyên)đãcóđêngănlũ(GiaoChâuKý,doHậuHánthưdẫn)

Năm Mậu Tí (1088) vua Lý Nhân Tông cho đắp đê Cơ Xá để bảo vệ kinh thànhThăngLong,đếnNăm1099đắpđêtrêntoàntuyếnsôngHồng.ThờinhàNguyễn(1802–1882)

[4],t r o n g 27nămđầu(1802–1829)đãđắpđược145kmđêcông(trongtổngsốđêđắpđược ở toàn Bắc Bộlúc bấy giời là 954 km) và 400 km đê tư Những năm tiếp theo mởrộng thêm nhiều tuyến đê khắp khu vực đồng bằng sông Hồng, sông TháiBình [5] Đêđượcphânlàm2loại:Đêcônglàđêsônglớn,đêtưlàđêsôngnhỏ”ĐốivớiđêcônghoàntoàndoNhà nước đài thọ nguyên vật liệu và bỏ tiền thuê dân làm hoặc huy động binhlínhlàm Đối với đê tư, Nhà nước quy định quy cách và quản lý về chủ trương chodânđắphaykhông…nhưngvậtliệuhoặcnhâncônghoàntoàndodântựđàithọ[6]

Thời Pháp thuộc (1883 – 1945) Trong thời này ít nhất đã có 8 lần vỡ đê sôngHồng:1893,1904,1911,1913,1915,1924,1926,1945và3lầnvỡđêsôngTháiBình:1893,1926,

1945 Từ năm 1883 hàng năm việc củng cố đê theo từng vụ lũ, tiến hành đắpmở rộngmặtcắtngang,nângcaotrình,khốilượngđấpđêtrongthờikỳnàyđạt87triệum3,bìnhquân1,4triệum3/năm.Đếnnăm1945đêsôngHồngchốngđượcmứclũHmax=12mtạiHàNộivàđêsôngTháiBìnhchốngđượcmứclũHmax=5,5mtạiPhảLại[6]

Saucáchmạngtháng8năm1945,NhànướcViệtNamdânchủcộnghòan o n trẻmớirađời, cùng với nhữngquyết sách lớn về xây dựng đất nước, chống thù trong, giặcngoài.MặcdùbậntrămcôngnghìnviệcnhưngChủtịchHồChíMinhđãdànhsựquantâmđặcbiệtđếncôngtácđêđiều.Ngày22tháng5năm1946HồChủTịchđãkývàbanhànhSắclệnhsố70–

SLl ậ p ởBắcBộmộtỦybanTrungươnghộđê.Trongđóquyđịnhrõtráchnhiệm,tổchứcđềraluậtlệvàbiệnphápđểphònglũ,lụt.Trongkhoảngthờigiantừsaunăm

1945đếnthậpniên90củathếkỷXXcôngtáccủngcố,tubổđêđiềuđượcĐảng,

Nhànướcquantâmđặcbiệt,việcđắpđêđãđượcthựchiệntrongnhiềuthậpkỷvới260triệu khối đất đắp đê,bình quân 5 triệu m3/năm Cùng với việc củng cố, tu bổ, côngtácquảnlý,sửdụngđêđiềucũngđượcquantâmđặcbiệtbằngviệcxâydựng,banhànhthểchế,đàotạonguồnnhânlực,tổchứcbộmáychuyênmôntừTrungươngđếncơsởphụcvụ nhiệm vụ quản lý sử dụng hàng chục

đểchốnglũ,ngănmặntrênphạmvitoànquốc.TrongđóriêngkhuvựcđồngbằngBắcBộvà Bắc bộ vàKhu 4 cũ, hiện có khoảng 5.000 km bao gồm đê sông, đê cửa sông vàđêbiển,trongđóchiềudàicáctuyếnđêsôngtừcấpIIIđếncấpđặcbiệtkhoảng2.406km

Hầuhếtcáctuyếnđêsôngđượchìnhthànhtừrấtxaxưa,mangtínhtựphátvàởthờikỳkhoa học kỹ thuật thuỷlợi chưa phát triển, cho nên nhiều đoạn đê hiện nay chúng tacóthểthấykhônghợplýnhưđêđiquacácvùngcóđịahìnhphứctạpvàkhoảngcáchgiữahaituyếnđêquárộnghoặclàquáhẹp.Trảiquacáctrậnlũlớn,đêđãnhiềulầnđượctôncaovàmởrộnghơn.Dođêđượccảitạoquanhiềugiaiđoạnvàbằngnhiềuloạiđấtkhácnhauvớitrìnhđộvàchấtlượngthicôngkhácnhaunênchấtlượnggiữacácđoạnđêtrongmộttuyếnkhôngđồngđều.Việcđắpđêtrướcđâyhoàntoànbằngthủcông,sửdụngvậtliệutạichỗđượckhaithácởngaysátchânđêtạorađịahìnhthùngtrũnggâybấtlợichosựổnđịnhcủađê

Trong giai đoạn hiện nay, chương trình nâng cấp đê sông và đê biển thực hiện theoQĐ2068/BNN đã và đang triển khai tại một số tuyến đê trọng yếu Việc nâng cấp bao gồmgiữ nguyên phần thân đê cũ, áp trúc, tôn cao và

mở rộng hầu hết được thi công cơ giớivới chất lượng cơ bản đảm bảo theo thiết kế và cơ bản đáp ứng

quyđịnhhiệnhànhthìviệcphâncấpvànângcấpcáchệ thống đê chưa xem xét được các yếu tố có thể thay đổi trong điệukiện hiện tại vàtrong tương lai như ảnh hưởng của BĐKH, nước biển dâng cũng như các tácđộng trựctiếpvàgiántiếpcủaquátrìnhpháttriểnkinhtếxãhội[7]

1.2 Côngtácphòng chốnglũvàcáchệthốngđêđiểnhìnhtrên thếgiới

KhôngchỉtạiViệtNam,lũlụtluônlàmốiđedọanghiêmtrọngvớinhiềuquốcgiatrênthế giới.Đêđiều là giải pháp chủ yếu và quan trọng nhất với các quốc gia có cácdòngsônglớnchảyquavàcácvùngđấttrũngdọctheodảivenbiển.Cáctrậnlũlụtlịchsửtạimột số quốc gia

