Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro trong đánh giá an toàn hồ chứa thủy lợi Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

CẦM THỊ LAN HƢƠNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ CHỨA THỦY LỢI VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

CẦM THỊ LAN HƢƠNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ CHỨA THỦY LỢI VIỆT NAM

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số: 9580202

1. NGND.GS.TS PHẠM NGỌC QUÝ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

2. PGS.TS MAI VĂN CÔNG

HÀ NỘI, NĂM 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Tác giả. Các kết quả

nghiên cứu và các kết luận trong Luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một

nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã

đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận án

Cầm Thị Lan Hƣơng

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, Tác giả xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hƣớng dẫn NGND.

GS.TS Phạm Ngọc Quý, PGS.TS Mai Văn Công đã luôn định hƣớng và sát sao cùng

Tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, Bộ

môn Thủy công, Khoa Công trình - Trƣờng Đại học Thủy lợi, các đồng chí lãnh đạo

và đồng nghiệp tại Tổng cục Thủy lợi nơi Tác giả đang công tác đã tạo điều kiện về

thời gian, động viên Tác giả hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu của mình.

Từ đáy lòng mình, Tác giả xin đƣợc cảm ơn đến các thày cô và các nhà khoa học trong

và ngoài Trƣờng đã quan tâm góp ý về chuyên môn cho Tác giả trong suốt quá trình

nghiên cứu và đặc biệt trong giai đoạn hoàn thiện luận án.

Và đặc biệt, Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn động

viên, khích lệ để Tác giả hoàn thành luận án tiến sĩ của mình.

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. x

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU ................................................................ xii

MỞ ĐẦU…….. ............................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 2

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 2

4. Hƣớng tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................... 2

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................. 3

6. Cấu trúc của luận án ................................................................................................ 4

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN HỒ CHỨA, ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ CHỨA THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO ................ 5

1.1 Tổng quan về an toàn hồ chứa, lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro ............ 5

1.1.1 Khái niệm về an toàn hồ chứa, lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro .... 5

1.1.2 Vấn đề ngập lụt hạ du ................................................................................ 6

1.1.3 Một số sự cố hồ chứa nƣớc trên thế giới.................................................... 8

1.1.4 Hiện trạng hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam .................................................... 9

1.1.5 Một số sự cố hồ chứa thủy lợi những năm gần đây ................................. 11

1.1.6 Nguyên nhân dẫn đến sự cố hồ chứa nƣớc .............................................. 13

1.1.7 Một số giải pháp tăng cƣờng quản lý an toàn hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam….. ................................................................................................................. 18

1.2 Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng LTĐTC và PTRR trong lĩnh vực thủy lợi và đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc ............................................................................. 19

1.2.1 Các nghiên cứu điển hình trên thế giới .................................................... 19

1.2.2 Các nghiên cứu trong nƣớc ...................................................................... 21

1.2.3 Các công cụ giải hàm tin cậy của cơ chế sự cố........................................ 25

1.3 Tồn tại của nghiên cứu đánh giá an toàn hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam .......... 26

1.4 Định hƣớng nghiên cứu và các vấn đề cần giải quyết của Luận án ................. 28

1.5 Kết luận Chƣơng 1 ............................................................................................ 28

CHƢƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ CHỨA...................................... 29

iii

2.1 Lý thuyết độ tin cậy trong đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc .............................. 29

2.1.1 Độ tin cậy của một cơ chế sự cố .............................................................. 29

2.1.2 Sơ đồ cây sự cố ........................................................................................ 41

2.1.3 Hàm tin cậy của một hệ thống ................................................................. 42

2.2 Phân tích rủi ro ngập lụt vùng hạ du hồ chứa ................................................... 46

2.2.1 Định nghĩa rủi ro ngập lụt vùng hạ du hồ chứa ....................................... 46

2.2.2 Nguyên lý và trình tự phân tích rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa ................ 46

2.3 Hậu quả ngập lụt hạ du và xác định thiệt hại ngập lụt hạ du hồ chứa .............. 48

2.3.1 Hậu quả của ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc ............................................... 48

2.3.2 Phƣơng pháp đánh giá thiệt hại vùng hạ du hồ chứa nƣớc ...................... 49

2.4 Đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du ..................... 53

2.4.1 Đánh giá rủi ro ngập lụt hạ du ................................................................. 53

2.4.2 Đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc................................................................ 58

2.5 Kết luận Chƣơng 2 ............................................................................................ 58

CHƢƠNG 3 THIẾT LẬP BÀI TOÁN ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ CHỨA CÓ XÉT ĐẾN NGẬP LỤT HẠ DU ............................................................................................. 59

3.1 Sơ đồ hóa mối liên hệ giữa CTĐM và vùng hạ du ........................................... 59

3.1.1 Sơ đồ hóa công trình đầu mối .................................................................. 59

3.1.2 Sơ đồ hóa vùng ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc .......................................... 61

3.1.3 Kết nối giữa an toàn công trình đầu mối và ngập lụt hạ du ..................... 62

3.1.4 Giới hạn trƣờng hợp nghiên cứu .............................................................. 64

3.2 Thiết lập sơ đồ cây sự cố của hồ chứa nƣớc ..................................................... 65

3.2.1 Cơ chế sự cố và sơ đồ cây sự cố của đập đất ........................................... 66

3.2.2 Cơ chế sự cố và sơ đồ cây sự cố của tràn xả lũ ....................................... 67

3.2.3 Cơ chế sự cố và sơ đồ cây sự cố của cống lấy nƣớc ................................ 68

3.3 Thiết lập hàm độ tin cậy của cơ chế sự cố hồ chứa nƣớc ................................. 70

3.3.1 Nguyên tắc thiết lập ................................................................................. 70

3.3.2 Một số hàm tin cậy của đập đất ............................................................... 75

3.3.3 Một số hàm tin cậy của tràn xả lũ ............................................................ 79

3.3.4 Một số hàm tin cậy của cống lấy nƣớc .................................................... 80

3.3.5 Giải hàm tin cậy ....................................................................................... 82

3.4 Bài toán 1: Xác định xác suất sự cố và phân tích độ tin cậy của hệ thống công trình đầu mối hồ chứa nƣớc ....................................................................................... 83

3.4.1 Mục tiêu ................................................................................................... 83

3.4.2 Nội dung bài toán ..................................................................................... 83

3.4.3 Kết quả và ý nghĩa của bài toán 1 ............................................................ 86

3.5 Bài toán 2: Xác định độ tin cậy yêu cầu của công trình đầu mối theo rủi ro ngập lụt hạ du ............................................................................................................ 86

3.5.1 Mục tiêu ................................................................................................... 86

3.5.2 Nội dung bài toán ..................................................................................... 86

3.5.3 Kết quả và ý nghĩa của Bài toán 2 ........................................................... 90

3.6 Bài toán 3: Thiết kế sửa chữa, nâng cấp công trình đầu mối hồ chứa theo độ tin cậy yêu cầu có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa ............................................... 90

3.6.1 Mục tiêu bài toán ..................................................................................... 90

3.6.2 Nội dung bài toán ..................................................................................... 91

3.6.3 Kết quả và ý nghĩa của bài toán 3 ............................................................ 93

3.7 Giải pháp bảo đảm an toàn hồ chứa, giảm thiểu rủi ro ngập lụt hạ du ............. 97

3.7.1 Nhóm giải pháp giảm thiểu rủi ro ngập lụt hạ du .................................... 97

3.7.2 Nhóm giải pháp phòng, tránh rủi ro ngập lụt hạ du ................................. 98

3.7.3 Giải pháp kết hợp giữa giảm thiểu và phòng, tránh rủi ro ngập lụt hạ du…….. ................................................................................................................. 99

3.8 Kết luận Chƣơng 3 .......................................................................................... 100

CHƢƠNG 4 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ NÚI CỐC CÓ XÉT ĐẾN NGẬP LỤT HẠ DU ........... 102

4.1 Giới thiệu chung về hồ Núi Cốc ................................................................... 102

4.1.1 Vị trí, đặc điểm tự nhiên, đặc điểm kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu 102

4.1.2 Khái quát về hồ chứa Núi Cốc ............................................................... 103

4.2 Đánh giá hiện trạng an toàn của hồ Núi Cốc có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du….. ....................................................................................................................... 105

4.2.1 Sơ đồ tiếp cận phân tích an toàn hồ Núi Cốc ......................................... 105

4.2.2 Xác định xác suất sự cố và chỉ số độ tin cậy hiện trạng của hồ Núi Cốc…… ............................................................................................................... 105

4.2.3 Xác định độ tin cậy yêu cầu của công trình đầu mối theo rủi ro ngập lụt vùng hạ du ........................................................................................................... 111

4.2.4 Kết quả đánh giá an toàn hồ Núi Cốc có xét đến ngập lụt hạ du ........... 118

4.2.5 Phân tích lựa chọn giải pháp sửa chữa, nâng cấp hồ Núi Cốc ............... 119

4.2.6 Thiết kế hồ Núi Cốc đạt độ tin cậy yêu cầu ........................................... 120

4.3 Kết luận Chƣơng 4 .......................................................................................... 121

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 123

1. Kết quả đạt đƣợc của luận án .............................................................................. 123

2. Những đóng góp mới của luận án ....................................................................... 124

3. Các tồn tại và hƣớng phát triển ........................................................................... 125

4. Kiến nghị ............................................................................................................. 126

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................ 127

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................... 128

PHỤ LỤC 134

PHỤ LỤC 1: Thống kê một vài sự cố vỡ đập 10 năm gần đây và các thông số kỹ thuật cơ bản của hồ Núi Cốc ................................................................................................ 135

PHỤ LỤC 2: Tính toán xác suất sự cố hiện trạng, độ tin cậy yêu cầu của hồ Núi Cốc……………. .......................................................................................................... 140

P2.1. Tính toán phân bố xác xuất biến mực nƣớc Zmn ........................................... 140

P2.2. Một số thông số kỹ thuật công trình ............................................................... 142

P2.3. Tính toán XSSC của từng cơ chế thành phần từng hạng mục thuộc CTĐM hồ Núi Cốc .................................................................................................................... 143

P2.4: Tính cho trƣờng hợp mực nƣớc cực trị năm có phân bố loga chuẩn Zmn = (46,51; 0,51) ............................................................................................................ 168

P2.5. Thiết lập đƣờng cong sự cố nƣớc tràn đỉnh đập, mất ổn định mái hạ lƣu đập chính ………………………………………………………………………………170

P2.6. Tính toán chi phí đầu tƣ sửa chữa, nâng cấp và chi phí quản lý vận hành PV(M) hồ Núi Cốc, Thái Nguyên ........................................................................... 171

P2.7. Đánh giá ngập lụt hạ du và xác định thiệt hại ................................................ 175

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1: Bản đồ ngập lụt hạ du hồ Dầu Tiếng ứng với các kịch bản [6] ...................... 7

Hình 1-2: Hiện trạng đập Bản Kiều khi vỡ [1] ................................................................ 8

Hình 1-3: Đập Edenville bị vỡ do lũ tần suất 1/500 năm [8] .......................................... 9

Hình 1-4: Số lƣợng hồ chứa thủy lợi thống kê theo các tỉnh, thành phố ở Việt Nam ..... 9

Hình 1-5: Bản đồ phân vùng hồ chứa thủy lợi .............................................................. 10

Hình 1-6: Đập Phân Lân (Vĩnh Phúc)………………………………………………..12 Hình 1-7: Hồ Đầm Hà Động (Quảng Ninh) .................................................................. 12

Hình 1-8: Hồ Đội 6 (Đắk Lắk)………………………………………………………..12 Hình 1-9: Hồ 201 (Đắk Lắk) ......................................................................................... 12

Hình 2-1: Phân bố xác suất của hàm tin cậy ................................................................. 29

Hình 2-2: Quan hệ giữa hàm tải trọng (S) và hàm sức chịu tải (R) .............................. 30

Hình 2-3: Miền tính toán tích phân của hàm fR,S(R.S) [30] ......................................... 36 Hình 2-4: Số lƣợng mẫu yêu cầu N không phụ thuộc vào số biến của hàm Z [29]. ..... 40

Hình 2-5: Sơ đồ cây sự cố điển hình của hệ thống [31], [43] ....................................... 43

Hình 2-6: Minh họa cách xác định XSSC của hệ thống nối tiếp [31], [43] .................. 43

Hình 2-7: Sơ đồ cây sự cố của hệ thống CTĐM hồ chứa nƣớc .................................... 45

Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý phân tích rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa ............................. 47

Hình 2-9: Các bƣớc cơ bản trong phân tích rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa ................... 48

Hình 2-10: Thiệt hại đơn vị lớn nhất vùng hạ du hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng [6]. ........... 52

Hình 2-11: Đƣờng cong thiệt hại vùng hạ du hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng [6]. ................ 52

Hình 2-12: Tối ƣu XSSC theo quan điểm kinh tế [45], [53] ......................................... 57

Hình 3-1: Một số hình thức bố trí tổng thể CTĐM hồ chứa ở Việt Nam ..................... 60

Hình 3-2: Sơ họa vùng ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc ................................................... 62

Hình 3-3: Sơ đồ hóa tổng quát vùng ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc .............................. 62

Hình 3-4: Sơ đồ kết nối giữa an toàn CTĐM và ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc .......... 62

Hình 3-5: Sơ đồ hóa CTĐM và vùng hạ du hồ chứa nƣớc........................................... 63

Hình 3-6: Sơ đồ cây sự cố tổng quát ngập lụt vùng hạ du hồ chứa nƣớc.................... 63

Hình 3-7: Sơ họa hóa tổng quát vùng ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc trƣờng hợp nghiên cứu ................................................................................................................................. 65

Hình 3-8: Sơ đồ cây sự cố ngập lụt vùng hạ du hồ chứa nƣớc đối với trƣờng hợp nghiên cứu ..................................................................................................................... 65

Hình 3-9: Sơ đồ cây sự cố của đập ............................................................................... 67

Hình 3-10: Sơ đồ cây sự cố của tràn xả lũ .................................................................... 68

vii

Hình 3-11: Sơ đồ cây sự cố của cống lấy nƣớc ............................................................ 70

Hình 3-12. Sơ đồ cơ chế sự cố nƣớc tràn đỉnh đập [34] ................................................ 75

Hình 3-13. Sơ đồ cơ chế trƣợt mái hạ lƣu theo phƣơng pháp Bishop [34], [56] .......... 76

Hình 3-14. Sơ đồ cơ chế sự cố do biến hình thấm đặc biệt [34], [56] .......................... 78

Hình 3-15: Minh họa đƣờng cong sự cố nƣớc tràn đỉnh đập [63]và cơ chế mất ổn định mái hạ lƣu đập [23] ............................................................................................. 86

Hình 3-16: Sơ đồ minh họa phân bổ độ tin cậy theo sơ đồ cây sự cố .......................... 92

Hình 3-17: Sơ đồ tiếp cận đề xuất giải pháp nâng cao an toàn hồ chứa nƣớc .............. 97

Hình 3-18: Lựa chọn điểm thiết kế nâng cao an toàn hồ chứa, giảm thiểu rủi ro cho vùng hạ du ............................................................................................................................... 99

Hình 4-1: Bản đồ vị trí hồ Núi Cốc ............................................................................. 102

Hình 4-2: Toàn cảnh đầu mối hồ Núi Cốc .................................................................. 104

Hình 4-3: Tràn xả lũ hồ Núi Cốc ................................................................................. 104

Hình 4-4: Cống lấy nƣớc và đập phụ của hồ Núi Cốc ................................................ 104

Hình 4-5: Sơ đồ tiếp cận giải quyết bài toán ............................................................... 105

Hình 4-6: Sơ họa hệ thống CTĐM hồ Núi Cốc ........................................................... 106

Hình 4 - 7: Sơ đồ cây sự cố CTĐM hồ Núi Cốc ......................................................... 106

Hình 4 -8: Mặt bằng CTĐM hồ chứa nƣớc Núi Cốc, Thái Nguyên [66] .................... 107

Hình 4-9: Phân tích XSSC bằng phần mềm OPEN FTA ............................................ 108

Hình 4-10: Mức độ ảnh hƣởng của các cơ chế sự cố đến an toàn hồ Núi Cốc ........... 110

Hình 4-11: Đƣờng cong sự cố cơ chế nƣớc tràn đỉnh đập và mất ổn định mái hạ lƣu111

Hình 4-12: Các kịch bản tính toán xác định ĐTC yêu cầu của hồ Núi Cốc ............... 113

Hình 4-13: Đƣờng quan hệ (IPf), (RPf) và (Ctot) ứng với các kịch bản......................... 117 Hình 4-14: Đƣờng cong chi phí đầu tƣ nâng cấp CTĐM có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du hồ Núi Cốc .............................................................................................................. 118

Hình 4-15: Ảnh hƣởng của các cơ chế đến XSSC của hệ thống CTĐM trƣờng hợp MNLTK tính toán cập nhật thủy văn và bồi lắng lòng hồ .......................................... 120

Hình P2-1: Phân bố xác suất mực nƣớc hồ Núi Cốc từ liệt số liệu quan trắc ............. 143

Hình P2-2a: Kết quả tính ổn định mái hạ lƣu đập ngẫu nhiên bằng Geoslope 2007 (trƣờng hợp mực nƣớc lũ thiết kế cập nhật +48,70) .................................................... 145

Hình P2-2b: Kết quả tính ổn định mái hạ lƣu đập ngẫu nhiên bằng Geoslope 2007 (trƣờng hợp mực nƣớc cực trị năm +46,51) ................................................................ 146

Hình P2-3: Sơ đồ tính toán biến hình thấm đặc biệt ................................................... 150

Hình P2-4: Đƣờng mực nƣớc lớn nhất dọc sông Công theo các kịch bản tính toán điều tiết ................................................................................................................................ 176

viii

Hình P2-5: Thời gian chảy truyền dọc sông Công theo các kịch bản tính toán .......... 177

Hình P2-6a: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập <0,5m).......................................................................................................................... 177

Hình P2-6b: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phú Bình (độ sâu ngập <0,5m).......................................................................................................................... 178

Hình P2-6c: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại Thành phố Thái Nguyên (độ sâu ngập 0,5÷1,0m) ............................................................................................................ 178

Hình P2-6d: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Sông Công (độ sâu ngập 0,5÷1,0m) ..................................................................................................................... 179

Hình P2-6e: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập 0,5÷1,0m) ..................................................................................................................... 179

Hình P2-6g: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập 0,5÷1,0m) ..................................................................................................................... 180

Hình P2-6h: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại Thành phố Thái Nguyên (độ sâu ngập 1,0÷3,0m) ............................................................................................................ 180

Hình P2-6i: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Sông Công (độ sâu ngập 1,0÷3,0m) ..................................................................................................................... 181

Hình P2-6k: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập 1,0÷3,0m) ..................................................................................................................... 181

Hình P2-6l: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phú Bình (độ sâu ngập 1,0÷3,0m) ..................................................................................................................... 182

Hình P2-6m: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại Thành phố Thái Nguyên (độ sâu ngập 3,0÷6,0m) ............................................................................................................ 182

Hình P2-6n: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Sông Công (độ sâu ngập 3,0÷6,0m) ..................................................................................................................... 183

Hình P2-6o: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập 3,0÷6,0m) ..................................................................................................................... 183

Hình P2-6p: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập >6,0m).......................................................................................................................... 184

Hình P2-7: Sơ bộ thống kê diện tích ngập các loại đất theo cấp độ ngập ................... 185

Hình P2-8: Bản đồ thiệt hại ứng với từng loại đất ứng theo các mức ngập (KB3) .... 187

Hình P2-9: Mối quan hệ giữa vận tốc và độ sâu ngập lụt với khả năng sập đổ của nhà cửa................................................................................................................................ 190

Hình P2-10: So sánh thiệt hại ngập ứng với từng cấp độ sâu ngập KB3 ................... 191

Hình P2-11: Đƣờng lũy tích thiệt hại theo độ sâu ngập ............................................. 191

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1: Hiện trạng hƣ hỏng của CTĐM các hồ chứa thủy lợi [2] ............................. 11 Bảng 2-1: Các kiểu sự cố và các loại cổng liên kết trong sơ đồ cây sự cố [31], [43] .. 42 Bảng 2-2: Phân loại thiệt hại do ảnh hƣởng của ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc ............. 49 Bảng 3-1a: Một số trƣờng hợp kết nối giữa CTĐM và ngập lụt hạ du thƣờng gặp ở Việt Nam ........................................................................................................................ 64 Bảng 3-1: Một số cơ chế sự cố ở đập ngăn sông ........................................................... 66 Bảng 3-2: Một số cơ chế sự cố ở công trình tháo lũ ..................................................... 67 Bảng 3-3: Một số cơ chế sự cố ở cống lấy nƣớc ........................................................... 69 Bảng 3-4: Nguyên tắc thiết lập một số hàm tin cậy của các hạng mục thuộc CTĐM hồ chứa nƣớc ...................................................................................................................... 72 Bảng 3-5: Ma trận sự cố của hệ thống CTĐM hồ chứa nƣớc ...................................... 84 Bảng 3-6: Chi phí đầu tƣ sửa chữa, nâng cấp và chi phí quản lý vận hành ................. 89 Bảng 3-7: Chi phí đầu tƣ nâng cấp hệ thống CTĐM theo các kịch bản ....................... 89 Bảng 3-8: Nguyên tắc xác định một số thông số kỹ thuật chủ yếu của hạng mục thuộc CTĐM hồ chứa nƣớc theo LTĐTC ............................................................................... 94 Hình 4-2, 4-3, 4-4 là ảnh chụp toàn cảnh và một số hạng mục thuộc CTĐM hồ Núi Cốc…………………………………………………………………………………...104 Bảng 4-1: Mức độ ảnh hƣởng của các cơ chế sự cố đến ĐTC của CTĐM ................. 109 Bảng 4-2: Các kịch bản sửa chữa, nâng cấp hồ Núi Cốc từ kết quả tính toán điều tiết lũ ..................................................................................................................................... 114 Bảng 4-3: Giá trị đầu tƣ CTĐM hồ Núi Cốc (Ipf) ...................................................... 115 Bảng 4-4: Giá trị rủi ro ngập lụt hạ du hồ Núi Cốc .................................................... 116 Bảng 4-5: Tổng chi phí đầu tƣ ứng với các kịch bản .................................................. 117 Bảng 4-6: Kích thƣớc cơ bản của đập chính xác định từ phân bổ XSSC cho phép .... 121 Bảng P2-1: Mực nƣớc hồ cực trị năm ......................................................................... 140 Bảng P2-2: Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp và đất nền đập chính ............................... 142 Bảng P2-3: Gradien thấm cho phép của đập và nền .................................................... 143 Bảng P2-4: Bảng thông số đầu vào ứng với cơ chế nƣớc tràn đỉnh ............................ 144 Bảng P2-5: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy khi tính theo phƣơng pháp MC ............................................................................................................................... 144 Bảng P2-6: Xác suất sự cố của cơ chế nƣớc tràn đỉnh đập ......................................... 144 Bảng P2-7: Bảng thông số đầu vào ứng với cơ chế xói tại vị trí cửa ra ...................... 146 Bảng P2-8: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo phƣơng pháp MC ..................................................................................................................................... 147 Bảng P2-9: Xác suất sự cố của cơ chế xói tại vị trí cửa ra .......................................... 147 Bảng P2-10: Bảng thông số đầu vào của cơ chế xuất hiện hang thấm trong thân đập ..................................................................................................................................... 148 Bảng P2-11: Các giá trị của BNN và hàm tin cậy tính theo phƣơng pháp MC .......... 149

Bảng P2-12: Xác suất sự cố của cơ chế xuất hiện hang thấm trong thân đập ............. 149 Bảng P2-13: Bảng thông số đầu vào tính toán cơ chế xuất hiện hang thấm trong nền đập ............................................................................................................................... 150 Bảng P2-14: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo phƣơng pháp MC ............................................................................................................................... 151 Bảng P2-15: Xác suất sự cố của cơ chế xuất hiện hang thấm trong nền đập .............. 151 Bảng P2-16: Bảng thông số đầu vào của cơ chế mất ổn định trƣợt của tràn .............. 152 Bảng P2-17: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy của tràn chính tính theo phƣơng pháp MC ......................................................................................................... 153 Bảng P2-18: Xác suất sự cố của cơ chế mất ổn định trƣợt của tràn chính .................. 153 Bảng P2-19: Bảng thông số đầu vào của cơ chế mất ổn định lật của tràn chính ........ 154 Bảng P2-20: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo phƣơng pháp MC ............................................................................................................................... 155 Bảng P2-21: Xác suất sự cố của cơ chế mất ổn định trƣợt của tràn chính .................. 155 Bảng P2-22: Bảng thông số đầu vào của cơ chế xuất hiện khí thực trên dốc nƣớc .... 156 BảngP 2-23: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy khi tính theo phƣơng pháp MC ............................................................................................................................... 156 Bảng P2-24: Xác suất sự cố ứng với cơ chế khí thực trên dốc nƣớc .......................... 157 Bảng P2-25: Bảng thông số đầu vào của cơ chế thấm dọc theo hành lang đặt cống .. 157 Bảng P2-26: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo MC ............... 158 Bảng P2-27: Xác suất sự cố của cơ chế thấm dọc mang cống .................................... 158 Bảng P2-28: Các đặc trƣng thống kê của các BNN đầu vào của cơ chế thân cống ngầm không đảm bảo cƣờng độ ............................................................................................ 159 Bảng P2-29: Bảng thông số đầu vào của cơ chế thân cống ngầm không đảm bảo cƣờng độ ................................................................................................................................. 160 Bảng P2-30: Xác suất sự cố thân cống ngầm không đảm bảo cƣờng độ .................... 161 Bảng P2-31: Bảng thông số đầu vào của cơ chế khí thực sau cửa van cống ngầm .... 161 Bảng P2-32: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo MC ............... 161 Bảng P2-33: Xác suất sự cố của cơ chế khí thực sau cửa van cống ............................ 162 Bảng P2-34: Xác suất sự cố của CTĐM ứng với các trƣờng hợp tính toán ................ 169 Bảng P2-35: Xác định đƣờng cong sự cố nƣớc tràn đỉnh đập ..................................... 170 Bảng P2-36: Xác định đƣờng cong sự cố mất ổn định mái hạ lƣu đập chính ............. 170 Bảng P2-37: Tính toán giá trị đầu tƣ (I) ...................................................................... 172 Bảng P2-38: Bảng tính tổng chi phí đầu tƣ Cfp ứng với các kịch bản ......................... 174 Bảng P2-39: Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ Núi Cốc [46] ....................................... 175 Bảng P2-40: Thiệt hại lớn nhất cho 1 đơn vị diện tích sử dụng đất ............................ 186 Bảng P2-41: Thiệt hại vỡ đập do tràn đỉnh với lũ đến hồ tần suất P= 0.2% (KB3) .... 188 Bảng P2-42: Thiệt hại vỡ đập do tràn đỉnh khi lũ đến hồ với các tần suất khác nhau193

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU

1. Danh mục các từ viết tắt

Biến đổi khí hậu BĐKH

Biến ngẫu nhiên BNN

Cơ chế sự cố CCSC

Công trình đầu mối CTĐM

Đại lƣợng ngẫu nhiên ĐLNN

Độ tin cậy ĐTC

Kịch bản KB

Lý thuyết độ tin cậy LTĐTC

Monte - Carlo MC

Phân tích rủi ro PTRR

Sửa chữa nâng cấp SCNC

TNHH MTV Trách nhiệm hữu hạn một thành viên

Xác suất an toàn XSAT

Xác suất sự cố XSSC

2. Danh mục các kí hiệu

Độ lệch chuẩn của các biến của hàm tin cậy

Chiều dài đƣờng viền thấm cho phép

Ứng suất cho phép của bản mặt chống thấm

Ứng suất tính toán lớn nhất tại bản mặt

Kỳ vọng toán của sai số trong mô phỏng MC

Ƣớc lƣợng kỳ vọng toán của ĐLNN có phân bố chuẩn X 

Sai số tƣơng đối của ƣớc lƣợng kỳ vọng toán

Sai số tƣơng đối của phƣơng sai của ĐLNN có phân bố chuẩn X

(I), (C), (R) Đồ thị đƣờng cong đầu tƣ, đƣờng cong chi phí, đƣờng cong rủi ro

xii

[J] Gradient dòng thấm cho phép

[K] Hệ số an toàn ổn định cho phép

Kỳ vọng toán của các biến của hàm tin cậy µz

Cống lấy nƣớc 1, cống lấy nƣớc thứ i, cống lấy nƣớc thứ n C1, Ci, Cm

ĐC Đập chính

ĐP1, Đpi, ĐPn; Đập phụ 1, đập phụ thứ i, đập phụ thứ n

Phƣơng sai của ĐLNN có phân bố chuẩn X

DX E Sai số mô hình

g Hàm độ tin cậy Z gần đúng

Io Giá trị đầu tƣ công trình

Chi phí đầu tƣ xây dựng và nâng cấp công trình đầu mỗi đạt ĐTC IPf Pf

Gradient dòng thấm J0

Độ dốc dòng thấm tính toán tại vị trí kiểm tra Jtt

k Só nguyên thể hiện khoảng tin cậy theo quy luật k*

K Hệ số an toàn ổn định

Tổng chiều dài đƣờng viền thấm tính toán. Ltt

Chi phí quản lý vận hành (M) trong thời gian công trình đã đƣợc MPf khai thác sử dụng

N Số lần mô phỏng trong MC

Xác suất sự cố Pf

Xác suất sự cố tối ƣu về kinh tế Pf-opt

Xác suất an toàn Ps

Chi phí ròng quản lý vận hành (M) trong thời gian công trình đã PV(MPf) đƣợc khai thác sử dụng

PV(Pf.D) Giá trị ròng rủi ro kinh tế khi xảy ra lũ với xác suất xảy ra Pf

R Khả năng chịu tải

r Tỷ lệ lãi suất hiệu quả

Khả năng chịu tải, khả năng chịu tải giới hạn R, R0

xiii

Rủi ro tiềm tàng khi sự cố công trình xảy ra với xác suất sự cố Pi RPi

Tải trọng, tải trọng giới hạn S, S0

Tuổi thọ công trình đƣợc tính bằng năm T

Chiều dày tầng thấm t

Tràn bổ sung 1, tràn bổ sung 2 TRbs1, TRbs2

Tràn chính Trc

Vùng hạ du sau đập và tràn của hồ chứa có 1 vùng hạ du V

Vùng hạ du sau đập phụ V1

Vùng hạ du sau tràn bổ sung V2

Hệ số biến thiên của XSSC trong mô phỏng MC VPf

Hàm tin cậy của một cơ chế sự cố Z

Cao trình đỉnh đập Zđđ

Mực nƣớc cao nhất trong hồ Zln

Cao trình mực nƣớc ZMN

Chỉ số độ tin cậy β

Sai số tƣơng đối trong mô phỏng MC 

Trọng lƣợng riêng khô của đất nền k

Trọng lƣợng riêng của nƣớc n

xiv

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Hồ chứa nƣớc là công trình lợi dụng tổng hợp nguồn nƣớc nhằm cung cấp nƣớc cho

các ngành kinh tế quốc dân, cắt giảm lũ, phát điện và cải thiện môi trƣờng. Hồ chứa

nƣớc trên thế giới đƣợc xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong phú. Đến nay, thế giới đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích trên 100 triệu m3 với tổng dung tích lên đến 4.200 tỷ m3 [1].

Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn [2], hiện cả nƣớc có 6.750 hồ chứa thủy

lợi, gồm: 4 hồ chứa quan trọng đặc biệt, 888 hồ chứa lớn, 1.633 hồ chứa vừa, 4.225 hồ

chứa nhỏ, có 178 hồ chứa có cửa van điều tiết còn lại là tràn tự do. Hồ chứa thủy lợi phân bố tại 45/63 địa phƣơng với tổng dung tích trữ khoảng 14,5 tỷ m3, tạo nguồn nƣớc tƣới cho 1,1 triệu ha đất nông nghiệp, cấp khoảng 1,5 tỷ m3 nƣớc cho sinh hoạt,

công nghiệp góp phần quan trọng vào quá trình phát triển kinh tế -xã hội của đất nƣớc.

Các hồ chứa thủy lợi đƣợc xây dựng trong điều kiện kinh tế chƣa phát triển; trình độ

thiết kế, thi công xây dựng công trình còn hạn chế; thiếu kinh phí bảo trì; công tác

quản lý còn nhiều bất cập; trải qua thời gian dài khai thác, công trình bị hƣ hỏng,

xuống cấp. Hiện cả nƣớc có 1.200 hồ chứa bị xuống cấp, thiếu khả năng xả lũ, tiềm ẩn

nguy cơ mất an toàn. Những năm gần đây, ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu gây ra mƣa,

lũ cực đoan diễn biến phức tạp, bất thƣờng ảnh hƣởng nghiêm trọng đến an toàn hồ

chứa. Từ năm 2010 đến nay, đã xảy ra 71 sự cố đập, hồ chứa, tập trung nhiều trong 3

năm: 2017 (23 hồ), 2018 (12 hồ, đập), 2019 (11 hồ), sự cố vỡ hồ Đầm Thìn, Phú Thọ

xảy ra gần đây ngày 28/5/2020.

Ở Việt Nam hiện nay, việc đánh giá an toàn công trình đầu mối (CTĐM) hồ chứa chủ

yếu đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp tất định và chƣa xét đến rủi ro ở hạ du. Do đó,

có nhiều trƣờng hợp đánh giá chƣa chính xác nên việc đề xuất giải pháp xử lý không

phù hợp dẫn đến sự cố công trình, đặc biệt là vỡ đập gây thiệt hại nặng cho bản thân

công trình, ngập lụt ảnh hƣởng đến tài sản, tính mạng nhân dân vùng hạ du. Do vậy,

an toàn đập, hồ chứa nƣớc cần đƣợc xem xét trên quan điểm hệ thống với bài toán

phân tích đánh giá tổng thể rủi ro về các vấn đề thƣợng nguồn, công trình đầu mối và

vùng hạ du - các yếu tố đầu vào, đầu ra trong quản lý, vận hành hồ chứa nƣớc.

Phân tích rủi ro (PTRR) cho thấy rủi ro ngập lụt hạ du với an toàn CTĐM có quan hệ

chặt chẽ: Gia tăng đầu tƣ cho CTĐM, tăng an toàn thì thiệt hại hạ du giảm, rủi ro

giảm. Tuy nhiên, không thể tăng mãi đầu tƣ để hạn chế hết rủi ro. Vấn đề đặt ra là cần

đánh giá đƣợc mối quan hệ giữa đầu tƣ ở CTĐM và khả năng chấp nhận rủi ro của

vùng hạ du để tìm ra giải pháp tối ƣu về đầu tƣ hợp lý ở CTĐM. Luận án này nghiên

cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy (LTĐTC) và PTRR trong đánh giá an toàn hồ chứa

có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du để nâng cao tính chính xác trong đánh giá an toàn làm

cơ sở cho việc cải tạo, nâng cấp và quản lý hồ chứa một cách khoa học và hiệu quả đáp

ứng tính cấp thiết về mặt khoa học và thực tiễn nêu trên.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng cơ sở khoa học và phƣơng pháp luận đánh giá an toàn hồ chứa thủy lợi ở

Việt Nam có xét đến ngập lụt hạ du ứng dụng LTĐTC và PTRR.

Vận dụng cơ sở lý thuyết để áp dụng đánh giá an toàn cho hồ chứa Núi Cốc, Thái Nguyên.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu: Hồ chứa thủy lợi đang khai thác sử dụng có đập dâng là

đập đất và vùng hạ du.

3.2. Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu an toàn hồ chứa thủy lợi đang khai thác sử dụng trên phạm vi cả nƣớc (1)

Chỉ xét an toàn của đập chắn nƣớc và các công trình có liên quan thuộc CTĐM (đập

đất, tràn, cống lấy nƣớc) trong mối liên quan đến ngập lụt vùng hạ du; (2) Hạ du chỉ

chịu ảnh hƣởng ngập lụt do tác động của một hồ chứa; không xét đến tác động của hồ

chứa thƣợng nguồn, ảnh hƣởng do nƣớc từ lƣu vực sông khác đổ về và thủy triều; (3)

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

4. Hƣớng tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu

4.1. Hướng tiếp cận nghiên cứu

Tiếp cận hệ thống, tổng thể: Xem xét giải quyết bài toán đánh giá an toàn đập một

cách tổng thể trong mối liên hệ giữa an toàn CTĐM trong mối quan hệ với rủi ro ngập

lụt ở hạ du từ hiện tƣợng, nguyên nhân đến đánh giá mức độ an toàn và đề xuất giải

pháp bảo đảm an toàn.

Tiếp cận mang tính kế thừa các công trình nghiên cứu đã có, trên cơ sở thừa hƣởng só

liệu, kết quả phân tích đã có.

Tiếp cận mang tính hiện đại: Điều tra, phân tích, đánh giá bổ sung cho nghiên cứu

theo cách tiếp cận mới, khoa học hơn.

4.2. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp chính sử dụng là LTĐTC và PTRR. Ngoài ra, Tác giả còn sử dụng một

số phƣơng pháp nghiên cứu khoa học sau:

Phương pháp điều tra, thu thập tài liệu: Thu thập, điều tra hiện trƣờng phân tích đánh

giá tổng hợp các tài liệu đã có.

Phương pháp thống kê: Thống kê, phân tích hệ thống các tài liệu đã có nhằm tổng kết

và kế thừa các kết quả đã nghiên cứu; phân tích đánh giá theo nguyên nhân -kết quả.

Phương pháp phân tích, kế thừa các tài liệu, các công trình khoa học đã đƣợc công

nhận có liên quan đến nội dung của luận án.

Phương pháp mô hình toán: Sử dụng mô hình MIKE 11, MIKE FLOOD để tính toán

cho nhiều trƣờng hợp, nhiều kịch bản, làm cơ sở đƣa ra những luận cứ cho việc xác lập

cơ sở khoa học PTRR của vùng hạ du đập nhằm xác định ĐTC tối ƣu của hồ chứa.

Phương pháp chuyên gia: Thông qua các hội thảo khoa học hoặc xin ý kiến góp ý trực

tiếp để lấy ý kiến đóng góp và tham khảo kinh nghiệm của các chuyên gia.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

5.1. Ý nghĩa khoa học

Thiết lập và giải quyết 3 bài toán: Xác định xác suất sự cố của hệ thống, xác định độ

tin cậy yêu cầu của hệ thống công trình đầu mối hồ chứa nƣớc dựa trên lý thuyết độ tin

cậy và phân tích rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa; thiết kế công trình đầu mối hồ chứa

nƣớc đạt độ tin cậy yêu cầu.

5. 2. Ý nghĩa thực tiễn

Nhận dạng, phân tích các cơ chế gây mất an toàn cho công trình đầu mối hồ chứa nƣớc

thủy lợi, định lƣợng đƣợc mức độ an toàn của hồ chứa có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du

làm cơ sở cho việc chọn giải pháp nâng cao an toàn hồ chứa nƣớc.

6. Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án đƣợc trình bày trong 04 Chƣơng:

Chƣơng 1: Tổng quan về an toàn hồ chứa, đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc theo

LTĐTC và PTRR;

Chƣơng 2: Cơ sở khoa học của LTĐTC và PTRR trong đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc;

Chƣơng 3: Thiết lập bài toán ứng dụng LTĐTC và PTRR trong đánh giá an toàn hồ

chứa thủy lợi có xét đến ngập lụt hạ du;

Chƣơng 4: Ứng dụng LTĐT và PTRR đánh giá an toàn hồ Núi Cốc, tỉnh Thái Nguyên

có xét đến ngập lụt hạ du.