đã gây ra tổn thất nặng nề về người và và tài sản có thể kể đến nhưtạiHàLannăm1953thiệthại18tỉUSDkèmtheotrên11.000người;Banglades2003trên

Sau mỗi sự kiện lũ lụt lịch sử, các quốc gia trên thế giới lại nâng cao ý thức bảo vệantoànphòngchốnglũhơnbằngcácchínhsáchđầutưmới,cácchươngtrìnhnângcấpantoàncáchệthốngđêvàcôngtrìnhphòngchốnglũ

Hà Lan là một đất nước có trên 65% diện tích nằm dưới mực nước biển trung bìnhvàmựcnướclũtrongsông.Dođócôngtácđêđiềulàviệcsốngcònvàviệcxâydựngpháttriển các tuyến đêsông, đê biển đã có một quá trình lịch sử lâu dài Hà Lan đã trở thànhmột biểu tượng của thế giới trong công tác phòng chống lũ Sau khi xâydựng tuyến đêngănbiểnBắc,Afsluitdijk,ngườiHàLanbắtđầunghiêncứuxâydựngcáchệthốngđê,đậpvùng đồng bằng hạ du sông Rhine Quy hoạch đã được phát triển để rút ngắncácđườngbờbiểnvàbiếnđồngbằngthànhmộtnhómcáchồnướcngọt.Tuynhiên,doThếchiến thứ hai, rất

ít các động thái được thực hiện từ sau khi hoàn thành đê Afsluitdijk[9] Cho đến thảm họa lũ Biển Bắc năm 1953,một loạt tuyến đê biển phía Nam bị vỡgây ngập lụt nghiêm trọng trên diện rộng, thiệthại nặng nề về người và tài sản Ủy banĐồng bằng đã được thành lập để lập ra chiến lược quy hoạch phòng chống

lũ biển chovùng đồng bằng, thực hiện các nghiên cứu về nguyên nhân và đưa ra các giảipháp đểngăn chặn những thảm họa như vậy trong tương lai Một phần quan trọng của

Dự ánđồng bằng này là thực hiện các nghiên cứu cơ bản cần thiết để giúp giải quyếttriệt đểvấn đề lũ lụt Thay vì sử dụng phương pháp phân tích lũ lụt lịch sử và xâydựng

cáctuyếnđêđủđểđốiphóvớicáctrậnlũlịchsử,ỦybanĐồngbằngđãđitiênphongtrongviệcxâydựngkhungkháiniệmvềtiêuchuẩnantoànliênquanđếnvốnđầutưvàrủirocủa vùng được bảo vệ Theo đó các

cácvòngđêkhépkín.Khuvựcquantrọngnhấtđượcbảovệcác“vòngđê”vớitầnsuấtthiếtkếlà1/10.000năm;cáckhuvựckhácđượcbảovệvớitầnsuấtthiếtkếtrongkhoảngtừ1/4.000 năm đến 1/1.250 năm [10].Công trình chắn lũ biển dạng đóng mở được tiêubiểunhấtthuộc dựánĐồngbằnglàđập-cốngngăntriềuEastern-Scheldt.Tiếptheođó,việc nâng cấp tuyến đường thủy quan trọng (cửa vào của cảng Rotterdam)NieuweWaterwegvàviệctăngcườngphònglũchokhuvựccảngđãđòihỏi

phảixâydựngđậpchắnlũbiểnnổitiếngthứ 2,Maeslantkering

Tại các quốc gia châu Âu khác như Đức, Pháp, Anh, vấn đề nâng cấp các hệ thốngđêsông được đặc biệt chú trọng sau sự kiện lũ lụt sử xảy ra những năm 90s và 2000trêncác hệ thống sông Rhine, Meuse và Theme Chương trình nghiên cứu chung về antoànphòng chống lũ và rủi ro ngập lụt FLOODsite đã được triển khai và có phạm viảnhhưởngbaotrùmtoànbộhầuhếtcácnướcchâuÂu.Kếtquảchính

củachươngtrìnhnàylàcácquốcgiađồngloạtthốngnhấtmứcđảmbảoantoànhệthốngđêvớitầnsuấtthiếtkếtừ 1/100nămlên1/1.000đến1/4.000năm [11]

Tại Mỹ sau sự kiện vỡ đê tại New Orleans do bão Katrina, tháng 9/2005 các tuyếnđêbiển và đê cửa sông đã được nâng cấp lên với tần suất thiết kế 1/1.000 năm TạiTrungQuốc, các tuyến đê sông quốc gia dọc theo các hệ thông sông chính như TrườngGiangvà Hoàng Hà (phần hạ du) đang từng bước được nâng cấp đến mức đảm bảo phòng lũlà1/250đến1/500năm[12].Nhìn chung, với các quốc gia có các dòng sông lớn chảy qua và có vùng đất trũngdọctheo dải ven biển thì vấn đề giảm thiểu rủi ro lũ lụt luôn được chú trọng hàng đầuvàviệcđầutưxâydựng,nângcấpcáchệthốngđêhiệnvẫnđanglàgiảiphápchủyếu

(sôngĐáyđếnđịaphậnNinhBìnhcóđêsôngHoàngLong).CáctuyếnđêsôngThương,sôngLụcNam, sông Công, sông Cầu, sông Kinh Thày, sông Kinh Môn, sông Lai Vu, sôngTháiBình,sôngRạng,sôngGùa,sôngMới,sôngLạchTray,sôngVănÚclàcáctuyếnđê thuộc hệ thống sông Thái Bình Các tuyến đê biển bảo vệ bờ biển thuộcđịa bàn cáctỉnh,thànhphố:HảiPhòng,TháiBình,NamĐịnhvàNinhBình