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN HỒ CHỨA, ĐÁNH GIÁ AN TOÀN

HỒ CHỨA THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO

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

1.1.1 Khái niệm về an toàn hồ chứa, lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro

1.1.1.1 Khái niệm về an toàn đập trên thế giới

“An toàn đập” (Dam Safety) đƣợc xem xét toàn diện về an toàn CTĐM (gồm đập và

các công trình liên quan tạo hồ chứa nƣớc), an toàn cho vùng hạ du trƣớc rủi ro ngập

lụt khi hồ chứa xả lũ khẩn cấp hoặc vỡ đập [3].

1.1.1.2 Khái niệm về an toàn đập, hồ chứa nước trong nước: Quy định về quản lý an

toàn đập, hồ chứa nƣớc theo quy định tại Nghị định số 114/2018/NĐ-CP ngày

04/9/2018 của Chính phủ Việt Nam gồm an toàn của đập dâng hoặc đập của hồ chứa

nƣớc, các công trình có liên quan tạo hồ chứa nƣớc và vùng hạ du [4], trong đó:

- Công trình có liên quan là công trình xả nƣớc, công trình lấy nƣớc, tuyến năng lƣợng,

công trình thông thuyền và công trình cho cá đi;

- Vùng hạ du đập là vùng bị ngập lụt khi hồ xả nƣớc theo quy trình; xả lũ trong tình

huống khẩn cấp hoặc vỡ đập;

- Tình huống khẩn cấp là trƣờng hợp mƣa, lũ vƣợt tần suất thiết kế; động đất vƣợt tiêu

chuẩn thiết kế trên lƣu vực hồ chứa nƣớc hoặc tác động khác gây mất an toàn cho đập.

1.1.1.3 Lý thuyết độ tin cậy

Lý thuyết độ tin cậy (LTĐTC) sử dụng phƣơng pháp phân tích hệ thống và lý thuyết

ngẫu nhiên nhằm xác định xác suất xảy ra sự cố (Pf) của các cơ chế phá hủy thành

phần từ đó xác định xác suất xảy ra sự cố tổng hợp của toàn hệ thống công trình. Cơ

chế sự cố đƣợc xác định thông qua hàm độ tin cậy mô phỏng quá trình vật lý tƣơng

ứng. Các điều kiện biên đƣợc mô phỏng theo bản chất ngẫu nhiên thông qua các hàm

phân bố xác suất.

Nguyên lý tính toán: Theo lý thuyết độ tin cậy, khả năng hƣ hỏng của công trình đƣợc

đánh giá thông qua xác suất xảy ra sự cố ( ) của các cơ chế sự cố thành phần và xác

suất sự cố của hệ thống (Pf). Trong lý thuyết độ tin cậy, giá trị chỉ số độ tin cậy (β)

đƣợc sử dụng để đánh giá mức bảo đảm an toàn của công trình [5].

1.1.1.4. Rủi ro và phân tích rủi ro

Rủi ro của một đối tƣợng là tích số của khả năng xảy ra sự cố của đối tƣợng và hậu

quả do sự cố gây ra [5]. Khi áp dụng cho đối tƣợng là hồ chứa nƣớc, rủi ro đƣợc xác

định là rủi ro ngập lụt vùng hạ du đƣợc xác định bằng tích số của xác suất xảy ra sự cố

gây ngập lụt và giá trị thiệt hại do ngập lụt gây ra.

Sự cố ở hồ chứa đƣợc phân loại theo các tiêu chí sau [1]:

- Theo phạm vi xảy ra sự cố, gồm: Sự cố tổng thể (toàn bộ hồ chứa); sự cố công trình

(trong cụm CTĐM); sự cố hạng mục, bộ phận (trong một công trình) của cụm CTĐM;

sự cố công trình vùng lân cận (có ảnh hƣởng đến an toàn hồ chứa);

- Theo trạng thái kỹ thuật, gồm: sự cố về cƣờng độ; sự cố về biến dạng;

- Theo nguyên nhân gây ra sự cố, gồm: sự cố do thấm vƣợt giới hạn (ở nền, vai, thân

đập hoặc kết hợp); sự cố do sạt gia cố mái thƣợng; sự cố do lũ: mức lũ cao, đập thấp;

sự cố do thiết bị tiêu năng của tràn bị xói, cửa tràn bị gãy bị kẹt; sự cố do cống lấy

nƣớc bị lún, gãy, xói tấm đáy; trần và thành cống bị thấm, khớp nối bị hỏng hay đứt;

sự cố do cửa van của tràn xả lũ bị gãy, bị kẹt,…

Phƣơng pháp LTĐTC và phân tích rủi ro (PTRR) xác định quy mô các công trình dựa

trên quan điểm rủi ro chấp nhận đƣợc bằng cách xác lập quan hệ giữa XSSC của công

trình với giá trị thiệt hại tƣơng ứng do sự cố gây ra thông qua hàm rủi ro. Mức bảo

đảm an toàn của công trình đƣợc chọn từ kết quả phân tích rủi ro tƣơng ứng với rủi ro

chấp nhận đƣợc của hệ thống.

Nhƣ vậy, phƣơng pháp PTRR nhằm đánh giá rủi ro của hệ thống, còn LTĐTC là công

cụ dùng để thực hiện PTRR, trong đó phân tích ĐTC là một nội dung của LTĐTC.

1.1.2 Vấn đề ngập lụt hạ du

1.1.2.1 Các trường hợp hồ chứa xả lũ gây ngập lụt hạ du

Nhiệm vụ của công tác quản lý an toàn hồ chứa nƣớc là bảo đảm an toàn cho đập, các

công trình có liên quan tạo nên hồ chứa nƣớc và vùng hạ du. Khi xảy ra sự cố, hệ

thống CTĐM bị thiệt hại, đồng thời vùng hạ du cũng bị thiệt hại do ảnh hƣởng của

ngập lụt. Các trƣờng hợp hồ chứa xả lũ gây ngập lụt hạ du, gồm:

(1) Hồ chứa xả lũ theo thiết kế: Nếu hành lang thoát lũ hạ du không bị xâm phạm thì

trong trƣờng hợp xả lũ theo thiết kế sẽ không gây thiệt hại. Tuy nhiên, hiện nay, hạ du

của một số hồ chứa nƣớc lớn bị xâm lấn, dòng chảy bị co hẹp, không đảm bảo khả

năng thoát lũ thiết kế, gây ngập lụt hạ du khi vận hành xả lũ nhƣ: hồ Núi Cốc, Kẻ Gỗ,

Vực Mấu, Ayun Hạ, Ia Ring, Dầu Tiếng,...

(2) Hồ chứa xả lũ trong tình huống khẩn cấp: Theo Nghị định số 114/2018/NĐ-CP

ngày 04/9/2018 của Chính phủ về quản lý an toàn đập, hồ chứa nƣớc, tình huống khẩn

cấp là trƣờng hợp mƣa, lũ vƣợt tần suất thiết kế; động đất vƣợt tiêu chuẩn thiết kế trên

lƣu vực hoặc tác động khác gây mất an toàn cho đập.

(3) Vỡ đập: Các trƣờng hợp vỡ đập xảy ra trong thực tế đa dạng phụ thuộc vào việc xả

lũ ứng với các tổ hợp lũ đến hồ chứa gắn với sự cố xảy ra với các hạng mục thuộc hệ

a) không xả lũ

b) Xả Qtk=2.800m3/s

c) Qkt=3.600m3/s

Hình 1-1: Bản đồ ngập lụt hạ du hồ Dầu Tiếng ứng với các kịch bản [6]

thống CTĐM hồ chứa nƣớc.

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

Ngập lụt hạ du hồ chứa gây thiệt hại về kinh tế, xã hội và môi trƣờng, đặc biệt trong

trƣờng hợp vỡ đập, thiệt hại nặng nề nhất.

- Thiệt hại về kinh tế biểu hiện ở ngập lụt, mất mát về cơ sở hạ tầng, tài sản;

- Thiệt hại về xã hội là sự mất mát về các giá trị tinh thần, thƣờng khó lƣợng hóa, gồm:

thiệt hại về ngƣời; sự xáo trộn cuộc sống, sự mất mát về các công trình tâm linh, các

giá trị lịch sử;

- Thiệt hại về môi trƣờng: gây ra dịch bệnh, ô nhiễm môi trƣờng của vùng bị ngập.

1.1.3 Một số sự cố hồ chứa nước trên thế giới

Đập vòm Gleno ở Valle di Scalve, Italy vỡ ngày 01/12/1923, làm 356 ngƣời thiệt

mạng. Đập Bản Kiều ở Hà Nam, Trung Quốc bị vỡ năm 1975 khiến 175.000 ngƣời

thiệt mạng và hơn 11 triệu ngƣời mất nhà cửa. Đập đất Kell Barnes ở Bang Georgie,

Mỹ vỡ lúc 01 giờ 30 ngày 06/11/1977 sau một trận mƣa lớn làm 39 ngƣời chết, thiệt

hại 3,8 triệu USD. Đập Machchu II ở Ấn Độ xây dựng năm 1972, cao 29 m bị vỡ tháng 8 năm 1979 do 3 ngày mƣa to liên tục tạo đỉnh lũ 14.000m3/s, 3/18 cửa van bị

kẹt làm 2000 ngƣời thiệt mạng [1].

Gần đây, sự cố vỡ đập thủy điện Sepien Senamnoi, tỉnh Attapeu, Lào ngày 23/07/2018

đã gây ngập cho 10 bản, cô lập hoàn toàn huyện Sanamxay làm 26 ngƣời chết, trên

1.300 hộ gia đình với 6.600 ngƣời dân bị ảnh hƣởng [7]. Ngày 19/5/2020, vỡ cùng lúc

2 đập Edenville và Sanford ở Michigan, Mỹ gây ra lũ lụt kinh hoàng khiến 10.000

Hình 1-2: Hiện trạng đập Bản Kiều khi vỡ [1]

ngƣời dân phải sơ tán, ảnh hƣởng nặng nề tới đời sống của ngƣời dân [8].

. Hình 1-3: Đập Edenville bị vỡ do lũ tần suất 1/500 năm [8]

1.1.4 Hiện trạng hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam

1.1.4.1 Số lượng, phân loại, tổ chức quản lý hồ chứa thủy lợi

Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2020), cả nƣớc đã xây

dựng đƣợc 6.750 hồ chứa thủy lợi, phân bố tại 45/63 địa phƣơng trên cả nƣớc, bao

gồm: 4 hồ chứa quan trọng đặc biệt, 888 hồ chứa lớn, 1.633 hồ chứa vừa, 4.225 hồ

chứa nhỏ, có 178 hồ chứa có cửa van điều tiết còn lại là tràn tự do [2].

Về tổ chức quản lý, khai thác hồ chứa nƣớc, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

quản lý 5 hồ chứa quan trọng đặc biệt và 1 hồ chứa liên tỉnh. Ủy ban nhân dân cấp tỉnh

giao Công ty TNHH MTV khai thác công trình thủy lợi khai thác Công ty quản lý khai

thác công trình thủy lợi cấp tỉnh quản lý 2.230 hồ chứa lớn, vừa. UBND cấp huyện, xã

quản lý, khai thác 4.380 hồ chứa thủy lợi vừa và nhỏ. Tổng Công ty Cà phê Việt Nam,

Hình 1-4: Số lượng hồ chứa thủy lợi thống kê theo các tỉnh, thành phố ở Việt Nam

Công ty cao su quản lý, khai thác 135 hồ chứa vừa và nhỏ tại Tây Nguyên.

Hình 1-5: Bản đồ phân vùng hồ chứa thủy lợi

1.1.4.2 Hiện trạng hồ chứa thủy lợi

Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2020) [2], hiện cả nƣớc có khoảng

1.200 hồ chứa bị hƣ hỏng, xuống cấp, thiếu khả năng chống lũ; trong đó có khoảng

200 hồ bị hƣ hỏng nặng, cần phải xử lý cấp bách.

Các dạng hƣ hỏng chính là (i) Đập đất: nƣớc tràn đỉnh đập; không đủ mặt cắt; trƣợt sạt

mái thƣợng hạ lƣu; lớp gia cố bị hỏng; nứt thân đập; thấm lớn qua thân và nền đập do

chất lƣợng thi công và công nghệ chống thấm kém, gây xói ngầm; có tổ mối trong

thân đập, (ii) Tràn xả lũ: thân tràn bị xói, nứt, gãy; tiêu năng bị xói, khả năng xả lũ

không đảm bảo; (iii) Cống lấy nƣớc: thân cống bị thủng, bê tông tróc rỗ, mục ruỗng;

thấm mạnh dọc mang cống, hƣ hỏng tiêu năng sau cống. Hiện trạng hƣ hỏng của

CTĐM các hồ chứa nhƣ Bảng 1-1.

Về năng lực chống lũ: Cả nƣớc có 257 hồ xây dựng trƣớc năm 2003 theo tiêu chuẩn

cũ TCVN 5060-90, chƣa đƣợc nâng cấp lên mức bảo đảm phòng lũ theo QCVN 04-

05:2012/BNNPTNT, trong đó có 65 hồ chứa lớn nhƣ: hồ Tràng Vinh (Quảng Ninh);

hồ Gò Miếu (Thái Nguyên), hồ Bình Công (Thanh Hóa),… và 192 hồ vừa và nhỏ.

Bảng 1-1: Hiện trạng hư hỏng của CTĐM các hồ chứa thủy lợi [2]

Loại TT Đập Tràn xả lũ Cống lấy nƣớc hồ

30 hồ bị sạt trƣợt mái hạ lƣu, 59 tràn bị hƣ 40 cống bị hƣ

38 hồ bị sạt trƣợt mái thƣợng hỏng, trong đó, hỏng thân, trong

lƣu, 51 hồ bị thấm nhẹ, 25 22 tràn bị hƣ đó, 23 ở mức

hồ bị thấm nặng, 2 hồ bị nứt hỏng nặng, 29 nặng; 18 cống hƣ 1 Lớn dọc đập, 2 hồ bị nứt ngang tràn có bể tiêu hỏng tiêu năng

đập, 24 hồ chƣa có lớp gia năng bị xói, 10 sau cống, 24 cống

cố thƣợng lƣu, 15 hồ bị hỏng tràn có bể tiêu bị thấm qua mang

lớp gia cố thƣợng lƣu năng bị vỡ

110 hồ sạt trƣợt mái hạ lƣu, 164 tràn bị hỏng, 104 cống bị hỏng

137 hồ sạt trƣợt mái thƣợng trong đó, 54 tràn thân, trong đó 61

lƣu, 136 hồ bị thấm nhẹ, 67 hỏng nặng, 98 cống ở mức nặng;

hồ thấm nặng, 20 hồ nứt dọc tràn có bể tiêu có 32 cống hƣ 2 Vừa đập, 15 hồ nứt ngang đập, 64 năng bị xói, 24 hỏng tiêu năng

hồ chƣa có lớp gia cố thƣợng tràn có bể tiêu sau cống, 71 cống

lƣu, 64 hồ bị hỏng lớp gia cố năng bị vỡ bị thấm qua mang

thƣợng lƣu

363 hồ sạt trƣợt mái hạ lƣu, 363 tràn bị hƣ 293 cống bị hỏng

448 hồ sạt trƣợt mái thƣợng hỏng, trong đó có thân, trong đó 199

lƣu, 274 hồ bị thấm nhẹ, 134 169 tràn bị hƣ cống ở mức nặng;

hồ bị thấm nặng, 96 hồ nứt hỏng nặng, 208 138 cống hỏng 3 Nhỏ dọc đập, 19 hồ nứt ngang tràn có bể tiêu tiêu năng sau

đập, 256 hồ chƣa có lớp gia năng bị xói, 63 cống, 174 cống bị

cố thƣợng lƣu, 61 hồ bị hỏng tràn có bể tiêu thấm qua mang

lớp gia cố thƣợng lƣu năng bị vỡ

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

Những năm gần đây, ảnh hƣởng của BĐKH đã tác động ngày càng rõ nét đến an toàn

đập, hồ chứa ở nƣớc ta. Mƣa, lũ cực đoan diễn biến phức tạp, bất thƣờng với cƣờng độ

lớn tập trung trên lƣu vực, ảnh hƣởng nghiêm trọng an toàn hồ chứa. Từ năm 2010 đến

nay, đã xảy ra 69 sự cố đập, hồ chứa: Năm 2010 (5 hồ), năm 2011 (5 hồ), năm 2012 (2

hồ), năm 2013 (10 hồ), năm 2014 (1 hồ), năm 2017 (23 hồ, đập), năm 2018 (12 hồ,

đập), năm 2019 (11 hồ, đập) [2], trong đó, phổ biến là sự cố nƣớc tràn đỉnh đập do lũ

vƣợt thiết kế, điển hình nhƣ sau: Hồ Núi Cốc (Thái Nguyên) đỉnh lũ tính lại tăng 1,85

lần (2002). Hồ Kè Gỗ: với lũ lịch sử (tháng 9/1978) làm mực nƣớc lũ tăng 1,45m so

với thiết kế. Hồ Truồi (Thừa Thiên Huế): Lƣợng mƣa thiết kế là 1.430 mm, thực tế là

2.380 mm. Ở Đắk Lắk: hồ Krôngjing vƣợt 1,0 m (1983); hồ Ea Drông vƣợt 2,1 m

(1997); hồ Eablang vƣợt 1,8 m (1998). Đập Hố Hô (Hà Tĩnh): nƣớc vƣợt đỉnh đập 1,0

m do không mở đƣợc cửa van (2010). Đập Phân Lân (Vĩnh Phúc) có dung tích 1 triệu m3, xây xong năm 2011, bị vỡ ngày 05/8/2013 do nƣớc vƣợt đỉnh đập 1,5 m. Đập phụ

số 2 hồ chứa Đầm Hà Động (Quảng Ninh) vỡ ngày 31/10/2014 do nƣớc tràn đỉnh đập

Hình 1-6: Đập Phân Lân (Vĩnh Phúc) Hình 1-7: Hồ Đầm Hà Động (Quảng Ninh)

do kẹt cửa van.

Ngày 07/8/2019, hồ chứa Đội 6, huyện Ea Soup, tỉnh Đắk Lắk (dung tích 0,6 triệu m3,

đập cao 7m) nƣớc dâng cao tràn qua đỉnh đập (lúc cao nhất 30cm) làm xói lớp đất mặt

Hình 1-8: Hồ Đội 6 (Đắk Lắk) Hình 1-9: Hồ 201 (Đắk Lắk)

mái hạ lƣu.

Do mƣa lớn, ngày 07/8/2019, tại thành phố Buôn Ma Thuột: Hồ 201 (dung tích 0,3 triệu m3, đập cao 8m) cũng bị nƣớc tràn qua đỉnh đập (cột nƣớc tràn lớn nhất 20cm).

Gần đây, sự cố vỡ đập Đầm Thìn (Phú Thọ) khi không có mƣa, lũ, mực nƣớc hồ chƣa

đạt MNDBT. Thống kê chi tiết một vài sự cố vỡ đập 10 năm gần đây tại Phụ lục 1.

1.1.6 Nguyên nhân dẫn đến sự cố hồ chứa nước

1.1.6.1 Sự cố đối với đập đất [1], [9] [10]

a) Sự cố do lũ: Lũ vƣợt thiết kế, nƣớc tràn qua đỉnh đập do chảy tràn và sóng tràn; do

liệt thủy văn ít nên khi tính toán lũ thiết kế chƣa phù hợp thực tế; do kẹt cửa van; do sự

cố làm giảm khả năng tháo của các công trình xả lũ; do cỏ mọc, rác, bèo làm giảm bề

rộng tràn xả lũ, giảm khả năng tháo; đỉnh đập bị lún không bảo đảm cao trình thiết kế.

b) Sự cố địa chất, địa chấn gồm: Thấm nền đập (do khảo sát địa chất, xử lý nền không

phù hợp); lún hoặc chênh lệch lún nền đập; mất ổn định công trình và nền khi có động đất.

c) Sự cố thấm

Hình 1-10: Thấm mạnh thân đập

Thấm thân đập

- Nguyên nhân: Đất đắp đập có chất lƣợng không tốt; kết quả khảo sát sai với thực tế,

cung cấp sai các chỉ tiêu cơ lý, chọn dung trọng khô thiết kế quá thấp; không có biện

pháp thích hợp để xử lý độ ẩm; đất đƣợc đầm nện không đảm bảo cƣờng độ; thiết kế

và thi công không có biện pháp xử lý khớp nối thi công; thiết bị tiêu nƣớc bị tắc.

- Tác hại: Làm mất nƣớc, có thể gây ra hiện tƣợng xói ngầm, hình thành các hang thấm

dẫn tới đập bị phá hoại, làm dâng cao đƣờng bão hòa gây mất ổn định mái hạ lƣu.

Thấm vai đập, mang công trình

Hình 1-11: Sự cố thấm vai đập

- Nguyên nhân: Thiết kế đập không đề ra biện pháp xử lý hoặc biện pháp không tốt;

đắp đất ở mang công trình và thực hiện biện pháp xử lý không đảm bảo chất lƣợng;

hỏng khớp nối của công trình; cống bị thủng; vai đập quá dốc.

- Tác hại: gây hiện tƣợng xói ngầm, hình thành hang thấm tập trung dẫn đến vỡ đập.

Thấm nền đập

- Nguyên nhân: Đánh giá sai tình hình địa chất nền, để sót lớp thấm mạnh không đƣợc

xử lý; biện pháp thiết kế xử lý nền không đảm bảo; chất lƣợng xử lý nền kém; xử lý

tiếp giáp nền và thân đập không tốt.

- Tác hại: Làm mất nƣớc, có thể gây ra hiện tƣợng xói ngầm, hình thành các hang

thấm dẫn tới đập bị phá hoại.

d) Sự cố kết cấu, ổn định

Hình 1-12: Sự cố trượt mái hạ lưu đập

Sạt, trượt mái thượng, hạ lưu đập

- Nguyên nhân: Biện pháp thiết kế gia cố mái không đủ; thi công lớp kém chất lƣợng;

chất lƣợng vật liệu kém kém; lựa chọn kết cấu bảo vệ không phù hợp; đất mái đập đầm

nện không chặt hoặc mực nƣớc thƣợng lƣu rút nhanh;

- Tác hại: kết cấu bảo vệ mái bị hƣ hỏng; mái đập bị sạt lở dẫn đến mất ổn định mái.

Nứt n trong thân đập

Hình 1-13: Sự cố trượt mái hạ lưu đập

b) Nứt ngang a) Nứt dọc

- Nguyên nhân: Các vết nứt ngang, nứt dọc do các nguyên nhân địa chất, vật liệu hoặc

thi công, tích nƣớc đột ngột nên đập lún.

- Tác hại: hình thành dòng thấm tập trung chạy từ thƣợng lƣu về hạ lƣu dẫn đến hiện

tƣợng xói ngầm phát triển phá hoại đập; có khả năng làm mất ổn định mái đập.

đ) Mất ổn định do ứng suất hiệu quả không đảm bảo: Do vật liệu đắp đập không bảo

đảm; áp lực kẽ rỗng trong đập tăng làm giảm ứng suất hiệu quả.

1.1.6.2 Các hư hỏng chính và sự cố ở công trình tháo lũ [1], [9] [10]

Sự cố thủy lực:

Tràn không đủ khả năng tháo: do chọn hệ số thiết kế tràn không chính xác hoặc quá

trình vận hành làm thay đổi hệ số co hẹp, hệ số lƣu lƣợng hoặc do tƣờng cánh cửa vào

hƣ hỏng, mái dốc cửa vào bị sạt lở, hạn chế khả năng tháo qua tràn.

Xói hạ lưu: Với tiêu năng đáy, xói từ cuối sân sau, tiến dần về thƣợng lƣu làm sập đổ

sân sau, bể tiêu năng và thân công trình tháo; với tiêu năng phóng xa: xói lan đến chân

công trình làm sập đổ dốc nƣớc có mũi phun.

Xói hai bên tràn: do sóng, hàm khí hoặc do thu hẹp sau tràn đột ngột.

Khí thực: là sự xuất hiện các hố xâm thực (bong tróc vật liệu) trên mặt tràn, dốc nƣớc

do thiết kế kiểm tra khí thực không chính xác hoặc thi công vật liệu không bảo đảm

cƣờng độ và bề mặt lòng dẫn có gồ ghề cục bộ vƣợt giới hạn.

Mài mòn lòng dẫn: do bùn cát trong dòng chảy qua cửa xả; do thi công không bảo

đảm, dòng chảy có lƣu tốc lớn chảy qua vị trí có gồ ghề cục bộ quá giới hạn cho phép.

Xói ngầm mang tràn: Do đƣờng viền thấm không hợp lý, do tính không đúng thấm

vòng quanh bờ dẫn đến thấm mạnh quá giới hạn.

Sự cố do thiết bị vận hành: sự cố cửa van (kẹt cửa van, ăn mòn, mất ổn định), sự cố

thiết bị đóng mở (mất điện, hỏng), vận hành không đúng quy trình.

Sự cố do vật liệu, kết cấu: hƣ hỏng vật liệu; gãy, đổ, nứt bản; kết cấu bị sạt, trƣợt,

nghiêng lật.

Sự cố địa kỹ thuật: Thấm nền (do xói ngầm làm cho nền bị rỗng dẫn đến kết cấu ở trên

nền bị mất ổn định; đẩy trồi do thiết bị chống thấm trong nền bị hỏng tăng áp lực đẩy

nổi làm ngƣỡng tràn bị trƣợt, lật) ; biến dạng nền (do nền lún không đều; nứt, lún do

trong nền có khe nứt không đƣợc xử lý); trƣợt mái đào đắp tại kênh dẫn nƣớc vào, dốc

Hình 1-14: Một số hư hỏng ở tràn xả lũ

nƣớc, bể tiêu năng.

1.1.6.3 Các hư hỏng chính và sự cố ở cống ngầm [1], [9] [10]

Cống ngầm là loại công trình đặt dƣới đê, đập vật liệu địa phƣơng, dùng vào việc tháo

và dẫn nƣớc. Cống thƣờng có các bộ phận chính: thân cống, bộ phận lấy nƣớc, cửa

vào, cửa ra.

Tháp cống nghiêng: Do nền xấu do đánh giá sai tình hình địa chất nền; tháp cống đặt

trên nền không thuần nhất; biện pháp xử lý nền không tốt.

Hỏng các khớp nối: Do nền cống lún không đều; Cống bị kéo dãn theo phƣơng dọc ;

Phân đoạn cống và bố trí các khớp nối không hợp lý; Thiết kế khớp nối không hợp lý;

Thi công khớp nối không đảm bảo chất lƣợng.

Gãy cống: Do đánh giá sai địa chất nền cống; nền cống bị thoái hoá, rỗng; thiết kế

không đủ khả năng chịu lực; bê tông không đảm bảo chất lƣợng; bê tông bị thoái hoá.

Đáy cống bị xói: Do tính toán sai chế độ thủy lực; khẩu diện ống thông khí không đủ

lớn; không có biện pháp chống xói; thi công đáy cống không đảm bảo chất lƣợng.

Cống bị dột và mục: Do thành cống không đảm bảo khả năng chống thấm; không có

biện pháp chống thấm ở thành cống; thi công thân cống và thực hiện biện pháp chống

thấm không chất lƣợng

Hỏng tiêu năng: Do tính toán sai chế độ nối tiếp thủy lực; biện pháp tiêu năng không

Hình 1-15. Một số hư hỏng ở cống ngầm

tốt; thi công thiết bị tiêu năng không đảm bảo chất lƣợng; vận hành cống sai quy trìn

K t và gãy cửa: Do thiết kế không phù hợp thực tế; gia công, chế tạo, lắp đặt không

đảm bảo chất lƣợng; việc bảo dƣỡng cửa không đảm bảo; vận hành sai quy trình.

Thấm dọc theo mang cống: Do thiếu tƣờng răng nối tiếp với thân đập; đất đắp xung

quanh cống không đảm bảo yêu cầu chống thấm; chất lƣợng thi công kém; cống đặt

trong hào sâu có vách dốc; không có tầng lọc ở cuối cống để xử lý hiện tƣợng xói

ngầm dọc theo cống.

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

Để đảm bảo an toàn hồ chứa thủy lợi và vùng hạ du trong bối cảnh BĐKH hiện nay,

một số giải pháp đang đƣợc triển khai đồng bộ nhƣ sau:

a) Giải pháp phi công trình

- Kiểm tra, đánh giá hiện trạng đập, hồ chứa nƣớc, có giải pháp khắc phục kịp thời các

hƣ hỏng; tăng cƣờng công tác quan trắc, giám sát vận hành các đập, hồ chứa; dự báo,

cảnh báo khí tƣợng thủy văn chuyên dùng;

- Tăng cƣờng nghiên cứu khoa học, công nghệ và hợp tác quốc tế, ứng dụng khoa học

công nghệ trong quản lý, giám sát, vận hành hồ chứa;

- Đào tạo nâng cao năng lực quản lý, vận hành cho cán bộ quản lý, vận hành đập, hồ

chứa nƣớc;tuyên truyền, phổ biến, nâng cao nhận thức của cộng đồng về an toàn đập,

hồ chứa nƣớc;

- Rà soát năng lực của tổ chức, cá nhân quản lý khai thác đập, hồ chứa theo quy định;

tăng cƣờng công tác thanh tra, kiểm tra, đảm bảo thực hiện nghiêm các quy định của

pháp luật về quản lý an toàn đập, hồ chứa nƣớc.

b) Giải pháp công trình: Đối với 1.730 hồ chứa bị xuống cấp, thiếu khả năng xả lũ cần

sửa chữa, nâng cấp đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành. Tuy nhiên,

có 2 vấn đề đặt ra nhƣ sau:

- Số lƣợng đập, hồ chứa bị hƣ hỏng khá lớn, cần sắp xếp thứ tự ƣu tiên để xây dựng kế

hoạch bố trí nguồn lực phù hợp.

- Cần thiết đề xuất giải pháp kỹ thuật sửa chữa, nâng cấp công trình hợp lý đảm bảo

tính kinh tế - kỹ thuật.

Để giải quyết đƣợc vấn đề đặt ra, cần phải đánh giá đúng hiện trạng công trình, chỉ rõ

mức độ an toàn CTĐM, khả năng chịu đƣợc ngập lụt của vùng hạ du. Phƣơng pháp

LTĐTC và PTRR ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc đang đƣợc phát triển rộng rãi trên thế

giới đáp ứng đƣợc yêu cầu cấp thiết này nhƣng ở nƣớc ta phƣơng pháp mới bƣớc đầu

đƣợc nghiên cứu.

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

1.2.1 Các nghiên cứu điển hình trên thế giới

LTĐTC đƣợc ứng dụng từ năm 1920 và phát triển mạnh mẽ từ những năm 1970.

Trong lĩnh vực thủy lợi nói chung và trong đánh giá an toàn đập, hồ chứa nƣớc,

LTĐTC và PTRR đƣợc phát triển từ những năm 1990 và đạt đƣợc nhiều thành tựu

đáng kể, điển hình là các nghiên cứu sau:

a) Các nghiên cứu ứng dụng LTĐTC tập trung vào thiết lập hàm tin cậy của các cơ

chế sự cố của đập và giải hàm tin cậy theo cấp độ từ I đến III:

Mỹ và Canada là 02 quốc gia đi đầu trong nghiên cứu ứng dụng LTĐTC đánh giá an

toàn các đập lớn từ những năm 1990. Hiệp hội Tiêu chuẩn Canada đã ban hành hƣớng

dẫn kỹ thuật về phân tích rủi ro Q636-91 từ năm 1991 và Q636-93 hƣớng dẫn phƣơng

pháp LTĐTC năm 1993 [11]. Tại Mỹ, M.K.Yegian và cộng sự (1991) [12] đã công bố

các nghiên cứu xác định mức đảm bảo an toàn đối với đập đất chịu ảnh hƣởng của

động đất.

Ở Trung Quốc, Chen Zhaohe (1996) [13] đã nghiên cứu xác định ĐTC cơ chế nƣớc

tràn đỉnh đập trong trƣờng hợp xảy ra động đất để đánh giá an toàn chống lũ của hồ

chứa. Ở Thụy Điển, Marie Westberg (2007) [14] xác định ĐTC của đập bê tông trọng

lực với hai cơ chế sự cố là trƣợt và lật từ việc phân tích biến ngẫu nhiên trong các hàm

tin cậy từ thí nghiệm hiện trƣờng và từ quan trắc công trình. Ở Đức, Negede Abate

Kassa (2009) [15] đã phân tích ĐTC an toàn của đập đất cho 3 cơ chế: trƣợt mái hạ

lƣu, nƣớc tràn đỉnh đập và mất ổn định do thấm theo LTĐTC cấp độ II bằng phƣơng

pháp gần đúng (phƣơng pháp xấp xỉ mô men). Tác giả cũng giải hàm tin cậy ở cấp độ

III nhƣng Tác giả coi các biến ngẫu nhiên độc lập, do vậy các tính toán trong nghiên

cứu chƣa phải là cấp độ III hoàn toàn. Tại Ấn Độ, G. L. Sivakumar Babu và Amit

Srivastava (2010) [16] đã nghiên cứu phân tích ĐTC của cơ chế mất ổn định do trƣợt

phẳng dƣới tác động của động đất cho 04 đập đất nằm ở Kachchh khu vực Gujarat

theo cấp độ II và cấp độ III bằng phƣơng pháp Monte Carlo MCS. Nghiên cứu chỉ ra

chỉ số độ tin cậy β phụ thuộc vào tính chất cơ lý đất đắp, dạng phân bố xác suất của

các biến ngẫu nhiên, địa chấn do động đất theo vùng địa lý.

Tại Hội thảo năm 2011 tại Valencia, Tây Ban Nha do Hội Đập lớn Thế giới (ICOLD)

tổ chức, các nhà khoa học đã trình bày và thảo luận về kết quả nghiên cứu về cách xác

định XSSC của đập trọng lực cho cơ chế trƣợt mái theo cấp độ II và phƣơng pháp mô

phỏng Monte-Carlo cấp độ III [17]. Hội thảo năm 2015, luận bàn về vấn đề tính toán

xác suất sự cố của cơ chế trƣợt mái và tràn đỉnh [18].

Các nghiên cứu nêu trên đã có đóng góp nhất định, tuy nhiên, vẫn còn tồn tại chung là

chƣa xét đầy đủ, toàn diện các cơ chế sự cố đối với đập về thủy lực, kết cấu, địa chất,

địa chấn… và chƣa xét đến tính hệ thống của các công trình khác thuộc CTĐM nhƣ:

đập tràn, các cửa xả sâu và các cửa lấy nƣớc.

b) Một số nghiên cứu điển hình về kết hợp LTĐTC và PTRR trong đánh giá an toàn

đập, hồ chứa nước

Tại Hà Lan, J.K Virijling, M. Hauer, and R.E.Jorissen (1996) [19] đã nghiên cứu ứng

dụng LTĐTC và PTRR cho các đập lớn của các nƣớc Đức, Hà Lan và Úc thông qua

phân tích các sự cố xảy ra với đập đất, đánh giá hậu quả của sự cố vỡ đập, mức độ rủi

ro chấp nhận đƣợc do sự cố gây ra. Năm 2000, Hội thảo của Hội Đập lớn Thế giới

(ICOLD) tại Bắc Kinh, Trung Quốc, Cyganiewicz, P.E., & Smart, J.D đã trình bày

kinh nghiệm của Cục Khai hoang Hoa kỳ về áp dụng phân tích và đánh giá rủi ro hỗ

trợ ra quyết định về an toàn đập [20]. Năm 2003, Hội đập lớn Úc (ANCOLD) [21] đã

ban hành hƣớng dẫn đánh giá rủi ro trong an toàn đập. Năm 2005, ICLOD đã công bố

hƣớng dẫn quốc tế về đánh giá rủi ro trong quản lý an toàn đập [22].

Năm 2007, Pháp đã ban hành quy định về an toàn công trình thủy lợi trong đó có quy

trình PTRR dựa trên xác suất. Laurent Peyras và các cộng sự (2012) đã nghiên cứu kết

hợp LTĐTC và PTRR để đánh giá an toàn đập bê tông đầm lăn với cơ chế kẹt cửa van

và cơ chế mài mòn bề mặt. Tuy nhiên, các nghiên cứu này mới tính ĐTC của đập mà

chƣa xét đến sự cố của các hạng mục khác trong hệ thống CTĐM [23]. Năm 2015,

FEMA (Cơ quan quản lý khẩn cấp liên bang Mỹ) ban hành hƣớng dẫn về quản lý rủi

ro an toàn đập [24].

Tiếp theo, năm 2013 tại Áo, các thảo luận tại Hội thảo của ICOLD tập trung vào định

lƣợng hậu quả trong PTRR quản lý an toàn hồ chứa. Các Hội thảo do ICOLD tổ chức

đã khẳng định phƣơng pháp PTRR là một công cụ rất hữu ích để đánh giá an toàn của

hồ chứa nƣớc, bao gồm đánh giá hậu quả ngập lụt hạ du và các yếu tố ảnh hƣởng đến

an toàn hồ chứa trong thực tế mà quá trình thiết kế chƣa đề cập hết đƣợc. Hội nghị

ICOLD năm 2015 tại Thụy Sỹ cũng gợi mở ra một số vấn đề cần nghiên cứu tiếp theo,

gồm [25]:

- Phân tích mở rộng thêm các yếu tố ngẫu nhiên của tải trọng và độ bền;

- Phân tích rủi ro từ cách tiếp cận đa thảm hoạ (đa nguy cơ); định lƣợng rủi ro thông

qua cách tiếp cận toàn diện, bao gồm tất cả các nguy cơ tiềm ẩn nhƣ: lũ lụt, động

đất,… và các mối tƣơng quan hiện có.

- Phân tích tƣơng quan giữa các cơ chế sự cố với nhau; các mối tƣơng quan kết hợp

giữa các cơ chế sự cố tới rủi ro; giả định và phân tích tác động khác nhau (ví dụ: nhiều

sự cố có thể có chung nguyên nhân).

- Ƣớc lƣợng cả thiệt hại do phải sơ tán dân và sự xáo trộn cuộc sống của ngƣời dân;

định lƣợng hậu quả tiềm tàng trong trƣờng hợp vỡ đập và ngập lụt do các trƣờng hợp

không kiểm soát đƣợc xả lũ, bao gồm cả sự không chắc chắn về hiệu quả cảnh báo và

sơ tán dân.

Các nghiên cứu điển hình tại các nƣớc phát triển và các nƣớc có nhiều hồ đập trên thế

giới nêu trên đã minh chứng cho ƣu điểm của LTĐTC, PTRR và khả năng phát triển,

ứng dụng rộng rãi trên thế giới trong đó có Việt Nam.