Thành phố Hà Nội là một trong những địa phương có nhiều đê, từ cấp III đến cấpđặcbiệtTheođánhgiácủacơquanquảnlývềđêđiều,cáctuyếnđêcủaHàNộihiệnđủcaotrình để chống lũnhưng trong nhiều năm qua, hầu hết các tuyến đê chưa có cơ hội để"thửthách"trướcnhữngtrậnlũlớn.Đánglongạihơnlànềncủacáctuyếnđêrấtphức

tạp, nhiều đoạn địa chất xấu, đầm, hồ ao ven đê nhiều, trong mùa lũ thường xuấthiệnmạch sủi, giếng sủi, gây ra ẩn họa rất khó lường Hà Nội hiện có 20 tuyến đêchính dàikhoảng 470 km, trong đó có hơn 37 km đê hữu Hồng là đê cấp đặc biệt;211,5 km đêcấp I (hữu Hồng, tả Hồng, hữu Đuống, tả Đáy); 67,4 km đê cấp II (hữu

LaThạch,NgọcTảo,tảĐuống);87,3kmđêcấpIII(VânCốc,TiênTân,QuangLãng,LiênTrung,hữuCầu,tả-hữuCàLồ)và65,8kmđêcấpIV(tảTích,tảBùi,Đường6ChươngMỹ, Mỹ Hà) Ngoài ra, Hà Nội còn có

đêđiềuvàphòngchốnglụtbãoHàNội,cảhệthốngđêchốnglũthườngxuyênvàhệthốngđêphânlũđềuđápứngđủkhảnăngchốnglũtheothiếtkếhoặcvượtmứcthiếtkế.Tuynhiên, do nhiều năm chưa chống chịuvới bão lũ lớn nên ở nhiều đoạn tiềm ẩn nguy cơcaoxảyrasự cốkhicóbáođộnglũ

NamĐịnhlàtỉnhnằmởphíaNamđồngbằngBắcBộ,phíahạlưusôngHồng,sôngĐáyvàcũnglàđịaphươnggiápbiển.HệthốngđêsôngvàcửasôngcủaNamĐịnhcóchiềudài 421,0.039 km, trong đó 8,135 km đêcấp I, 80 km đê cấp II, 185,058 km đê cấp III.Đê biển Nam Định có tổng chiều dài 137,19 km Các tuyến đê này về cơ bản đủ caotrìnhchống được lũ thiết kế, ở những đoạn đê sát sông được làm kè bảo vệ máiphíasôngvàđắpcơp h ả n ápphíađồng.Trảiquaquátrìnhchốnglũ,khigặplũvớimứcnướcbằnghoặcthấphơnmứcnướclũthiếtkế,mặcdùchưaxảyrasựcốlớnnhưngcáctuyếnđê sông thường xuất hiện các sự cố nhưsạt mái đê, thấm qua thân, thấm qua nền đê tạothành các mạch đùn, mạch sủi mang theo cát nền đê Các tuyến đê biển hầu hết đượcđắpbằng vật liệu khai thác tại chỗ (chủ yếu là cát và cát pha) phía ngoài được phủ lớpđấtthịt và có kè bảo vệ Hầu hết các tuyến đê hiện hữu được xây dựng để chống đượcbãocấp 9 với mức triều trung bình Vì vậy, khi xảy ra bão lớn hơn xảy ra đồng thờitạithờiđiểmtriềucườngthìnguycơgặpsựcốcao.Điểnhìnhnhư cơnbãosố7năm2005đã gây ra vỡ đêtại một số đoạn thuộc địa bàn Nam Định do bị sóng tràn, sạt mái phíađồng

1.3.2 Đánhgiá hiệntrạngantoàncủahệthốngđêvùngĐồngbằngsôngHồng

Trên cơ sở phân tích và tổng hợp từ các báo cáo đánh giá chất lượng đê điều trướcmùabão lũ hàng năm của Cục Quản lý đê điều và Phòng chống lụt bão (nay là Vụ Quản lýĐê điều) [13], hiện trạng antoàn và chất lượng đê dọc theo hệ thống sông Hồng đượcđánhgiánhư sau:

Hình1-1: ĐêHữuHồngđoạnqua HàNội

1.3.2.1 Vềkhảnăngchống lũ

Phần lớn các tuyến đê sông lớn thuộc hai hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình đãcócao trình đỉnh đê đủ khả năng chống tràn với mực nước lũ thiết kế quy định nhưngđộcaogiatăngvẫncònmộtsốđoạnchưađủ,khoảng80kmđêcònthấptừ0,4mđến0,7m,vùng cửa sông cóđoạn thấp đến 1m; mặt đê nhiều đoạn chưa được cứng hóa, mái đêdốc và nhiều đoạn đê còn phải đắp gia tăngbằng các con trạch với chiều cao từ 1,0mđến 1,5m Những đoạn này chủ yếu là đê hạ

du, đê cửa sông của một vài đoạn đê sôngHồngvàsôngTháiBình

1.3.2.2 Vềmặtcắt hìnhhọc

Hầu hết các tuyến đê hiện nay có mặt cắt hình thang và chiều rộng đỉnh đê tối thiểulà5m, đặc biệt có một số tuyến đê kết hợp làm đường giao thông có bề rộng từ 9mđến24m Một số tuyến đặc biệt, đi qua khu đô thị, có mặt cắt hỗn hợp dạng đê hìnhthangkếthợptườngđứng

 Tầngđấtsố 2:Tầngđấtcóthuộctínhtuỳthuộcvàotừngtuyếnđê

Sựkhácnhaugiữacáckiểuđịachấtnềnđêchínhlàởtầngđấtsố2vớinhữngthuộctínhcủađất tuỳthuộcđiều kiện cụthể củađoạnđê,thôngthườngcó 3 kiểu nhưsau:

 Tầngđấtdính

Tầngđấtdínhcóthểbaogồmmộtsốlớpđấtdínhcóđặctrưngcơlývàtínhthấmkhôngchênhlệchnhaunhiều.Nhìnchungnềnđêtrongtrườnghợpnàyítxảyrahưhỏngvàsựcố