1.2.2 Các nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, LTĐTC và PTRR đƣợc du nhập từ những năm 1960 và quan tâm ứng

dụng trong lĩnh vực thủy lợi bắt đầu từ năm 2000. Một số nghiên cứu điển hình và

luận văn, luận án về ứng dụng LTĐTC trong lĩnh vực thủy lợi đƣợc bảo vệ thành công

những năm gần đây đã góp phần tạo nên cơ sở khoa học cho việc áp dụng lý thuyết

này trong nƣớc, điển hình nhƣ sau:

a) Các nghiên cứu trong lĩnh vực thủy lợi

Nguyễn Văn Mạo (2000) [26] là ngƣời tiên phong trong nghiên cứu ứng dụng lý thuyết

ngẫu nhiên để đánh giá an toàn các công trình thủy công gồm đập bê tông và kè đê

biển. Tác giả đã biên soạn giáo trình cho Chƣơng trình đào tạo Cao học của Trƣờng

Đại học Thủy lợi. Nguyễn Quang Hùng (2014) [27] đã thiết lập phƣơng pháp tính

ĐTC của cấu kiện liên kết ma sát của kết cấu kè bảo vệ mái dốc lắp ghép bằng các cấu

kiện bê tông đúc sẵn.Tuy nhiên, các nghiên cứu chƣa tính ĐTC của hệ thống và chƣa

xét đầy đủ ảnh hƣởng của các biến ngẫu nhiên đến ĐTC của từng cơ chế và hệ thống.

Phạm Hồng Cường (2009) [28] đã xây dựng phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng hệ

thống công trình thủy nông theo LTĐTC, thiết lập bài toán đánh giá chất lƣợng hệ

thống kênh và công trình trên kênh làm việc theo sơ đồ nối tiếp thông qua chỉ số tin

cậy về kết cấu cho từng hạng mục công trình và cả hệ thống theo cấp độ II, xây dựng

chƣơng trình DTC2007 và áp dụng cho hệ thống thủy nông Sông Cầu. Nghiên cứu

chƣa xét đến các hệ thống kênh làm việc theo sơ đồ song song hoặc hỗn hợp.

Nhiều luận án tiến sĩ đƣợc bảo vệ thành công về ứng dụng LTĐTC và PTRR đánh giá

an toàn cho hệ thống kiểm soát ngập lũ ảnh hƣởng của lƣu vực sông và biển đƣợc thực

hiện: Mai Văn Công (2010) [29] đánh giá ĐTC cho hệ thống phòng lũ bờ biển của

Việt Nam, áp dụng cho hệ thống đê biển Nam Định. Lê Xuân Bảo (2017) [30] đã xác

định mức bảo đảm an toàn cho hệ thống kiểm soát ngập lũ nhiều thành phần ở vùng hạ

du sông chịu ảnh hƣởng kết hợp của thủy triều và lũ; ứng dụng cho hệ thống kiểm soát

ngập lũ tại thành phố Hồ Chí Minh thuộc vùng hạ du sông Đồng Nai - Sài Gòn. Trần

Quang Hoài (2018) [31] đã nghiên cứu cho hệ thống đê vùng đồng bằng sông Hồng bảo

vệ hệ thống đông dân cƣ; hệ thống đê phức hợp bao gồm đê sông, đê cửa sông, đê biển

tạo thành vòng bảo vệ khép kín cho vùng dân cƣ ven biển. Các Tác giả đã tính toán

ĐTC ở cấp độ III bằng phƣơng pháp Monte Carlo. Tuy nhiên, các nghiên cứu chƣa đề

cập đầy đủ đến các yếu tố ngẫu nhiên tác động đến ĐTC chung của hệ thống nhƣ tác

động của yếu tố vận hành do con ngƣời và thiệt hại về ngƣời trong hàm thiệt hại; chƣa

xét đến sự cố của các công trình khác thuộc hệ thống nhƣ: cống, trạm bơm…; chƣa xét

hết mức độ phụ thuộc thống kê của một số biến cơ bản.

b) Trong lĩnh vực đánh giá an toàn hồ chứa nước:

(1) Về nghiên cứu ứng dụng LTĐTC đánh giá an toàn hồ chứa nước: Nguyễn Văn Mạo

(2014) [32] đã nghiên cứu đánh giá mức độ an toàn cho đập đất, đập tràn thuộc đầu

mối hồ chứa nƣớc. Nguyễn Lan Hương (2014) [33] đã đánh giá ĐTC cho đập đất mà

chƣa xem xét đến hạng mục khác trong hệ thống đầu mối hồ chứa. Năm 2017, [34]

Tác giả đã mở rộng nghiên cứu cho hệ thống đầu mối hồ chứa, thiết lập phần mềm

SYPRO2016 đánh giá ĐTC cho đầu mối hồ chứa thủy lợi có đập dâng là đập đất, làm

việc theo sơ đồ nối tiếp theo cấp độ II và cấp độ III. Tuy nhiên, nghiên cứu chƣa xem

xét đầy đủ các cơ chế sự cố của tràn và cống ngầm, chƣa xét trƣờng hợp hệ thống đầu

mối làm việc theo sơ đồ song song, hỗn hợp và chƣa xét đầy đủ tƣơng quan của các

biến ngẫu nhiên; chƣa xác định đƣợc ĐTC yêu cầu của hệ thống nên việc đánh giá an

toàn đƣợc thực hiện bằng cách so sánh ĐTC hệ thống với các tiêu chuẩn nƣớc ngoài.

Năm 2014, tiêu chuẩn TCVN 9905:2014 Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế kết cấu

theo độ tin cậy [35] đƣợc ban hành tạo nên cơ sở pháp lý cho việc ứng dụng LTĐTC

trong lĩnh vực tƣ vấn thiết kế công trình. Tuy nhiên, thực tiễn áp dụng vẫn có những

bất cập, do (i) Tiêu chuẩn trên dựa vào việc chuyển đổi tiêu chuẩn về tính ĐTC công

trình JB 50153-92 [36] của Trung Quốc nên cần có các nghiên cứu thử nghiệm, đánh

giá sự phù hợp khi áp dụng với điều kiện Việt Nam; (ii) việc lƣu trữ các số liệu thống

kê về quan trắc công trình ở Việt Nam mới bƣớc đầu thực hiện nên chƣa tạo đƣợc chỗi

số liệu đủ dài, chất lƣợng giúp cho việc phân tích tính ngẫu nhiên và mức độ phụ thuộc

giữa các biến ngẫu nhiên, điều này ảnh hƣởng đến chính xác của kết quả tính toán.

(2) Phân tích rủi ro ngập lụt hạ du trong quản lý an toàn đập, hồ chứa nước được áp

dụng từ năm 2014 qua các dự án ODA như:

“Dự án Việt Nam - New Zealand về An toàn Đập” (2016-2020) [37] do Trƣờng Đại

học Thủy lợi phối hợp với tổ chức GNS Science và Damwatch Services của New

Zealand thực hiện đã xây dựng “Công cụ đánh giá nhanh và xác định ưu tiên an toàn

đập‟ và ban hành Sổ tay “Hướng dẫn đánh giá nhanh an toàn đập và tác động ở hạ

lưu” đã đề cập đến cách xác định rủi ro là sự kết hợp giữa khả năng xảy ra sự cố và

hậu quả do sự cố gây ra, trong đó: (i) khả năng xảy ra sự cố đƣợc định lƣợng bằng

cách cho điểm dựa trên kiểm tra hiện trạng CTĐM; (ii) mức độ hậu quả do sự cố vỡ

đập đƣợc xác định từ việc quy đổi điểm số từ số dân bị ảnh hƣởng từ việc xây dựng

bản đồ ngập lụt hạ du. Cách định lƣợng rủi ro này phụ thuộc vào sự chủ quan của

ngƣời kiểm tra hiện trạng công trình và thiệt hại hạ du chƣa kể đến các thiệt hại vế

kinh tế, xã hội và môi trƣờng. Công cụ này thích hợp với việc sàng lọc, sắp xếp thứ tự

ƣu tiên mức độ hƣ hỏng của công trình và mức độ tác động ở hạ du. Tuy nhiên, hƣớng

dẫn chƣa chỉ ra giá trị tiêu chuẩn để ngƣời tính so sánh với giá trị rủi ro đã xác định.

Tại Dự án WB8 “Sửa chữa và nâng cao an toàn đập”, Dự án “Phát triển cơ sở hạ

tầng các tỉnh miền núi phía Bắc, miền Trung và Tây Nguyên” do ADB tài trợ: Hoạt

động tƣ vấn thiết kế, thi công các đập, hồ chứa thuộc dự án này ngoài việc tuân thủ các

tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật trong nƣớc, còn phải tuân thủ các quy định về kỹ thuật

của nhà tài trợ [3], trong đó có quy định về tính toán lũ kiểm tra theo rủi ro vùng hạ du

dựa vào số hộ dân bị ảnh hƣởng ngập lụt trong tình huống xả lũ khẩn cấp hoặc vỡ đập.

Theo đó, với số lƣợng số hộ dân bị ảnh hƣởng ngập lụt từ 25 hộ trở lên, hồ chứa phải

đảm bảo chống đƣợc lũ kiểm tra với tần suất 1/10.000. Tuy nhiên, quy định cũng chƣa

chỉ ra rủi ro chấp nhận đƣợc tƣơng ứng đối với từng vùng, miền trên cả nƣớc. Việc áp

dụng một cách máy móc nhƣ trên, làm tăng quy mô công trình, tăng tổng mức đầu tƣ

và chƣa phản ánh đƣợc đầy đủ ĐTC của công trình.

Về nghiên cứu mô phỏng xác định ngập lụt hạ du [38] đã đƣợc tiêu chuẩn hóa trong

nƣớc bằng Tiêu chuẩn kỹ thuật TCKT 03:2015 hƣớng dẫn xây dựng bản đồ ngập lụt

hạ du hồ chứa nƣớc. Bộ Nông nghiệp và PTNT đã thực hiện xây dựng bản đồ ngập lụt

cho 6 lƣu vực sông liên tỉnh lớn, gồm: lƣu vực sông Đà, sông Vu Gia - Thu Bồn, sông

Mã… Ngoài ra, một số hồ chứa đã xây dựng phƣơng án ứng phó khẩn cấp theo quy

định tại Nghị định số 114/2018/NĐ-CP [2], [4]. Nội dung phƣơng án gồm: xây dựng

bản đồ ngập lụt hạ du ứng với từng kịch bản xả lũ khẩn cấp và vỡ đập; lập kế hoạch

chủ động ứng phó, xây dựng các phƣơng án cảnh báo, sơ tán dân… Việc đánh giá thiệt

hại, đánh giá rủi ro đã đƣợc nhận định là cần thiết nhằm hỗ trợ cho quá trình ra quyết

định của nhà quản lý nhƣng chƣa đƣợc tập trung nghiên cứu sâu.

Nhƣ vậy, ở Việt Nam hầu hết các nghiên cứu thƣờng tập trung vào ứng dụng LTĐTC

và PTRR trong đánh giá an toàn CTĐM hồ chứa nƣớc; chƣa có một nghiên cứu toàn

diện tích hợp bài toán phân tích ĐTC hệ thống CTĐM với PTRR ngập lụt hạ du.

1.2.3 Các công cụ giải hàm tin cậy của cơ chế sự cố

a) Các phần mềm trên thế giới

Hiện nay, trên thế giới có nhiều phần mềm thƣơng mại tính toán ĐTC, trong đó có 3

phần mềm đƣợc dùng phổ biến là: Bestfit, VaP và Open FTA.

(1) Phần mềm BestFit - Tìm quy luật phân bố xác suất của BNN từ chuỗi số liệu quan

trắc, đo đạc [39].

(2) Phần mềm VaP - Giải hàm tin cậy tìm xác xuất xảy ra sự cố của từng cơ chế sự cố

và sự ảnh hƣởng của các biến đối với các sự cố xảy ra trong hệ thống [40].

(3) Phần mềm OpenFTA - Vẽ, phân tích sơ đồ cây sự cố, tính toán tổ hợp XSSC của

Hình 1-16. Sơ đồ tính toán XSSC của hệ thống sử dụng phần mềm Bestfit, VaP, và Open FTA

hệ thống theo sơ đồ cây sự cố đã thiết lập [41].

Mỗi phần mềm độc lập tính toán từng bƣớc trong phân tích ĐTC, kết quả tính của

phần mềm bƣớc trƣớc không tự động tích hợp với phần mềm ở bƣớc sau. Do vậy, để

tính đƣợc ĐTC của hệ thống, ngƣời dùng phải sử dụng liên tiếp 3 phần mềm Bestfit,

VaP và Open FTA theo Hình 1-16. Điều này làm kéo dài thời gian tính toán do phải

nhập liệu nhiều lần, đặc biệt là với các hệ thống phức tạp.

b) Các phần mềm trong nƣớc:

Phần mềm DCT2007 [28] sử dụng để đánh giá chất lƣợng hệ thống công trình thủy

nông theo lý thuyết độ tin cậy cấp độ II; phần mềm DTCBCC và ODTCU [42] đánh

giá ổn định bệ cọc cao và đánh giá ổn định tƣờng cừ của công trình bến cảng theo

LTĐTC cấp độ III nhƣng mới thực hiện cho các biến ngẫu nhiên có phân bố chuẩn.

Phần mềm SYPRO2016 [34] tính toán xác định ĐTC của các công trình (đập đất, đập

tràn và cống ngầm) và mức độ ảnh hƣởng của từng công trình đến an toàn chung của

hệ thống; xác định ĐTC hệ thống đầu mối hồ chứa làm việc theo sơ đồ nối tiếp ở cấp

độ II và cấp độ III bằng phƣơng pháp Monte Carlo.

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

Hiện nay, ở Việt Nam, việc đánh giá CTĐM hồ chứa đƣợc thực hiện theo phƣơng

pháp tất định thông qua xác định hệ số an toàn thành phần của các CCSC đặc trƣng

của một mặt cắt đại diện hoặc bán xác suất [43]; chƣa đề cập đến yếu tố ngẫu nhiên về

thủy văn, thủy lực, vận hành và khả năng chấp nhận rủi ro ngập lụt của vùng hạ du.

Theo phƣơng pháp tất định [44], giá trị thiết kế của tải trọng và độ bền đƣợc xác định

tƣơng ứng với từng trƣờng hợp và tổ hợp tải trọng. Công trình an toàn khi tải trọng

nhỏ hơn sức chịu tải thoả mãn trạng thái giới hạn của tất cả các thành phần công trình.

Phƣơng pháp tất định có một số tồn tại nhƣ: (i) chƣa xác định đƣợc XSSC cho từng

thành phần và toàn hệ thống; (ii) chƣa xét đến tính tổng thể và quy mô của một hệ

thống, đối với công trình thủy lợi, thiết kế hiện tại thƣờng chỉ tính toán chi tiết tại một

số mặt cắt tiêu biểu và áp dụng cho toàn bộ chiều dài tuyến công trình; (iii) không so

sánh đƣợc độ bền của các mặt cắt khác nhau về hình dạng và vị trí; (iv) không đƣa ra

đƣợc XSSC, ĐTC của công trình và mức độ rủi ro chấp nhận đƣợc của vùng hạ du

[43]; đặc biệt, chƣa xét đến mối liên hệ giữa CTĐM và hạ du hồ chứa. Điều đó cho

thấy, việc đánh giá an toàn đập theo phương pháp tất định mới chỉ đánh giá cho từng

hạng mục công trình trong CTĐM mà chưa có sự kết nối giữa các hạng mục để đánh

giá tổng thể CTĐM và kết quả đánh giá chưa xem xét đến an toàn vùng hạ du.

Đánh giá an toàn đập, hồ chứa nƣớc theo LTĐTC và PTRR ngoài việc đƣa ra kết quả

“công trình có an toàn hay không?” còn trả lời đƣợc câu hỏi “công trình an toàn ở mức

độ nào?” thông qua việc đánh giá “khả năng xảy ra sự cố” và “hậu quả của sự cố”.

Việc kết hợp giữa PTRR dựa trên thiết kế ngẫu nhiên và LTĐTC là phƣơng pháp hiện

đại đã và đang đƣợc áp dụng trên thế giới bởi nó khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của

phƣơng pháp tất định. Việc tối ƣu hóa giữa ĐTC của công trình và rủi ro ngập lụt vùng

hạ du sẽ giúp cho các nhà quản lý có cái nhìn đúng đắn, tổng hợp và toàn diện về hiện

trạng công trình và rủi ro chấp nhận được của vùng hạ du để nắm bắt thực trạng công

tác quản lý, từ đó đƣa ra cơ chế chính sách phù hợp.

Ở Việt Nam cũng có nhiều nghiên cứu ứng dụng LTĐTC và PTRR trong lĩnh vực thủy

lợi, nhƣ: công trình phòng lũ, cống lộ thiên, hệ thống kênh và công trình trên kênh, đầu

mối hồ chứa thủy lợi. Tuy nhiên, các nghiên cứu áp dụng cho đánh giá an toàn đập, hồ

chứa chƣa nhiều. Các nghiên cứu thƣờng chỉ tập trung vào một trong hai nội dung:

(i) Đánh giá an toàn CTĐM thông qua việc xác định ĐTC của CTĐM và đánh giá

bằng cách so sánh với tiêu chuẩn nƣớc ngoài mà chƣa xét đến mối liên hệ giữa ĐTC

của hồ chứa với rủi ro vùng hạ du;

(ii) Xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ du, thống kê thiệt hại để đề xuất phƣơng án vận

hành hồ chứa hợp lý hoặc đƣa ra giải pháp công trình, phi công trình cho vùng hạ du

nhằm giảm thiểu rủi ro ngập lụt mà chƣa xét đến mối liên hệ với hiện trạng CTĐM.

Nhƣ vậy, cách đánh giá an toàn đập, hồ chứa hiện nay còn có các bất cập sau:

(i) Chỉ xét cụm CTĐM với sơ đồ bố trí tổng thể đơn giản; chƣa xét đầy đủ, toàn diện

các CCSC của từng hạng mục và hệ thống CTĐM;

(ii) Việc lƣu trữ các số liệu thống kê về quan trắc công trình ở Việt Nam chƣa có tính

hệ thống nên chƣa tạo đƣợc chỗi số liệu đủ dài, chất lƣợng để phục vụ phân tích tính

ngẫu nhiên và mức độ phụ thuộc giữa các biến ngẫu nhiên, điều này dẫn đến kết quả

đánh giá chƣa phản ánh khách quan và đầy đủ về hiện trạng công trình;

(iii) Việc đánh giá thiệt hại, đánh giá mức độ rủi ro ngập lụt là cần thiết nhƣng chƣa

đƣợc quan tâm; các nghiên cứu còn rời rạc, chƣa gắn an toàn CTĐM với rủi ro ngập

lụt hạ du đập.

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

Từ những phân tích ở trên cho thấy phƣơng pháp kết hợp giữa LTĐTC và PTRR và rủi

ro ngập lụt vùng hạ du đang đƣợc áp dụng đã khắc phục đƣợc tồn tại trong đánh giá an

toàn đập, hồ chứa nƣớc ở Việt Nam. Do vậy, Tác giả lựa chọn hƣớng nghiên cứu về

xây dựng phƣơng pháp luận đánh giá an toàn hồ chứa có xét đến rủi ro ngập lụt vùng

hạ du đập, cụ thể:

(i) Xây dựng cơ sở khoa học áp dụng LTĐTC xác định XSSC (Pf) của hệ thống

CTĐM hồ chứa thủy lợi;

(ii) Xây dựng phƣơng pháp luận xác định chỉ số ĐTC yêu cầu [β] hay XSSC cho phép

[Pf] theo rủi ro chấp nhận đƣợc của vùng hạ du hồ chứa thủy lợi;

(iii) Đề xuất giải pháp nâng cao an toàn cho CTĐM đạt ĐTC cho phép [Pf] thông qua

việc phân bổ ĐTC yêu cầu cho từng thành phần trong CTĐM;

(iv) Áp dụng phƣơng pháp luận đánh giá an toàn hồ Núi Cốc, tỉnh Thái Nguyên.

1.5 Kết luận Chƣơng 1

Thông qua phân tích tổng quan về an toàn hồ chứa nƣớc; tổng quan về tình hình nghiên

cứu và ứng dụng LTĐTC và PTRR vào lĩnh vực thủy lợi và đánh giá an toàn hồ chứa

nƣớc trên thế giới và ở Việt Nam; ƣu, nhƣợc điểm của một số nghiên cứu điển hình và

tổng hợp hiện trạng các đập, hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam, thống kê một số sự cố đã xảy

ra; phân tích nguyên nhân gây mất an toàn đập, hồ chứa, Chƣơng 1 đã chỉ ra tồn tại của

các nghiên cứu trong nƣớc về đánh giá an toàn đập. Từ đó, làm rõ sự cần thiết và xác

định hƣớng nghiên cứu tập trung vào xây dựng phƣơng pháp luận đánh giá an toàn

CTĐM hồ chứa nƣớc có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du thông qua việc kết hợp giữa phân

tích ĐTC của CTĐM hồ chứa nƣớc và PTRR ngập lụt vùng hạ du; đề xuất giải pháp tối

ƣu sửa chữa, nâng cấp CTĐM đáp ứng khả năng chấp nhận rủi ro ngập lụt của vùng hạ

du bằng cách phân bổ ĐTC yêu cầu của CTĐM cho từng thành phần trong hệ thống.

CHƢƠNG 2

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

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

2.1.1 Độ tin cậy của một cơ chế sự cố

2.1.1.1 Khái niệm cơ chế sự cố [43]

Cơ chế sự cố là kiểu hƣ hỏng công trình do quá trình cơ học - vật lý tƣơng tác giữa

điều kiện biên môi trƣờng và công trình. Cơ chế sự cố đƣợc mô phỏng từ tính toán

bằng hai đại lƣợng: khả năng chịu tải (R) và tải trọng tác dụng (S). Trạng thái giới hạn

là trạng thái ngay trƣớc khi sự cố xảy ra và đƣợc sử dụng để xây dựng, thành lập các

hàm tin cậy.

2.1.1.2 Hàm tin cậy của một cơ chế sự cố [43]

Hàm tin cậy (Z) là giá trị còn lại của khả năng chịu tải (R) dƣới tác động của tải trọng

tác dụng bên ngoài (S).

Hàm tin cậy (Z) đƣợc thiết lập trên cơ sở trạng thái giới hạn sao cho các giá trị âm của

nó tƣơng ứng với trạng thái phá hoại/hƣ hỏng của cơ chế và ngƣợc lại giá trị dƣơng

của Z tƣơng ứng với trạng thái làm việc an toàn.

Hàm tin cậy (Z) mô tả một cơ chế sự cố có khả năng chịu tải là (R) và tải trọng là (S)

nhƣ sau:

(2-1)

Hàm tin cậy Z là một hàm ngẫu nhiên có thể có các dạng phân bố khác nhau. Một

Z=0 Biên sự cố

Z<0 Vùng sự cố

Z>0 Vùng an toàn

dạng phân bố xác suất phổ biến của hàm Z nhƣ ở Hình 2.1.

Hình 2-1: Phân bố xác suất của hàm tin cậy

Việc tính toán xác suất phá hỏng của một thành phần đƣợc dựa trên hàm tin cậy của cơ

chế phá hỏng. Trạng thái giới hạn là trạng thái mà tại đó Z = 0 trong mặt phẳng tọa độ

RS; đây đƣợc coi là biên sự cố.

Công trình đƣợc xem có sự cố khi Z<0, điểm tƣơng ứng với giá trị XSSC thuộc vùng

có sự cố. Theo đó, Z<0 đƣợc coi là có hƣ hỏng xảy ra và hƣ hỏng không xảy ra nếu Z

nhận các giá trị còn lại (Z≥0). Ranh giới giữa vùng an toàn và không an toàn có giá trị

Z = 0.

Tƣơng ứng với trƣờng hợp không xảy ra sự cố, XSAT của công trình (Ps) đƣợc thiết

lập nhƣ sau:

(2-2) hay

Nếu các bài toán xác suất không phụ thuộc vào thời gian, XSSC (Pf) và XSAT (Ps) có

tổng là 1, XSAT đƣợc tính theo công thức (2-3).

Ps = 1-Pf (2-3)

Ở các nƣớc Đông Âu, khi đánh giá an toàn công trình, xác suất an toàn (Ps) đƣợc đối

chiếu với với XSAT cho phép [Ps] xác định theo các tiêu chuẩn thiết kế.

Các nƣớc Tây Âu sử dụng giá trị (Pf) trong các tính toán an toàn công trình. Pf thƣờng có dạng (10-n) < 1 và đƣợc biểu diễn dƣới dạng hàm logarit cơ số 10 (hàm lg) để thấy

rõ sự thay đổi giá trị (Pf) trên đồ thị và cũng phù hợp khi mô tả tần suất xuất hiện sự

cố theo hình thức (n) năm xuất hiện 1 lần.

2.1.1.3 Cách giải các hàm tin cậy của một cơ chế sự cố [43]

Đƣờng cong phân bố xác suất của hàm tải trọng (S) và hàm sức chịu tải (R) trên cùng

Hình 2-2: Quan hệ giữa hàm tải trọng (S) và hàm sức chịu tải (R)

một mặt phẳng tọa độ nhƣ hình 2-2.

Hai đƣờng P(S), P(R) cắt nhau tại điểm có hình thành nên vùng an toàn và

không an toàn. Sự cố xảy ra khi đồng thời cả hai biến cố hoặc

. Hàm tin cậy Z đƣợc thiết lập nhƣ sau:

(2-4) P{Z< 0}=

Điểm có mật độ XSSC lớn nhất đƣợc gọi là “điểm thiết kế”. Điểm thiết kế thƣờng nằm

trên đƣờng ranh giới giữa vùng an toàn và không an toàn.

Hiện nay, phƣơng pháp giải hàm tin cậy để xác định XSSC hay ĐTC, chia thành các

cấp độ sau:

Cấp độ I: Tính toán dựa trên các giá trị đặc trƣng và hệ số an toàn cục bộ hoặc giới hạn

an toàn cho phép.

Cấp độ II: Sử dụng một số phƣơng pháp gần đúng, trong đó hàm tin cậy đƣợc tuyến

tính hóa tại “điểm thiết kế”. Tất các các hàm mật độ xác suất đều đƣợc thay bằng các

hàm mật độ xác suất có dạng phân bố chuẩn.

Cấp độ III: Hàm mật độ xác suất nguyên thể của các biến ngẫu nhiên và tính chất phi

tuyến tính của hàm mật độ tin cậy đều đƣợc đƣa vào tính toán.

a) Tính toán cấp độ II

Khi tính toán ĐTC theo cấp độ II, luật phân bố xác suất của các BNN trong hàm tin

cậy là phân bố chuẩn hoặc đã đƣợc biến đổi về dạng phân bố chuẩn, hàm tin cậy là

hàm tuyến tính hoặc đƣợc biến đổi gần đúng về hàm tuyến tính.

Trườn g hợp 1: Hàm tin cậy tuyến tính các biến có phân bố chuẩn độc lập

Trƣờng hợp này việc tính toán xác suất xảy ra sự cố bằng cách sử dụng các giá trị kỳ

vọng và độ lệch chuẩn của các biến cơ bản.

(2-5)

Trong đó, Z , Z đƣợc tính theo (2-7), (2-8):

Hàm tin cậy có dạng:

(2-6) Z = a1X1 + a2X2 + … + anXn + b

(2-7)

(2-8)

trong đó: a1, a2,… an, b là các hệ số.

Các biến ngẫu nhiên cơ bản X1, X2,…, Xn tuân theo luật phân bố chuẩn thì theo định lý

giới hạn trung tâm, Z cũng là hàm phân bố chuẩn. Xác suất Z<0 đƣợc xác định thông

qua hàm phân bố chuẩn tiêu chuẩn:

(2-9)

Trường hợp 2: Hàm tin cậy dạng phi tuyến các biến có phân bố chuẩn độc lập

Trƣờng hợp hàm tin cậy là hàm phi tuyến của một số biến cơ bản độc lập có phân bố

chuẩn thì hàm này có thể sẽ không phải phân bố chuẩn. Khi đó, sử dụng phƣơng pháp

khai triển Taylor để xác định hàm độ tin cậy Z gần đúng. Lấy 2 số hạng đầu, biểu thức

gần đúng có dạng (2-10)

(2-10)

Biểu thức gần đúng trên của Z là tuyến tính nên theo định lý giới hạn trung tâm thì Z có

) của hàm độ tin cậy có thể phân bố chuẩn. Khi đó, kỳ vọng (µz) và độ lệch chuẩn (

đƣợc tính gần đúng với giá trị kỳ vọng và độ lệch chuẩn của hàm tuyến tính hóa theo

công thức (2-11) và (2-12):

(2-11)

(2-12)

(2-13)

Nếu hàm độ tin cậy đƣợc tuyến tính hóa tại điểm thì công thức

(2-13) có thể rút gọn thành (2-14):

(2-14)

Do hàm Z đã đƣợc tuyến tính hóa tại “điểm thiết kế” nên chỉ số ĐTC không phụ thuộc

vào bậc của hàm độ tin cậy [43]. Có hai phƣơng pháp thƣờng dùng đề giải hàm độ tin

cậy là phƣơng pháp giải tích và phƣơng pháp số.

Trường hợp 1: Dựa vào việc chuẩn hóa hàm độ tin cậy thành hàm của các biến tiêu

chuẩn. Tọa độ của điểm thiết kế là:

và (2-15)

Điểm thiết kế và giá trị  tìm đƣợc dựa vào quá trình lặp để giải các biểu thức:

(2-16)

(2-17)

trong đó, f(U1, U2, …, Un) là hàm độ tin cậy của các biến cơ bản đã đƣợc chuẩn hóa, i

là hệ số ảnh hƣởng của biến i.

Trường hợp 2: Không chuẩn hóa hàm độ tin cậy thành hàm của các biến tiêu chuẩn. Giá

trị  đƣợc tính theo biểu thức (2-14) với hàm độ tin cậy đƣợc tuyến tính hóa tại một điểm.

Sau đó dùng giá trị này để xác định điểm mới mà tại đó hàm độ tin cậy là tuyến tính.

Khi đó, giá trị i đƣợc tính theo công thức (2-18):

(2-18)

Với giá trị của , i đƣợc tính lại, tọa độ điểm thiết kế mới là:

(2-19)

Trường hợp 3: Hàm độ tin cậy dạng phi tuyến các biến có phân bố không chuẩn độc lập

Nếu bài toán liên quan đến các biến cơ sở ngẫu nhiên không phân bố chuẩn thì hàm độ

tin cậy cũng không phân bố chuẩn. Để có thể đƣa về trƣờng hợp 1 cần phải biến đổi các

biến cơ sở này thành các biến cơ sở phân bố chuẩn tại điểm thiết kế. Khi đó biểu thức

(2-20) phải thỏa mãn tại điểm thiết kế:

(2-20)

hay:

(2-21) ;

trong đó:

-1: Hàm ngƣợc của hàm phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên X.

-1: Hàm ngƣợc của hàm phân bố tiêu chuẩn;

Sử dụng phƣơng pháp của Rackwitz và Fiessler chuyển đổi một biến ngẫu nhiên có

luật phân bố tùy ý sang phân bố chuẩn. Giả thiết rằng giá trị thực và giá trị xấp xỉ của

hàm mật độ xác suất cũng nhƣ hàm phân bố xác suất là tƣơng đƣơng nhau tại “điểm

thiết kế”, ta có:

(2-22)

trong đó:  là hàm mật độ xác suất phân bố tiêu chuẩn

Giải hệ phƣơng trình trên đƣợc:

(2-23)

Từ hệ phƣơng trình (2-23) cho thấy, độ lệch chuẩn và trung bình giá trị xấp xỉ của hàm

phân bố chuẩn phụ thuộc vào giá trị của X tại điểm thiết kế. Do đó, trong quá trình tính

toán lặp điểm thiết kế và chỉ số độ tin cậy cần phải tính luôn giá trị mới của ’X , ’X tại

mỗi bƣớc.

Trường hợp 4: Hàm tin cậy có các biến ngẫu nhiên phụ thuộc thống kê

Trong trƣờng hợp này, để giải hàm tin cậy cần phải biến đổi các biến ngẫu nhiên sang

dạng biến độc lập theo hai cách sau: (1) Phân tích, thiết lập hàm số biểu diễn mối liên hệ

giữa các biến; (2) Nếu không xác định đƣợc chính xác mối liên hệ giữa các biến, phải

biểu diễn bằng các tƣơng quan thống kê theo phƣơng pháp thƣờng đƣợc sử dụng là

Rosenblatt - Tranformation. Nguyên lý của phƣơng pháp nhƣ sau: từ hàm mật độ xác

suất của một vector có (n) biến ngẫu nhiên, ta có thể xác định các hàm mật độ xác suất

của n vector thành phần bằng tích phân [43], [45].

b) Tính toán cấp độ III

Cấp độ III giải quyết bài toán ngẫu nhiên hoàn toàn khi tính toán với hàm mật độ xác

suất của các biến ngẫu nhiên đƣợc giữ nguyên thể [31], [43].

Nếu hàm mật độ xác suất kết hợp fR,S(R, S) của độ bền R với tải trọng S đã biết thì

XSSC có thể đƣợc tính theo phƣơng pháp tích phân:

(2-24) P{Z< 0}=

Với Z < 0 khi R

(2-25)

Nếu sức bền và tải trọng là các đại lƣợng độc lập thì:

(2-26)

Tƣơng tự, có thể chứng minh (nếu R >S):

Hình 2-3: Miền tính toán tích phân của hàm fR,S(R.S) [30]

(2-27)

Thông thƣờng, độ bền và tải trọng là các hàm của một hoặc nhiều biến. Khi đó hàm tin

cậy đƣợc mô tả:

(2-28)

trong đó:

Xi là các biến số cơ bản bao gồm: các lực, các tác động phát sinh từ môi trƣờng nƣớc,

môi trƣờng đất đá, môi trƣờng công trình, các lực và các tải trọng phát sinh từ môi

trƣờng công trình thông qua tính chất của vật liệu xây dựng.

Xác suất sự cố có thể tính đƣợc qua tích phân nhƣ sau:

(2-29)

Nếu các biến X1, X2, ..., Xn độc lập thì biểu thức có dạng:

(2-30)

Phƣơng trình tích phân mật độ xác suất có thể đƣợc giải bằng 2 phƣơng pháp: phƣơng

pháp tích phân số hoặc mô phỏng ngẫu nhiên Monte Carlo (MCS) [43], [46].

Phƣơng pháp mô phỏng ngẫu nhiên Monte-Carlo (MC) đƣợc áp dụng để giải hàm độ

tin cậy theo cấp độ III bằng cách mô phỏng các biến ngẫu nhiên ban đầu của hàm độ

tin cậy theo các luật phân bố tƣơng ứng. Các biến ngẫu nhiên đƣợc mô phỏng độc lập

lẫn nhau và đƣa vào hàm độ tin cậy để tính kết quả hàm Z. Tỷ số giữa số lần hàm Z

nhận giá trị âm trên tổng số lần mô phỏng đƣợc xem là xác suất sự cố của hàm ĐTC.

Xét hàm tin cậy tổng quát của một cơ chế sự cố theo công thức (2-13). Theo phƣơng

pháp mô phỏng ngẫu nhiên Monte-Carlo, tiến hành mô phỏng ngẫu nhiên các biến

thành phần theo luật phân bố của chúng và ứng với mỗi lần mô phỏng xác định giá trị

của hàm độ tin cậy dựa theo phƣơng trình của hàm Z. Số lần hàm Z nhận giá trị âm

đƣợc xác định theo công thức (2-31):

(2-31)

trong đó: N là tổng số lần mô phỏng ngẫu nhiên; 1(g(x)) là hàm đếm khi Z < 0, giá trị

của hàm này đƣợc gán là 1 khi hàm Z có giá trị âm.

Do đó, xác suất sự cố đƣợc xác định là:

(2-32)

Hệ số biến thiên của xác suất sự cố đƣợc xác định bởi:

(2-33)

trong đó: Pf là giá trị xác suất sự cố xác định đƣợc thông qua mô phỏng.

Theo phƣơng pháp này, độ chính xác của mô hình tính phụ thuộc vào số lần mô

phỏng. Sai số tƣơng đối đƣợc xác định theo:

(2-34)

Kỳ vọng toán của sai số bằng không, độ lệch chuẩn đƣợc xác định:

(2-35)

Kết quả phân tích độ nhạy cho thấy khi số lần mô phỏng đủ lớn, sai số mô hình tuân

theo luật phân bố chuẩn thƣờng. Do đó, xác suất để sai số mô hình nhỏ hơn giá trị sai

số cho phép định trƣớc (E) đƣợc xác định bởi:

(2-36)

Với điều kiện số lần mô phỏng đủ lớn theo điều kiện sau [19]:

(2-37)

trong đó: k là số nguyên, nhân các giá trị 1, 2, hoặc 3, thể hiện khoảng tin cậy theo quy luật k* tƣơng ứng với các khoảng 95% (k = 1), 97,5% (k = 2) và 99,5% (k = 3);

Xác suất để sai số mô hình (E) nhỏ hơn giá trị sai số là tích của k, ,  và bằng (k).

Do đó, với khoảng tin cậy cho trƣớc k, và sai số cho phép định trƣớc (E), số lần mô

phỏng tối thiểu cần có N để bảo đảm điều kiện tin cậy và sai số định trƣớc là:

(2-38) ;

Trong trƣờng hợp khoảng tin cậy yêu cầu là 95% (k = 1) với sai số cho phép E = 0,1

thì cần số lần mô phỏng là:

(2-38’)

Theo [42], độ chính xác của các ƣớc lƣợng kỳ vọng toán và phƣơng sai (DX) của

ĐLNN X có phân bố chuẩn phụ thuộc vào số lần thí nghiệm và đƣợc đặc trƣng bởi các

độ lệch trung bình bình phƣơng. Sai số tƣơng đối của các đại lƣợng kỳ vọng toán

và phƣơng sai (DX) đƣợc xác định theo công thức sau:

(2-39)

Do đó: (2-40)

Tác giả Nguyễn Vi [42] đã xây dựng phƣơng pháp mô hình hóa thống kê tính toán

ĐTC của các công trình bến cảng và chỉ ra để đảm bảo độ chính xác của tính toán

cần thiết phải tiến hành N = 10.000 lần thử nghiệm sẽ cho kết quả

hội tụ.

Các bƣớc để giải hàm độ tin cậy theo phƣơng pháp cấp độ III thông qua mô phỏng

ngẫu nhiên Monte Carlo nhƣ sau [31]:

- Bƣớc 1: Gán biến đếm n = 0 (dùng để đếm số lần hàm Z nhận giá trị âm);

- Bƣớc 2: Lấy ngẫu nhiên các cặp biến R và S dùng số ngẫu nhiên Monte-Carlo trong máy

tính và hàm phân bố xác suất của biến tƣơng ứng;

- Bƣớc 3: Tính Z = R – S cho lần mô phỏng tƣơng ứng;

- Bƣớc 4: Kiểm tra nếu Z < 0 thì tính lại hàm đếm n = n + 1; nếu Z ≥ 0 hàm đếm giữ

nguyên giá trị;

- Bƣớc 5: Lặp lại các bƣớc 2, 3, 4….đến N lần thì dừng;

Hình 2-4: Số lượng mẫu yêu cầu N không phụ thuộc vào số biến của hàm Z [29].

- Bƣớc 6: Kết thúc mô phỏng; tính xác suất sự cố theo công thức Pf = n/N.

c) Chỉ số độ tin cậy β

Chỉ số độ tin cậy β là giá trị đƣợc dùng để thay thế cho độ tin cậy hoặc xác suất sự cố

Pf (Failure Probability) [35]:

β = -1 (1 -Pf) (2-41)

trong đó, -1 là nghịch đảo của hàm phân bố chuẩn hóa (Standard normal distribution

function).

Chỉ số độ tin cậy của kết cấu có thể xác định theo công thức sau:

(2-42)

trong đó:

R: giá trị trung bình của cƣờng độ vật liệu kết cấu;

R: độ lệch chuẩn của cƣờng độ vật liệu kết cấu;

S: giá trị trung bình của ứng suất hay phản ứng của kết cấu (response of structure);

S: độ lệch chuẩn của ứng suất hay phản ứng của kết cấu.

2.1.2 Sơ đồ cây sự cố

2.1.2.1 Khái niệm

Một công trình có thể chịu tác động của nhiều cơ chế gây mất an toàn. Với đập thuộc

CTĐM hồ chứa nƣớc có các cơ chế: nƣớc tràn đỉnh đập, trƣợt mái thƣợng, hạ lƣu,

thấm qua nền, thân đập, xói nền,…; tràn có các cơ chế: mất ổn định trƣợt, lật ngƣỡng

tràn, mất ổn định tƣờng bên dốc nƣớc, xói bể tiêu năng,… Khi đó, để đánh giá an toàn

công trình, cần tổ hợp tất cả các cơ chế sự cố có thể xảy ra với từng hạng mục công

trình và mối quan hệ giữa sự cố tổng thể của từng hạng mục trong hệ thống. Sơ đồ mô

tả mối quan hệ giữa các cơ chế sự cố công trình trong hệ thống đƣợc gọi là sơ đồ cây

sự cố.

2.1.2.2 Thiết lập sơ đồ cây sự cố

a) Phân tích hệ thống

Phân tích hệ thống là việc mô tả cấu tạo, chức năng và mối quan hệ giữa các thành phần

trong hệ thống. Phân tích hệ thống là bƣớc quan trọng trong đánh giá an toàn hệ thống.

Công trình hay hệ thống công trình trên thực tế thƣờng không đơn thuần là hệ thống

nối tiếp hay song song mà là hệ thống phức hợp. Trong một hệ thống có thể có nhiều

hệ thống con có cùng chức năng nhƣ: các đoạn của một tuyến đê cùng có chức năng

ngăn lũ; các đập chính, đập phụ thuộc CTĐM cùng ngăn sông tạo hồ chứa... Một hệ

thống con có thể chia thành nhiều hệ thống nhỏ hơn, nhƣ: đối với tràn xả lũ của hồ

chứa bao gồm hệ thống công trình thủy công, hệ thống thiết bị cơ khí, hệ thống giám

sát vận hành… Các hệ thống con cũng có liên quan đến nhau khi một phần của hệ

thống con này là một phần của hệ thống con khác…Các hệ thống con khác nhau có thể

cùng chung một cơ chế sự cố nhƣ: mực nƣớc hồ dâng cao sẽ dẫn tới tràn nƣớc tràn

đỉnh đập chính, đập phụ và gây xói, sạt trƣợt mái đập, …

Cây sự cố mô tả chuỗi logic tất cả các sự cố dẫn đến cùng một sự cố không mong

muốn gọi là “sự cố cuối cùng”. Sự cố này nằm ở trên cùng (phần ngọn) của sơ đồ cây

sự cố.

b) Mô tả sơ sồ cây sự cố

Sơ đồ cây sự cố đƣợc mô tả bằng hệ thống kí hiệu quy ƣớc chung biểu diễn các sự cố

cơ sở và các cổng liên kết thể hiện điều kiện liên quan giữa các sự cố cơ sở. Ký hiệu

của các loại các kiểu sự cố và cổng liên kết phổ biến sử dụng trong phân tích sơ đồ cây

sự cố đƣợc liệt kê trong Bảng 2-1. Hình 2.7 biểu diễn sơ đồ cây sự cố tổng quát cho hệ

Bảng 2-1: Các kiểu sự cố và các loại cổng liên kết trong sơ đồ cây sự cố [31], [43]

thống CTĐM hồ chứa nƣớc.

Ý nghĩa

TT Cổng liên kết Kí hiệu I Cổng liên kết 1 Và

Hoặc 2

Biểu quyết 3

Điều kiện 4

Và ƣu tiên 5

6 Hoặc loại trừ Sự cố tiếp theo xảy ra khi các sự cố bên dƣới xảy ra Sự cố tiếp theo xảy ra khi ít nhất một sự cố bên dƣới xảy ra Sự cố tiếp theo xảy ra khi một số sự cố bên dƣới xảy ra Sự cố tiếp theo xảy ra khi có ít nhất một sự cố bên dƣới xảy ra Yêu cầu tất cả các sự cố bên dƣới xảy ra theo thứ tự từ trái sang phải Nếu ít nhất một sự cố bên dƣới xảy ra thì sự cố kép sẽ xảy ra

II Các sự cố trong sơ đồ cây sự cố

Sự cố cơ sở 1

Sự cố đơn 2

Sự cố trung gian loại 1 3

Sự cố trung gian loại 2 4

Sự cố phụ thuộc 5

Sự cố cụ thể, chi tiết 6

Tham chiếu 7

2.1.3 Hàm tin cậy của một hệ thống

Có 2 cách ghép nối thể hiện mối quan hệ giữa các sơ đồ cây sự cố thành phần thuộc hệ

thống là ghép song song hoặc ghép nối tiếp. Hình 2-5 mô tả sơ đồ cây sự cố điển hình

của hệ thống nối tiếp và song song. Việc tính toán XSSC cho hệ thống cũng phụ thuộc

(b) Hệ thống song song

(a) Hệ thống nối tiếp

Hình 2-5: Sơ đồ cây sự cố điển hình của hệ thống [31], [43]

vào từng loại ghép nối.

2.1.3.1 Xác suất sự cố của hệ thống ghép nối tiếp

Trong trƣờng hợp tổng quát, XSSC của hệ thống ghép nối tiếp sẽ lớn hơn XSSC lớn

nhất của một thành phần và nhỏ hơn tổng XSSC của tất cả các thành phần. Hình 2.6

Hình 2-6: Minh họa cách xác định XSSC của hệ thống nối tiếp [31], [43]

minh họa cách xác định XSSC của hệ thống nối tiếp có các thành phần độc lập thống kê.

Ditlevsen [43], [47] đƣa ra các công thức gần đúng nhƣ sau:

Nếu áp dụng phƣơng pháp cấp độ II để tính xác suất hƣ hỏng của từng thành phần thì

biên của XSSC trong hệ thống có n thành phần là:

(2-43) ( ) ∑

Công thức để tính các biên hẹp hơn so với công thức (2-41) đối với hệ ghép nối tiếp

gồm n thành phần:

∑ [( ∑ ( ) ) ]

(2-44) ( ) ∑

2.1.3.2 Xác suất sự cố của hệ thống ghép song song

Đặc trƣng của hệ thống ghép song song là các thành phần có thể bổ trợ cho nhau. Sự

cố của một thành phần không dẫn đến sự cố của toàn hệ thống một cách tự động. Hệ

thống gặp sự cố khi tất cả các thành phần của hệ thống hƣ hỏng. Khoảng sự cố đƣợc

định nghĩa là:

(2-45)

Xác suất xảy ra sự cố của hệ thống là

(2-46) ( | | | )

Có thể thay thế XSSC bằng phần bù tức là phần không hƣ hỏng bằng công thức:

(2-47) ̅̅̅ ̅̅̅ ̅̅̅

trong đó, E1, E2…En: là các sự cố có khả năng xảy ra.

Nếu sử dụng phƣơng pháp cấp độ II để xác định xác suất xảy ra sự cố thì có thể dùng phƣơng trình Ditlevsen để tính biên trên và biên dƣới của ̅̅̅ ̅̅̅ ̅̅̅ [47].

Hình 2-7: Sơ đồ cây sự cố của hệ thống CTĐM hồ chứa nước

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

2.2.1 Định nghĩa rủi ro ngập lụt vùng hạ du hồ chứa

Đối với hồ chứa nƣớc, rủi ro ngập lụt vùng hạ du đƣợc xác định nhƣ sau:

Rủi ro = (Xác suất xảy ngập lụt hạ du) x (Chi phí thiệt hại do hậu quả ngập lụt vùng hạ du)

Tại phần 1.1.2 đã chỉ ra các trƣờng hợp hồ chứa xả lũ gây ngập lụt hạ du đập. Giá trị

rủi ro ngập lụt hạ du lớn nhất ứng với trƣờng hợp vỡ đập do các tổ hợp bất lợi khác

nhau về lũ, hƣ hỏng CTĐM,… nhƣ sau:

RR = Pf . Cn (2-48)

trong đó, RR: rủi ro ngập lụt hạ du; Pf : xác suất xảy ra ngập lụt hạ du; Cn: tổng chi phí

thiệt hại do hậu quả ngập lụt vùng hạ du.

2.2.2 Nguyên lý và trình tự phân tích rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa

a) Mục đích của PTRR ngập lụt hạ du

Đối tƣợng PTRR gồm: CTĐM và vùng hạ du hồ chứa. Mục đích của PTRR là cung

cấp cơ sở khoa học để đƣa ra quyết định quản lý, vận hành công trình nhằm bảo đảm

an toàn công trình, vùng hạ du và phát huy hiệu quả sử dụng của hồ chứa thông qua

các bài toán tối ƣu hóa về kinh tế, kỹ thuật trong các giai đoạn: quy hoạch, thiết kế, thi

công xây dựng và khai thác hồ chứa nƣớc.

PTRR dựa trên mức độ rủi ro ngập lụt hạ du theo các kịch bản thực tế về nguy cơ mất

an toàn có thể xảy ra. Kết quả PTRR ngập lụt hạ du đƣợc so sánh với các chuẩn rủi ro

hay giá trị giới hạn rủi ro đã thiết lập. Trong trƣờng hợp cần thiết, thông số kỹ thuật

của CTĐM, hệ thống công trình chống ngập ở hạ du phải điều chỉnh để giá trị rủi ro

thỏa mãn theo các chuẩn đó [31], [48].

Rủi ro ngập lụt hạ du là tổng chi phí đầu tƣ xây dựng; sửa chữa, nâng cấp công trình;

chi phí bảo trì; chi phí thiệt hại tiềm tàng ngập lụt hạ du khi có sự cố xảy ra.

Rủi ro chấp nhận được hay giá trị giới hạn rủi ro (chuẩn rủi ro) là giá trị rủi ro tƣơng

ứng với điểm tối ƣu mà tại đó tổng chi phí nhỏ nhất.

b) Nguyên lý PTRR ngập lụt hạ du hồ chứa nước

Nguyên lý PTRR có nội dung và trình tự tại Hình 2-8 nhƣ sau:

- Mô tả chi tiết hệ thống CTĐM và liệt kê các thành phần hệ thống ;

- Liệt kê các kiểu sự cố không mong muốn có thể xảy ra với CTĐM mà hậu quả ngập

lụt hạ du hồ chứa. Đây là một bƣớc quan trọng trong PTRR. Các sự cố đối với từng

hạng mục thuộc CTĐM cần thiết đƣợc chỉ ra và phân tích đầy đủ để bảo đảm kết quả

tính toán đƣợc chính xác.

- Định lƣợng khả năng xảy ra sự cố (xác định XSSC (Pf) của từng cơ chế sự cố của các

hạng mục, của cả hệ thống CTĐM, định lƣợng hậu quả khi CTĐM gặp sự cố và kết

hợp lại xác định giá trị rủi ro ngập lụt.

- Tiến hành đánh giá rủi ro bằng cách so sánh giá trị rủi ro xác định đƣợc với tiêu

chuẩn an toàn hiện tại, quyết định về giá trị rủi ro chấp nhận đƣợc của vùng hạ du; đề

xuất các giải pháp giảm thiểu rủi ro nếu cần thiết.

c) Trình tự các bước cơ bản trong PTRR ngập lụt hạ du hồ chứa nước được trình bày

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

tại Hình 2-9.

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

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

2.3.1 Hậu quả của ngập lụt hạ du hồ chứa nước

a) Khái niệm

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

biệt trong trƣờng hợp vỡ đập.

- Thiệt hại về kinh tế biểu hiện ở ngập lụt, mất mát về cơ sở hạ tầng và tài sản của

ngƣời dân.

- Thiệt hại về xã hội là sự mất mát về các giá trị tinh thần: thiệt hại về ngƣời; sự xáo

trộn cuộc sống, sự mất mát về các công trình tâm linh, các giá trị lịch sử. Thiệt hại về

xã hội thƣờng khó lƣợng hóa.

- Thiệt hại về môi trƣờng: là sự ảnh hƣởng của dịch bệnh, ô nhiễm môi trƣờng của

vùng bị ngập.

b) Phân loại thiệt hại

Thiệt hại ngập lụt vùng hạ du hồ chứa nƣớc đƣợc phân chia thành 2 nhóm, gồm: nhóm

thiệt hại về con ngƣời và nhóm thiệt hại về tài sản.

Với 2 nhóm đã phân chia, thiệt hại lại đƣợc chia thành các loại: thiệt hại trực tiếp và

gián tiếp; thiệt hại hữu hình và vô hình; trong đó, việc định lƣợng thiệt hại trực tiếp

Bảng 2-2: Phân loại thiệt hại do ảnh hưởng của ngập lụt hạ du hồ chứa nước

hữu hình dễ dàng hơn thiệt hại gián tiếp, vô hình.

Thiệt hai

Thiệt hại hữu hình về vật chất

Trực tiếp

Thiệt hại vô hình về con ngƣời - Thiệt hại về ngƣời - Ảnh hƣởng đến sức khỏe - Giảm chất lƣợng môi trƣờng sống.

Gián tiếp

- Cơ sở hạ tầng: Nhà cửa, hệ thống điện, đƣờng giao thông, trƣờng học, bệnh viện và các hạ tầng công cộng khác. - Hạ tầng phục vụ sản xuất: Đất đai, mùa màng, nhà xƣởng,… - Sự di dời tạm thời khi bị ngập lụt của ngƣời dân và sự ổn định lại cuộc sống sau lũ. - Ảnh hƣởng đến sản xuất (ngập úng hoa màu, nhà xƣởng, nguyên vật liệu…)

- Tác động xấu đến các hoạt động xã hội - Tăng khả năng bị tổn thƣơng của con ngƣời về vật chất và tinh thần.

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

Hiện nay có 2 phƣơng pháp phổ biến đánh giá thiệt hại vùng hạ du hồ chứa nƣớc,

gồm: Phƣơng pháp thống kê (dựa vào số liệu lƣu trữ) và phƣơng pháp mô hình mô

phỏng kết hợp kiểm chứng bằng số liệu điều tra [6], [49], [50].

2.3.2.1 Phương pháp thống kê

Phƣơng pháp này coi giá trị thiệt hại là một đại lƣợng ngẫu nhiên. Dựa vào số liệu lƣu

trữ từ liệt quan trắc số liệu đủ dài và đồng bộ về độ sâu ngập, thời gian ngập, vận tốc

dòng chảy, hàm lƣợng vật chất theo dòng chảy (phù sa, ô nhiễm..) xác định quy luật

phân bố xác suất của thiệt hại. Từ giá trị xác suất xảy ra sự cố, xác định đƣợc giá trị

thiệt hại tƣơng ứng.

a) Ƣu điểm: Tính chính xác cao.

b) Nhƣợc điểm: Độ chính xác phụ thuộc vào độ dài, tính đồng bộ của liệt quan trắc.

Các giá trị vận tốc dòng chảy, hàm lƣợng vật chất theo dòng chảy là các đại lƣợng khó

quan trắc vì biến đổi theo thời gian.

c) Ứng dụng: Khi có chuỗi số liệu quan trắc đủ dài và đồng bộ.

2.3.2.2 Phương pháp mô hình mô phỏng kết hợp kiểm chứng bằng số liệu điều tra

Hiện nay, phƣơng pháp này đƣợc sử dụng phổ biến; thực hiện bằng cách thức xây

dựng đƣờng cong thiệt hại (hàm thiệt hại) dựa trên bản đồ ngập lụt để thống kê các giá

trị thiệt hại trên đất; kiểm chứng bằng số liệu lịch sử quan trắc đƣợc. Các bƣớc đánh

giá thiệt hại vùng hạ du theo phƣơng pháp này là:

Bước 1. Xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ du trong các tình huống xả lũ và vỡ đập

a) Mục đích:

Xác định đƣợc mức độ tác động của xả lũ khẩn cấp và vỡ đập đến mỗi loại thiệt hại

thông qua các đặc trƣng gồm: độ sâu ngập, thời gian ngập, vận tốc dòng chảy, hàm

lƣợng vật chất theo dòng chảy (phù sa, ô nhiễm,...)

b) Phƣơng pháp xây dựng bản đồ ngập lụt [50]

Hiện nay có 2 phƣơng pháp xây dựng bản đồ ngập lụt đang đƣợc sử dụng, gồm:

(i) Phƣơng pháp mô hình vật lý có ƣu điểm là tính chính xác cao, tuy nhiên chi phí

cao, không linh động, phạm vi mô tả hẹp, thời gian thiết lập dài do phải xây dựng mô

hình tƣơng ứng với từng kịch bản.

(ii) Phƣơng pháp mô hình toán đang đƣợc sử dụng phổ biến là mô hình thủy văn, thủy

lực. Độ chính xác của phƣơng pháp này tùy theo điều kiện biên ban đầu để xây dựng

bộ mô hình mô phỏng, gồm: bản đồ địa hình, biên lƣu lƣợng ở thƣợng lƣu, biên mực

nƣớc tại hạ lƣu, mƣa trong đồng, các dữ liệu phục vụ hiệu chỉnh và kiểm định mô

hình… Phƣơng pháp này thuận lợi cho công tác nghiên cứu và quản lý vì có thể mô

phỏng đƣợc nhiều kịch bản khác nhau trong thời gian ngắn, ít tốn kém, thƣờng đƣợc

sử dụng để tính toán hỗ trợ ra quyết định vận hành hồ chứa theo thời gian thực.

c) Phần mềm mô phỏng quá trình ngập lụt hạ du [6]

Trên thế giới hiện có nhiều phần mềm mô phỏng quá trình ngập lụt đồng thời đƣợc

tích hợp với hệ thống thống tin địa lý (GIS) cho phép thể hiện các đặc trƣng ngập lụt

một cách trực quan nhƣ: MIKE URBAN, MIKE FLOOD đƣợc phát triển bởi Viện

Thủy Lực Đan Mạch (DHI); ISIS đƣợc phát triển bởi Halcrow (Anh); SWMM đƣợc

phát triển bởi Cục Bảo vệ Môi Trƣờng Mỹ (USEPA),…

Bước 2. Xây dựng hàm thiệt hại

a) Mục đích: Xây dựng quan hệ giữa thiệt hại đơn vị của từng loại thiệt hại với độ sâu

ngập của loại thiệt hại đó.

Hàm thiệt hại lƣợng hóa quan hệ giữa mức độ thiệt hại của một đối tƣợng chịu ảnh

hƣởng ngập trong vùng hạ du với các đặc trƣng của lũ nhƣ độ sâu ngập, thời gian

ngập, vận tốc dòng chảy, hàm lƣợng phù sa, chất lƣợng nƣớc… Đối tƣợng chịu ảnh

hƣởng có thể là các loại hình sử dụng đất, con ngƣời hoặc cơ sở vật chất ( nhà cửa, xe

cộ, đƣờng giao thông…). Trong đó, độ sâu ngập nƣớc là yếu tố quyết định sự xuất

hiện và mức độ của thiệt hại. Phần lớn thiệt hại phụ thuộc vào đặc trƣng này [51].

b) Phƣơng pháp xây dựng hàm thiệt hại [52]

Phƣơng pháp này đƣợc thực hiện nhƣ sau: Phân loại thiệt hại (theo đối tƣợng sử dụng

đất); từ bản đồ ngập lụt và bản đồ sử dụng đất xác định chiều sâu ngập vùng hạ du hồ

chứa ứng với từng kịch bản xả lũ khẩn cấp và vỡ đập; ứng với mỗi đối tƣợng thiệt hại,

xác định mức độ thiệt hại theo các đặc tính chính của lũ bằng các cách: điều tra xã hội,

phân tích cơ chế vật lý hoặc sinh lý, thí nghiệm… để đánh giá thiệt hại; sử dụng các

đặc tính còn lại, ví dụ nhƣ vận tốc dòng chảy lũ để hiệu chỉnh đƣờng quan hệ, đƣờng

này có thể có vận tốc biến thiên từ nhỏ đến vừa và lớn.

Xác định các đặc trƣng của hàm thiệt hại, bao gồm:

(i) Giá trị thiệt hại lớn nhất (Dmax) là giá trị tối đa bị mất khi thiệt hại không phụ thuộc

vào chiều sâu ngập. Giá trị này có thể là toàn bộ giá trị của đối tƣợng thiệt hại nếu sau

khi nƣớc rút không thể sử dụng lại đƣợc, nhƣ: lúa, cây lƣơng thực, thủy sản… Để xác

định giá trị thiệt hại lớn nhất có thể sử dụng phƣơng pháp điều tra xã hội, định giá,…;

Hình 2-10: Thiệt hại đơn vị lớn nhất (Dmax) vùng hạ du hồ chứa nước Dầu Tiếng [6].

(ii) Giá trị thiệt hại nhỏ hơn là giá trị của đối tƣợng bị thiệt hại nếu đối tƣợng có thể sử

dụng lại sau khi nƣớc rút nhƣ: nhà, đƣờng giao thông,…

(iii) Đƣờng cong thiệt hại: Đƣờng cong phản ánh sự thay đổi mức độ thiệt hại theo

chiều sâu ngập, thƣờng bắt đầu từ 0 ứng với trạng thái không ngập đến thiệt hại ổn

định (100% hoặc nhỏ hơn mức thiệt hại lớn nhất Dmax) khi độ sâu ngập đạt đến một

mức độ nhất định. Đối với mỗi loại thiệt hại sẽ có dạng đƣờng cong khác nhau. Đƣờng

cong thiệt hại có thể đƣợc xác định bằng phƣơng pháp điều tra xã hội hoặc mô tả quá

Hình 2-11: Đường cong thiệt hại vùng hạ du hồ chứa nước Dầu Tiếng [6].

trình vật lý, sinh lý của loại thiệt hại hoặc thí nghiệm.

Hàm thiệt hại có thể biểu diễn theo tỷ lệ phần trăm của thiệt hại lớn nhất theo độ sâu

ngập hoặc theo giá trị quy đổi ra tiền. Hình 2-10, hình 2-11 minh họa cho thiệt hại đơn

vị lớn nhất (Dmax) và đƣờng cong thiệt hại vùng hạ du hồ chứa nƣớc Dầu Tiếng [6].

Bước 3. Đánh giá thiệt hại ngập lụt hạ du hồ chứa

Căn cứ kết quả xây dựng bản đồ ngập lụt, bản đồ sử dụng đất, bản đồ thiệt hại và hàm

thiệt hại do ngập ứng với từng đối tƣợng sử dụng đất đã thiết lập. Tổng thiệt hại của

vùng nghiên cứu đƣợc xác định theo công thức sau [51]:

(2-49)

∑

trong đó:

D: tổng thiệt hại vùng hạ du

n: số ô (cell) đƣợc chia trong vùng hạ du chịu ảnh hƣởng ngập

Fi: Diện tích ô thứ i toàn bộ diện tích vùng dự án đƣợc chia thành n ô.

f(hi): Giá trị hàm thiệt hại tƣơng ứng với độ ngập (hi) của ô lƣới thứ i.

Kết quả thiệt hại đƣợc trình bày dƣới dạng bản đồ và bảng tính thiệt hại ứng với các

mức ngập khác nhau.

Trong Luận án này, Tác giả sử dụng phƣơng pháp mô hình toán để xây dựng bản đồ

ngập lụt hạ du, xây dựng hàm thiệt hại, bản đồ thiệt hại và xác định giá trị thiệt hại

ngập lụt của vùng hạ du khi CTĐM bị sự cố.

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

Đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc đƣợc thực hiện qua đánh giá rủi ro ngập lụt vùng hạ du

gắn với an toàn CTĐM - bƣớc quan trọng trong phƣơng pháp PTRR.

2.4.1 Đánh giá rủi ro ngập lụt hạ du

2.4.1.1 Khái niệm

Đánh giá rủi ro là so sánh giá trị rủi ro của một đối tƣợng với giá trị rủi ro chấp nhận

đƣợc của đối tƣợng đó hay tiêu chuẩn an toàn [48]. Đối với hồ chứa nƣớc, đánh giá rủi

ro ngập lụt hạ du hồ chứa là sự so sánh giá trị rủi ro với tiêu chuẩn an toàn hiện tại dựa

trên giá trị rủi ro chấp nhận đƣợc của vùng hạ du; tiến hành điều chỉnh CTĐM (sửa

chữa, nâng cấp) hoặc vùng hạ du nếu cần thiết.

2.4.1.2 Xác định rủi ro chấp nhận được của vùng hạ du theo quan điểm kinh tế

a) Khái niệm rủi ro chấp nhận đƣợc

Khi xây dựng hồ chứa nƣớc, đơn vị thiết kế tính toán sao cho sự cố CTĐM dẫn đến

ngập lụt hạ du chỉ đƣợc chấp nhận với XSSC cho phép [Pf] rất nhỏ định trƣớc đƣợc

quy định tại các quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật của từng quốc gia.

XSSC cho phép [Pf] quyết định quy mô đầu tƣ hồ chứa nƣớc. Khi quy mô đầu tƣ lớn,

hệ thống có mức độ an toàn cao hay xác suất xảy ra ngập lụt nhỏ, dẫn đến rủi ro tiềm

tàng thấp và ngƣợc lại. Tuy nhiên, không thể gia tăng đầu tƣ rất cao để có đƣợc rủi ro

rất thấp mà cần thiết xác định một rủi ro ngập lụt hạ du hợp lý về mức độ ảnh hƣởng

và tần suất xuất hiện để làm cơ sở quyết định mức bảo đảm an toàn thiết kế. Giá trị rủi

ro hợp lý này là giới hạn rủi ro tiềm tàng lớn nhất của vùng hạ du và đƣợc gọi là “rủi

ro chấp nhận được”.

b) Nguyên lý xác định rủi ro chấp nhận đƣợc của vùng hạ du theo quan điểm kinh tế

Theo quan điểm kinh tế [31], [49], [53], XSSC cho phép [Pf] đƣợc xác định từ tối ƣu

về chi phí và rủi ro ngập lụt hạ du.

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

chữa, nâng cấp hệ thống đạt độ an toàn cao hơn và rủi ro ngập lụt hạ du (RPf). Khi đó,

XSSC tối ƣu đƣợc xác định qua hàm mục tiêu tổng quát sau:

(2-50)

trong đó:

- Pf: Xác suất sự cố của hệ thống đƣợc xác định từ LTĐTC

- Ctot: Tổng chi phí của hệ thống;

- IPf: Tổng chi phí đầu tƣ sửa chữa, nâng cấp hệ thống đạt độ an toàn cao hơn, bao

gồm giá trị đầu tƣ xây dựng ban đầu (Io); chi phí đầu tƣ xây dựng mới hoặc, SCNC hệ

thống an toàn hơn (có XSSC [Pf]i thấp hơn); chi phí cho bảo trì đã thực hiện đối với

công trình SCNC PV(MPf);

- i; n: Thứ tự và số phƣơng án đầu tƣ xây dựng mới hoặc SCNC hệ thống CTĐM

đƣợc xem xét.

Hàm mục tiêu (2-50) đạt cực trị khi:

(2-51)

Nghiệm của phƣơng trình (2-51) chính là giá trị rủi ro chấp nhận đƣợc tƣơng ứng với

XSSC cho phép [Pf] của CTĐM hồ chứa, ký hiệu là Pf-opt xác định đƣợc theo hai

phƣơng pháp [31], [49]:

(i) Phƣơng pháp giải tích: Lấy đạo hàm riêng cấp 1 của (2-51) và giải phƣơng trình

đạo hàm riêng cấp 1 tìm nghiệm;

(ii) Phƣơng pháp rời rạc hóa miền tính toán: Miền tính toán đƣợc rời rạc hóa theo biến

Pf, xác định các điểm tƣơng ứng thuộc 3 đƣờng cong rủi ro (R), đầu tƣ (I) và tổng chi

phí (C); xác định điểm Cmin có giá trị nhỏ nhất trên đƣờng tổng chi phí C, giá trị trục

hoành của điểm Cmin tƣơng ứng với XSSC cho phép [Pf].

Trong nghiên cứu này, để triển khai ứng dụng bài toán cho hệ thống CTĐM hồ chứa

thủy lợi đang khai thác sử dụng, Tác giả chỉ nghiên cứu đánh giá rủi ro kinh tế cho hệ

thống. Khi đó hàm mục tiêu đƣợc viết chi tiết cho trƣờng hợp cụ thể này nhƣ sau:

(2-52)

trong đó:

I(Pf): Giá trị đầu tƣ hệ thống CTĐM hồ chứa để bảo đảm XSSC lớn nhất của hệ

thống là Pf, bao gồm: giá trị hiện tại của công trình, vốn đầu tƣ trực tiếp SCNC

hồ chứa, chi phí đề bù mặt bằng, các chi phí khác;

PV(MPf): Chi phí quản lý vận hành công trình quy về giá trị hiện tại;

D: Thiệt hại kinh tế vùng hạ du hồ chứa nƣớc khi CTĐM bị sự cố với XSSC Pf ;

PV(Pf.D): Giá trị rủi ro kinh tế do ngập lụt gây ra ứng với xác suất Pf đƣợc quy về

hiện tại; Giá trị hiện tại của chi phí bảo trì và thiệt hại xác định theo các công thức sau:

(2-53)

(2-54)

Nếu tuổi thọ công trình đủ dài (ví dụ T=100 năm) thì giá trị thiệt hại quy về hiện tại

đƣợc xác định xấp xỉ theo công thức sau:

(2-55)

trong đó:

Pf : Xác suất sự cố;

E(M): Chi phí bảo trì hàng năm;

E(D): Thiệt hại trong trƣờng hợp xảy ra ngập lụt hạ du;

r: Tỷ lệ lãi suất hiệu quả;

T: Tuổi thọ công trình, tính bằng năm.

Trong nghiên cứu này, Tác giả sử dụng phƣơng pháp rời rạc hóa để xác định giá trị rủi

ro tối ƣu về kinh tế. Sơ đồ nguyên lý tìm điểm cực tiểu hàm tổng chi phí và xác định

điểm XSSC cho phép [Pf] trình bày tại Hình 2-12, trong đó:

- Đƣờng (I): Quan hệ giữa giá trị đầu tƣ hệ thống CTĐM hồ chứa thủy lợi với XSSC

giả định;

- Đƣờng (R): Quan hệ rủi ro ngập lụt vùng hạ du khi sự cố CTĐM xảy ra tƣơng ứng

với XSSC giả định.

- Đƣờng (C): Tổng chi phí là tổng của đƣờng (I) và (R). Điểm có giá trị nhỏ nhất trên

đƣờng tổng chi phí tƣơng ứng với giá trị XSSC tối ƣu về kinh tế.

Tính toán giá trị đầu tƣ để nâng cấp hệ thống CTĐM đạt ĐTC hệ thống giả định; từ đó

xây dựng đƣờng quan hệ giữa giá trị đầu tƣ (I) với các ĐTC của hệ thống CTĐM khác

nhau. Giá trị đầu tƣ (I) đƣợc xác định từ quy mô công trình theo đơn giá, định mức xây

dựng và chi phí quản lý vận hành. Do vậy, đƣờng (I) là đƣờng bất kỳ có thể là đƣờng

Hình 2-12: Tối ưu XSSC theo quan điểm kinh tế [45], [53]

thẳng, đƣờng gãy khúc hay đƣờng cong tùy thuộc vào từng công trình cụ thể.

Giá trị trên đƣờng cong rủi ro ngập lụt hạ du (R) đƣợc xác định bằng tích số của hậu

quả do ngập lụt gây ra với XSSC tƣơng ứng.

Đƣờng tổng chi phí đƣợc xác định bằng tổng của đƣờng cong đầu tƣ (I) và đƣờng cong

rủi ro (R). XSSC cho phép [Pf] tƣơng ứng với điểm có giá trị chi phí đầu tƣ nhỏ nhất

hay giá trị rủi ro chấp nhận đƣợc của vùng hạ du.

Tuy nhiên, trong thực tiễn, ĐTC tối ƣu của CTĐM hồ chứa nƣớc không chỉ đƣợc lựa

chọn tối ƣu về kinh tế mà đƣợc xem xét toàn diện về kinh tế, chính trị, xã hội và môi

trƣờng. Khi đó, hàm thiệt hại tính đến cả các giá trị thiệt hại vô hình về ngƣời, sự mất

mát giá trị tín ngƣỡng, tôn giáo, lịch sử, sự xáo trộn cuộc sống của ngƣời dân khi bị

ảnh hƣởng của ngập lụt.

2.4.2 Đánh giá an toàn hồ chứa nước

Đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc có xét đến ngập lụt hạ du thực hiện bằng cách so sánh

XSSC của CTĐM (Pf) xác định theo LTĐTC với XSSC cho phép [Pf] từ rủi ro chấp

nhận đƣợc của vùng hạ du. Nếu giá trị rủi ro hiện tại của hệ thống CTĐM vƣợt quá giá

trị rủi ro ngập lụt chấp nhận đƣợc của vùng hạ du thì hệ thống cần đƣợc SCNC để bảo

đảm an toàn.

Nhƣ vậy, LTĐTC và PTRR tạo nên cơ sở khoa học để đánh giá an toàn hồ chứa một

cách toàn diện nhằm bảo đảm an toàn cho CTĐM CTĐM theo khả năng chấp nhận rủi

ro ngập lụt của vùng hạ du, trong đó:

1. LTĐTC xác định XSSC cho từng thành phần; XSSC của hệ thống hay ĐTC của hệ

thống. Từ phân tích ĐTC xác định đƣợc:

- Cơ chế sự cố có nguy cơ xảy ra lớn nhất làm cơ sở đề xuất giải pháp kỹ thuật sửa

chữa, nâng cấp (SCNC);

- Hạng mục trong hệ thống có nguy cơ bị sự cố lớn nhất để ƣu tiên SCNC.

2. Xác định XSSC cho phép [Pf] hay ĐTC yêu cầu của hệ thống đầu mối theo khả

năng chấp nhận rủi ro của vùng hạ du đập

2.5 Kết luận Chƣơng 2

Nội dung Chƣơng 2 đã hệ thống hóa, tổng hợp cơ sở khoa học về LTĐTC và PTRR

ngập lụt hạ du làm rõ về khái niệm, nội dung, cách thức áp dụng LTĐTC và PTRR

ngập lụt hạ du vào đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc để tính toán, xác định: rủi ro ngập

lụt vùng hạ du đập, giá trị rủi ro chấp nhận đƣợc theo quan điểm tối ƣu về kinh tế;

XSSC cho phép [Pf] hay ĐTC yêu cầu của hệ thống CTĐM hồ chứa nƣớc.

Trên cơ sở các lý thuyết cơ bản này, Luận án tập trung phát triển các bài toán ứng

dụng bao gồm: PTRR hệ thống CTĐM, phân tích ĐTC của từng cơ chế sự cố, từng

hạng mục thuộc CTĐM và toàn bộ hệ thống CTĐM hồ chứa nƣớc tại Chƣơng 3.

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

3.1 Sơ đồ hóa mối liên hệ giữa CTĐM và vùng hạ du

3.1.1 Sơ đồ hóa công trình đầu mối

a) Khái niệm công trình đầu mối

Các công trình đƣợc xây dựng ở một khu vực để cùng giải quyết các nhiệm vụ của giải

pháp sử dụng nguồn nƣớc và phòng chống thiên tai gọi là công trình đầu mối thuỷ lợi

[54].

CTĐM hồ chứa nƣớc thƣờng gồm các hạng mục [55]: đập chắn dâng nƣớc (đập chính,

các đập phụ), tràn xả lũ (tràn chính, tràn phụ, tràn sự cố,...), công trình lấy nƣớc và các

công trình liên quan khác nhƣ: nhà máy thuỷ điện (kết hợp), âu tầu, đƣờng chuyển bè

gỗ, đƣờng cá đi, công trình xả bùn cát, công trình du lịch, công trình thuỷ sản,…

b) Sơ đồ bố trí tổng thể CTĐM hồ chứa nƣớc

Các hình thức bố trí tổng thể CTĐM hồ chứa nƣớc rất đa dạng, trong đó phổ biến là

hình thức CTĐM gồm 03 hạng mục: đập ngăn sông, công trình xả lũ và cống lấy nƣớc

nhƣ Hình 3-1.

Với hạng mục đập ngăn sông: phân loại theo chức năng có đập chính, đập phụ; một

đầu mối có thể có nhiều đập phụ; phân loại theo vật liệu làm đập có: đập đất, đập bê

tông, đập đá đổ, đập đất đá hỗn hợp, đập đá đổ bê tông bản mặt,…; phân loại theo kết

cấu đập có: đập trọng lực, đập vòm, đập trụ chống,…

Với hạng mục công trình xả lũ: phân loại theo vật liệu làm tràn có tràn bê tông, tràn đá

xây, tràn đất…; phân loại theo hình thức thủy lực cửa vào có tràn dọc, tràn ngang;

phân loại theo vị trí tràn so với đập chính có: tràn bên vai đập chính, tràn ở thân đập

chính, tràn tách rời đập chính; phân loại theo chức năng có: tràn chính, tràn sự cố, tràn

phụ,…; phân loại theo hình thức xả có tràn xả mặt, tràn xả sâu; theo hình thức công

trình có tràn xả lũ, xi phông tháo lũ,…

Với hạng mục cống lấy nƣớc: phân loại theo hình thức kết cấu có: cống bê tông lắp

ghép, cống bằng ống thép luồn bê tông; theo hình thức thủy lực có cống có áp, cống

b. Tràn tách rời đập, cống trong thân đập

a. Tràn bên vai đập, cống trong thân đập

c. Một tràn tách rời đập, một tràn bên vai đập chính, cống ngầm trong thân đập chính và đập phụ

d. Các tràn tách rời nhau và tách rời đập chính, các cống ngầm trong thân đập chính và đập phụ

Hình 3-1: Một số hình thức bố trí tổng thể CTĐM hồ chứa ở Việt Nam 1. Đập chính; 2. Tràn xả lũ; 3. Cống ngầm; 4. Lòng hồ; 5. Đập phụ.

không áp; theo vị trí so với đập chính có cống trong thân đập, cống ven bờ hồ,…

Các hình thức bố trí tổng thể CTĐM và đặc điểm vùng hạ du hồ chứa nƣớc rất đa

dạng. Từ việc thu thập, tổng hợp, thống kê, phân tích cơ sở dữ liệu của 6.750 hồ chứa

thủy lợi ở Việt Nam, tác giả nhận thấy CTĐM đƣợc phân loại thành 3 trƣờng hợp sau:

Trường hợp 1a: CTĐM = ĐC + TR + C (Hình 3-7a, b).

Trường hợp 1b: CTĐM = ĐC + TR + (ĐP1 + …+ ĐPi + …+ ĐPn) + C

(Trƣờng hợp 1a, 1b các là hình thức phổ biến với gần 4.000 hồ chứa vừa và nhỏ).

Trường hợp 2: (Hình 3-1c)

CTĐM = ĐC + TRc + TRbs + (ĐP1 + …+ ĐPi +ĐPn) + (C1 + …+ Ci +… + Cm)

Trường hợp 3: (Hình 3-1d)

CTĐM = ĐC + (TRc + TRbs1 + TRbs2) + (ĐP1 + …+ ĐPi +ĐPn) + (C1 + …+ Ci +… + Cm)

Trong đó, ĐC, TRc, TRbs1, TRbs2, ĐP1, Đpi, ĐPn; C1, Ci, Cm: lần lƣợt là đập chính,

tràn chính, tràn bổ sung 1, tràn bổ sung 2, đập phụ 1, đập phụ thứ i, đập phụ thứ n, cống

lấy nƣớc 1, cống lấy nƣớc thứ i, cống lấy nƣớc thứ n.