 Tầngđấtbùnsétvàbùnséthữucơxenkẹpcátđenmịn

Tầng bùn sét và bùn sét hữu cơ được tạo thành ở những vùng trũng, các cửa sông,đáyhồ,đầmlầyhoặcởlòngsôngcổ.Bùnséthữucơtồntạidướidạngthấukính,cóđộdàytừ 5m đến10m và nằm sâu cách mặt đất từ 3m đến 5m Ở trạng thái chảy, cườngđộchịutảithấptừ0,4kg/cm2đến0,6kg/cm2.DạngnềnnàythườnggặpởđoạnđêNhấtTrai

- Lai Nguyễn, K13 - K16 đê Kim Xá sông Phó Đáy, hoặc tuyến đê hữu sông TràLý.Đâylàloạiđấtrấtyếuvềkhảnăngchịutải.Nềnđêcótầngđấtnàythườngxảyranhiềuhưhỏngvà

sự cốnhưnứtđê,lúnvàtrượtmái đê

 Tầngcátphahạtbụivàcátthôngnướcvớisông

Lớp cát pha hạt bụi phân bố ở độ sâu từ 3m đến 5m với diện tích phân bố hẹp,khôngliêntục,hơidốcvềphíađồngvàcóbềdàytrungbìnhtừ2mđến3m.Lớpcátphacóthểbao gồmmột số phân lớp và xen kẹp với cát pha là cát hạt mịn và cát bụi có rất ít hạtsét Lớp này có đặc điểm dễ bị hoá lỏngkhi bão hoà nước và nhất là dưới tác động củaáplựcthấm

Bên dưới lớp cát pha là cát và ở phía trên đỉnh lớp là cát hạt nhỏ, theo chiều sâuxuốngthì cát thô dần và dưới đáy tầng có thể bắt gặp cuội sỏi Tầng cát phân bố ở hầuhết

cácnềnđêvớibềdàykhálớn.Cónơicátchỉbịphủbởimộtlớpsétphadàykhoảng2mnhưnềnđêkhuvựcTânCương-PháĐa(PhúThọ),MaiĐộngvàĐứcHợp(HưngYên)đêtả sông Hồng Có nơi cát phân bố ở đáy đầm

PhươngĐộ,đầmBổngĐiền(TháiBình)vàđầmAnBình,NamSách(HảiDương).Cònlạihầuhết lớpcát phân bố từ độ sâu trên 4m Chiều dày tầng cát từ 10m đến 20m, có nơidàylênđến60m.Ởnóctầnglàcáthạtmịnvàxuốngsâulàcáthạtthôlẫnnhiềusạnsỏi.Hệsố thấm của tầngcát thường trong phạm vi từ 10-3cm/s đến 10-2cm/s Hầu hết các kếtquả khảo sát địa chất đều đánhgiá là tầng cát thông nước với sông dưới nền đê bị xốp(Bảng1-1)

 Tầngđấtsố 3:Tầngđấtsétchặtvà màuloang lổ

Tầng đất sét này có bề dày khá lớn và phân bố hầu hết ở trung tâm đồng bằng BắcBộ,thường gặp ở độ sâu từ 10m đến 30m và chiều dày tăng dần ra biển Thành phầnchủyếu của tầng này là hạt sét với hàm lượng 32% đến 75% Tầng đất này ở trạng tháidẻomềm đến dẻo chặt và thấm nước Nhìn chung có thể khái quát tính thấm nước của cáctuyến đê thường xảy ra sự cốtrong mùa lũ như sau: Thân đê có hệ số thấm trong phạmvitừ1×10-6cm/sđến1×10-

5cm/s,nhữngđoạnđêcóhệsốthấmk>1×10-4cm/strongmùa

lũthườngxuấthiệnthẩmlậu,ròrỉlàmướtmáiđêhoặcsạttrượtmáiđêphíađồng.Tầngphủ dưới thân đê và trên

bề mặt hai phía thượng hạ lưu đê có hệ số thấm từ 1×10-6cm/sđến1×10

-4cm/s,nhữngvịtrílớptầngphủmỏngtrongmùalũthườngxuấthiệnđùnsủi,đặc biệt những vị trí mà bên dướilớp tầng phủ là lớp cát thì đùn sủi xuất hiện càngmạnh Lớp cát và cát pha bên dưới lớp tầng phủ có hệ sốthấm lớn từ 1×10-3cm/s đến1×10-2cm/s, lớn hơn hệ số thấm của lớp tầng phủ từ 100đến 1000 lần Hệ số thấm củamộtsốđoạnđêđượcthốngkêtrongBảng1-2

1.3.3 Cácbiểu hiệnsựcố,hưhỏngđê

Do các đặc điểm về quá trình hình thành, về địa hình, địa chất, về vật liệu dùng đểđắpđê, về kỹ thuật thi công, sự phá hoại của sinh vật, các hoạt động dân sinh và ảnhhưởngcácyếutốtựnhiênđêthườngxuyêncónhữngdiễnbiến,hưhỏng.Mứcnướcsôngcàngcao,thờigianduytrìđỉnhlũcàngdài,sốsựcốcàngnhiều,mứcđộhưhỏngcàngnặng.Nhữnghư

hỏngthườngxảyralà:

 Thấm mạnh qua thân đê với điểm ra của đường bão hoà ở khá cao, cá biệt cónơiđườngbãohoàgầnnhưkhôngcóđộhạthấptừthượnglưuvề hạlưu

 Đêkhôngchỉsạtthành cáccungnhỏ màcókhiđêsạtdài hàngtrămmét

 Khi xảy ra chênh lệch đầu nước giữa sông và đồng từ 2 đến 3m thì hiện tượngxóingầm nền đê xảy ra nhiều nơi biểu hiện thành mạch sủi, bãi sủi nước đục Hiệntượngsủi thường xảy ra trong các ao, giếng ven đê và ở các khu vực mà tầng phủkhôngđủđộdàyđểthắngáplựcthấm

 Ở những nơi nền đê là cát chảy, cát bụi thì hiện tượng xói ngầm nền đê diễn rarấtnhanh,nguyhiểmcóthểgâyvỡđê

 Những đoạn nền đê có địa chất nền yếu thường gây ra các hiện tượng lún, nứtthânđê