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

Tại mục 1.1.1 đã định nghĩa vùng hạ du đập là vùng bị ngập lụt khi hồ xả nƣớc theo

quy trình; xả lũ trong tình huống khẩn cấp hoặc vỡ đập. Trong Luận án không xét đến

trƣờng hợp hạ du bị ngập khi hồ xả nƣớc theo quy trình vận hành mà tập trung nghiên

cứu đánh giá rủi ro ngập lụt hạ du do sự cố CTĐM. Sự cố thành phần của các hạng

mục đập chính, đập phụ, tràn chính, tràn phụ, cống lấy nƣớc dẫn đến việc xả nƣớc từ

hồ qua các hạng mục công trình bị sự cố.

Hầu hết nƣớc từ hồ qua các hạng mục bị sự cố sẽ dồn về lƣu vực sông có tuyến đập

chính đi qua. Khi đó, vùng hạ du có một vùng ngập lụt. Tuy nhiên, trong thực tế có

trƣờng hợp nƣớc từ hồ qua đập chính, đập phụ bị vỡ (gồm cả trƣờng hợp sự cố cống

lấy nƣớc trong thân đập dẫn đến đập bị vỡ) hoặc nƣớc từ hồ qua tràn chính, tràn phụ

khi bị sự cố không nhập lƣu về cùng sông có tuyến đập chính đi qua. Khi đó, vùng hạ

du sẽ có nhiều hơn một vùng ngập lụt. Hình 3-2 sơ họa vùng hạ du của một hồ chứa.

Từ việc thu thập, tổng hợp, thống kê, phân tích cơ sở dữ liệu của 6.750 hồ chứa thủy

lợi ở Việt Nam, tác giả nhận thấy vùng hạ du đƣợc phân loại thành 2 trƣờng hợp sau:

Trường hợp A: Hồ chứa có 1 vùng hạ du sau đập và tràn (V)

Trường hợp B1: Hồ chứa có 2 vùng hạ du độc lập sau đập chính (V1) hoặc đập phụ (V2); V = V1+V2

Trường hợp B2: Hồ chứa có 2 vùng hạ du độc lập sau đập chính (V1) hoặc tràn bổ sung (V2’); V = V1+V2’

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

Mỗi vùng ngập lụt có thể chịu ảnh hƣởng ngập lụt đồng thời của các yếu tố sau: Nƣớc

từ hồ chứa qua các hạng mục thuộc CTĐM bị sự cố, nƣớc từ lƣu vực sông khác đổ về,

Hình 3-3: Sơ đồ hóa tổng quát vùng ngập lụt hạ du hồ chứa nước

do mƣa nội đồng, do ảnh hƣởng của thủy triều nhƣ trong Hình 3-3.

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

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

Từ Sơ đồ kết nối giữa CTĐM và vùng hạ du hồ chứa nƣớc tại Hình 3-4, ứng với các

trƣờng hợp trong thực tiễn, có các sơ đồ hóa CTĐM và vùng hạ du hồ chứa nƣớc nhƣ

Hình 3-5:

Hình 3-5: Sơ đồ hóa CTĐM và vùng hạ du hồ chứa nước

a) Hồ chứa nước có 1 vùng ngập lụt hạ du V1; b) Hồ chứa nước có 2 vùng ngập lụt hạ du độc lập V1, V2; c) Hồ chứa nước có từ 3 vùng ngập lụt hạ du độc lập trở lên V1, V2,…Vn

Hình 3-6: Sơ đồ cây sự cố tổng quát ngập lụt vùng hạ du hồ chứa nước

a) b) c)

Mỗi sơ đồ tại Hình 3-5 lại đƣợc tổ hợp với các yếu tố ảnh hƣởng đến mức độ ngập lụt

hạ du, gồm: nƣớc từ lƣu vực sông khác đổ về, do mƣa nội đồng và do ảnh hƣởng của

thủy triều nhƣ Hình 3-3. Do vậy, từ việc phân tích mối liên hệ giữa CTĐM và vùng hạ

du nêu trên, ta thiết lập đƣợc sơ đồ cây sự cố tổng quát nhƣ Hình 3-6.

Từ việc phân loại các hình thức bố trí tổng thể CTĐM và đặc điểm vùng hạ du hồ chứa

nƣớc nêu trên, tác giả phân loại và tổng hợp Một số trƣờng hợp kết nối giữa CTĐM và

ngập lụt hạ du thƣờng gặp ở Việt Nam tại Bảng 3-1a.

Bảng 3-1a: Một số trường hợp kết nối giữa CTĐM và ngập lụt hạ du thường gặp ở Việt Nam

A

B1

B2

Vùng hạ du

Hồ chứa có chung

Hồ chứa có 2 vùng hạ

1 vùng hạ du sau

du độc

lập sau đập

đập và tràn V

chính (V1) hoặc tràn

CTĐM

Hồ chứa có 2 vùng hạ du độc lập đập sau chính (V1) hoặc đập phụ (V2);

bổ sung (V2’);

V = V1+V2

V = V1+V2’

1a

1aA

CTĐM = ĐC + TR + C

1b

1bA

1bB1

CTĐM = ĐC + TR + (ĐP1

+ …+ ĐPi + …+ ĐPn) + C

2

CTĐM = ĐC + TRc +

2A

2B1

2B2

TRbs + (ĐP1 + …+ ĐPi

+ĐPn) + (C1 + …+ Ci +…

+ Cm)

3

CTĐM = ĐC + (TRc +

3A

3B1

3B2

TRbs1 + TRbs2) + (ĐP1 +

…+ ĐPi +ĐPn) + (C1 +

…+ Ci +… + Cm)

3.1.4 Giới hạn trường hợp nghiên cứu

Các hình thức bố trí tổng thể CTĐM và đặc điểm vùng hạ du hồ chứa nƣớc rất đa

dạng. Từ việc thu thập, tổng hợp, thống kê, phân tích cơ sở dữ liệu của 6.750 hồ chứa

thủy lợi ở Việt Nam, tác giả nhận thấy hình thức bố trí tổng thể CTĐM và đặc điểm

vùng hạ du hồ chứa nƣớc phổ biến ở Việt Nam tƣơng ứng với sơ đồ tại Hình 3-1a, b, c

và Hình 3-5a nhƣ sau:

(1) CTĐM gồm 3 hạng mục: đập ngăn sông là đập đất, tràn xả lũ và cống lấy nƣớc;

(2) Vùng hạ du có một vùng ngập lụt nghĩa là khi các hạng mục thuộc CTĐM bị sự cố,

nƣớc từ hồ xả qua các hạng mục này sẽ dồn về lƣu vực sông có tuyến đập chính đi qua;

(3) Ngập lụt hạ du chịu ảnh hƣởng của xả lũ do sự cố CTĐM; không xét đến nguyên

nhân do nƣớc từ lƣu vực sông khác đổ, mƣa nội đồng về và do ảnh hƣởng của thủy

Hình 3-7: Sơ họa hóa tổng quát vùng ngập lụt hạ du hồ chứa nước trường hợp nghiên cứu

triều. Sơ họa trƣờng hợp lựa chọn tính toán tại Hình 3-7.

Luận án chỉ nghiên cứu thiết lập các bài toán ứng dụng LTĐTC và PTRR đánh giá an

toàn hồ chứa có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du cho trƣờng hợp phổ biến nêu trên.

3.2 Thiết lập sơ đồ cây sự cố của hồ chứa nƣớc

Đối với hồ chứa, hệ thống đƣợc phân tích toàn diện từ CTĐM đến vùng hạ du. Sự cố ở

CTĐM gồm: Sự cố ở đập, tràn xả lũ, cống lấy nƣớc hay công trình liên quan khác

thuộc CTĐM sẽ trực tiếp hoặc gián tiếp dẫn đến tràn phải xả lũ khẩn cấp hoặc vỡ đập

gây ngập lụt hạ du, trong đó, vỡ đập là trƣờng hợp gây thiệt hại lớn nhất. Nhƣ vậy,

“ngập lụt vùng hạ du” là “sự cố cuối cùng” trong sơ đồ cây sự cố.

Trong hệ thống CTĐM hồ chứa nƣớc, sự cố của bất kỳ thành phần cũng có thể dẫn

đến sự cố của toàn hệ thống. Do vậy, liên kết giữa các thành phần là “nối tiếp”. Sơ đồ

Hình 3-8: Sơ đồ cây sự cố ngập lụt vùng hạ du hồ chứa nước đối với trường hợp nghiên cứu

cây sự cố tổng quát ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc nhƣ Hình 3-8.

3.2.1 Cơ chế sự cố và sơ đồ cây sự cố của đập đất

Từ nội dung các hƣ hỏng chính và sự cố ở đập đất đã trình bày tại mục 1.1.6 và phân

tích một số sự cố hay gặp ở các loại đập khác, tiến hành tổng hợp, thiết lập ma trận các

Bảng 3-1: Một số cơ chế sự cố ở đập ngăn sông

cơ chế sự cố ở đập ngăn sông, gồm cả đập chính và đập phụ nhƣ Bảng 3-1:

Cơ chế sự cố của đập

Đập đất

TT

I

Sự cố do lũ

Nƣớc tràn đỉnh đập

II

Sự cố địa chất, địa chấn

2.1

Thấm nền đập

2.2

Lún và chênh lệch lún nền đập

2.3 Mất ổn định công trình và nền khi có động đất

III

Sự cố thấm

Thấm thân đập (xói chân khay, xói ở cửa ra dòng thấm, hang thấm

3.1

thân đập,…)

3.2

Thấm vai đập

Thấm nền đập (xói ngầm , đẩy trồi , hang thấm nền đập,…)

3.2

IV

Sự cố kết cấu, ổn định

4.1

Trƣợt mái thƣợng lƣu

4.2

Trƣợt mái hạ lƣu

4.3

Chuyển vị đứng

4.4

Chuyển vị ngang (trƣợt, lật)

4.5

Nứt dọc đập

4.6

Nứt ngang đập

4.7 Mất ổn định do ứng suất hiệu quả không đảm bảo

Sơ đồ cây sự cố tổng quát cho hạng mục đập trong CTĐM nhƣ Hình 3-9:

Hình 3-9: Sơ đồ cây sự cố của đập

3.2.2 Cơ chế sự cố và sơ đồ cây sự cố của tràn xả lũ

Từ nội dung các hƣ hỏng chính và sự cố ở công trình tháo lũ đã trình bày tại mục

1.1.6, tiến hành tổng hợp, thiết lập ma trận các cơ chế sự cố ở công trình tháo lũ nhƣ

Bảng 3-2: Một số cơ chế sự cố ở công trình tháo lũ

Bảng 3-2:

Tràn

TT

Cơ chế sự cố của tràn xả lũ

Tràn có cửa van

tự do

I

Sự cố thủy lực

1.1

Không đủ khả năng tháo lũ

1.2

Xói hạ lƣu (xói bể tiêu năng, xói dốc nƣớc,…)

1.3

Xói hai bên tràn

1.4

Xói ngầm mang tràn

1.5

Khí thực

1.6 Mài mòn lòng dẫn

II

Sự cố do thiết bị, vận hành

2.1

Sự cố cửa van ( kẹt cửa van, hỏng thiết bị)

2.2

Sự cố thiết bị đóng mở (mất điện, hỏng thiết bị)

2.3

Vận hành không đúng quy trình

III

Sự cố do vật liệu, kết cấu

3.1

Lún, trƣợt, lật

3.2

Hƣ hỏng vật liệu

3.3

Gãy đổ, nứt các kết cấu

IV

Sự cố do địa kỹ thuật

4.1

Thấm nền do xói ngầm và đẩy trồi

4.2

Biến dạng nền (lún, nứt)

Trƣợt mái đào, đắp tại kênh dẫn cửa vào, tại công

4.3

trình nối tiếp, thiết bị tiêu năng

Hình 3-10: Sơ đồ cây sự cố của tràn xả lũ

Sơ đồ cây sự cố tổng quát của công trình tháo lũ trong CTĐM nhƣ Hình 3-10:

3.2.3 Cơ chế sự cố và sơ đồ cây sự cố của cống lấy nước

Từ nội dung các hƣ hỏng chính và sự cố ở cống lấy nƣớc đã trình bày tại mục 1.1.6,

Bảng 3-3: Một số cơ chế sự cố ở cống lấy nước

tiến hành tổng hợp, thiết lập ma trận các cơ chế sự cố ở cống lấy nƣớc nhƣ Bảng 3-3:

TT

Cống bê tông

Cơ chế sự cố của cống lấy nƣớc

I

Sự cố thủy lực

Ống thép luồn bê tông

Thấm ( thấm dọc mang cống, thấm xuyên thành

1.1

cống,...)

1.2

Khí thực sau cửa van

1.3 Mài mòn lòng dẫn

II

Sự cố do thiết bị, vận hành

2.1

Sự cố cửa van ( kẹt cửa van, hỏng thiết bị)

2.2

Sự cố thiết bị đóng mở (mất điện, hỏng thiết bị)

2.3

Vận hành không đúng quy trình

III

Sự cố do vật liệu kết cấu

3.1

Lún không đều giữa các đoạn cống

3.2

Cống bị dột và mục do hƣ hỏng vật liệu

Gãy, đổ, nứt cống, tháp cống do không đảm bảo

3.3

yêu cầu về độ bền, cƣờng độ

IV

Sự cố do địa kỹ thuật

4.1

Thấm nền do xói ngầm và đẩy trồi

4.2

Biến dạng nền

Trƣợt mái đào, đắp tại cửa vào, tại công trình nối

4.2

tiếp, thiết bị tiêu năng

Sơ đồ cây sự cố tổng quát cho hạng mục cống lấy nƣớc trong CTĐM nhƣ Hình 3-11:

Hình 3-11: Sơ đồ cây sự cố của cống lấy nước

3.3 Thiết lập hàm độ tin cậy của cơ chế sự cố hồ chứa nƣớc

3.3.1 Nguyên tắc thiết lập

a) Nguyên tắc:

Theo công thức (2.1), hàm tin cậy (Z) mô tả một cơ chế sự cố có khả năng chịu tải là

(R) và tải trọng là (S) nhƣ sau [43]:

(2.1)

Hàm tin cậy Z là một hàm ngẫu nhiên có các dạng phân bố khác nhau. Hàm tin cậy Z

đƣợc thiết lập căn cứ vào trạng thái giới hạn tƣơng ứng với cơ chế phá hỏng hay còn

gọi là biên sự cố.

CTĐM hồ chứa nƣớc là một hệ thống kết cấu trên nền chịu tác động của các môi

trƣờng xung quanh, trong đó môi trƣờng nƣớc và môi trƣờng nền có ảnh hƣởng quyết

định đến ổn định của công trình. Do vậy, hoạt động của từng hạng mục thuộc CTĐM

tuân theo các quy luật vật lý, cơ học theo cơ chế tác động qua lại giữa môi trƣờng

nƣớc, nền, công trình. Quy luật này đƣợc xem xét để xác định hàm tải trọng và hàm độ

bền khi thiết lập hàm tin cậy của các hạng mục thuộc CTĐM hồ chứa nƣớc [34].

Bảng 3-4 trình bày nguyên tắc thiết lập một số hàm tin cậy của một số cơ chế sự cố đối

với các hạng mục thuộc CTĐM hồ chứa nƣớc từ việc phân tích điều kiện xuất hiện

trạng thái giới hạn của cơ chế phá hỏng theo [9], [10], [54].

b) Điều kiện áp dụng

(1) CTĐM hồ chứa nƣớc đƣợc mô phỏng theo hệ thống có liên kết nối tiếp.

(2) Khi thiết lập hàm tin cậy, hàm tải trọng và hàm sức chịu tải tuân theo quy luật vật

lý, cơ học thông qua việc xác định tải trọng, độ bền,... tại trạng thái giới hạn theo tiêu

chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành.

(3) Phân bố xác suất của các BNN đầu vào, gồm: chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đất, nƣớc

và kích thƣớc của công trình,mực nƣớc, lƣu lƣợng,… xác định từ phân tích xác suất

thống kê chuỗi số liệu thu thập, khảo sát, thí nghiệm, đo đạc tại công trình ở thời điểm

tính toán và tài liệu quan trắc công trình trong nhiều năm.

Bảng 3-4: Nguyên tắc thiết lập một số hàm tin cậy của các hạng mục thuộc CTĐM hồ chứa nước

TT

Hàm tin cậy

Ghi chú

Cơ chế sự cố

I Hạng mục đập đất

: Cao trình đỉnh đập

1.1 Nƣớc tràn đỉnh đập

: Mực nƣớc cao nhất trƣớc đập

- tƣơng ứng là các hàm tổng mô men của các lực giữ và của các

1.2 Trƣợt mái thƣợng, hạ lƣu

lực gây trƣợt đối với tâm trƣợt O

: Độ dốc dòng thấm tính toán tại vị trí kiểm tra

1.3

: Độ dốc dòng thấm giới hạn cho phép

Xói chân khay, xói ở cửa ra dòng thấm do biến hình thấm thông thƣờng

: Tổng chiều dài đƣờng viền thấm tính toán.

1.4

Xuất hiện hang thấm thân đâp, nền đập do biến hình thấm đặc biệt

: Chiều dài đƣờng viền thấm cho phép

II

TRÀN XẢ LŨ

2.1 Cơ chế hƣ hỏng do vật liệu, kết cấu

: Tổng lực chống trƣợt

a Mất ổn định trƣợt

: Tổng lực gây trƣợt

: Tổng mô men chống lật

b Mất ổn định lật

: Tổng mô men gây lật

TT

Hàm tin cậy

Ghi chú

Cơ chế sự cố

: Chênh lệch lún tính toán giữa hai đơn nguyên đập

Lún không đều giữa các đơn nguyên

: Chênh lệch lún cho phép giữa các đơn nguyên đập

: Nội lực lớn nhất do tổ hợp tải trọng tính toán gây ra tại vị trí tính toán

trên tƣờng

d Nứt gãy tƣờng bên

: Khả năng chịu lực hay độ bền của tƣờng.

: Tổng lực hoặc mô men chống trƣợt

Trƣợt mái núi hai bên tràn

: Tổng lực hoặc mô men gây trƣợt

2.3 Cơ chế hƣ hỏng do thủy lực

V: lƣu tốc trung bình của dòng chảy tại mặt cắt đang xét trên dốc nƣớc.

Vcp: lƣu tốc cho phép không xâm thực, phụ thuộc vào loại vật liệu, dạng mặt cắt, dạng vật chảy bao và kích thƣớc các mấu gồ ghề

Vng: lƣu tốc ngƣỡng xâm thực của vật liệu thành lòng dẫn

a Khí thực trên dốc nƣớc

: hệ số biểu thị quan hệ giữa lƣu tốc trung bình và lƣu tốc lớn nhất trong

dòng chảy khi chiều dày lớp biên rối và dạng mặt cắt ngang của dòng chảy

: các hệ số phụ thuộc vào độ nhám, chiều dày lớp biên rối tại mặt cắt

đang xét.

hc’’ : Chiều sâu liên hiệp của cột nƣớc co hẹp hc, xác định theo năng lƣợng Eo ở cuối dốc nƣớc

b Xói bể tiêu năng

hhl: Chiều sâu cột nƣớc hạ lƣu tràn xả lũ trong kênh hạ lƣu

III CỐNG LẤY NƢỚC

TT

Hàm tin cậy

Ghi chú

Cơ chế sự cố

3.1 Cơ chế hư hỏng do thủy lực

: Chiều dài đƣờng viền thấm tính toán dọc theo cống

Thấm dọc mang cống

: Chiều dài đƣờng viền thấm giới hạn cho phép

: gradien thấm cho phép của vật liệu làm cống

Thấm xuyên thành cống

J: gradien thấm của nƣớc trên đỉnh cống.

K: Hệ số khí hóa

Khí thực sau cửa van

Kpg: hệ số khí hóa phân giới phụ thuộc hình dạng vật chảy bao, xác định theo các mô hình thí nghiệm thủy lực

3.2 Cơ chế hư hỏng do vật liệu, kết cấu

: Chênh lệch lún tính toán giữa hai đoạn cống

Lún không đều giữa các đoạn cống

: Chênh lệch lún cho phép giữa các đoạn cống

: Moomen chịu uốn lớn nhất do tổ hợp tải trọng tính toán gây ra tại tiết

diện đang xét

Gãy, đổ, nứt cống do độ bền không đảm bảo

: Mô men chịu uốn giới hạn của tiết diện đó

: ứng suất lớn nhất tại đáy móng cống

Nền cống không đảm bảo yêu cầu về cƣờng độ

: ứng suất cho phép của nền

3.3.2 Một số hàm tin cậy của đập đất

3.3.2.1 Cơ chế sự cố nước tràn đỉnh đập

a) Thiết lập hàm tin cậy

Cơ chế sự cố nƣớc tràn đỉnh đập xảy ra khi mực nƣớc trƣớc đập cao hơn cao trình đỉnh

(3-1)

Hình 3-12. Sơ đồ cơ chế sự cố nước tràn đỉnh đập [34]

đập. Từ Bảng 3-4, hàm tin cậy của cơ chế nƣớc tràn đỉnh đập nhƣ sau [54], [9], [34]:

b) Xác định hàm sức chịu tải Zdd và hàm tải trọng Zmax

Phân bố xác suất và các giá trị đặc trƣng của hàm Zdd đƣợc xác định từ chuỗi số liệu

đo đạc cao trình đỉnh đập tại thời điểm tính toán.

Nếu hàm tải trọng Zmax đƣợc xác định từ mực nƣớc tính toán Zmn thì phải kể đến tác

động của sóng, gió gây nƣớc dềnh và sóng leo. Khi đó, Zmax xác định nhƣ sau:

(3-2a)

trong đó: : Cao độ đỉnh đập; : Cao độ mực nƣớc hồ; Zmax : Mực nƣớc lớn nhất

hd: Chiều cao nƣớc dềnh do gió; hsl: Chiều cao sóng leo lên mái đập.

Nếu hàm tải trọng Zmax đƣợc xác định từ mực nƣớc thực đo có vị trí quan trắc mực

nƣớc ngay trƣớc đập, khi đó giá trị quan trắc Zmax đã gồm cả chiều cao nƣớc dềnh do

gió và sóng leo lên mái đập.

3.3.2.2 Cơ chế sự cố trượt mái thượng, hạ lưu đập

Cơ chế sự cố trƣợt mái xảy ra khi [10], trong đó, - tƣơng

ứng là các hàm tổng mô men của các lực giữ và của các lực gây trƣợt đối với tâm trƣợt O;

là hàm của các biến ngẫu nhiên, nhƣ: chỉ tiêu cơ lý của vật liệu mái dốc, đất nền, các kích

thƣớc hình học,…. Do vậy, có 2 cách thiết lập hàm tin cậy của cơ chế sự cố trƣợt mái:

- Cách 1:

(3-2)

Hiện nay có nhiều phƣơng pháp tính ổn định mái đập, phƣơng pháp mặt trƣợt trụ tròn

đang đƣợc sử dụng phổ biến. Theo phƣơng pháp này, có nhiều công thức xác định hệ

số an toàn K cho 1 cung trƣợt; khác nhau giữa các công thức chủ yếu là cách xác định

Hình 3-13. Sơ đồ cơ chế trượt mái hạ lưu theo phương pháp Bishop [34], [56]

lực thấm [34], [55]. Nghiên cứu này sử dụng công thức Bishop thiết lập hàm tin cậy.

Khi đó, hàm tin cậy của cơ chế trƣợt mái Z2 nhƣ công thức (3-2’)

(3-2a)

trong đó:

: tƣơng ứng là hệ số an toàn, trọng lƣợng thỏi đất, áp lực nƣớc lỗ

rỗng, lực dính đơn vị, góc ma sát trong, góc theo phƣơng ngang và phƣơng cung trƣợt,

bề rộng của thỏi đất.

- Cách 2: Biến đổi điều kiện . Khi đó hàm tin cậy đƣợc

thiết lập nhƣ sau:

(3-2’)

Sử dụng phần mềm Geoslope tính toán hệ số ổn định mái K cho cung trƣợt với các

thông số đầu vào đƣợc khai báo là các đại lƣợng ngẫu nhiên, phần mềm sẽ tính lặp ra

kết quả hệ số K là đại lƣợng ngẫu nhiên và giá trị XSSC tƣơng ứng. Kết quả tính bằng

phần mềm có tính chính xác cao nhƣng khối lƣợng tính toán lớn, tốc độ giải bài toán

phụ thuộc vào cấu hình của máy tính.

3.3.2.3 Cơ chế sự cố xói chân khay và xói tại cửa ra của dòng thấm

a) Thiết lập hàm tin cậy

Cơ chế sự cố xảy ra xói khi gradien thấm tại các vị trí đó vƣợt quá gradien thấm cho

phép. Hàm tin cậy xói cục bộ do biến hình thấm thông thƣờng nhƣ biểu thức (3-3), (3-

4) [34], [54]:

Hàm tin cậy xói chân khay :

(3-3)

Hàm tin cậy xói cửa ra của dòng thấm:

(3-4)

trong đó: , : Gradien thấm lớn nhất tại vị trí cửa ra và ở chân khay.

b) Xác định hàm sức chịu tải , và hàm tải trọng ,

, : Gradien thấm cho phép tại vị trí cửa ra và ở chân khay có phân bố xác

suất và các đặc trƣng thống kê đƣợc xác định từ chuỗi số liệu thí nghiệm vật liệu đắp

đập ở vị trí cửa ra và vật liệu làm chân khay ở thời điểm tính toán.

, phụ thuộc vào mực nƣớc hồ; phân bố xác suất và các đặc trƣng thống kê

đƣợc xác định từ chuỗi giá trị có đƣợc thông qua tính toán thấm bằng phần mềm

Seep/w (Geoslope 2007).

Hình 3-14. Sơ đồ cơ chế sự cố do biến hình thấm đặc biệt [34], [56]

3.3.2.4 Cơ chế sự cố xuất hiện hang thấm trong thân và nền đập

Hang thấm cục bộ trong thân và nền đập do trong quá trình thi công không đảm bảo

chất lƣợng đất đắp đập và độ chặt đồng đều trên toàn mặt cắt đập hoặc xử lý nền đập

không triệt để. Từ nguyên tắc thiết lập hàm tin cậy của cơ chế hƣ hỏng do biến hình

thấm đặc biệt ở đập và nền tại Bảng 3-4, ta xây dựng đƣợc hàm tin cậy nhƣ công thức

(3-5), (3-6) [9], [34], [54].

(3-6)

(3-5)

trong đó:

: Độ dốc thủy lực cho phép của vật liệu đắp đập và nền, phụ thuộc

vào cấp công trình và tính chất cơ lý của vật liệu đắp đập và nền đập.

h2: Cột nƣớc ở hạ lƣu đập; ao: Độ cao hút nƣớc; T: Chiều dày tầng thấm;

m1, m2: Hệ số mái thƣợng, hạ lƣu; Ld: Chiều dài đáy đập; Zmn, Zo: Cao trình mực nƣớc

thƣợng lƣu và đáy hồ.

3.3.3 Một số hàm tin cậy của tràn xả lũ

3.3.3.1 Cơ chế sự cố mất ổn định trượt của tràn

a) Thiết lập hàm tin cậy

Từ việc áp dụng công thức tính ổn định có xét đến lực dính và lực ma sát trên mặt phá

hoại tại mặt tiếp xúc giữa đập bê tông trọng lực và nền [9], [34], [54], hàm tin cậy của

cơ chế mất ổn định trƣợt ngƣỡng tràn nhƣ công thức (3-7):

(3-7)

b) Xác định hàm khả năng chịu tải và hàm tải trọng

Lực ma sát và lực dính C.A trên mặt phá hoại đƣợc xem là hàm khả

năng chịu tải; thành phần lực gây trƣợt đƣợc xem là hàm tải trọng.

Các hàm trên đƣợc thiết lập từ các BNN mực nƣớc, chỉ tiêu cơ lý của đất, nền, nƣớc đƣợc

xác định từ chuỗi số liệu quan trắc, đo đạc, lấy mẫu thí nghiệm tại thời điểm tính toán.

3.3.3.2 Cơ chế sự cố mất ổn định lật của tràn

Theo [9], [34], [54], hàm tin cậy của cơ chế sự cố đập tràn bị lật quanh một trục ở chân

hạ lƣu đập đƣợc thành lập theo công thức (3-8):

(3-8)

trong đó: : tổng mô men chống lật đƣợc xem nhƣ hàm khả năng chịu tải,

tổng mô men gây lật là hàm tải trọng.

Các hàm trên đƣợc xác định từ các BNN (gồm: mực nƣớc hồ, chỉ tiêu cơ lý của vật

liệu làm tràn, của nền, kích thƣớc hình học của tràn, ...) đƣợc xác định từ từ chuỗi số

liệu quan trắc, đo đạc, lấy mẫu thí nghiệm tại thời điểm tính toán.

3.3.3.3 Cơ chế sự cố xuất hiện khí thực trên dốc nước của tràn xả lũ

Theo [9], [34], [54], hàm tin cậy của cơ chế sự cố xuất hiện khí thực trên dốc nƣớc

đƣợc thành lập tại trạng thái giới hạn mà tại đó lƣu tốc trung bình của dòng chảy tại

mặt cắt đang xét đạt tới lƣu tốc cho phép không xâm thực theo công thức (3-9):

(3-9)

Trong đó,

V: lƣu tốc trung bình của dòng chảy tại mặt cắt đang xét trên dốc nƣớc;

Vcp: lƣu tốc cho phép không xâm thực, phụ thuộc vào loại vật liệu, dạng mặt cắt, dạng

vật chảy bao và kích thƣớc các mấu gồ ghề;

Vng: lƣu tốc ngƣỡng xâm thực của vật liệu thành lòng dẫn;

: hệ số biểu thị quan hệ giữa lƣu tốc trung bình và lƣu tốc lớn nhất trong dòng chảy

khi chiều dày lớp biên rối và dạng mặt cắt ngang của dòng chảy;

: các hệ số phụ thuộc vào độ nhám, chiều dày lớp biên rối tại mặt cắt đang xét.

3.3.4 Một số hàm tin cậy của cống lấy nước

3.3.4.1 Cơ chế sự cố thấm dọc mang cống

Hàm tin cậy của cơ chế sự cố thấm dọc theo mang cống (hay thấm dọc theo hành lang

đặt cống) nhƣ công thức (3-10) [10], [34], [54].

(3-10)

Trong đó: : Gradient thấm cho phép của đất sét đắp xung quanh thân cống, là hàm

sức chịu tải, xác định từ việc khoan lấy mẫu thí nghiệm tại thời điểm đánh giá;

Z2: Cao độ mực nƣớc ngầm trên đỉnh cống tại vị trí cuối cống;

Zmn: Cao độ mực nƣớc thƣợng lƣu cống; Lc : Chiều dài thân cống ngầm.

3.3.4.2 Cơ chế sự cố gãy, đổ, nứt cống do độ bền của thân cống không đảm bảo

Theo Bảng 3-4, điều kiện thiết lập hàm tin cậy nhƣ sau [34]:

(3-11)

a) Xác định hàm khả năng chịu tải (Mgh) [34]:

Hàm khả năng chịu tải (Mgh) là hàm mô men chịu uốn giới hạn của thân cống, Mgh phụ

thuộc vật liệu làm cống, chiều dày thành cống và kích thƣớc mặt cắt cống. Các yếu tố

ảnh hƣởng đến Mgh đƣợc xác định bằng thí nghiệm hiện trƣờng tại thời điểm đánh giá

cho các mặt cắt khác nhau. Từ chuỗi số liệu biến ngẫu nhiên Mgh, xác định luật phân

bố xác suất của nhƣ sau:

Kỳ vọng của mô men uốn giới hạn: (3-11a)

(3-11b) Độ lệch chuẩn của mô men uốn giới hạn:

b) Hàm tải trọng (Mtt) [34]:

Hàm tải trọng (Mtt) là hàm của các giá trị mô men thân cống đƣợc thiết lập từ chuỗi

kết quả tính toán nội lực của các mặt cắt ứng với tham số đầu vào là cột nƣớc thấm

trên đỉnh cống. Hàm phân bố xác suất của mô men uốn đƣợc xác định theo các phƣơng

pháp trong thống kê tƣơng tự cách xác định Mgh theo hai công thức (3-

11a) và (3-11b).

3.3.4.3 Cơ chế sự cố xuất hiện khí thực sau cửa van của cống ngầm

Từ điều kiện giới hạn khí hóa dòng chảy trong cống ở giai đoạn đầu, lấy trị số của hệ

số khí hóa tƣơng ứng với ngƣỡng xâm thực K > Kpgx = 0,85Kpg [57], ta thiết lập đƣợc

hàm tin cậy nhƣ sau:

(3-12)

Trong đó: K: Hệ số khí hóa; Kpg: hệ số khí hóa phân giới phụ thuộc hình dạng vật chảy

bao, xác định theo các mô hình thí nghiệm thủy lực

HDT (m): cột nƣớc áp lực toàn phần đặc trƣng của dòng chảy bao quanh cửa van

VDT (m/s): lƣu tốc trung bình đặc trƣng của dòng chảy tại cửa van

Hpg (m): cột nƣớc áp lực phân giới.

3.3.5 Giải hàm tin cậy

a) Xử lý biến ngẫu nhiên mực nƣớc hồ chứa Zmn

Zmn là biến ngẫu nhiên tác dụng đến mọi hàm tin cậy của đập, tràn xả lũ, cống lấy

nƣớc. Zmn phụ thuộc vào vận hành của công trình xả lũ. Do vậy, khi thiết lập hàm tin

cậy, đặc trƣng thống kê của Zmn đƣợc xác định tƣơng ứng với 2 trƣờng hợp sau:

(1) Trƣờng hợp 1: Công trình xả lũ là tràn tự do

Từ liệt số liệu quan trắc, xác định đƣợc đặc trƣng thống kê (µ, σ) và dạng phân bố xác

suất. Nếu trạm quan trắc mực nƣớc đặt phía lòng hồ ở thƣợng lƣu đập và đo đạc số

liệu mực nƣớc hồ liên tục trong thời gian vận hành thì liệt số liệu quan trắc này là một

liệt đại biểu, phản ánh đƣợc tất cả các tác động ngẫu nhiên (do mƣa, nƣớc từ thƣợng

nguồn về, bốc hơi) [58].

(2) Trƣờng hợp 2: Công trình xả lũ là tràn có cửa van điều tiết

Mặc dù trạm quan trắc mực nƣớc đặt phía lòng hồ ở thƣợng lƣu đập và đo đạc số liệu

mực nƣớc hồ liên tục trong thời gian vận hành nhƣng liệt số liệu quan trắc này chƣa

phản ánh đƣợc tất cả các tác động ngẫu nhiên do mực nƣớc hồ có sự tác động của con

ngƣời vận hành điều tiết hồ theo quy trình vận hành định sẵn.

Khi đó, giá trị kỳ vọng toán (µ) đƣợc xác định bằng cách diễn toán theo lý thuyết, sử

dụng mô hình mƣa - dòng chảy, có cập nhật số liệu thủy văn và đƣờng đặc tính lòng

hồ, tính toán xác định đƣờng quá trình lũ đến hồ ứng với các tần suất (Qlũ - P), tính

toán điều tiết xác định đƣờng tần suất mực nƣớc hồ (Z - P) có xét đến quá trình xả

nƣớc nhằm cắt, giảm lũ bảo đảm mực nƣớc khống chế trong hồ và khống chế tại hạ du

[58], [59].

Từ số liệu quan trắc mực nƣớc hồ hàng năm, ta xác định đƣợc dạng phân bố thống kê,

và độ lệch chuẩn σ. Giá trị kỳ vọng toán (µ) đƣa vào tính toán (hay giá trị trung bình

thống kê của biến mức nƣớc trong từng cơ chế sự cố) đƣợc xác định là giá trị mực

nƣớc hồ ứng với tần suất tƣơng ứng cuả trƣờng hợp đang xem xét.

b) Giải hàm tin cậy

Các hàm tin cậy đƣợc giải theo cấp độ 3 bằng phƣơng pháp mô phỏng ngẫu nhiên MC

đƣợc trình bày tại mục 2.1.1.3.

3.4 Bài toán 1: Xác định xác suất sự cố và phân tích độ tin cậy của hệ thống

công trình đầu mối hồ chứa nƣớc

3.4.1 Mục tiêu

Mục tiêu của bài toán 1 nhƣ sau: Đánh giá hiện trạng an toàn của CTĐM hồ chứa nƣớc

thông qua việc xác định và so sánh ĐTC của CTĐM với chuẩn an toàn hiện có; từ đó

đề xuất giải pháp nâng cao ĐTC của CTĐM.

3.4.2 Nội dung bài toán

a) Trình tự thực hiện

Việc đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc thông qua việc xác định XSSC và phân tích ĐTC

của hồ chứa nƣớc đƣợc thực hiện theo trình tự nhƣ sau:

- Xác định ĐTC cho các cơ chế sự cố của các hạng mục thuộc CTĐM.

- Phân tích ĐTC của các hạng mục thuộc hệ thống CTĐM, đề xuất giải pháp nâng cao

ĐTC của CTĐM và giảm thiểu rủi ro ngập lụt hạ du.

b) Các bƣớc giải bài toán:

Phân tích ĐTC của hệ thống CTĐM hồ chứa nƣớc đƣợc thực hiện theo các bƣớc sau

[34], [53], [60]:

- Bước 1: Mô tả về nhiệm vụ, cấu tạo, quy mô, hiện trạng của các thành phần thuộc hệ

thống CTĐM; xác định mối quan hệ giữa các thành phần; phân tích thống kê các biến

ngẫu nhiên tải trọng và độ bền;

- Bước 2: Phân tích nguyên nhân dẫn đến sự cố theo các cơ chế khác nhau; liệt kê các

sự cố có thể xảy ra cho các hạng mục công trình và hệ thống CTĐM;

- Bước 3: Xây dựng sơ đồ cây sự cố của các hạng mục và toàn hệ thống CTĐM theo

sơ đồ cây sự cố tổng quát tại Hình 3-8.

- Bước 4: Thiết lập các hàm tin cậy của các CCSC và giải hàm tin cậy xác định XSSC.

- Bước 5: Phân tích sơ đồ cây sự cố, tổng hợp XSSC cho từng hạng mục và toàn bộ hệ

Bảng 3-5: Ma trận sự cố của hệ thống CTĐM hồ chứa nước

thống CTĐM theo ma trận sự cố tại Bảng 3-5 nhƣ sau:

Cơ chế sự cố Tổng Các hạng mục thuộc CTĐM Sự cố 1 Sự cố 2 … Sự cố i … Sự cố n

(0) (1) (i) (n) (2)

Đập chính … … p11 p1i p1n p12 P1

Đập phụ (thứ 1) … … p21 p2i p2n p22 P2

… … … … … … … …

Đập phụ(thứ j) … … pj1 pji pjn pj2 P3

Công trình tháo lũ (thứ 1) …

… … … … … … … …

Công trình tháo lũ (thứ k) … Pk1 pkn Pki … pk2 P3

Cống lấy nƣớc số (thứ 1) …

… …

Cống lấy nƣớc (thứ l) … … Pl1 Pli Pln Pl2 Pl

Các hạng mục khác (m) … Pm1 pmi … pmn pm2 Pm

Tổng hợp Pf PSC1 PSC2 … PSCi … PSCn

+ Cột (0): Liệt kê các hạng mục CTĐM hồ chứa nƣớc;

+ Hàng(1): Liệt kê các cơ chế sự cố của các hạng mục công trình;

+ Pji: Là giá trị của ô thuộc ma trận tạo bởi hàng thứ j và cột thứ i thể hiện

XSSC của hạng mục công trình thứ j theo cơ chế sự cố thứ i. Nếu cơ chế sự cố thứ (i)

không xảy ra với hạng mục công trình đang xem xét thì không điền giá trị vào ô;

+ Hàng cuối cùng thể hiện XSSC tổng hợp theo từng cơ chế sự cố; cột cuối

cùng thể hiện XSSC tổng hợp của từng hạng mục công trình.

XSSC Pf của hệ thống CTĐM hồ chứa đƣợc mô phỏng theo hệ thống nối tiếp có các

hạng mục làm việc độc lập có thể xác định theo các công thức gần đúng sau:

(1) Công thức của V.V. Polotin đã đƣợc đƣa vào Tiêu chuẩn Nga về ĐTC của công

trình bến cảng theo định lý nhân xác suất [34], [42], [61]

(3-13)

trong đó: n - Số công trình trong hệ thống.

(2) Công thức (2-43) của Ditlevsen [43], [47]. Trong luận án, tác giả xác định XSSC

của CTĐM Pf bằng phần mềm OpenFTA. Phần mềm tính lặp theo công thức của

Ditlevsen để tìm ra giá trị XSSC chính xác thuộc khoảng biên trên và biên dƣới của

giá trị XSSC.

Chỉ số độ tin cậy β [35] là giá trị đƣợc dùng để thay thế cho độ tin cậy hoặc XSSC Pf

(Failure Probability) xác định theo công thức (2-41) ở Chƣơng 2.

c) Đƣờng cong sự cố

Với mỗi cơ chế sự cố, tiến hành tính toán cho nhiều trƣờng hợp BNN khác nhau bằng

cách giữ nguyên dạng phân bố thống kê (độ lệch chuẩn σ), thay đổi giá trị kỳ vọng

toán (µ), tính lặp theo phƣơng pháp MCS tìm các XSSC Pfi tƣơng ứng và vẽ đƣờng

cong sự cố [62]. Hình 3-9 minh họa đƣờng cong sự cố nƣớc tràn đỉnh và cơ chế ổn

định mái hạ lƣu đập.

Hình 3-15: Minh họa đường cong sự cố nước tràn đỉnh đập [63]và cơ chế mất ổn định mái hạ lưu đập [23]

3.4.3 Kết quả và ý nghĩa của bài toán 1

Đánh giá an toàn hệ thống CTĐM bằng LTĐTC cho kết quả và ý nghĩa nhƣ sau:

- Nhận dạng được hạng mục công trình có nguy cơ xảy ra sự cố cao nhất trong hệ

thống thông qua việc phân tích Pj max. Từ đó, xác định hạng mục thuộc CTĐM cần

phải tập trung để SCNC.

- Xác định được cơ chế sự cố có xác suất xảy ra sự cố lớn nhất thông qua việc phân

tích cơ chế có PSCi max. Từ đó, tạo cơ sở quan trọng đề xuất giải pháp kỹ thuật trong

thiết kế SCNC để nâng cao ĐTC cho hệ thống CTĐM.

- Xây dựng đường cong sự cố làm cơ sở cho việc lựa chọn thông số kỹ thuật của từng

hạng mục từ XSSC khi thiết kế công trình.

3.5 Bài toán 2: Xác định độ tin cậy yêu cầu của công trình đầu mối theo rủi ro

ngập lụt hạ du

3.5.1 Mục tiêu

Xác định ĐTC yêu cầu hay XSSC cho phép [Pf] của CTĐM căn cứ vào rủi ro chấp

nhận đƣợc của vùng hạ du hồ chứa nƣớc theo quan điểm tối ƣu về kinh tế; làm cơ sở

để so sánh, kết luận về an toàn hồ chứa có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du.

3.5.2 Nội dung bài toán

3.5.2.1 Xác định xác suất sự cố tối ưu về kinh tế của CTĐM Pf-opt

XSSC tối ƣu của CTĐM, ký hiệu là Pf-opt đƣợc xác định từ mức đảm bảo an toàn của

vùng hạ du tƣơng ứng với điểm cực tiểu trên đƣờng cong chi phí (C). Khi đó, Pf-opt là

xác suất ngập lụt vùng hạ du tƣơng ứng với giá trị rủi ro chấp nhận đƣợc của vùng hạ

du tối ƣu về kinh tế và đƣợc xác định tại mục 2.4.1.2.

3.5.2.2 Lựa chọn xác suất sự cố cho phép [Pf] của CTĐM

Tuy nhiên, trong thực tiễn, ĐTC yêu cầu của CTĐM hồ chứa nƣớc không chỉ đƣợc lựa

chọn tối ƣu về kinh tế mà cần thiết đƣợc xem xét toàn diện cả về chính trị, xã hội và

môi trƣờng. XSSC cho phép [Pf] đƣợc xác định theo công thức sau:

(3-14)

trong đó, phụ thuộc vào các yếu tố ảnh hƣởng đến rủi ro ngập lụt vùng hạ du (R)

chƣa đƣợc xét đến trong công thức (2-50), gồm: Các thiệt hại vô hình về ngƣời, sự mất

mát giá trị tín ngƣỡng, tôn giáo, lịch sử, sự xáo trộn cuộc sống của ngƣời dân khi bị

ảnh hƣởng của ngập lụt; yêu cầu về bảo vệ công trình quan trọng liên quan đến an ninh

quốc gia ở vùng hạ du; yêu cầu về sử dụng đa mục tiêu của hồ chứa,…

Căn cứ vào yêu cầu quản lý công trình và vùng hạ du, căn cứ các tiêu chuẩn về độ tin

cậy công trình, tiêu chuẩn về rủi ro để lựa chọn điểm “thiết kế” có XSSC [Pf] phù hợp:

(i) Chọn điểm “thiết kế” lệch trái của điểm “tối ưu” khi chấp nhận rủi ro (R) tăng để

giảm vốn đầu tƣ (I); (ii) chọn điểm “thiết kế” lệch phải khi lựa chọn tăng vốn đầu tƣ

(I) để giảm rủi ro (R).

3.5.2.3 Các bước giải bài toán

a) Bước 1: Xây dựng đường cong đầu tư (I) biểu diễn quan hệ giữa giá trị đầu tư

CTĐM và mức đảm bảo an toàn của hệ thống CTĐM

1. Giả định các mức đảm bảo an toàn cho CTĐM, tính giá trị đầu tƣ sửa chữa, nâng

cấp CTĐM để đáp ứng các mức đảm bảo an toàn giả định.

2. Một số giải pháp kỹ thuật nâng cấp hồ chứa đáp ứng mức đảm bảo an toàn cho

CTĐM cao hơn, gồm: (i) Nâng cao mực nƣớc bằng cách nâng cao đập, giữ nguyên

khả năng tháo; (ii) Giữ nguyên mực nƣớc, mở rộng khả năng tháo; (iii) Kết hợp nâng

cao mực nƣớc và mở rộng khả năng tháo. Một số giải pháp mở rộng khả năng tháo

nhƣ sau [64]:

- Tăng chiều rộng tràn nƣớc: Mở rộng diện tràn, tăng khả năng tháo mà không tăng tỷ

lƣu, giải pháp này khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của tăng cột nƣớc tràn, không ảnh

hƣởng đến kết cấu các bộ phận sau ngƣỡng. Tuy nhiên cần căn cứ vào điều kiện địa

chất, địa hình tuyến tràn có cho phép mở rộng; vấn đề nối tiếp giữa kết cấu cũ và mới

cũng cần phải xem xét kỹ.

- Chuyển tràn không có cửa van bằng tràn có cửa van: Khi cần tăng khả năng an toàn

về tháo trong điều kiện địa hình hẹp, địa chất tốt có thể hạ thấp cao trình ngƣỡng tràn

và lắp thêm cửa van. Ƣu điểm là khả năng tháo lớn, tính chủ động cao, không làm tăng

ngập lụt thƣợng lƣu, khả năng vƣợt tải lớn, khả năng đảm bảo an toàn cao.Nhƣợc điểm

là hình thức kết cấu phức tạp hơn, kỹ thuật thi công khó hơn, vận hành sử dụng đòi hỏi

tính khoa học hơn, tính chính xác cao hơn, chi phí đầu tƣ, chi phí quản lý cao, có khả

năng xảy ra sự cố kẹt van trong vận hành.

- Bổ sung tràn sự cố: Một số dạng tràn sự cố hay gặp là tràn tự do, tràn sự cố kiểu đập

đất tự vỡ, tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ,… Nói chung, tràn sự cố đều dùng hình thức

kết cấu đơn giản, chiều cao từ 2,0÷ 5,0 mét và với chiều dài lớn để giảm vận tốc và lƣu

lƣợng đơn vị và vấn đề tiêu năng không phức tạp. Tuy nhiên, giải pháp tràn sự cố chỉ

phù hợp với hồ chứa vừa, lớn còn với hồ chứa nhỏ khi áp dụng cần cân nhắc đến hiệu

ích kinh tế.

- Thay đổi hình thức ngƣỡng tràn tăng khả năng tháo: Thay ngƣỡng đỉnh rộng sang

ngƣỡng thực dụng; cải tạo ngƣỡng tràn thành dạng phím đàn piano, mỏ vịt, ngƣỡng

xiên,... để tăng chiều dài ngƣỡng lên nhiều lần (mặc dù chiều rộng đƣờng tràn thẳng

không đổi).

- Kết hợp các giải pháp nêu trên.

b) Bước 2: Xây dựng đường cong rủi ro (R) biểu diễn quan hệ giữa giá trị rủi ro ngập

lụt hạ du theo mức đảm bảo an toàn của CTĐM

1. Xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ du hồ chứa nƣớc theo các kịch bản xả lũ gây

ngập lụt hạ du.

2. Xác định thiệt hại hạ lƣu tƣơng ứng với các mức ngập lụt

3. Xây dựng bản đồ thiệt hại

4. Xây dựng đƣờng cong rủi ro ứng với các mức đảm bảo an toàn của CTĐM.

c) Bước 3: Tìm xác suất sự cố cho phép hay độ tin cậy yêu cầu của hệ thống CTĐM

1. Tính giá trị đầu tƣ CTĐM Ipf, chi phí rủi ro tƣơng ứng Rpf và tổng chi phí hệ thống

Bảng 3-6: Chi phí đầu tư sửa chữa, nâng cấp và chi phí quản lý vận hành

CTĐM Cpf với từng giá trị XSSC giả định theo Bảng 3-6, Bảng 3-7.

TT

Chi phí QLVH PV(M)

Tần suất Pf

Chi phí nâng cấp CTĐM Inc

Giá trị đầu tƣ CTĐM Ipf

(1)

(2)

(3)

(4)

(5) = (3) + (4)

(1): Số thứ tự trƣờng hợp tính toán;

(2): Mức bảo đảm an toàn cho CTĐM giả định Pf;

(3): Chi phí nâng cấp CTĐM

Inc = Io + (3-15)

trong đó: Io là giá trị của công trình quy về thời điểm hiện tại theo lãi ròng r;

là chi phí sửa chữa, nâng cấp công trình từ ĐTC hiện trạng đạt ĐTC giả

định; xác định theo quy định về tính toán khối lƣợng và dự toán công trình hiện hành.

Bảng 3-7: Chi phí đầu tư nâng cấp hệ thống CTĐM theo các kịch bản

(4): PV(M) là chi phí quản lý vận hành quy về thời điểm hiện tại theo công thức (2-53).

Giá trị đầu tƣ CTĐM

Tổng chi phí hệ thống

TT

Thiệt hại D

Tần suất Pf

Chi phí rủi ro RPf

Ipf

Cpf

(1)

(2)

(3)

(4)=(2)x(3)

(5): Lấy từ Bảng 3-6

(6)=(4)+(5)

(4): giá trị rủi ro quy về hiện tại xác định theo công thức (2-54).

2. Vẽ đƣờng cong tổng chi phí (C) = (I)+ (R) và tìm XSSC tối ƣu Pf-opt tƣơng ứng với

chi phí thấp nhất.

d) Bước 4: Lựa chọn XSSC cho phép [Pf] và kết luận về mức độ an toàn của CTĐM

- Lựa chọn XSSC cho phép [Pf] theo công thức (3-13)

- Kết luận về mức độ an toàn của CTĐM hồ chứa:

Nếu XSSC hiện trạng của CTĐM hồ chứa Pf ≤ [Pf] thì hồ chứa bảo đảm an toàn.

Nếu XSSC hiện trạng của CTĐM hồ chứa Pf ≥ [Pf] thì hồ chứa không bảo đảm an

toàn, có khả năng xảy ra sự cố gây ngập lụt hạ du; cần có giải pháp nâng cao an toàn

cho hồ chứa.

3.5.3 Kết quả và ý nghĩa của Bài toán 2

Giá trị XSSC cho phép [Pf] của CTĐM có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa xác

định từ Bài toán 2 có ý nghĩa nhƣ sau:

- Xác định XSSC cho phép [Pf] là giá trị giới hạn để so sánh, kết luận về an toàn của

hệ thống CTĐM có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du; tạo cơ sở khoa học để đánh giá toàn

diện về mức độ an toàn hồ chứa nƣớc khi xem xét cả CTĐM và an toàn về phòng,

chống ngập lụt vùng hạ du;

- Phản ánh đƣợc tính hệ thống, mối liên hệ giữa an toàn công trình và vùng hạ du hồ

chứa, từ đó phân tích và đề xuất giải pháp sửa chữa, nâng cấp hồ chứa dựa trên hiện

trạng CTĐM và khả năng chấp nhận rủi ro của vùng hạ du hồ chứa nƣớc.

3.6 Bài toán 3: Thiết kế sửa chữa, nâng cấp công trình đầu mối hồ chứa theo độ

tin cậy yêu cầu có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du hồ chứa

3.6.1 Mục tiêu bài toán

Trong trƣờng hợp kết quả của Bài toán 1, Bài toán 2 cho thấy XSSC hiện trạng của

CTĐM hồ chứa Pf ≥ [Pf] thì hồ chứa không bảo đảm an toàn, khi đó cần nâng cấp

CTĐM đạt độ tin cậy yêu cầu bằng cách phân bổ độ tin cậy yêu cầu cho từng hạng

mục thuộc CTĐM hồ chứa nước.

3.6.2 Nội dung bài toán

Việc phân bổ độ tin cậy yêu cầu cho từng hạng mục thuộc CTĐM hồ chứa nƣớc tại

Bài toán 3 đƣợc thực hiện theo trình tự ngƣợc lại của Bài toán 1: Có ĐTC của hệ

thống, phân bổ ĐTC của hệ thống cho các hạng mục thuộc CTĐM, cho các cơ chế sự

cố và tìm các thông số kỹ thuật của hạng mục đập, tràn, cống lấy nƣớc. Tỷ lệ phân bổ

phụ thuộc vào mức độ ảnh hƣởng của từng cơ chế sự cố thành phần đến XSSC của hệ

thống và đƣợc xác định theo các phƣơng pháp sau:

3.6.2.1 Phương pháp thống kê

Phƣơng pháp này coi ĐTC của từng cơ chế sự cố thành phần và của cả hệ thống là một

đại lƣợng ngẫu nhiên. Dựa vào số liệu lƣu trữ từ liệt quan trắc số liệu đủ dài và đồng

f ) của từng cơ chế sự cố thành phần. Từ đó, xác định đƣợc đƣờng cong sự cố

bộ về các loại sự cố đã xảy ra đối với từng hạng mục CTĐM, xác định tần suất xuất hiện (Pi

và tra cứu ra các thông số kỹ thuật công trình của các hạng mục thuộc CTĐM.

a) Ƣu, nhƣợc điểm: Tính chính xác cao, tuy nhiên độ chính xác phụ thuộc vào độ dài,

tính đồng bộ của liệt số liệu quan trắc, tính tƣơng đồng của các loại CTĐM quan trắc.

b) Ứng dụng: Khi có chuỗi số liệu quan trắc đủ dài và đồng bộ.

3.6.2.2

Phương pháp phân bổ độ tin cậy cho phép theo mức độ ảnh hưởng của từng cơ chế sự cố

a) Giới hạn bài toán

Khi tính toán phân bổ ĐTC yêu cầu theo mức độ ảnh hƣởng của cơ chế sự cố (hay còn

gọi là độ nhạy của từng độ tin cậy thành phần) đến sự cố của hệ thống CTĐM, tác giả

không xét đến tƣơng quan giữa các cơ chế sự cố với nhau và coi tầm quan trọng của

các hạng mục công trình là nhƣ nhau (hệ số tƣơng quan bằng 1).

b) Trình tự thực hiện

Bƣớc 1: Xác định mức độ ảnh hƣởng của từng cơ chế sự cố, từng thành phần công

trình đến XSSC hệ thống Pf , xác định tỷ lệ mức độ ảnh hƣởng của từng cơ chế sự cố

Hình 3-16: Sơ đồ minh họa phân bổ độ tin cậy theo sơ đồ cây sự cố

và từng thành phần công trình đến xác suất sự cố hệ thống theo kết quả của Bài toán 1.

Bƣớc 2: Tiến hành phân bổ ĐTC theo từng cấp trên sơ đồ cây sự cố, với hệ số ảnh

hƣởng đã xác định từ bƣớc 1 nhƣ sơ đồ tại Hình 3-16:

P1i = K1i .[Pf] (3-16)

trong đó: K1i là hệ số phân bổ cấp thứ nhất; i: các hạng mục đập, tràn, cống, cụ thể:

Pđập = K1đập .[Pf] (3-17)

Tƣơng tự, tính toán cho các thành phần khác và phân bổ theo cấp thứ 2, 3…n với các

hệ số K2j; K3l….. Knm.

Bƣớc 3: Tính lặp để xác định giá trị thiết kế của các biến ảnh hƣởng

Từ Pfi của từng thành phần và từng cơ chế đƣợc phân bổ, sử dụng phƣơng pháp MCS

tính lặp để xác định giá trị thiết kế của các biến chính đảm bảo Pfi < [Pfi], từ đó xác

định quy mô của từng hạng mục công trình.

Nguyên tắc xác định một số thông số kỹ thuật chủ yếu của hạng mục thuộc CTĐM hồ

chứa nƣớc theo LTĐTC Bảng 3-8.

Một thông số kỹ thuật của hạng mục công trình có thể xác định từ nhiều cơ chế sự cố

khác nhau. Việc lựa chọn thông số kỹ thuật phụ thuộc vào mức độ ảnh hƣởng của cơ

chế sự cố đang xem xét đến ĐTC chung của toàn hệ thống. Thông thƣờng, để thiên về

an toàn, ta lựa chọn thông số kỹ thuật (biến ảnh hƣởng) là giá trị lớn nhất đƣợc xác

định từ các cơ chế sự cố.

3.6.3 Kết quả và ý nghĩa của bài toán 3

Bằng việc xây dựng Bài toán 3, Tác giả đã đƣa ra phƣơng pháp luận của giải pháp

thiết kế sửa chữa, nâng cấp hồ chứa đạt ĐTC yêu cầu hay XSSC cho phép [Pf] dựa

trên hiện trạng CTĐM và khả năng chấp nhận rủi ro của vùng hạ du hồ chứa nƣớc.

Phƣơng pháp này có thể xem xét mở rộng áp dụng cho việc thiết kế xây dựng mới hồ

chứa nƣớc theo ĐTC yêu cầu có xét đến khả năng chấp nhận rủi ro ngập lụt của vùng

hạ du.

Bảng 3-8: Nguyên tắc xác định một số thông số kỹ thuật chủ yếu của hạng mục thuộc CTĐM hồ chứa nước theo LTĐTC

Hàm tin cậy

Ghi chú

TT

Xác định từ cơ chế sự cố

Thông số kỹ thuật cơ bản

I

Hạng mục đập ngăn sông

: Cao trình đỉnh đập

Cao trình

: Mực nƣớc cao nhất trong hồ đƣợc tính từ chuỗi số

đỉnh đập Zđđ

Nƣớc tràn đỉnh đập

1.1

(Chiều cao đập Hđ)

liệu mực nƣớc thực đo trƣớc đập chính

: Tổng mô men chống trƣợt

Hệ số mái thƣợng,

Mất ổn định trƣợt mái

1.2

hạ lƣu đập

: Tổng mô men gây trƣợt

: Độ dốc dòng thấm tính toán tại vị trí kiểm tra

Mất ổn định thấm

Chiều rộng đỉnh

: Độ dốc dòng thấm giới hạn cho phép

thông thƣờng

(Bđỉnh)và chiều rộng

1.3

: Tổng chiều dài đƣờng viền thấm tính toán.

Mất ổn định thấm đặc

đáy đập (Bđáy)

: Chiều dài đƣờng viền thấm cho phép

biệt

II Hạng mục tràn xả lũ

: Tổng lực chống trƣợt

Mất ổn định trƣợt ngƣỡng tràn

: Tổng lực gây trƣợt

2.1

Chiều rộng đầu tràn B

: Tổng mô men chống lật

Mất ổn định lật ngƣỡng tràn

: Tổng mô men gây lật

TT

Hàm tin cậy

Ghi chú

Xác định từ cơ chế sự cố

Thông số kỹ thuật cơ bản

: Chênh lệch lún tính toán giữa hai đơn nguyên

: Chênh lệch lún cho phép giữa các đơn

2.2

Lún không đều giữa các đơn nguyên

Chiều cao của tràn H tràn; từ đó xác định đƣợc cao trình ngƣỡng tràn

nguyên

V: lƣu tốc trung bình của dòng chảy tại mặt cắt đang

xét trên dốc nƣớc

Vcp: lƣu tốc cho phép không xâm thực, phụ thuộc vào

loại vật liệu, dạng mặt cắt, dạng vật chảy bao và kích

thƣớc các mấu gồ ghề

Vng: lƣu tốc ngƣỡng xâm thực của vật liệu thành lòng

2.3

dẫn

Chiều rộng dốc nƣớc

Xuất hiện khí thực trên dốc nƣớc

: hệ số biểu thị quan hệ giữa lƣu tốc trung bình và

lƣu tốc lớn nhất trong dòng chảy khi chiều dày lớp biên

rối và dạng mặt cắt ngang của dòng chảy đã cho

: các hệ số phụ thuộc vào độ nhám, chiều dày lớp

biên rối tại mặt cắt đang xét.

III Cống lấy nƣớc

: Chênh lệch lún tính toán giữa hai đoạn cống

3.1 Chiều cao cống Hc

Lún không đều giữa các đoạn cống

: Chênh lệch lún cho phép giữa các đoạn cống

: Nội lực lớn nhất do tổ hợp tải trọng tính toán gây

3.2 Chiều rộng cống Bc

Độ bền của thân cống không đảm bảo

TT

Hàm tin cậy

Ghi chú

Xác định từ cơ chế sự cố

Thông số kỹ thuật cơ bản

ra tại tiết diện đang xét

: Khả năng chịu lực nhỏ nhất của tiết diện đó

: Chiều dài đƣờng viền thấm tính toán dọc theo

Thấm dọc mang cống

cống

: Chiều dài đƣờng viền thấm giới hạn cho

3.3 Chiều dài cống Lc

phép

-K: Hệ số khí hóa

-Kpg: hệ số khí hóa phân giới phụ thuộc hình dạng vật

chảy bao, xác định theo các mô hình thí nghiệm thủy

lực.

- HDT (m): cột nƣớc áp lực toàn phần đặc trƣng của

3.4

Chiều sâu và chiều rộng khe van

Xuất hiện khí thực sau cửa van

dòng chảy bao quanh cửa van.

- VDT: lƣu tốc trung bình đặc trƣng của dòng chảy tại

cửa van (m/s).

- Hpg (m): cột nƣớc áp lực phân giới.

: gradien thấm cho phép của vật liệu làm cống

thành

3.5

Chiều dày cống

Thấm xuyên cống

Jmax: gradien thấm lớn nhất trên đỉnh cống ngầm.

3.7 Giải pháp bảo đảm an toàn hồ chứa, giảm thiểu rủi ro ngập lụt hạ du

Trƣờng hợp XSSC (Pf) ≥ [Pf] thì hồ chứa không bảo đảm an toàn, hạ du vẫn có khả

năng bị rủi ro ngập lụt. Khi đó, cần có giải pháp bảo đảm an toàn hồ chứa.

Giải pháp bảo đảm an toàn hồ chứa, giảm thiểu rủi ro ngập lụt vùng hạ du đƣợc chia

thành 2 nhóm căn cứ vào đối tƣợng điều chỉnh là CTĐM hay vùng hạ du theo sơ đồ

Hình 3-17: Sơ đồ tiếp cận đề xuất giải pháp nâng cao an toàn hồ chứa nước

3.7.1 Nhóm giải pháp giảm thiểu rủi ro ngập lụt hạ du

a) Nguyên tắc chung:

Nhóm giải pháp giảm thiểu rủi ro ngập lụt hạ du (Top - Down) dựa trên nguyên tắc giữ

nguyên hiện trạng CTĐM, xác định rủi ro chấp nhận đƣợc của vùng hạ du ứng với

trƣờng hợp thiệt hại ngập lụt hạ du lớn nhất do vỡ đập và thực hiện các biện pháp

phòng, tránh để giảm thiểu rủi ro cho vùng hạ du.

Một số kịch bản Top - Down xác định thiệt hại hạ du do vỡ đập nhƣ sau:

- Khi xuất hiện hoặc không xuất hiện lũ nhƣng có sự cố công trình có khả năng gây vỡ

đập hồ chứa. Với đập vật liệu địa phƣơng, vỡ đập thƣờng do xói ngầm hoặc tràn đỉnh

kết hợp với lũ đến với các tần suất khác nhau;

- Vỡ đập trong điều kiện thời tiết bình thƣờng, không có mƣa nguyên nhân là dòng

thấm (xói ngầm) bên trong đập, tổ mối, động đất hoặc các nguyên nhân khác.

b) Một số giải pháp cụ thể

(1) Thực hiện nghiên các quy định về quản lý an toàn đập, hồ chứa nƣớc: Bảo trì công

trình theo quy định; xây dựng hệ thống cảnh báo an toàn cho vùng hạ du đập (gồm hệ

thống cảnh báo lũ và cột tiêu báo độ sâu ngập lũ). Trên cơ sở tính toán cao trình mực

nƣớc lũ hạ du hồ chứa ứng với các kịch bản vỡ đập khác nhau, cắm các cột mốc cảnh

báo mức ngập, kết hợp với thông tin dự báo, cảnh báo cho ngƣời dân về thời gian lũ

xuất hiện.

(2) Lập phƣơng án ứng phó: Chủ động xây dựng phƣơng án ứng phó với thiên tai,

phƣơng án ứng phó với tình huống khẩn cấp theo các kịch bản ngập lụt hạ du, đề xuất

phƣơng án sơ tán dân đến nơi tránh trú an toàn theo phƣơng châm “bốn tại chỗ”.

(3) Đầu tƣ công trình chống ngập ở hạ du: Căn cứ vào bản đồ ngập lụt, lập phƣơng án

đầu tƣ công trình chống ngập cho vùng hạ du nhƣ xây dựng đê, kè sông,...

(4) Phát triển hợp lý kinh tế - xã hội vùng hạ du: Rà soát, điều chỉnh quy hoạch phát

triển hạ tầng, các khu công nghiệp, cụm dân cƣ, khu du lịch hợp lý, bảo đảm hành lang

thoát lũ cho vùng hạ du.

3.7.2 Nhóm giải pháp phòng, tránh rủi ro ngập lụt hạ du

a) Nguyên tắc chung

Nhóm giải pháp phòng, tránh rủi ro ngập lụt hạ du (Bottom - Up) dựa trên nguyên tắc

xác định mức độ chấp nhận thiệt hại ngập lụt của vùng hạ du theo các kịch bản xả lũ

(rủi ro chấp nhận đƣợc), điều chỉnh, nâng cao mức bảo đảm an toàn hệ thống CTĐM

để bảo đảm an toàn cho vùng hạ du.

b) Giải pháp công trình

Đầu tƣ sửa chữa, nâng cấp hệ thống CTĐM đáp ứng ĐTC yêu cầu đƣợc xác định từ

rủi ro chấp nhận đƣợc của vùng hạ du. Quy mô của từng hạng mục công trình xác định

từ việc phân bổ ĐTC cho phép [Pf] cho từng hạng mục thuộc hệ thống CTĐM theo

Bài toán 3.

3.7.3 Giải pháp kết hợp giữa giảm thiểu và phòng, tránh rủi ro ngập lụt hạ du

a) Nguyên tắc chung

Giải pháp kết hợp giữa giảm thiểu và pháp phòng, tránh rủi ro ngập lụt hạ du dựa trên

nguyên tắc tác động đồng thời cả hệ thống CTĐM và vùng hạ du.

b) Giải pháp công trình

Căn cứ vào yêu cầu quản lý để lựa chọn điểm “thiết kế” và XSSC [Pf] cho phù hợp: (i)

Chọn điểm “thiết kế” lệch trái của điểm “tối ưu” khi chấp nhận rủi ro (R) tăng để

giảm vốn đầu tƣ (I) hoặc (ii) chọn điểm “thiết kế” lệch phải khi lựa chọn tăng vốn đầu

tƣ (I) để giảm rủi ro (R). Giải pháp công trình đƣợc thực hiện theo một trong các

Hình 3-18: Lựa chọn điểm thiết kế nâng cao an toàn hồ chứa, giảm thiểu rủi ro cho vùng hạ du

trƣờng hợp sau:

1. Lựa chọn điểm thiết kế A có: PA >[Pf]; IA <[ICmin]; RA <[RCmin]

Giảm mức đầu tƣ cho sửa chữa, nâng cấp hệ thống CTĐM sao cho hệ thống có ĐTC

thấp hơn ĐTC yêu cầu và chấp nhận hạ du bị rủi ro lớn hơn rủi ro chấp nhận đƣợc.

Trong thực tế, điều kiện áp dụng giải pháp nhƣ sau:

(i) Hồ chứa nƣớc thuộc loại vừa và nhỏ có hệ thống CTĐM và vùng hạ du thuộc địa

bàn miền núi, không tập trung đông dân cƣ, không có thành phố, thị xã và công trình

quan trọng liên quan đến an ninh quốc gia.

(ii) Hồ chứa nƣớc không thể cải tạo đƣợc hệ thống CTĐM do điều kiện địa hình và

thƣợng lƣu hồ chứa, không thể mở rộng tràn xả lũ hoặc nâng cao đập vì ảnh hƣởng đến

ngập lụt, mất đất của vùng thƣợng lƣu khi thƣợng lƣu có thành phố, thị xã và công trình

quan trọng liên quan đến an ninh quốc gia.

2. Lựa chọn điểm thiết kế B có: PB <[Pf]; IB >[ICmin]; RB <[RCmin]

Tăng đầu tƣ cho sửa chữa, nâng cấp hệ thống CTĐM sao cho hệ thống có ĐTC cao

hơn ĐTC yêu cầu; kết hợp đầu tƣ hệ thống công trình tránh trú, chống ngập ở hạ du hồ

chứa nƣớc để rủi ro thấp hơn hơn rủi ro chấp nhận đƣợc.

Trong thực tế, giải pháp đƣợc xem xét áp dụng cho hồ chứa nƣớc thuộc loại lớn và

quan trọng đặc biệt có hệ thống CTĐM và vùng hạ du thuộc địa bàn tập trung đông

dân cƣ, có thành phố, thị xã và công trình quan trọng liên quan đến an ninh quốc gia.

Vì tầm quan trọng của hồ chứa, chấp nhận tăng đầu tƣ để giảm thiểu rủi ro cho vùng

hạ du dƣới mức rủi ro chấp nhận đƣợc.

3.8 Kết luận Chƣơng 3

Trên cơ sở vận dụng lý thuyết cơ bản tại Chƣơng 2, Chƣơng 3 thiết lập các bài toán để

đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du. Các bài toán đƣợc thiết

lập đã nghiên cứu an toàn hệ thống CTĐM một cách toàn diện khi xét đến rủi ro ngập

lụt hạ du thông qua việc xây dựng cơ sở khoa học cho việc xác định rủi ro ngập lụt hạ

du dựa trên ứng dụng kết hợp giữa LTĐTC và PTRR nhƣ sau:

100

(1) Sơ đồ hóa đƣợc mối liên hệ giữa an toàn CTĐM với rủi ro ngập lụt hạ du.

(2) Mô tả đƣợc tính ngẫu nhiên của các yếu tố tải trọng và sức chịu tải trong phân tích

ĐTC đánh giá an toàn hệ thống CTĐM hồ chứa nƣớc; thiết lập đƣợc hàm tin cậy cho

một số cơ chế sự cố của từng hạng mục thuộc CTĐM.

(3) Xây dựng cơ sở khoa học áp dụng LTĐTC xác định chỉ số độ tin cậy (β) của hệ

thống CTĐM hồ chứa thủy lợi.

(4) Xây dựng phƣơng pháp luận xác định XXSC cho phép [Pf] theo rủi ro chấp nhận

đƣợc của vùng hạ du hồ chứa thủy lợi: Xem xét tối ƣu giữa chi phí đầu tƣ và rủi ro để

xác định ĐTC tối ƣu của hệ thống CTĐM hồ chứa nƣớc; phân tích lựa chọn ĐTC yêu

cầu bảo đảm toàn diện về kinh tế, chính trị, xã hội và môi trƣờng.

(5) Xây dựng phƣơng pháp luận thiết kế CTĐM hồ chứa đạt ĐTC yêu cầu theo khả

năng chấp nhận ngập lụt của vùng hạ du hồ chứa.

(6) Đề xuất giải pháp nâng cao an toàn hồ chứa và giảm thiểu rủi ro ngập lụt hạ du,

gồm: Nhóm giải pháp phòng, tránh; nhóm giải pháp giảm thiểu và nhóm giải pháp kết

hợp, trong đó chỉ ra cách lựa chọn điểm thiết kế có ĐTC thỏa mãn các yêu cầu về quản

lý an toàn đập, hồ chứa nƣớc trong thực tế.

Nhƣ vậy, các bài toán ứng dụng phát triển tại Chƣơng 3 đã giải quyết đƣợc mục tiêu

101

nghiên cứu nêu tại phần Mở đầu của Luận án.

CHƢƠNG 4 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ NÚI CỐC CÓ XÉT ĐẾN NGẬP LỤT HẠ DU

4.1 Giới thiệu chung về hồ Núi Cốc

4.1.1 Vị trí, đặc điểm tự nhiên, đặc điểm kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu

4.1.1.1 Vị trí khu vực nghiên cứu

Hồ Núi Cốc thuộc lƣu vực sông Công nằm phía Tây Nam thành phố Thái Nguyên, cách trung tâm thành phố 15km; có toạ độ địa lý: từ 105030’ đến 105046’ kinh độ Đông; từ 21040’ đến 21034’vĩ độ Bắc; Phía Bắc giáp huyện Đại Từ và thành phố Thái

Nguyên; phía Đông giáp sông Cầu, huyện Đồng Hỷ; phía Nam giáp sông Công, thị xã

Hình 4-1: Bản đồ vị trí hồ Núi Cốc

102

Phổ Yên; phía Tây là dãy Tam Đảo giáp tỉnh Vĩnh Phúc.

4.1.1.2 Đặc điểm địa hình

Địa hình khu vực Hồ Núi Cốc bị chia cắt tạo thành nhiều khe suối. Vùng lòng hồ Núi

Cốc nằm giữa hai dãy núi chạy theo hƣớng Bắc - Nam là dãy núi Pháo ở phía Đông có

đỉnh cao 425m và dãy núi Thằn Lằn ở phía Tây của hồ có đỉnh cao 449m [65].

4.1.1.3 Đặc điểm địa chất

Địa chất của lƣu vực nghiên cứu cũng đƣợc phân làm hai vùng sau [65]: Vùng đồng

bằng: Địa chất thuộc đệ tứ bồi tích, trầm tích sỏi, cát, đất thịt. Với đặc điểm này, khi

xây dựng các công trình thủy lợi thƣờng gặp khó khăn trong việc xử lý nền. Vùng miền

núi: Cấu trúc vùng núi phía Bắc chủ yếu là đa phong hóa mạnh, tạo thành nhiều hang

động và thung lũng nhỏ. Với các đặc điểm địa chất ở vùng miền núi thƣờng rất thuận

lợi cho việc xây dựng công trình.

4.1.1.4 Đặc điểm khí tượng thủy văn

Hiện nay, tỉnh Thái Nguyên có 2 trạm khí tƣợng đang hoạt động (trạm Thái Nguyên và

Định Hóa) với chuỗi số liệu đo đạc từ 1961 đến 2008; có 27 trạm khí tƣợng thuỷ văn

và một số trạm đo mƣa chuyên dùng. Lƣợng mƣa phân bố trên địa bàn của tỉnh biến

đổi giữa các vùng khá rõ rệt, từ 1.500 mm đến trên 2.000 mm. Mùa lũ thƣờng bắt đầu

từ tháng 6 và kết thúc tháng 9, tháng 10 tùy theo các vùng. Nơi có dòng chảy năm nhỏ nhất trên sông Đu có M0 = 21 l/s/km2, nơi lớn nhất là sông Công, M0 ≈ 28,2 l/s/km2.

Đặc điểm dòng chảy lũ: Theo tài liệu quan trắc và điều tra từ năm 1961 đến nay thì trận lũ xảy ra vào tháng 10/1978 là lũ lớn nhất là trận lũ lịch sử QLSmax=3.020 m3/s = =180 m3/s (Chuỗi quan trắc từ 1961- =484 m3/s, (trong đó 6,24

1975). Độ lặp lại của trận lũ lịch sử này khoảng 200 năm.

4.1.2 Khái quát về hồ chứa Núi Cốc

CTĐM Hồ Núi Cốc đƣợc xây dựng từ năm 1973 ÷ 1982. Hồ có dung tích 176 triệu m3. Đập chính là đập đất đồng chất có chiều cao lớn nhất 27 m, chiều dài 480 m. Có 7

103

đập phụ, chiều cao lớn nhất 12,6 m. Tràn gồm 3 khoang, mỗi khoang rộng 8 m có cửa. Lƣu lƣợng qua tràn 850 m3/s (năm 1999 xây dựng bổ sung thêm 2 khoang tràn để có thể xả thêm lƣu lƣợng 585m3/s). Cống lấy nƣớc dài 195 m, chuyển lƣu lƣợng 30 m3/s.

Hồ có nhiệm vụ chính là cấp nƣớc tƣới cho 12.000 ha, cấp nƣớc cho công nghiệp và dân sinh 40 ÷ 70 triệu m3/năm, giảm lũ sông Cầu, phát triển thủy sản, thủy điện (công

suất 1,89MW) và du lịch (mực nƣớc hồ cần duy trì vào tháng 5 tại cao trình

Hình 4-2: Toàn cảnh đầu mối hồ Núi Cốc

(a) Nhìn từ hạ lưu tràn chính (3 cửa có bề rộng 3x8m); (b) Nhìn từ hạ lưu tràn bổ sung (2 cửa có chiều rộng 2x8m, xây dựng năm 2002)

Hình 4-3: Tràn xả lũ hồ Núi Cốc

(a) Cống lấy nước trong đập chính (b) Một trong 7 đập phụ của hồ Núi Cốc

Hình 4-4: Cống lấy nước và đập phụ của hồ Núi Cốc

+(40÷42) [65].