 Trong các đợt lũ có mực nước sông cao từ báo động cấp III trở lên thường xảyrahiệntượngsậptổ

mốiđộtngột,thấmquamangcống.Nếukhôngpháthiệnvàxửlýkịpthờisẽdễxảyrasựcốđê

 Nhữngnămgầnđâyđãxảyrahiệntượngnứtđêởgần100đoạnđêcủanhiềutuyếntrên nhiều vùngkhác nhau Không phải hiện tượng này chỉ xảy ra đối với đê đắpbằng phương pháp thi công cơ giới mà ngay

cả đối với đê thi công bằng thủ công;không phải chỉ xảy ra đối với đê mới đắp màngay cả đê đã đắp từ hàng mấy chụcnămnay

 Hiện tượng thấm tập trung hai bên mang cống đã dẫn đến hậu quả vỡ đê ngaykhimực nước sông ở mức báo động số I Hiện tượng sập vòm cống làm cho dòngchảykhoét gần hết mặt và thân đê tạo ra nguy cơ vỡ đê phải xử lý rất khó khăn, tốnkémnhưcốngNộiDoi.Cốngbịlúnkhôngđều,bịnứtngaythânvàcảmóngcốngxảyraởnhiềunơi,cánhcốngbịbụckhilũđanglêncaovàrấtnhiềucốngbịhưhỏngkhớpnốigâyrahiệntượngsủingaytronglòngcốngcũnglàhiệntượngkháphổbiến

 Dòng chảy biến đổi đột ngột gây ra hiện tượng sạt mái kè, lở bờ sông, sạt gầnhếtcácvùng kètrọng điểmthuộc các tỉnh vensôngHồng.

 Các hoạt động dân sinh của trên 10 triệu dân sinh sống tại trên 1000 xã định cưdọchai bên ven đê ảnh hưởng không nhỏ tới vấn đề an toàn đê do: việc lấn chiếm dòngchảy, đào ao đầm sát chân

đê, khai thác đất/cát sát chân đê, trồng cây trên mái đê,lưuthôngxequátảitrênmặtđê,vv

 Các đoạn đê nằm sát ven sông thường chịu tác dụng trực tiếp của dòng chảy lũ,vìthếdễbịxóilở,sạttrượt

 Điều kiện làm việc của đê phụ thuộc chính vào mực nước trước đê Lũ dọc theohệthống sông Hồng diễn ra theo mùa, và có một số năm liên tục không xảy ramựcnướccao.Điềunàygâynêntínhkhôngổnđịnhvềđộẩmthânđê,gâybấtlợichoổnđịnhđêđặcbiệtkhilũxuấthiệnđộtngột

Hình 1-2: Giếng xử lý xói ngầm, mạch đùn mạch sủi tại hạ lưu đê Tả Hồng, đoạn

quaNghiXuyên,KhoáiChâu,HưngYên

1.4 Đánhgiáthựctrạngđảmbảoantoàn đêvùngĐBSH

Thực trạng đảm bảo an toàn đê vùng đồng bằng sông Hồng đã được đánh giá dựatrêncác số liệu và tài liệu thu thập được kết hợp với đánh giá thông qua đi thực địa tạicáctuyếnđêtrongvùngnghiêncứu.Đểthuậnlợichoviệcđánhgiá,vùngnghiêncứuđược

phân chia ra thành 03 vùng đặc trưng: (i) Vùng thượng lưu – trung du miền núi;(ii)Vùngđồngbằngvà (iii)Vùngvenbiển.

Vùngthượnglưu–trungdu miềnnúicóđịahìnhvớiđộdốccaovàkhôngbằngphẳng,lũ xuất hiệnthường tập trung nhanh và gây ra lũ quét cục bộ, tuy nhiên khả năng thoátlũcũngnhanhvàphạmviảnhhưởngthườngtrêndiệnkháhẹpvàcụcbộ

Vùng đồng bằng có địa hình khá bằng phẳng, có độ dốc trung bình và khá đều.Thôngthường lũ xuất hiện tập trung chậm và thời đoạn lũ dài ngày hơn so với vùngthượnglưu Khi xảy ra ngập lụt ở vùng đồng bằng thì phạm vi ảnh hưởng rất rộng vàthời gianngậplụtkéodài

Vùngvenbiểnlàvùngchạydọctheođườngbờbiểnvớikhoảngcáchtừbờbiểnvàođấtliền khoảng từ 10

km đến 25 km và có cao độ trung bình từ +0.5 m đến +2.5 m Vùngven biển chịu kết hợp ảnh hưởng của cả yếu

tố từ sông và biển Mức độ ảnh hưởng cóthểtrêntoànvùngkhicóngậplụtxảyravàthờigianngậplụttrongvùngsẽkéo dài

Kếtquảđánhgiáantoànđêđiềuchothấy:cơbảncáctuyếnđêđápứngđượcmứcđảmbảo an toàn thiết kế.Tuy nhiên, còn một số đoạn đê có điều kiện làm việc gần sátvớitrạngtháigiớihạnkhixuấthiệnlũthiếtkếvàcòntồntạinhiềuđoạnđêxungyếu.Nhữngsự cố chủ yếu thườngxảy ra như tràn đỉnh do đê chưa đạt cao trình đỉnh thiết kế, xói lởchân đê (đối với cả đê sông và đê biển), cống qua đê hư hỏng và xuống cấp (đêsông),thấm qua đê, xói ngầm (đê sông) & sóng tràn, mất ổn định kết cấu mái ngoài(đêbiển)…điển hình như năm 2017 đã có 168 điểm xung yếu; xảy ra 91 sự cố đối vớihệthốngđê.[4],[7],[41]

Sự cố trên một số tuyến đê trong những năm vừa qua cho thấy vấn đề an toàn đêcầnđượcxemxétđánhgiálạimộtcáchchitiếtvàkhoahọchơn

1.5 Phươngphápphântíchantoànhệthốngđêtheoquyđịnhhiện hành

1.5.1 Tiêuchuẩn antoànvàphâncấpđê

Hệ thống đê điều phòng chống lũ hiện tại được phân cấp theo [14], [15] Theo đó,trừđoạn đê Hữu sông Hồng từ K47+980 đến K85+689 thuộc địa bàn thành phố HàNộiđược xếp vào cấp đặc biệt, các tuyến đê còn lại được phân thành 5 cấp gồm cấp I,cấpII,cấpIII,cấpIVvàcấpV.Trongđómứcđộquantrọngvàquymôcôngtrìnhtăngdần

từ cấp V đến cấp đặc biệt và ứng với mỗi cấp đê, và quy phạm hiện hành quy địnhTCATtươngứngchotừngcấp.