104

Hình 4-2, 4-3, 4-4 là ảnh chụp toàn cảnh và một số hạng mục thuộc CTĐM hồ Núi

Cốc. Thông số kỹ thuật cơ bản của hồ Núi Cốc tại Phụ lục 1.2.

4.2 Đánh giá hiện trạng an toàn của hồ Núi Cốc có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du

Hình 4-5: Sơ đồ tiếp cận giải quyết bài toán

4.2.1 Sơ đồ tiếp cận phân tích an toàn hồ Núi Cốc

4.2.2 Xác định xác suất sự cố và chỉ số độ tin cậy hiện trạng của hồ Núi Cốc

4.2.2.1 Sơ đồ hóa công trình đầu mối và vùng hạ du hồ Núi Cốc

a) Sơ đồ hóa CTĐM hồ Núi Cốc

CTĐM của hồ Núi Cốc gồm các thành phần: 01 đập chính, 07 đập phụ; 01 tràn chính,

1 tràn bổ sung và 2 cống lấy nƣớc (01 cống trong thân đập chính; 01 cống trong thân

đập phụ số 1). Sơ đồ hóa CTĐM hồ Núi Cốc nhƣ Hình 4-6.

b) Sơ đồ hóa vùng hạ du hồ Núi Cốc

Nếu xảy ra sự cố CTĐM, nƣớc xả từ hồ chứa Núi Cốc qua đập chính, đập phụ, tràn xả

105

lũ sẽ nhập lƣu tại sông Công phía sau đập. Nhƣ vậy, hồ Núi Cốc có một vùng hạ du và

Hình 4-6: Sơ họa hệ thống CTĐM hồ Núi Cốc

đƣợc sơ đồ hóa nhƣ Hình 3-5a. Hồ Núi Cốc thuộc sơ đồ 2A tại Bảng 3-1a.

Hình 4 - 7: Sơ đồ cây sự cố CTĐM hồ Núi Cốc

106

4.2.2.2 Xây dựng sơ đồ cây sự cố

Hình 4 -8: Mặt bằng CTĐM hồ chứa nước Núi Cốc, Thái Nguyên [66]

107

Từ sơ đồ mặt bằng CTĐM hồ chứa nƣớc Núi Cốc tại Hình 4-8 và căn cứ Báo cáo số

142/BC-CTKTTL ngày 24/4/2019 về kết quả kiểm tra hiện trạng công trình hồ Núi

Cốc trƣớc mùa mƣa lũ năm 2019 [67], kết quả kiểm tra, đánh giá hiện trạng công trình

tại thực địa cho thấy (1) Đập đất chính có nguy cơ gặp sự cố do các CCSC: Chảy tràn;

mất ổn định địa kỹ thuật (trƣợt mái hạ lƣu); xói tại cửa ra; thấm thân đập, thấm nền

đập. (2) Tràn xả lũ có nguy cơ xảy ra sự cố bị trƣợt, bị lật, khí thực trên dốc nƣớc. (3)

Cống lấy nƣớc có nguy cơ bị thấm dọc hành lang cống, độ bền thân cống không đảm

bảo, khí thực sau cửa van cống. (4) Các đập phụ hoạt động bình thƣờng. Thiết lập sơ

đồ cây sự cố CTĐM hồ Núi Cốc nhƣ Hình 4-7.

4.2.2.3 Xác định XSSC và phân tích độ tin cậy của các cơ chế

a) Xác định XSSC của từng cơ chế và XSSC của từng hạng mục CTĐM

Tiến hành tính toán theo mục 3.3 và áp dụng Bài toán 1 tại mục 3.4 để xác định XSSC

của thành phần và cho từng hạng mục thuộc CTĐM hồ Núi Cốc cho 2 trƣờng hợp:

- Trƣờng hợp 1: Tính với mực nƣớc cực trị năm +46,51 theo chuỗi quan trắc mực nƣớc hồ;

- Trƣờng hợp 2: Tính với MNLTK có cập nhật số liệu thủy văn và bồi lắng lòng hồ

(MNLTK sau khi cập nhật tăng từ +48,25 lên +48,70) [65].

Chi tiết trình tự tính toán tại Phụ lục 2.

b) Xác định XSSC hệ thống CTĐM

Phân tích XSSC bằng phần mềm OPEN FTA cho kết quả nhƣ Bảng 4-1 và Hình 4-9.

Hình 4-9: Phân tích XSSC bằng phần mềm OPEN FTA

108

(Chi tiết tại Phụ lục 2)

Bảng 4-1: Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến ĐTC của CTĐM

TH 2: Tính với MN lũ thiết kế cập nhật +48,7

TH1: Tính với MN cực trị năm +46,51

TT

Cơ chế sự cố

Ký hiệu

XSSC Pfi XSSC Pfi

Mức độ ảnh hƣởng đến XSSC của CTĐM

1 Nƣớc tràn đỉnh đập

I Đập chính

3 Xói tại cửa ra

Trƣợt mái hạ lƣu

P1 P2 P3 0,0006 0,0015 0,0006 8,98% 22,45% 8,98% 0,0478 0,0114 0,0048 68,70% 16,40% 7,10%

P4 0,0006 8,98% 0,0008 1,02%

P5 0,0008 11,98% 0,0018 2,69% Xuất hiện hang thấm trong thân đập Xuất hiện hang thấm trong nền đập

Tràn xả lũ (gồm tràn chính và tràn bổ sung)

II Tràn xả lũ (gồm tràn chính và tràn bổ sung)

P6.1 0,0002 2,99% 0,0002 0,23%

P6.2 0,0002 2,99% 0,0002 0,35%

P7.1 0,0002 2,99% 0,0002 0,34%

P7.2 0,0002 2,99% 0,0002 0,35%

P8.1 0,0004 5,99% 0,0006 0,71%

P8.2 0,0004 5,99% 0,0006 0,77% Mất ổn định trƣợt của tràn chính Mất ổn định trƣợt của tràn bổ sung Mất ổn định lật của tràn chính Mất ổn định lật của tràn bổ sung Xuất hiện khí thực trên dốc nƣớc tràn chính Xuất hiện khí thực trên dốc nƣớc tràn bổ sung

Cống lấy nƣớc trong thân đập chính

III Cống lấy nƣớc trong thân đập chính

12 Thấm dọc mang cống

P9 0,0002 2,99% 0,0008 1,27%

P10 0,0002 2,99% 0,0004 0,64%

P11 0,0006 8,98% 0,0008 1,23% Độ bền của kết cấu thân cống không đảm bảo Xuất hiện khí thực sau cửa van cống

0,0067 0,0693 XSSC của CTĐM

Độ tin cậy của CTĐM 99,33% 93,07%

109

Chỉ số độ tin cậy của CTĐM 2,4250 1,4164

c) Phân tích độ tin cậy của các cơ chế và độ tin cậy của hệ thống CTĐM

(1) Kết quả tính với mực nƣớc cực trị theo chuỗi quan trắc 20 năm gần đây: Giá trị

XSSC nhỏ hơn mức bảo đảm phòng lũ thiết kế: Pf =0,0067 < P1% = 0,01 nhƣng XSSC

lớn hơn mức đảm bảo phòng lũ kiểm tra Pf = 0,0067> P0,2% = 0,002. Do vậy, CTĐM

có khả năng bị sự cố, nguyên nhân dẫn đến sự cố hệ thống chủ yếu do trƣợt mái hạ lƣu

Hình 4-10: Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến an toàn hồ Núi Cốc

(P2 = 22,45% Pf).

(2) Kết quả tính với MNLTK đã đƣợc cập nhật số liệu thủy văn và bồi lắng lòng hồ:

Giá trị XSSC đều lớn hơn mức bảo đảm phòng lũ thiết kế và kiểm tra: Pf = 0,00693 >

P0,2% = 0,002. Chỉ số độ tin cậy của hồ chứa khi tích nƣớc với mực nƣớc lũ thiết kế cập

nhật giảm từ 2,425 xuống 1,4164 (giảm 42%) so với khi tích với mực nƣớc cực trị

năm. Lúc này, XSSC của các cơ chế nƣớc tràn đỉnh đập, trƣợt mái hạ lƣu, xói tại cửa

ra và xuất hiện hang thấm trong nền đập tăng lên. Hệ thống CTĐM có nguy cơ sự cố

chủ yếu do nƣớc tràn đỉnh đập (P1= 60,05% Pf) và trƣợt mái hạ lƣu (P2 = 16,40% Pf).

Các cơ chế mất ổn định về thấm, về thủy lực có giá trị XSSC nhỏ và chiếm tỷ trọng

không nhiều cấu thành nên XSSC của hệ thống.

Tính toán vẽ đƣờng cong sự cố cho 2 cơ chế nƣớc tràn đỉnh đập và cơ chế mất ổn định

110

do trƣợt mái hạ lƣu nhƣ Hình 4-11. Ta nhận thấy:

Hình 4-11: Đường cong sự cố cơ chế nước tràn đỉnh đập và cơ chế mất ổn định mái hạ lưu

- Độ dốc của đƣờng cong sự cố mất ổn định mái hạ lƣu nhỏ và giá trị XSSC P2 thay đổi

không đáng kể khi mực nƣớc thay đổi từ +46,51 đến +48,7. Điều này cho thấy đập đã

đƣợc cố kết qua gần 40 năm khai thác và mái đập khá ổn định. Tuy nhiên, XSSC tăng

nhanh khi mực nƣớc hồ thay đổi từ +48,7 đến +50.

- Độ dốc của đƣờng cong sự cố nƣớc tràn đỉnh đập nhỏ, giá trị XSSC P1 nhỏ và biến

đổi không nhiều trong khoảng mực nƣớc cực trị năm +46,5 đến +47,5. Tuy nhiên,

đƣờng cong có độ dốc lớn, giá trị XSSC P1 tăng dần và biến đổi lớn trong khoảng mực

nƣớc từ +47,5 trở lên. Điều này cho thấy, đập có nguy cơ cao bị tràn đỉnh nếu hồ tích

nƣớc hơn cao trình +47,5.

4.2.3 Xác định độ tin cậy yêu cầu của công trình đầu mối theo rủi ro ngập lụt

vùng hạ du

4.2.3.1 Xây dựng đường cong tổng chi phí đầu tư Ipf

a) Giá trị CTĐM tại thời điểm hiện tại

Io - Giá trị cuả CTĐM tại thời điểm hiện tại xác định bằng giá trị tài sản cố định của

CTĐM hồ Núi Cốc theo Nghị định số 129/2017/NĐ-CP. Theo Báo cáo số 332/BC-

CTKTTL ngày 17/8/2018 của Công ty TNHH MTV Khai thác thủy lợi Thái Nguyên

[68], nguyên giá tài sản cố định tại thời điểm năm 1978 là Io = 78,561 tỷ đồng.

Tiến hành quy đổi giá trị về thời điểm hiện tại năm 2020 theo công thức (2-53) với tỷ

111

lệ lạm phát năm 2019 là 2,79%, giá trị hiện tại của hồ Núi Cốc Io = 1.675 tỷ đồng.

b) Giá trị đầu tư sửa chữa, nâng cấp hồ Núi Cốc

Yêu cầu nâng cấp hồ Núi Cốc:

(i) Bảo đảm an toàn cho CTĐM: Từ kết quả phân tích ĐTC hiện trạng cho thấy hạng

mục đập đất có ĐTC thấp có nguy cơ bị trƣợt mái hạ lƣu; nƣớc tràn đỉnh đập.

(ii) Đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Thái Nguyên: Trong Quy

hoạch tổng thể phát triển khu du lịch quốc gia hồ Núi Cốc, tỉnh Thái Nguyên đến năm

2025, định hƣớng đến năm 2030 (phê duyệt tại Quyết định số 2228/2016/QĐ-TTg

ngày 18/11/2016 của Thủ tƣớng Chính phủ) [69] có nhiệm vụ nâng cao trình mực

nƣớc dâng bình thƣờng, xây dựng tràn bổ sung điều tiết mực nƣớc hồ.

(iii) Bảm bảo an toàn cho vùng hạ du khi hồ xả lũ: Xây dựng hệ thống công trình

thoát lũ hạ du hồ Núi Cốc trên sông Công [65].

Một số giải pháp sửa chữa, nâng cấp: Từ yêu cầu nâng cấp hồ Núi Cốc, đề xuất 4

phƣơng án sửa chữa, nâng cấp tƣơng ứng với 4 kịch bản nâng cao trình mực nƣớc

dâng bình thƣờng, bổ sung tràn xả lũ là tràn tự do tại đồi thấp nằm giữa đập phụ số 6

nhƣ sau:

(1) Giữ nguyên MNDBT = +46,2; không bổ sung tràn sự cố; giữ nguyên tràn có cửa B

= 40 m, Zng = +41,2.

(2) Nâng MNDBT lên cao trình +47; bổ sung tràn sự cố là tràn tự do B=100 m; mở

rộng tràn có cửa B = 80 m, giữ nguyên Zng = +41,2.

(3) Nâng MNDBT lên cao trình +47; bổ sung tràn sự cố là tràn tự do B=100 m; mở

rộng tràn có cửa B = 80 m, nâng Zng = +42.

(4) Nâng MNDBT lên cao trình +47; bổ sung tràn sự cố là tràn tự do B=100 m; mở

rộng tràn có cửa B = 80 m, nâng Zng = +43.

Mỗi phƣơng án tính toán với các mức bảo đảm an toàn 1/100; 1/200; 1/500; 1/1.000;

1/5.000; 1/10.000 ta có có 24 kịch bản vẽ đƣợc 4 đƣờng cong chi phí (C). Hình 4-12

mô tả các kịch bản tính toán xác định ĐTC yêu cầu của hồ Núi Cốc. Bảng 4-2 thống

kê các kịch bản sửa chữa, nâng cấp hồ Núi Cốc từ kết quả tính toán điều tiết lũ theo

112

[65].

a) Các kịch bản tính toán

Hình 4-12: Các kịch bản tính toán xác định ĐTC yêu cầu của hồ Núi Cốc

113

b) Minh họa giải pháp sửa chữa, nâng cấp CTĐM hồ Núi Cốc

Bảng 4-2: Các kịch bản sửa chữa, nâng cấp hồ Núi Cốc từ kết quả tính toán điều tiết lũ

MNDBT (m)

Chiều rộng tràn Btr (m)

Cao trình đỉnh đập (m)

Cao trình ngƣỡng tràn Zng (m)

TT

Mở rộng thêm tràn tự do

Tần suất Pf

Mực nƣớc hồ max (m)

Nâng cấp

Gia tăng

Nâng cấp

Gia tăng

Nâng cấp

Gia tăng

B tự do (m)

1 1/100

48.7 46,2

0

40 41,2

0

47,3

0,8

41,2

100

47,5

47,8

0,8

100

48,2

48,5

0,8

1,8

100

49,7

2 1/200

49,4

46,2

0

40 41,2

0

48,0

48,2

0,8

41,2

100

48,2

48,4

0,8

100

48,4

48,6

0,8

1,8

100

50,3

0,3

3 1/500

50 46,2

0

40 41,2

0

48,4

48,7

0,8

41,2

100

49,3

0,8

100

49,5

49,8

0,8

1,8

100

50,6

0,6

4 1/1.000

50,3

46,2

0

40 41,2

0

48,8

0,8

41,2

100

50,0

50,2

0,2

0,8

100

50,2

50,4

0,4

0,8

1,8

100

50,9

0,9

5 1/5.000

50,6

46,2

0

40 41,2

0

50,2

0,2

0,8

41,2

100

50,3

50,5

0,5

0,8

100

50,6

50,8

0,8

1,8

100

51,8

1,8

6 1/10.000

51,5

46,2

0

40 41,2

0

50,3

50,6

0,6

0,8

41,2

100

50,2

50,5

0,5

0,8

100

50,7

0,8

1,8

100

c) Xác định giá trị đầu tư CTĐM hồ Núi Cốc (Ipf)

Chi phí quản lý vận hành hàng năm của CTĐM hồ Núi Cốc tính theo Thông tƣ

05/2019/TT-BNNPTNT ngày 02/5/2019 của Bộ trƣởng Bộ NN và PTNT quy định chế

114

độ, quy trình bảo trì tài sản kết cấu hạ tầng thủy lợi bằng 1,8% nguyên giá tài sản cố

định Io [70].

Giá trị đầu tƣ CTĐM IPf bằng tổng chi phí đầu tƣ nâng cấp CTĐM Inc và chi phí quản

lý vận hành PV(M). Kết quả tính toán tại Bảng 4-3 và nội dung tính toán chi tiết theo

Bảng 4-3: Giá trị đầu tư CTĐM hồ Núi Cốc (Ipf)

công thức (3-4) tại Phụ lục 2.6.

TT

Tần suất Pf

Đơn vị tính: tỷ đồng Giá trị đầu tƣ CTĐM Ipf

Chi phí nâng cấp CTĐM Inc

Chi phí quản lý, vận hành PV(M)

1.675

760

2.435

KB1.1

1/100

1.725

782

2.507

KB1.2

1.738

788

2.526

KB1.3

1.752

795

2.547

KB1.4

1.675

760

2.435

KB2.1

1/200

1.725

782

2.507

KB2.2

1.738

788

2.526

KB2.3

1.752

795

2.547

KB2.4

1.700

771

2.471

KB3.1

1/500

1.725

782

2.507

KB3.2

1.738

788

2.526

KB3.3

1.752

795

2.547

KB3.4

1.724

782

2.506

KB4.1

1/1.000

1.725

782

2.507

KB4.2

1.754

796

2.550

KB4.3

1.785

810

2.594

KB4.4

1.749

793

2.542

KB5.1

1/5.000

1.750

794

2.543

KB5.2

1.779

807

2.586

KB5.3

1.818

824

2.642

KB5.4

1.823

827

2.650

KB6.1

1/10.000

1.774

805

2.580

KB6.2

1.779

807

2.586

KB6.3

1.834

832

2.666

KB6.4

115

d) Xác định giá trị thiệt hại và rủi ro ngập lụt hạ du

Xây dựng bản đồ ngập lụt hạ du ứng với các kịch bản hồ Núi Cốc ảnh hƣởng của vỡ

đập do tràn đỉnh khi lũ đến với 6 tần suất 1/100; 1/200; 1/500; 1/1.000; 1/5.000;

1/10.000.

Sử dụng mô hình một - hai chiều kết hợp MIKE FLOOD kết nối với GIS đã đƣợc hiệu

chỉnh và kiểm định của Dự án lập Quy hoạch phòng chống lũ cho hạ du hồ Núi Cốc

đến năm 2020 định hƣớng đến năm 2030 do Viện Thủy văn, Môi trƣờng và BĐKH,

Trƣờng Đại học Thủy lợi thực hiện năm 2018 [65] để xây dựng bản đồ ngập lụt.

Kết quả xác định tổng giá trị thiệt hại ngập lụt hạ du theo các kịch bản đƣợc trình bày

trong Phụ lục 2.6.

Giá trị rủi ro ngập lụt hạ du ứng với các mức đảm bảo an toàn phòng lũ khác nhau

Bảng 4-4: Giá trị rủi ro ngập lụt hạ du hồ Núi Cốc

đƣợc xác định theo công thức (2-54) và cho kết quả đƣợc trình bày trong Bảng 4-4.

Đơn vị tính: tỷ đồng

Thiệt hại

Chi phí rủi ro

TT

Tần suất Pf

D

RPf

1/100

3.264

12.953

1/200

1.652

13.108

1/500

675

13.389

1/1.000

378

14.987

1/5.000

16.863

1/10.000

19.464

đ) Xác định độ tin cậy yêu cầu

Tổng chi phí đầu tƣ (Cpf), chi phí rủi ro Rpf) và giá trị đầu tƣ CTĐM hồ Núi Cốc (Ipf)

116

theo tần suất đảm bảo phòng lũ Pf với đƣợc xác định và trình bày trong Bảng 4-5.

Bảng 4-5: Tổng chi phí đầu tư ứng với các kịch bản

Đơn vị tính: tỷ đồng

Tổng chi phí đầu tƣ (Cpf)

Giá trị đầu tƣ CTĐM Ipf

TT

Tần suất Pf

Chi phí rủi ro RPf

KB1 KB2 KB3 KB4

KB1

KB2

KB3 KB4

Pf

R

I1

I2

I3

I4

C1

C2

C3

C4

3.264

2.435

2.507

2.526

2.547

5.699

5.772

5.790

5.811

1/100

1.652

2.435

2.507

2.526

2.547

4.086

4.159

4.178

4.198

1/200

675

2.471

2.507

2.526

2.547

3.145

3.182

3.201

3.221

1/500

378

2.506

2.507

2.550

2.594

2.884

2.885

2.928

2.972

1/1.000

2.542

2.543

2.586

2.642

2.627

2.628

2.671

2.727

1/5.000

2.650

2.580

2.586

2.666

2.699

2.629

2.635

2.715

1/10.000

Dựa vào kết quả tổng hợp trong Bảng 4-5, vẽ các đƣờng cong quan hệ giữa tổng chi

phí đầu tƣ cho hệ thống CTĐM (IPf), rủi ro ngập lụt hạ du (RPf) và tổng chi phí hệ

thống (Ctot) theo 4 kịch bản phân tích đƣợc thiết lập dựa trên 4 phƣơng án sửa chữa,

nâng cấp khác nhau. Kết quả cho các kịch bản tính toán và trình bày trong Hình 4 -13

Hình 4-13: Đường quan hệ (IPf), (RPf) và (Ctot) ứng với các kịch bản

117

và Hình 4-14.

6000

5500

5000

4500

) g n ồ đ ỷ t ( Í

4000

H P I

H C

3500

3000

2500

0.01

0.001

0.0001

Xác suất Pf

KB1

KB2

KB3

KB4

Hình 4-14: Đường cong chi phí đầu tư nâng cấp CTĐM có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du hồ Núi Cốc

4.2.3.2 Lựa chọn xác suất sự cố cho phép [Pf] của CTĐM

Từ kết quả trình bày trong Hình 4-14, ta thấy Ctot đạt giá trị nhỏ nhất ứng với kịch bản

1 và kịch bản 2 tại điểm có giá trị Cmin xấp xỉ nhau và ĐTC tối ƣu Pf-opt =1/5.000.

Xét kịch bản 1 và kịch bản 2 ta nhận thấy, độ dốc của đƣờng cong đầu tƣ (IPf) nhỏ hơn

độ dốc của đƣờng cong rủi ro (RPf) rất nhiều, do đó, việc đầu tƣ tăng thêm để nâng cấp

từ 1/1.000 lên mức đảm bảo 1/5.000 mất chi phí tăng thêm nhỏ mà lại giảm đƣợc

nhiều về rủi ro. Theo kết quả tính toán tại Bảng 4-5, xét mức độ quan trọng của hồ

chứa nƣớc, lựa chọn XSSC cho phép [Pf] = 1/5.000 vì đầu tư thêm 36 tỷ đồng mà rủi

ro cho công trình và rủi ro ngập lụt hạ du giảm được 293 tỷ đồng.

Mặt khác, việc nâng cao mức đảm bảo an toàn là phù hợp khi xem xét đến diễn biến

mƣa lũ cực đoan do tác động của BĐKH và sự gia tăng cơ sở hạ tầng cần bảo vệ do

quá trình phát triển kinh tế - xã hội trong tƣơng lai.

4.2.4 Kết quả đánh giá an toàn hồ Núi Cốc có xét đến ngập lụt hạ du

XSSC hiện tại: PfMNLTK = 0,0693 > PfMNcực trị năm = 0,0067 > [Pf] = 0,0002 = 1/5.000

118

Nhƣ vậy, CTĐM hồ Núi Cốc (đƣợc thiết kế với mức đảm bảo an toàn phòng lũ kiểm

tra theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT [55] là P = 0,2% = 1/500 năm) vẫn có khả

năng bị sự cố gây ngập lụt hạ du và cần đƣợc sửa chữa, nâng cấp đảm bảo an toàn để

phù hợp với các yếu tố thay đổi về thủy văn, thủy lực và khả năng chấp nhận rủi ro

vùng hạ du giảm so với thiết kế.

4.2.5 Phân tích lựa chọn giải pháp sửa chữa, nâng cấp hồ Núi Cốc

Khi lựa chọn giải pháp nâng cao an toàn hồ chứa Núi Cốc cần căn cứ vào mức độ ảnh

hƣởng ngập lụt thƣợng lƣu khi nâng cao đập và khả năng chấp nhận ngập lụt của vùng

hạ du.

Theo Bảng 4-5, tổng chi phí đầu tƣ của KB1 và KB2 (ứng với tần suất 1/5.000) gần

bằng nhau C1 = 2.627 tỷ đồng, C2 = 2.628 tỷ đồng (giá trị này chƣa xét giá trị đến bù

ngập lụt thƣợng lƣu khi nâng cao đập). Tuy nhiên, theo Bảng 4-2, chiều cao đập nâng

cấp thêm theo KB1 là 0,9m lớn hơn 0,7 m so với KB2 (chỉ nâng cao thêm 0,2m) . Nhƣ

vậy, phƣơng án nâng cấp đập theo KB1 sẽ ảnh hƣởng nhiều hơn đến ngập lụt thƣợng

lƣu hồ chứa, gồm: diện tích đất bán ngập giao khoán cho dân canh tác theo thời vụ,

đƣờng giao thông quanh bờ hồ và các hạ tầng kinh tế -xã hội khác đã đƣợc xây dựng.

Hiện tại, tỉnh Thái Nguyên đã phê duyệt Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi Dự án xây

dựng hạ tầng Khu du lịch Hồ Núi Cốc - Di tích lịch sử Quốc gia đặc biệt An toàn khu

(ATK) Định Hóa, trong đó có đề xuất cải tạo nâng cao trình mực nƣớc dâng bình

thƣờng, xây dựng tràn bổ sung và điều tiết giữ mực nƣớc hồ vào tháng 5 ở cao trình

+(40÷42)m để phục vụ hoạt động du lịch theo Quy hoạch đƣợc duyệt.

Do vậy, căn cứ vào các điều kiện lựa chọn giải pháp giảm thiểu rủi ro tại mục 3.7, ta

lựa chọn giải pháp kết hợp giữa giảm thiểu rủi ro ngập lụt hạ du (Top - Down) và giải

pháp phòng, tránh rủi ro ngập lụt hạ du (Bottom - Up) dựa trên nguyên tắc tác động

đồng thời cả hệ thống CTĐM và vùng hạ du.

Đối với CTĐM, Tác giả lựa chọn nghiên cứu giải pháp thiết kế sửa chữa, nâng cấp

công trình từ ĐTC hiện trạng (Pf = 1/55 năm) đạt ĐTC yêu cầu [Pf] = 1/5.000 năm theo

phƣơng án 2: Nâng MNDBT lên cao trình +47; bổ sung tràn sự cố là tràn tự do B=100

119

m; mở rộng tràn có cửa B = 80 m, giữ nguyên Zng = +41,2.

4.2.6 Thiết kế hồ Núi Cốc đạt độ tin cậy yêu cầu

Từ Hình 4-15 và Bảng 4-1, xét trƣờng hợp tính với MNLTK có cập nhật thủy văn và

bồi lắng lòng hồ, ta nhận thấy, có 4 cơ chế ảnh hƣởng chủ yếu đến độ tin cậy của hệ

thống; tƣơng ứng với các cơ chế và mức độ ảnh hƣởng của các cơ chế đến sự cố của

CTĐM là các tham số độ bền nhƣ sau:

1. Nƣớc tràn đỉnh đập (68,70%): Xác định cao trình đỉnh đập thiết kế Zdd.

2. Mất ổn định trƣợt mái hạ lƣu (16,40%): Xác định hệ số mái hạ lƣu m2.

3. Xói ở cửa ra (7,10%): Xác định cột nƣớc tính toán để xác định cao trình đỉnh đập.

Tuy nhiên, cơ chế nƣớc tràn chiếm 60,05% XSSC hệ thống nên ta chọn cơ chế nƣớc

tràn để xác định cao trình đỉnh đập.

4. Xuất hiện hang thấm trong thân đập (1,02%): Xác định hệ số mái thƣợng lƣu m1.

Hình 4-15: Ảnh hưởng của các cơ chế đến XSSC của hệ thống CTĐM trường hợp MNLTK tính toán cập nhật thủy văn và bồi lắng lòng hồ

5. Xuất hiện hang thấm trong nền đập (2,69%): Xác định chiều dài đáy đập Lđ.

Vì khối lƣợng tính toán nhiều và các bƣớc tính toán đƣợc thực hiện lặp lại của nội

dung đánh giá ĐTC hiện trạng của hệ thống CTĐM, nghiên cứu này mới dừng lại ở

việc xác định kích thƣớc cơ bản của đập chính để mô phỏng cho việc thiết kế hệ thống

theo LTĐTC. Dựa vào tỷ lệ phân bổ XSSC tại Bảng 4-2, tiến hành tính lặp bằng

120

phƣơng pháp MC cho 4 cơ chế sự cố để xác định kích thƣớc sơ bộ của đập chính và có

Bảng 4-6: Kích thước cơ bản của đập chính xác định từ phân bổ XSSC cho phép

kết quả kích thƣớc của đập chính nhƣ bảng sau:

Cơ chế sự cố

Nƣớc tràn đỉnh đập

Xuất hiện hang thấm trong thân đập

Xuất hiện hang thấm trong nền đập

Mất ổn định trƣợt mái hạ lƣu

16,40%

68,70%

1,02%

2,69%

Tỷ lệ phân bổ [Pf]

XSSC của cơ chế

0,0478

0,0114

0,0048

0,0018

đƣợc phân bổ

Kích thƣớc của đập

Zdd (m)

Lđ (m)

Giá trị thiết kế

50,30

3,75

4,00

228,98< Lđ = 480m

Nhận xét kết quả tính toán: Kích thƣớc mặt cắt cơ bản của đập chính hồ Núi Cốc khi

cho kết quả lớn hơn thiết kế theo LTĐTC với XSSC cho phép [Pf] = 1/5.000 = 0,0002

so với kích thƣớc của mặt cắt ban đầu của đập chính. Do vậy, đập chính hồ Núi Cốc đã

đƣợc nâng cấp đáp ứng ĐTC cao hơn.

Vì chiều cao đập nâng lên không nhiều (0,3 m), chọn giải pháp nâng cao trình tƣờng

chắn sóng của đập chính và bổ sung tƣờng chắn sóng cho đập phụ với chiều cao 0,3m.

Giải pháp này có ƣu điểm là không làm thay đổi nhiều kết cấu của đập chính, đập phụ.

Việc mở rộng tràn có cửa thêm 40 m tại vị trí giữa của tràn 1 và tràn 2 cần chú ý xử lý

tiếp giáp giữa tràn cũ và tràn mới, nối tiếp cửa vào, thuận lợi cho việc vận hành cửa

van, cần kiểm tra lại tiêu năng sau tràn 1, tràn 2 và tràn bổ sung,…

4.3 Kết luận Chƣơng 4

Trong Chƣơng 4, Tác giả đã áp dụng các Bài toán của Chƣơng 3 để đánh giá an toàn

hồ chứa Núi Cốc, tỉnh Thái Nguyên Thái Nguyên có xét đến ngập lụt hạ du:

(1) Mô hình hóa hồ chứa nƣớc Núi Cốc theo sơ đồ thiết lập tại Chƣơng 3, áp dụng

PTRR và LTĐTC xác định XSSC, ĐTC hiện trạng của CTĐM hồ Núi Cốc;

(2) Xác định ĐTC yêu cầu của hệ thống CTĐM hồ Núi Cốc có xét đến rủi ro ngập lụt

121

hạ du hồ chứa;

(3) Phân tích và đề xuất giải pháp SCNC hồ chứa phù hợp với hiện trạng CTĐM, yêu

cầu sử dụng đa mục tiêu hồ chứa phục vụ phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Thái

Nguyên và khả năng chấp nhận rủi ro ngập lụt hạ du bằng cách thiết kế SCNC CTĐM

đạt ĐTC yêu cầu đã xác định, áp dụng tính toán cho đập chính.

Theo đánh giá của các cơ quan quản lý an toàn đập, hồ chứa nƣớc, CTĐM hồ Núi Cốc

bảo đảm an toàn theo tiêu chuẩn hiện hành. Tuy nhiên, kết quả tính toán trong giới hạn

của nghiên cứu tại Chƣơng IV cho thấy ĐTC hiện tại:

PfMNLTK = 0,0693 > PfMNcực trị năm = 0,0067 > [Pf] = 0,0002 = 1/5.000

CTĐM có khả năng xảy ra sự cố gây ngập lụt hạ du và cần đƣợc SCNC đảm bảo an

toàn để phù hợp với các yếu tố ngẫu nhiên về thủy văn, thủy lực và khả năng chấp

nhận rủi ro vùng hạ du thay đổi so với thiết kế.

Giá trị rủi ro ngập lụt hạ du hồ Núi Cốc ứng với ĐTC hiện tại Pf = 0.0067 là 2.261 tỷ

đồng, gấp 26,6 lần giá trị rủi ro chấp nhận đƣợc của vùng hạ du. Điều này cho thấy sự

tồn tại của hồ Núi Cốc có hạ lƣu là thành phố Sông Công, thị xã Phổ Yên, khu đông

dân cƣ, khu công nghiệp… tiềm ẩn nguy cơ lớn về ngập lụt nếu CTĐM bị sự cố.

Hiện tại, hồ Núi Cốc đang đƣợc thiết kế với chỉ số ĐTC là β = 2,425 < [β]= 3,5. So với

thời điểm xây dựng đập, vùng hạ du đƣợc bổ sung thêm nhiều cơ sở hạ tầng nên giá trị

vùng ảnh hƣởng gia tăng, mức sống tăng dẫn đến yêu cầu về đảm bảo an toàn cao hơn

(hay nói cách khác là vùng hạ du ở thời điểm hiện tại chấp nhận giá trị rủi ro thấp hơn

so với thời điểm xây dựng hồ chứa).

Nhƣ vậy, tiêu chuẩn an toàn hiện hành chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu phòng, chống ngập

lụt cho vùng hạ du, do vậy, cần phải nâng cấp CTĐM để bảo đảm an toàn cho CTĐM

và vùng hạ du, tập trung vào giải pháp SCNC tránh sự cố nƣớc tràn đỉnh đập.

Kết quả tính toán bằng phƣơng pháp LTĐTC và PTRR cho thấy XSSC gia tăng khi

mực nƣớc trong hồ vƣợt cao trình +47,5. Do vậy, trong quản lý, cần thiết xây dựng

phƣơng án vận hành điều tiết, cắt, giảm lũ hợp lý để khống chế mực nƣớc hồ trong

122

khoảng cao trình +46,51 đến + 47,5.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết quả đạt đƣợc của luận án

Trong luận án, Tác giả đã xây dựng phƣơng pháp luận đánh giá an toàn hồ chứa có xét

đến rủi ro ngập lụt vùng hạ du đập, cụ thể nhƣ sau:

(1) Phân tích, đánh giá tổng quan về an toàn hồ chứa trên thế giới và ở Việt Nam, làm

rõ tầm quan trọng của công tác quản lý an toàn hồ chứa nƣớc. Phân tích hiện trạng hồ

chứa ở Việt Nam, chỉ ra tồn tại của các nghiên cứu đánh giá an toàn hồ chứa; nhấn

mạnh ƣu điểm của việc kết hợp PTRR và LTĐTC trong đánh giá an toàn hồ chứa.

(2) Xây dựng cơ sở khoa học áp dụng LTĐTC xác định độ tin cậy (Pf) của hệ thống

CTĐM hồ chứa thủy lợi ứng với các cơ chế sự cố: PTRR đánh giá ảnh hƣởng của các

cơ chế sự cố đến an toàn hệ thống CTĐM, xây dựng sơ đồ cây sự cố tổng quát cho

từng hạng mục thuộc CTĐM; đƣa ra nguyên tắc thiết lập và thiết lập một số hàm tin

cậy thƣờng gặp; chỉ rõ cách thức xác định biến ngẫu nhiên đầu vào là mực nƣớc hồ

chứa để giải các hàm tin cậy; cơ sở khoa học áp dụng LTĐTC xác định ĐTC yêu cầu

của hồ chứa thủy lợi.

(3) Thiết lập và giải quyết 3 bài toán: Mô hình hóa CTĐM và vùng hạ du hồ chứa; chỉ

ra mối quan hệ giữa an toàn CTĐM và ngập lụt hạ du; xây dựng phƣơng pháp luận xác

định độ tin cậy tối ƣu theo quan điểm kinh tế; chỉ ra cách thức lựa chọn „„điểm thiết

kế” có chỉ số ĐTC yêu cầu (β) hay XSSC cho phép [Pf] đáp ứng yêu cầu thực tiễn của

công tác quản lý đảm bảo tính toàn diện về kinh tế, chính trị, xã hội và môi trƣờng;

(4) Đề xuất các giải pháp giảm thiểu rủi ro theo hƣớng tiếp cận Bottom - Up (từ hạ du

lên CTĐM) thông qua việc giảm thiểu mức độ ảnh hƣởng ngập lụt hạ du bằng cách

xây dựng công trình chống ngập (đê, kè), nạo vét lòng dẫn tăng khả năng thoát lũ,

chuẩn bị phƣơng án ứng phó tình huống khẩn cấp... Giải pháp phòng, tránh Top -

Down (từ CTĐM đến hạ du) thông qua việc đầu tƣ nâng cao an toàn CTĐM đạt ĐTC

yêu cầu xác định từ khả năng chấp nhận rủi ro của vùng hạ du thông qua việc phân bổ

ĐTC yêu cầu cho từng thành phần trong CTĐM hoặc kết hợp cả 2 giải pháp nêu trên.

(5) Áp dụng phƣơng pháp luận đã xây dựng đánh giá an toàn hồ Núi Cốc, tỉnh Thái

123

Nguyên với kết quả nhƣ sau:

- Xác định đƣợc chỉ số an toàn hiện tại của CTĐM: XSSC Pf = 0,067 và β = 2,425;

xác định đƣợc ĐTC yêu cầu có kể đến rủi ro ngập lụt hạ du ứng với XSSC cho phép

[Pf] =0,0002 và [β] = 3,5; đánh giá CTĐM có khả năng xảy ra sự cố, gây ngập lụt hạ

du và thiết kế sửa chữa CTĐM đạt ĐTC yêu cầu.

- Kết quả tính toán ĐTC của các cơ chế sự cố cho thấy, giá trị XSSC của các cơ chế do

thấm và XSSC của cơ chế mất ổn định mái nhỏ và thay đổi không đáng kể khi mực

nƣớc tăng. Điều này hoàn toàn phù hợp với thực trạng công trình do công trình đã

đƣợc khoan phụt chống thấm đập chính, sửa chữa mái hạ lƣu và đống đá tiêu nƣớc

năm 2019.

- Qua đƣờng cong sự cố nƣớc tràn đỉnh đập, ta thấy XSSC gia tăng nhanh từ 0,08 ÷1,0

khi mực nƣớc hồ vƣợt cao trình +47,5. Do vậy, trong quản lý, cần thiết xây dựng

phƣơng án vận hành điều tiết, cắt, giảm lũ hợp lý để khống chế mực nƣớc hồ trong

khoảng cao trình +46,51 đến + 47,5 để bảo đảm an toàn cho CTĐM

- Công trình vẫn làm việc bình thƣờng khi đơn vị quản lý hồ chứa vận hành tích nƣớc

với mực nƣớc cực trị năm trung bình +46,51. Tuy nhiên, về lâu dài, để bảo đảm an

toàn cần có giải pháp tổng thể sửa chữa, nâng cấp CTĐM đồng thời quản lý hành lang

thoát lũ hạ du để bảo đảm công trình làm việc an toàn theo thiết kế.