Việc phân cấp đê hay xác định TCAT cho hệ thống đê hiện nay được dựa theo 3nhómtiêuchísau:

(i)Tiêuchívềsốdânvàdiệntíchđượcbảovệ:vùngcódiệntíchvàdânsốbảovệcànglớnthìcấpđêcàngcao;

(ii)Tiêuchívềlưulượnglũthiếtkếcủasông:sôngcólưulượnglũthiếtkếcànglớnthìcấpđêcàngcao;(iii)Tiêuchívềđộngậpsâutrungbìnhcủacáckhudâncưsovớimựcnướcthiếtkếđê,trongđóđộngậpsâutrungbìnhcủacáckhudâncưsovớimựcnướcthiếtkếđêlàchênhlệchgiữacaođộmựcnướcthiếtkếđêvớicaođộtrungbìnhcủacáckhudâncưđượcđêbảovệ

Phương pháp xác định TCAT hệ thống đê hiện nay chưa định lượng cụ thể các yếu tốpháttriểnkinhtếxãhộicủavùngđượcbảovệvàsựgiatăngảnhhưởngdobiếnđổikhíhậu.Theocáchxácđịnhhiệnnay,vớicácvùngcócùngsốdânvàdiệntích,cấpđêcóthểđượcxácđịnhlàgiốngnhau.Trênthựctế,vùngnàocógiátrịkinhtếcaohơnsẽgăprủirothiệthạicaohơnkhisựcốngậplụtxảyra;Dođó,vớicùngsốdânvàdiệntích,vùngcógiátrịkinhtếlớnhơnhaymứcđộquantrọng(vềchínhtrị,vănhóa,lịchsử)caohơnthìcầnphảiđượcbảovệvớiTCATcaohơn

DođóyếutốkinhtếxãhộicủavùngđượcbảovệcầnđượcxemxétcụthểkhixácđịnhTCAThệthốngđê

Ngoài ra, biến đổi khí hậu có tác động trực tiếp đến tình hình lũ lụt và an toàn hệthốngđê Theo các kịch bản phân tích về ảnh hưởng của BĐKH, mức độ gia tăng điều kiệnbiên khí tượng, thủy hải văn

từ 5% đến 10% dự báo đến năm 2050 Như vậy khi xemxét các tiêu chí phân cấp đê

và lựa chọn TCAT, cần thiết phải xem xét ảnh hưởng củaBĐKH đến các yếu tố điềukiện biên phía sông, phía biển trong tương lai, theo chukỳnângcấpđêhoặctheotuổithọcôngtrình

1.5.2 Yêucầukỹthuật trong đánhgiá antoànđê

Đánh giá an toàn đê điều và công trình phòng chống lũ được thực hiện với tổ hợptảitrọng thường xuyên và tổ hợp tải trọng đặc biệt (để kiểm tra) Tổ hợp tải trọng cơbảnbao gồm các tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời thông thường cùng đồngthờitácđộnglêncôngtrìnhđêsôngtạicácthờiđiểmtínhtoán.Tổhợptảitrọngđặcbiệtvẫn

Tải trọng tạm thời thường xuyên tác động lên đê bao gồm: (i) Áp lực đất phát sinhdobiến dạng nền và kết cấu đê hoặc do tải trọng bên ngoài khác; (ii) Áp lực bùn cátlắngđọngởkhuvựcchânđêtrongthờigiankhaithác;(iii)Áplựcnướcthấmtươngứngvớimực nướclớn nhất khi xảy ra lũ thiết kế trong điều kiện thiết bị lọc và tiêu nước ở hạlưu không làm việc; (iv) Tải trọng gây ra do

áp lực dư của kẽ rỗng trong đất bão hoànước khi chưa cố kết hoàn toàn ở mực nướcthiết kế, trong điều kiện thiết bị lọc và tiêunướclàmviệcbìnhthường;(v)Tácđộngnhiệtlêntrênđêvànềntrongthờikỳthicôngvà khai thác của năm có biên độ dao động nhiệt độ bìnhquân tháng của không khí làtrung bình; (vi) Tải trọng do tàu, thuyền và vật trôi nổi, áp lực do

(vii)Tảitrọngdongườivàcácphươngtiệngiaothôngqualạitrênđê,cácthiếtbịnâng,bốcdỡ,vậnchuyểnvàcácmáymóc,kếtcấukhác(nhưcầntrục,cẩutreo,palăng),chấthàng,có xét đếnkhảnăngchấttảivượtthiếtkế

Tảitrọngtạmthờiđặcbiệtcóthểxuấthiệntrongtrườnghợplàmviệcđặcbiệttácđộnglênđêgồm:(i)Áplựcsóngkhixảyratốcđộ giólớnnhấtthiếtkếvớihướnggióbấtlợinhất cho đê; (ii) Tải trọng do động đất

(iii)Áplựcnướctươngứngvớimựcnướckhixảyralũkiểmtra;và(iv)Tảitrọngphátsinhtrongmáiđêđấtdomựcnướctăngcaođộtngộtvàhạthấpđộtngột(hiệntượngrútnướcnhanh)

Yêucầuchunglàđêcầnphảiđảmbảoantoànvềchốngtràn,ổnđịnhkếtcấucôngtrình,ổn định địa kỹ thuậtthân và nền đê khi xuất hiện mực nước nhỏ hơn hoặc bằng mựcnước thiết kế Việc đánh giá an toàn tổng thể

hệ thống đê thông qua đánh giá an toàncác cơ chế sự cố chính dựa theo hệ số an toàn

hệsốantoànchophép[K]phụthuộcvàocấpđê.Cáccơchếchínhsauđượcyêucầukiểmtratrongđánhgiáantoàn:(i)Đảmbảokhảnăngchốngtrànnướckhixuấthiệnmực

nước thiết kế (dùng hệ số an toàn cho phép để kiểm tra); (ii) Ổn định chống trượtthânvà mái đê (dùng hệ số an toàn cho phép để kiểm tra); (iii) Ổn định chống trượt

(iv)Ổnđịnhlúnthânvànềnđê(dùngđộlúntớihạnchophépđểkiểmtra,phụthuộcvàochiềucaothânđê);(v)Ổnđịnhchốngthấmqua thân và nền đê (dùng gradient thấm tới hạn để kiểm tra); (vi) Ổnđịnh kết cấu bảovệmái và chân đê phía sông/biển (dùng hệ số an toàn cho phép để kiểm tra), [14] [15][16]

1.6 Phươngphápthiếtkế truyềnthốngvà nhữngtồntại

Thiết kế truyền thống hiện nay là tính toán công trình theo phương pháp hệ số antoàndựa vào phương trình trạng thái giới hạn với hai tham số chính là độ bền đặctrưng

vàtảitrọngthiếtkế.Theophươngphápnàycácgiátrịthiếtkếcủatảitrọngvàcácthamsốđộbềnđượcxácđịnhlàmộtgiátrịđặctrưngứngvớitầnsuấtthiếtkế,tươngứngvớitổhợpthiếtkế.Ngườithiếtkếlựachọnđiềukiệnlàmviệccủacôngtrìnhvàcáctổhợptảitrọng thiết kế thích hợp Giới hạn này thường tương ứng với độbền đặc trưng của côngtrình

Theo phương pháp truyền thống, công trình được coi là an toàn khi khoảng cáchgiữatải trọng và độ bền đủ lớn để đảm bảo thỏa mãn từng trạng thái giới hạn của tất cảcácthành phần công trình Đánh giá an toàn công trình được thực hiện bằng cách xácđịnhhệ số an toàn thành phần cho các cơ chế sự cố đặc trưng của một mặt cắt đạidiện[17][18][19] Ví dụ trong thiết kế đê sông, tương ứng với mỗi giá trị tần suất thiếtkế,mựcnướcthiếtkếtươngứngvớitầnsuấtthiếtkếđượcxácđịnhvàđượccoilàtảitrọngthiết kế cố định.Dựa vào tiêu chuẩn quy định thiết kế, hình dạng và các kích thướccủacôngtrìnhđượcxácđịnh.Cáctiêuchuẩnquyđịnhnàyđượcxâydựngdựatrêncáctrạngtháigiớihạncủacáccơchếpháhỏng,trongđócókểđếnsốdưantoànthôngquahệsốan toàn Tính toán theo cách này mới chỉ giải

thểvàổnđịnhtheođộbềncủacôngtrình.Mộtsốtồntạicủaphươngphápthiếtkếhiệnnaylà:

 Chưaxemxétđượctínhngẫunhiêncủađộbềnvàtảitrọngvàchúngđangđượcxácđịnhlàcácgiátrịcốđịnh,ứngvớitầnsuấtthiếtkế(trongthựctếlàcácgiátrịkhôngcốđịnh);

 Chưaxácđịnhđượcxácsuấtpháhỏngcủatừngthànhphầncôngtrìnhvàtoànbộhệthống;

 Chưaxemxétđếnảnhhưởngquymôhệthốngnhưchiềudàituyếnđê.Đốivớicôngtrình đê, thiết kế hiệntại thường chỉ tính toán chi tiết tại một mặt cắt tiêu biểu và ápdụng tương tự cho toàn bộ chiều dài đoạn đê Trên thực tế, xác suất xảy ra sự cốvỡđêsẽgiatăngkhichiềudàihệthốngđêtăng

 Chưa trả lời được công trình an toàn ở mức độ nào do hệ số an toàn K mới chỉchobiếtđượclàcông trìnhcóantoànhaykhông

1.7 Tìnhhình nghiên cứu ứng dụng PTRR & LTĐTC trong an toàn đê điều

vàrủirolũlụt

1.7.1 Ứngdụng trong phântích,đánhgiáantoànhệthốngđêphòngchốnglũ

TheophươngphápLTĐTC,tínhtoánthiếtkếcôngtrìnhvàphântíchantoàncôngtrìnhđượcthựchiệnthôngquaxácsuấtsựcốtổnghợp(Pf)củanhiềucơchếsựcốliênquan.Xác suất sự cố được xác định thông quaphân tích thống kê giữa các biến ngẫu nhiêncủa tải trọng và độ bền trong các cơ chế sự cố của côngtrình Trong đó, các cơ chế sựcố được xác định thông qua hàm độ tin cậy mô phỏngquá trình vật lý tương ứng Cácđiềukiệnbiên(biếncơ sở)đượcmôphỏngthôngquacáchàmphânphốixácsuấtphảnánhsátvớibảnchấtngẫunhiêncủanó

Theophươngpháplýthuyếtđộtincậy,khảnănghưhỏngcủacôngtrìnhđượcđánhgiáthông qua xác suấtxảy ra sự cố (Pf) của các cơ chế sự cố của công trình đó Nóikhácđi,antoàntoàncôngtrìnhđượcđánhgiáthôngquaxácsuấtantoàn(Ps),làxácxuấtbùcủaxácsuấtsựcố.Tronglýthuyếtđộtincậy, tiêuchíđộtincậyđượcsửdụngđểđánhgiá chất lượng (an toàn) công trình vàđược lượng hóa bằng chỉ số độ tin cậy () củacôngtrình

LTĐTCđượcpháttriểnvàứngdụngt ừ nhữngnăm1920bởiM

Mayer[20]bằngviệcsửdụnggiátrịtrungbìnhthốngkêvàđộlệchchuẩnchosứcbền,tảitrọngvàkíchthướchìnhhọctrongviệcxácđịnhcácyếutốantoànbằngcáccôngthứcđơngiản.V à o nhữngnăm1960,cácýtưởngvềchỉsốđộtincậyđãđượcđềxuấtvàxemxétlạibởiE.Basler

[21] [22] LTĐTC sau đó đã được đưa vào chương trình giảng dạy cho kỹ sư xâydựngtạimộtsốtrườngkỹthuậthàngđầucủaMỹvàChâuÂu.Vấnđềantoànkếtcấulàmột

ứng dụng điển hình của LTĐTC và chỉ số độ tin cậy đã được xem xét là một chỉ sốantoàn công trình Các kết quả nghiên cứu và phát triển ứng dụng tiên phong tronggiaiđoạn này được trình bày tại [23], [24] và [25] Sự phát triển đã được thúc đẩymạnh mẽbằng tiêu chuẩn hiện hành ở cả Bắc Mỹ và Châu Âu đặc biệt là Bắc Âu, khi coi chỉsốđộtincậy()làmộtchỉsốđặctrưngvềantoàn[26],[27] và[28].

PhươngphápPTRRđượcứngdụngrộngrãitrênthếgiớitrongđánhgiásựphùhợpcủaTCAThệthốnghiệntạivàxácđịnhquymôcáccôngtrìnhphòngchốnglũnóichungvàhệ thống đê nói riêng dựa trên quan điểm rủi ro

hệgiữaxácsuấtsựcố(độtincậy)củacôngtrìnhvớithiệthạitươngứngcủađốitượngđượcbảovệthôngquahàmrủiro.ĐTCYCcủacôngtrìnhđượcchọntừkếtquảphântíchrủirolàgiátrịrủirotốiưutươngứngcủahệthống

Mặcdùđượcpháttriểntừrấtsớm,việcứngdụnglýthuyếtđộtincậytronglĩnhvựcxâydựngđặcbiệtlàứngdụngchohệthốngđêvàcôngtrìnhPCLchỉđượcápdụngtừnhữngnăm 70 của thế kỷ trước, lần đầu tiên là với hệ

thời,việckếthợpphươngphápphântíchrủirovớilýthuyếtđộtincậytrongđánhgiáantoànchohệthốngPCLcũngbắtđầuđượcnghiêncứuápdụng.ĐặcbiệtTCATchohệthốngđê biển tại Hà Lan được xác địnhhoàn toàn dựa theo PTRR và xu thế này đang dầnđượcáp dụngtại cácnước phát triểnkháctrên thế giới

1.7.2 Cáckếtquảnghiêncứuứngdụngởnướcngoài

Việc nghiên cứu ứng dụng PTRR & LTĐTC trong thiết kế, xây dựng và vận hànhcáchệ thống phòng chống lũ, hệ thống đê đã được và đang được phát triển ở nhiềunướctrênthếgiớinhưsau:

TạiHàLan:năm1970lầnđầutiênứngdụngLTĐTCthiếtkếhệthốngđêbiển,đêsôngvà Công trìnhPhòng lũ Đồng bằng; Người Hà Lan đưa ra TCAT từ 1/4.000-1/10.000năm cho hệ thống đê bảo vệ các vùng dân

đưaphươngphápLTĐTCvàoquyphạmthiếtkế[30];

Các quốc gia châu Âu: Chính thức sử dụng PTRR và LTĐTC trong các quy chuẩnphòngchốnglũthôngquachươngtrìnhFLOODSite(2006).Đếnnăm2010thìEUhoànthànhviệcxây dựng chương trình khung quản lý rủi ro lũ tích hợp theo phương pháp PTRR&LTĐTC[31];

TạiMỹ,sautrậnlũbiểnlịchsửnăm2005PTRR&LTĐTCđãđượcứngdụngchocôngtác thiết kế, quyhoạch lại hệ thống đê chống lũ bảo vệ vùng New Orleans và hiệnnayđangtrongquátrìnhtíchhợpvàotiêuchuẩnthiếtkếmới [32].

TạichâuÁ:NhậtvàTrungQuốcđangtừngbướcchuyểnđổiđánhgiáantoàncôngtrìnhtheo ĐTC; Theo đó,các công trình hồ đập, đê điều phòng chống lũ được thiết kếtheoĐTCYCđịnhtrước,thayvìhệsốantoànchophép[33]

WB,ADBđãbắtđầusửdụngphươngPTRRđểđánhgiárủirolũphụcvụxácđịnhquimô

cácdựánphòngtránhgiảmnhẹthiêntaitrướckhiquyết địnhđầutư[34]

VềphươngphápxácđịnhthiệthạilũtrongbàitoánPTRR:Mộtsốnướcđãtiếpcậncácphương pháp ướctính thiệt hại hữu hình [35] Tuy nhiên, trong trường hợp của Mỹ,Nhật Bản, phương pháp ước tính thiệt hại chi

tạiđôthị[1].TạiNhậtBảnvàAnhđãxâydựngđượcmôhìnhtínhđểđánhgiáthiệthạidolũ lụt ở bất kỳ khuvực nào của đất nướctrong khi Mỹ cũng đang trong quá trình pháttriểnmộtkhungtiêuchuẩnđánhgiáchung[36]

Các nhà khoa học trên thế giới đã sử dụng các mô hình khác nhau để tính toán thiệthạido lũ lụt cho một khu vực nghiên cứu Nhiều nghiên cứu với các mô hình toán khácnhaumôtảcácđiềukiệnthủyvănthủylực, cácquátrìnhvậtlýcủalưuvựcvàsửdụnghàmthiệthạikhácnhauđểđánhgiáthiệthại.Vídụnhư,Duttaavànnk(2003)đãnghiêncứu mô hìnhtổng hợp, tính toán thiệt hại do lũ cho lưu vực sông Ichinomiya, Nhật Bản[37] Mô hình này xem xét đến các tính chất vật lý lớn của một lưu vựcsông để môphỏng ngập lụt, xét đến hàm thiệt hại cho từng giai đoạn ngập lũ với các tínhchất sửdụng đất khác nhau Ở đây, họ xét đến các đến các loại đối tượng bị thiệt hạinhư nhàcửa,câytrồng…Haitrongsốcáchàmthiệthạinhư trongHình1-3và1-4