Kết quả áp dụng cho hồ Núi Cốc phù hợp với thực tiễn công tác quản lý vận hành

công trình. Điều này khẳng định rằng LTĐTC và PTRR và các bài toán ứng dụng đã

xây dựng là tin cậy và có thể áp dụng đƣợc trong điều kiện Việt Nam.

2. Những đóng góp mới của luận án

(1) Xây dựng đƣợc sơ đồ và thuật giải các bài toán ứng dụng lý thuyết độ tin cậy và

phƣơng pháp phân tích rủi ro xác định chỉ số an toàn của hệ thống CTĐM hồ chứa

thủy lợi có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du.

(2) Tính toán cho hồ chứa nƣớc điển hình (hồ Núi Cốc): đã lƣợng hóa đƣợc xác suất

sự cố và trị số độ tin cậy yêu cầu có xét đến rủi ro ngập lụt hạ du, làm cơ sở để thiết kế

124

sửa chữa, nâng cấp CTĐM hồ chứa.

3. Các tồn tại và hƣớng phát triển

3.1. Các tồn tại

- Trong các bài toán đã thiết lập chƣa xem xét đến ảnh hƣởng của việc vận hành các hồ

chứa thƣợng nguồn; chƣa phân tích sự phụ thuộc thống kê giữa hệ thống hồ đập

thƣợng nguồn và an toàn của các hồ chứa bậc thang đến an toàn vùng hạ du.

- Chƣa xem xét sơ đồ cây sự cố, PTRR cho hạng mục công trình khác thuộc CTĐM hồ

chứa, nhƣ: âu thuyền, công trình cho cá đi, nhà máy thủy điện kết hợp…; chƣa xét đến

các sự cố do lỗi vận hành của con ngƣời nhƣ: kẹt cửa van, vận hành sai quy trình…

- Chƣa xem xét trƣờng hợp hạ du có từ 2 vùng ngập lụt độc lập trở lên. Khi đánh giá

thiệt hại ngập lụt hạ du mới chỉ xem xét ngập lụt hạ du ảnh hƣởng của xả nƣớc từ hồ

chứa do sự cố CTĐM và mƣa nội đồng; chƣa xét đến ảnh hƣởng do nƣớc từ lƣu vực

sông khác đổ về và thủy triều.

- Chƣa xét đến yếu tố vận hành tối ƣu hóa hồ chứa đáp ứng nhiệm vụ đa mục tiêu về

cấp nƣớc, tƣới, phục vụ phát điện, du lịch, nuôi trồng thủy sản…

- Chƣa xem xét đến các yếu tố thiệt hại phi vật chất trong hàm rủi ro.

3.2. Hướng phát triển

Hƣớng phát triển tiếp theo là tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện ứng dụng PTRR và

LTĐTC một cách toàn diện và phù hợp với thực tế, gồm:

(1) Nghiên cứu lƣợng hoá ảnh hƣởng của hồ chứa thƣợng nguồn và mối quan hệ thống

kê về an toàn của các hồ chứa trên cùng lƣu vực sông;

(2) Phân tích ĐTC của CTĐM toàn diện hơn khi xem xét đến các sự cố của các công

trình khác thuộc CTĐM hồ chứa trong sơ đồ cây sự cố; phân tích tƣơng quan giữa các

cơ chế sự cố với nhau; các mối tƣơng quan kết hợp giữa các cơ chế sự cố tới rủi ro

trong trƣờng hợp nhiều sự cố có chung nguyên nhân.

(3) Nghiên cứu bài toán xác định ĐTC yêu cầu cho hồ chứa đa mục tiêu về phòng

125

chống lũ, phát điện, cấp nƣớc…

(4) Nghiên cứu xem xét đến các yếu tố thiệt hại phi vật chất trong hàm rủi ro gồm cả

thiệt hại do phải sơ tán dân và sự xáo trộn cuộc sống của ngƣời dân; định lƣợng hậu

quả tiềm tàng trong trƣờng hợp vỡ đập và ngập lụt do các trƣờng hợp không kiểm soát

đƣợc xả lũ, bao gồm cả sự không chắc chắn về hiệu quả cảnh báo và sơ tán dân.

(5) Nghiên cứu mở rộng phạm vi áp dụng trong đánh giá an toàn các đập dâng tràn và

hồ chứa đầu tƣ xây dựng mới; trong sửa chữa, nâng cấp hồ chứa gắn với yêu cầu sử

dụng hồ chứa phục vụ đa mục tiêu, đáp ứng quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội của

vùng thƣợng nguồn và hạ du hồ chứa nƣớc.

4. Kiến nghị

Đánh giá an toàn hồ chứa thủy lợi có xét đến rủi ro ngập lụt vùng hạ du bằng phƣơng

pháp PTRR và LTĐTC là một phƣơng pháp mới, ƣu việt giúp giải quyết vấn đề kỹ

thuật và thực tiễn quản lý mà phƣơng pháp tất định và tiêu chuẩn hiện hành chƣa đáp

ứng đƣợc. Tuy vậy, việc tính toán là bài toán thử đúng dần với khối lƣợng lớn và đòi

hỏi chuỗi quan trắc các số liệu đầu vào đủ dài để đảm bảo tính tin cậy.

Thực tiễn công tác quản lý an toàn đập ở Việt Nam cho thấy, khó khăn lớn nhất trong

việc áp dụng LTĐTC và PTRR cho hồ chứa nƣớc là do nguyên nhân sau:

- Công tác quan trắc công trình, các yếu tố khí tƣợng, thủy văn và công tác lƣu trữ hồ

sơ, số liệu quan trắc chƣa đầy đủ, chỉ có ở 128 hồ chứa nƣớc lớn có cửa van nhƣng

chuỗi số liệu chƣa đủ dài, ảnh hƣởng đến tính chính xác của kết quả tính toán.

- Các tài liệu thống kê về thiệt hại hạ du, thiệt hại do ngập lũ còn thiếu và chƣa đƣợc

lƣu trữ thành hệ thống.

Vì vậy, cần thiết thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu về quan trắc công trình, quan trắc khí

tƣợng thủy văn chuyên dùng và số liệu về thiệt hại ngập lụt hạ du hồ chứa với chuỗi

quan trắc đủ dài, đồng bộ nhằm nâng cao tính chính xác trong việc xác định ĐTC của

126

hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam./.

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

[1] Phạm Ngọc Quý, Cầm Thị Lan Hƣơng, “Nhân dịp kỷ niệm 75 năm ngày truyền

thống ngành Thủy lợi Việt Nam, nghĩ về an toàn đập và hồ chứa nƣớc”; Tạp chí Tài nguyên nước, Hội Thủy lợi Việt Nam; Số 03 (8/2020), ISSN 1859-3771, tr14-17, 2020.

[2] Cầm Thị Lan Hƣơng, Mai Văn Công, Phạm Ngọc Quý, “Nghiên cứu xác định chỉ

số an toàn yêu cầu của hệ thống công trình đầu mối hồ chứa nƣớc có xét đến rủi ro

ngập lụt hạ du - ứng dụng cho hồ Núi Cốc, tỉnh Thái Nguyên”; Tạp chí Tài nguyên

nước, Hội Thủy lợi Việt Nam; Số 02 (04/2020), ISSN 1859-3771, tr53-63, 2020.

[3] Cầm Thị Lan Hƣơng, “Nghiên cứu xác định rủi ro ngập lụt vùng hạ du hồ Núi

Cốc, tỉnh Thái Nguyên”; Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, Trường

Đại học Thủy lợi; Số 68 (3/2020), ISSN 1859-3941, tr43-50, 2020

[4] Cầm Thị Lan Hƣơng, “Nghiên cứu xác định chỉ số an toàn công trình đầu mối hồ

chứa thủy lợi theo lý thuyết độ tin cậy - ứng dụng cho hồ Núi Cốc, tỉnh Thái Nguyên”;

Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam; Số 58

(02/2020), ISSN 1859-4255, tr102-108, 2020.

[5] Phạm Thị Hƣơng Lan, Cầm Thị Lan Hƣơng, “Nghiên cứu đánh giá ngập lụt vùng

hạ du hồ Núi Cốc theo kịch bản mô phỏng xả lũ khẩn cấp”; Kỷ yếu Hội thảo Câu lạc

bộ Khoa học - Công nghệ các trường đại học kỹ thuật lần thứ 54, tr118-130, 2019.

[6] Hoàng Văn Thắng, Dana Cork, Phạm Ngọc Quý, Cầm Thị Lan Hƣơng và nnk.

Hướng dẫn kiểm tra nhanh đập đất, Bộ Nông nghiệp và PTNT và Dự án hạ tầng thông

minh Mê Kông (SIM), NXB Dân tộc, 2017.

[7] Phạm Ngọc Quý, Cầm Thị Lan Hƣơng và nnk. Tiêu chí đánh giá an toàn đập đất,

NXB Xây dựng, Hà Nội, 2016.

[8] Cầm Thị Lan Hƣơng, Mai Văn Công, Phạm Ngọc Quý và Lê Xuân Bảo, "Nghiên

cứu đánh giá thiệt hại ngập lụt vùng hạ du khi hồ chứa xả lũ hoặc vỡ đập, ứng dụng

cho hồ chứa Dầu Tiếng, tỉnh Tây Ninh," Kỷ yếu Hội nghị KHTN Trường Đại học Thủy

lợi, tr582-584, Hà Nội, 2016.

[9] Cầm Thị Lan Hƣơng, “Tổng kết sự cố vỡ đập thủy lợi ở Việt Nam trong những

năm gần đây, nguyên nhân và bài học kinh nghiệm”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ

127

Thủy lợi, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam; số 13, ISSN 1859-4255, tr66-70, 2013.

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phạm Ngọc Quý và nnk, "Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến sự làm việc an toàn đập đất của hồ chứa nƣớc và đề xuất bộ tiêu chí đánh giá an toàn đập," Hà Nội, Báo cáo tổng hợp Đề tài NCKH cấp Bộ 2015.

[2] Bộ Nông nghiệp và PTNT, "Báo cáo về an ninh nguồn nƣớc phục vụ sản xuất, sinh hoạt và quản lý an toàn đập, hồ chứa nƣớc," tài liệu phục vụ phiên họp ngày 17/8/2020 của Quốc hội.

[3] World Bank, "Regulatory Frameworks for Dam Safety," U.S, 2002.

[4] "Nghị định số 114/2018/NĐ-CP ngày 04/9/2018 của Chính phủ về quản lý an

toàn đập, hồ chứa nƣớc," Việt Nam, 2018.

[5] Cong Mai Van, Probabilistic design of flood defences in Vietnam. Netherland:

Sieca Repro, 2010.

[6] Cầm Thị Lan Hƣơng, Mai Văn Công, Phạm Ngọc Quý và Lê Xuân Bảo, "Nghiên cứu đánh giá thiệt hại ngập lụt vùng hạ du khi hồ chứa xả lũ hoặc vỡ đập, ứng dụng cho hồ chứa Dầu Tiếng, tỉnh Tây Ninh," in Kỷ yếu Hội nghị KHTN Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội, 2016, pp. tr582-584.

[7] "http://www.hanoimoi.com.vn/Ban-in/The-gioi/908379/-no-luc-khac-phuc-vu-vo-

dap-thuy-dien-o-lao".

[8] [Online]. https://baomoi.com/vo-dap-o-my-thanh-pho-bi-ngap-duoi-nuoc-gan-3-

m-10-000-nguoi-phai-so-tan/c/35111906.epi

[9] Ngô Trí Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn

Cảnh Thái, Thủy công tập 1. Hà Nội: Nhà xuất bản Xây Dựng, 2004.

[10] Ngô Trí Viềng, Phạm Ngọc Quý, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Chiến, Nguyễn Phƣơng Mậu, Phạm Văn Quốc, Thủy công tập 2. Hà Nội: Nhà xuất bản xây dựng, 2005.

[11] Standards Council of Canada, Q636-93 (R2001) Guidelines and Requirements for

Reliability Analysis Methods. Canada, 1993.

[12] M.K.Yegian and E.A. Marciano et al, "Seismic risk analysis for earth dam ,"

Journal of Geotechnical Engineering, January 1991.

128

[13] Chen Zhaohe, Li Qijun, and et.la Sun Ying, "Applications of overtopping risk analysis for the earth dam of flood control reservoir," Beijing Postgraduates School, North China, Inst. of Water Resources & Hydropower, China, no. (86)-

10-68420960, 1996.

[14] Marie Westberg, "Reliability - base assessment of concrete dam stability," Lund

University, Sweden, Doctoral thesis ISSN 0349-4969, 2007.

[15] Kassa Negede Abate, "Probabilistic safety analysis of dams, method and application," Doctor of Engineering, Faculty of Civil Engineering of Technische Universität Dresden , Germany, Dresden, 2009.

[16] G. L. Sivakumar Babu and Amit Srivastava, "Reliability Analysis of Earth Dams," Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, vol. 136, No. 7, July 1, 2010. ©ASCE, ISSN 1090-0241/2010/7-995–998/$25.00.

[17] Altarejos-García L, Escuder-Bueno I, Serrano-Lombillo A. Theme C:, "estimation of the probability of failure of a gravity dam," in Proceedings of 11th ICOLD, Valencia, Spain, Oct 20–21, 2011.

[18] Morales-Torres A, Escuder-Bueno I. Theme B, "problem formulation: probability of failure of an embankment dam due to slope instability and overtopping," in Russell Michael G, Marc B, Pedro M, Laurent M, Anton S, editors Proceeding of the 13th ICOLD International Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams, Lausanne, Switzerland, 2015 Sep 9–11.

[19] J.K Virijling, M. Hauer, and R.E.Jorissen, Probabilistic design and risk

assessment of large dams. Netherland, 1996.

[20] P.E., & Smart, J.D. Cyganiewicz, "Use of risk analysis," Bureau of Reclamation,

U.S, 2000.

[21] Australian National Committee on Large Dams ANCOLD, "Guidelines on Risk

Assessment," 2003.

[22] International Commission on Large Dams ICOLD, "Risk assessment in Dam Safety management - A reconnaissance of benefits methods and current applications. Bulletin 130. Ed. ICOLD/CIGB. Paris," 2005.

[23] Laurent Peyras et al, "Probability-based assessment of dam safety using combined risk analysis and reliability methods - application to hazards studies ," European Journal of Environmental and Civil Engineering, vol. 16, No. 7, pp. 795-817, July 2012.

[24] [Online].https://www.fema.gov/media-library-data/1423661058965-

58dfcecc8d8d18b7e9b2a79ce1e83c96/FEMAP-1025.pdf

129

[25] Ignacio Escuder-Bueno et al, "Computational Aspects of Dam Risk Analysis: Findings and Challenges," Journal of the Chinese Academy of Engineering and

Higher Education Press, no. Engineering 2, pp. 319-324, China, 2016.

[26] Nguyễn Văn Mạo, "Lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế công trình thuỷ công,"

Trƣờng Đại học Thủy lợi, Hà Nội, Bài giảng cao học 2000.

[27] Nguyễn Quang Hùng, Nguyễn Văn Mạo, "Tính độ tin cậy an toàn của kè bảo vệ mái dốc lắp ghép bằng các cấu kiện bê tông đúc sẵn," Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi trƣờng, Số 44, ISSN 1859-3941, Hà Nội, 2014.

[28] Phạm Hồng Cƣờng, "Nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng hệ thống công trình thủy nông theo lý thuyết độ tin cậy trong điều kiện Việt Nam," Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội, 2009.

[29] Mai Van Cong, "Probabilistic design of coastal flood defences in Vietnam," Technical University of Delft, Hà Lan, PhD thesis ISBN 978-90-9025648-1, 2010.

[30] Lê Xuân Bảo, "Ứng dụng phƣơng pháp phân tích rủi ro và lý thuyết độ tin cậy để xác định mức bảo đảm an toàn cho hệ thống kiểm soát ngập lụt vùng hạ du sông Đồng Nai - Sài Gòn," Hà Nội, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật 2017.

[31] Trần Quang Hoài, 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 án Tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội, 2018.

[32] Nguyễn Hữu Bảo, Nguyễn Lan Hƣơng Nguyễn Văn Mạo, Cơ sở tính độ tin cậy

an toàn đập. Hà Nội: Nhà xuất bản Xây dựng, 2014.

[33] Nguyễn Lan Hƣơng, "Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đánh giá mức độ an toàn cho các công trình đầu mối hồ chứa nƣớc thủy lợi," Trƣờng Đại học Thủy Lợi, Hà Nội, Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp trƣờng 2014.

[34] Nguyễn Lan Hƣơng, "Phân tích và đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi Việt Nam theo lý thuyết độ tin cậy," Hà Nội, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật 2017.

[35] TCVN 9905:2014 Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế theo độ tin cậy. Hà Nội,

2014.

[36] JB 50153 - 92, "Unified Standard of Reliability of Structure Design," Beijing,

China, 1992.

[37] "Dự án Việt Nam - New Zealand về An toàn đập," Trƣờng Đại học Thủy Lợi,

130

GNS Science và Damwatch Services (New Zealand), Hà Nội, 2016-2020.

[38] "TCKT 03:2015 Hƣớng dẫn xây dựng bản đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nƣớc," Tiêu

chuẩn kỹ thuật Hà Nội, 2015.

palisade corporationall rights reserved, 1994.

[40] "Phần mềm VAP (Version 1.6) và hƣớng dẫn sử dụng," Institute of Structural

Engineering, Swiss Federal Institute of Technology, Zurich,.

[42] Nguyễn Vi, Độ tin cậy của các công trình bến cảng. Hà Nội: Nhà xuất bản Giao

thông vận tải, 2009.

[43] Mai Văn Công, Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích độ tin

cậy. Hà Nội: Nhà xuất bản Hà Nội, 2013.

[44] Trần Quang Hoài, Lê Xuân Bảo, Nguyễn Quang Đức Anh và Mai Văn Công, "Ứng dụng phân tích độ tin cậy trong đánh giá an toàn công trình thủy tại Việt Nam," in Hội nghị khoa học thường niên - Trường Đại học Thủy Lợi, Hà Nội, 2016, pp. 132–134.

[45] Mai Van, C, Le, B & Tran, H, "Applications of probabilistic design in reliability assessment of hydraulic structures in Vietnam," Journal of Water Resources and Environment, no. Issue 54 -6/2017.

[46] Nguyễn Quí Hỷ, Phương pháp mô phỏng số Monte Carlo. Hà Nội: NXB Đại học

Quốc gia, 2002.

[47] Mai Van, C., van Gelder, P.H.A.J.M. & Vrijling J.K, "Failure Mechanisms of Sea dikes: inventory and sensitivity analysis," in Proceedings of the Coastal Structures 2007, International Conference (CSt'2007), Venice, Italy, July 2-4, 2007, COPRI of AS.

[48] Mai Van Cong, Risk analysis and management in coastal regions of Vietnam. COASTAL DISASTERS AND CLIMATE CHANGE IN VIETNAM. Elsevier, London, UK, 2014.

[49] C Mai Van, "The economic damage evaluation and establishment of the damage function caused by flood inundation in Ho Chi Minh city region – phase 1 ," Journal of Water Resources and Environment, no. Issue 51 -3/2015, 2015.

131

[50] Mai Van, C, van Gelder, P. & Vrijling J.K, "Safety of coastal defences and flood risk analysis. In Safety and Reliability for Managing Risk," Taylor &

Francis/Balkema, Leiden, The Netherlands, vol. 2, no. ISBN 13: 978-0-415- 41620-7, pp. 1355-1366, 2006.

[51] Kreibich H, Schwarze R, Thieken AH Merz B, "Assessment of economic flood

damage," 10(8):1697-724, 2010.

[52] US Department of Homeland Security, "Estimating economic consequences for

dam failure scenarios," Dams sector, 2011.

[53] C, van Gelder, P. & Vrijling J.K Mai Van, "Safety of coastal defences and flood risk analysis," Safety and Reliability for Managing Risk, vol. 2, no. ISBN 13: 978- 0-415-41620-7, pp. 1355-1366, Taylor & Francis/Balkema, Leiden, The Netherlands, 2006.

[54] Nguyễn Văn Mạo (Chủ biên), Nguyễn Cảnh Thái, Nguyễn Quang Hùng, Phạm Ngọc Quý, Nguyễn Lan Hƣơng, Giới thiệu và cơ sở thiết kế công trình thủy lợi. Hà Nội: Nhà xuất bản Xây Dựng, 2013.

[55] QCVN 04-05:2012/BNNPTNT - Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về

thiết kế. Hà Nội, 2012.

[57] Nguyễn Chiến, Tính toán thủy lực các công trình tháo nước. Hà Nội: NXB Xây

dựng, 2012.

[58] Pham Quang Tu, "Reliability analysis of the red river dike system in Vietnam," Technische Universiteit of Delft, PhD thesis ISBN 97890-6562-3578, 2014.

[59] Vrijling, J. K. and van Gelder, P. H. A. J. M, "Implications of uncertainties on flood defence policy," in Proc.Int. Conf. ISSH, Nijmegen, the Netherlands, 2005.

[60] Mai Van, C & Tran Quang, H, "Reliability analysis of flood defence system of an estuarine – coastal region – A case study of Giao Thuy, Nam Dinh.," Journal of Water Resources and Environment, Vietnam, no. Issue 55 , 11/2017.

[61] Основные положения расчета причальных сооружений на надежность. М.

В/О “Мортехинформреклама”, РД 31-31-35-85, 1986.

[62] Mai Van, C, van Gelder, P. & Vrijling J.K, "Safety of coastal defences and flood risk analysis," in Safety and Reliability for Managing Risk, vol. 2, Taylor & Francis/Balkema, Leiden, The Netherlands, 2006, pp. 1355-1366.

[63] [Online]. https://mavensnotebook.com/2015/06/25/delta-science-program-peer-

132

review-delta-levee-investment-strategy-methodology/, California Water, US

[64] Cầm Thị Lan Hƣơng, "Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng các đập dâng tràn tỉnh Sơn La," Trƣờng Đại học Thủy lợi, Hà Nội, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 2010.

[65] "Quy hoạch phòng chống lũ cho hạ du hồ Núi Cốc đến năm 2020 định hƣớng đến năm 2030," Viện Thủy văn, Môi trƣờng và BĐKH, Trƣờng Đại học Thủy lợi, Hà Nội, Báo cáo tổng hợp 2018.

[66] Công ty Tƣ vấn Xây dựng Thủy lợi 1, "Hồ sơ thiết kế sửa chữa nâng cấp công

trình đầu mối hồ chứa nƣớc Núi Cốc," 1998.

[67] Công ty TNHH MTV Khai thác thủy lợi Thái Nguyên, "Báo cáo số 142/BC- CTKTTL ngày 24/4/2019 về kết quả kiểm tra hiện trạng công trình hồ Núi Cốc trƣớc mùa mƣa lũ năm 2019," Thái Nguyên, 2019.

[68] Công ty TNHH MTV Khai thác thủy lợi Thái Nguyên, "Báo cáo số 332/BC-

CTKTTL ngày 17/8/2018 ," Thái Nguyên, 2018.

[69] "Quyết định số 2228/2016/QĐ-TTg ngày 18/11/2016 của Thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển khu du lịch quốc gia Hồ Núi Cốc, tỉnh Thái Nguyên đến năm 2025, định hƣớng đến năm 2030,".

[70] "Thông tƣ 05/2019/TT-BNNPTNT ngày 02/5/2019 của Bộ trƣởng Bộ NN và

133

PTNT quy định chế độ, quy trình bảo trì tài sản kết cấu hạ tầng thủy lợi,".

PHỤ LỤC

134

PHỤ LỤC 1: Thống kê một vài sự cố vỡ đập 10 năm gần đây và các thông số kỹ

thuật cơ bản của hồ Núi Cốc

1.1: Thống kê một vài sự cố vỡ đập 10 năm gần đây

Dung tích

TT

Tên hồ

Vị trí

Năm

Mô tả sự cố

Cách khắc phục

Loại đập

(triệu m3)

1 Khe Sắn

Hà Tĩnh

2007 Đập đất

2 Đập Làng Hà Tĩnh

2007 Đập đất

0.5

0.425 Mƣa lớn do ảnh hƣởng của cơn bão số 2 và số 5 làm mực nƣớc hồ dâng cao tràn qua đỉnh đập gây vỡ đập

vẫn Hiện chƣa có kinh phí để khắc phục

thấp

3 Đá Bạc

Hà Tĩnh

2007 Đập đất

0.25

Mực nƣớc hồ lên nhanh đe dọa vỡ đập

Hạ ngƣỡng tràn

4 Tràng Đen Nghệ An

2008 Đập đất

2.8

Đắp con trạch đỉnh đập

Mƣa lớn làm mực nƣớc hồ dâng cao, nƣớc tràn qua đỉnh đập đe dọa vỡ đập

5 Đồng Đẻn Nghệ An

2008 Đập đất

0.6

6 Đá Bàn

Nghệ An

2008 Đập đất

0.7

Mƣa lớn kéo dài gây thấm mạnh qua đập đất, sạt mái hạ lƣu đập

Hạ thấp cao trình ngƣỡng tràn tránh vỡ đập chính

2008 Đập đất

0.6

Đồng Chùa

Thanh Hóa

Mƣa lớn làm lũ đến vƣợt tần suất thiết kế. Công trình lại xây dựng lâu năm trên nền địa chất yếu kết hợp với mƣa dầm vai tả đập đất tiếp giáp tràn bị bão hòa gây xói lở đe dọa vỡ đập

Xây dựng tràn mới cách tràn cũ 61m về phía vai hữu, với hình thức tràn xả sâu điều tiết van bằng cung vận hành bằng tời điện thay cho tràn tự do cũ

8 Đập Z20

Hà Tĩnh

2009 Đập đất

0.9

Vỡ đập trong thời gian thi công. Từ cả công tác tƣ vấn thiết kế, thi công và công tác quản lý đã không kiểm tra và phát hiện kịp thời nƣớc chảy qua mang cống gây xói lở và làm vỡ đập

9 Khe Mơ

Hà Tĩnh

2010 Đập đất

0.7 Mƣa cực lớn đến 2.000mm

135

Dung tích

TT

Tên hồ

Vị trí

Năm

Mô tả sự cố

Cách khắc phục

Loại đập

(triệu m3)

10 Vàng Anh Hà Tĩnh

2010 Đập đất

0.4

và kéo dài gây ra lũ lịch sử làm mực nƣớc hồ lên nhanh, gây nƣớc tràn qua đỉnh đập gây vỡ đập

2010 Đập đất

2.4

Phƣớc Trung

Ninh Thuận

Thiệt hại hơn 200 tỷ đồng

Vỡ đập mới thi công xong. Do có mƣa lớn 675mm, đập đất mới thi công xong, đất đắp chƣa kịp cố kết, đập dài, khi bị lũ quá lớn, nƣớc hồ dâng nhanh, cƣờng suất tích nƣớc cao hơn nhiều lần so với quy định (1-1,5m/ngày đêm) dẫn tới đập bị nứt tại vị trí xung yếu nhất tại lòng suối cũ là nơi chiều cao đập lớn nhất và đắp hoàn thành cuối cùng, nƣớc rò qua vết nứt gây sụt, sạt to dần dẫn tới vỡ đập

12 Hồ Đội 4 Đắk Lắk

2010 Đập đất

0.4

Đe dọa vỡ đập. Mái hạ lƣu bị sạt lở nặng, có nguy cơ vỡ đập

13 Khe Làng Nghệ An

2011 Đập đất

3.14

Đe dọa vỡ đập. Cống lấy nƣớc bị vỡ nhiều điểm khiến đất đắp đập sụt vào cống, nhƣng vì chỉ mới đƣợc xử lý tạm thời, phần đá lát mái thƣợng lƣu bị xô tụt nhiều chỗ, mái hạ lƣu xói lở nhiều điểm

14 Hồ Vƣng Hòa Bình

2011 Đập đất

2.0

Đe doạ vỡ đập khi đang thi công cống lấy nƣớc. Cống chuyển từ trạng thái chảy không áp sang có áp gây vỡ cống

Địa phƣơng đã hạ cao trình ngƣỡng khơi tràn, dòng thông chảy làm giảm áp lực nƣớc; xử lý, thân gia cố đập tránh vỡ

136

Dung tích

TT

Tên hồ

Vị trí

Năm

Mô tả sự cố

Loại đập

Cách khắc phục

(triệu m3)

đập

15 Lanh Ra

2011 Đập đất

11.0

Ninh Thuận

16 Bà Râu

2011 Đập đất

4.65

Ninh Thuận

Vỡ đập trong thời gian thi công. Tiến độ thi công chậm không vƣợt lũ thiết kế dẫn đến nƣớc tràn qua đỉnh đập gây vỡ đập

Nghệ An

2012 Đập đất

1.2

Tây Nguyên

Đắp vá lại phần thân đập bị vỡ

Mới sửa chữa xong chƣa bàn giao khai thác sử dụng. Mặt khác, mực nƣớc trong hồ đạt mực nƣớc thiết kế mà chƣa tiến hành xả tràn, nguồn nƣớc ở thƣợng lƣu tiếp tục đổ về; đập có tổ mối nằm trong thân đập, lõi của đập cũ đƣợc đắp thủ công, đất dùng đắp đập có lẫn cả cỏ, rác và sỏi đá nhỏ nên đất yếu, không đồng nhất dẫn đến hang xói tập trung moi dần thân đập gây vỡ đập.

18 Đập Lim Nghệ An

2012 Đập đất

0.58

Thấm mạnh qua mang cống đe doạ vỡ đập

thấp Hạ ngƣỡng tràn để bảo đảm an toàn đập đất

2013 Đập đất

Vỡ tràn xả lũ

Xây dựng lại tràn

Hoàng Tân

Tuyên Quang

2014 Đập đất

Đầm Hà Động

Quảng Ninh

Vỡ đập phụ do lũ vƣợt thiết kế và kẹt cửa van

Đắp vá lại phần thân đập bị vỡ

137

1.2: Các thông số kỹ thuật cơ bản của hồ Núi Cốc

TT

Thông số kỹ thuật

Trị số

Diện tích lƣu vực

Đơn vị km2

536

Diện tích tƣới

12.000

Cấp công trình

Mực nƣớc DBT

46,2

Tần suất lũ thiết kế

Tần suất lũ kiểm tra

0,2

Mực nƣớc lũ TK

48,25

Mực nƣớc lũ KT

48,93

175,5

Dung tích toàn bộ

168,0

Dung tích hữu ích

7,5

Dung tích chết

m 106m3 106m3 106m3

Đập chính

Cao trình đỉnh đập

Cao trình đỉnh TCS

Chiều cao đập chính

Chiều dài đập chính

480

Chiều rộng mặt đập

Đập phụ 1 phía bờ tả hồ chứa (đập đất đồng chất)

Chiều cao đập

9,5

Chiều dài đập

430

Đập phụ 2A phía bờ tả hồ chứa (đập đất đồng chất)

Chiều cao đập

Chiều dài đập

383

Đập phụ 2B phía bờ tả hồ chứa (đập đất đồng chất)

Chiều cao đập

9,5

Chiều dài đập

Đập phụ 3 phía bờ tả hồ chứa (đập đất đồng chất)

Chiều cao đập

6,22

Chiều dài đập

260

Đập phụ 4 phía bờ tả hồ chứa (đập đất đồng chất)

138

Chiều cao đập

Chiều dài đập

Đập phụ 5 phía bờ hữu hồ chứa (đập đất đồng chất)

Chiều cao đập

Chiều dài đập

Đập phụ 6 phía bờ tả hồ chứa (đập đất đồng chất)

Chiều cao đập

1,5

Chiều dài đập

Cao trình ngƣỡng tràn

41,2

Tràn chính (Tràn số 1 tại đầu đập, bờ hữu)

Chiều rộng tràn

3x8m

Lưu lượng xả thiết kế

m m3/s

877

Tràn bổ sung (Tràn số 2)

Chiều rộng tràn

2x8m

Lưu lượng xả thiết kế

m m3/s

585

Cống lấy nƣớc trong thân đập chính: Cống tròn bằng BTCT đặt trong hành lang

Khẩu diện cống là 2 1,7 m

3,4

Lưu lượng qua cống thiết kế Qmax

Lưu lượng tưới bình thường

m m3/s m3/s

Chiều dài thân cống

105

Chiều dài toàn bộ cống

195

139

PHỤ LỤC 2: Tính toán xác suất sự cố hiện trạng, độ tin cậy yêu cầu của hồ Núi Cốc

Bảng P2-1: Mực nước hồ cực trị năm

Tháng

Năm 2000 MN max

Năm 2001 MN max

Năm 2002 MN max

Năm 2003 MN max

Năm 2004 MN max

Năm 2005 MN max

Năm 2006 MN max

Năm 2007 MN max

Năm 2008 MN max

Năm 2009 MN max

Năm 2010 MN max

Năm 2011 MN max

Năm 2012 MN max

Năm 2013 MN max

Năm 2014 MN max

Năm 2015 MN max

Năm 2016 MN max

Năm 2017 MN max

Năm 2018 MN max

45.2

45.68

45.84

44.48 45.17

44.38 46.18

44.78

46.07

45.97

44.52

44.89

45.21

45.82

45.43 45.31 44.40 46.14

44.84

45.2

45.43

44.62 44.97

43.96 45.73

45.6

44.14

45.92

45.79

43.73

43.89

44.84

44.97

45.03 44.84 42.24 45.44

44.53

44.8

44.98

44.49 43.81

43.55 45.22 44.53

43.67

45.51

44.39

42.19

42.23

43.55

43.08

44.58 42.66 39.82 44.86

44.51

41.56

44.53

43.78 44.87

42.89 45.17 44.51

43.43

45.89

43.99

41.84

39.85

41.96

40.09

42.85 41.42 37.93 43.10

41.79

41.96

43.25

43.73 45.77

42.77 43.68 44.63

43.07

43.59

43.43

40.8

41.22

42.49

40.72

41.71 40.36 37.42 41.72

41.82

42.28

41.76

42.5

42.72

41.76 43.93 41.71

43.49

43.95

43.21

42.41

41.86

42.39

39.22

41.54 40.64 38.00 41.57

42.93

45.24

41.69

43.17 44.38

42.23 43.41 41.87

44.04

44.36

43.9

43.98

43.24

47.35

42.35

41.30 40.40 41.76 45.03

42.00 43.56

42.43

45.26

45.4

45.84 45.98

41.7

45.73

45.21

46.71

45.76

46.90

47.52

45.33

44.22 42.66 43.06 47.26

41.83

44.72

42.97

46.04 45.83

46.99 46.18 44.35

46.47

46.68

46.37

46.65

46.68

47.30

46.84

45.87 46.04 45.29 47.14

45.39

46.32

43.45

45.44 44.85

46.07 46.23 44.94

46.87

46.82

46.37

46.63

46.19

46.33

46.07

46.27 45.81 46.00 46.67

45.64

46.22

43.94

45.39 44.22

46.45 46.26 44.97

46.98

46.37

45.72

46.32

45.00

46.37

46.15

46.93 45.69 45.86 46.53

45.65

46.18

44.48

45.23 44.35

46.32 46.08 44.77

45.98

46.07

44.57

45.88

45.21

46.04

45.98

46.70 44.72 45.98 45.86

45.65

46.32

45.84

46.04 45.83

46.99 46.26 46.00

46.98

46.82

46.71

46.65

46.90

47.52

46.84

46.93 46.04 46.00 47.26

Cực trị năm

140

P2.1. Tính toán phân bố xác xuất biến mực nƣớc Zmn

Tuy nhiên, hồ Núi Cốc đƣợc khai thác từ năm 1978, số liệu quan trắc mực nƣớc

chỉ có từ năm 2000 trở lại, quá trình vận hành, đơn vị khai thác chủ động điều tiết

khống chế mực nƣớc hồ và mực nƣớc tại hạ du theo Quy trình vận hành do vậy liệt

quan trắc chƣa phản ánh đƣợc tính ngẫu nhiên. Diễn toán bằng mô hình mƣa -

dòng chảy, tính toán điều tiết với số liệu thủy văn từ các trạm quan trắc trên lƣu

vực hồ chứa đƣợc cập nhật cho thấy mực nƣớc lũ thiết kế tăng từ +48,25 lên

+48,7. Theo mục 3.3.5, giá trị kỳ vọng toán của biến mực nƣớc lựa chọn làm thông

số đầu vào (hay giá trị trung bình thống kê của biến mực nƣớc) trong từng cơ chế

sự cố µ = 48,7.

141

Zmn = (48.7; 0.51) theo luật phân bố loga chuẩn

Bảng P2-2: Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp và đất nền đập chính

P2.2. Một số thông số kỹ thuật công trình

Ký hiệu BNN

1,906

Tên biến ngẫu nhiên

(KN/m3)

2,038

Dung trọng lớp Đ1 19,06

(KN/m3)

1,959

Dung trọng lớp Đ2 20,38

(KN/m3)

1,964

Dung trọng lớp Đ3 19,59

(KN/m3

2,35

Dung trọng lớp 5 19,64

(KN/m3

Dung trọng lớp 6 23,5

độ)

4,5

Góc ma sát trong của đất lớp Đ1 15,43

độ)

3,6

Góc ma sát trong của đất lớp Đ2 25

độ)

6,6

Góc ma sát trong của đất lớp Đ3 17,37

5độ)

6,6

Góc ma sát trong của đất lớp 5 16,65

6độ)

6,9

Góc ma sát trong của đất lớp 6 22

c1 (kN/m2)

6,6

Lực dính đơn vị của lớp Đ1 26

c2 (kN/m2)

6,6

Lực dính đơn vị của lớp Đ2 5

c3 (kN/m2)

6,5

Lực dính đơn vị của lớp Đ3 28

c5 (kN/m2)

Lực dính đơn vị của lớp 5 27

c6(kN/m2)

Lực dính đơn vị của lớp 6 40

K1(m/s)

Hệ số thấm của lớp Đ1 3x10-6

K2(m/s)

Hệ số thấm của lớp Đ2 3x10-6

K3(m/s)

Hệ số thấm của lớp Đ3 2x10-6

K5(m/s)

Hệ số thấm của lớp 5 1x10-6

K6(m/s)

142

Hệ số thấm của lớp 6 1,2x10-6

Bảng P2-3: Gradien thấm cho phép của đập và nền

Tên Ký hiệu Giá trị TT

Gradien thấm cho phép để kiểm tra độ bền thấm đặc biệt 1 1,25 của thân đập

Gradien thấm cho phép để kiểm tra độ bền thấm đặc biệt 2 0,28 của nền đập

Gradien thấm cho phép để kiểm tra độ bền thấm 3 0,75 thông thƣờng của thân đập

Gradien thấm cho phép để kiểm tra độ bền thấm 4 0,6 thông thƣờng của nền đập

P2.3. Tính toán XSSC của từng cơ chế thành phần từng hạng mục thuộc CTĐM hồ Núi Cốc

a) Cơ chế nƣớc tràn đỉnh đập

Hàm tin cậy: Z1 =Zđđ-Zmn

Zđđ: cao trình đỉnh đập (m), Zdc = (50; 0,5)

Hình P2-1: Phân bố xác suất mực nước hồ Núi Cốc từ liệt số liệu quan trắc

trong đó: Zwl: Mực nƣớc thiết kế (m), Zwl = (48,7; 0,51)

Mực nƣớc hồ có phân bố loga chuẩn (46,51; 0,51) đƣợc xác định bằng phần mềm

Bestfit từ chuỗi quan trắc mực nƣớc cực trị năm trƣớc đập chính từ năm 2000 đến nay.

Cao trình đỉnh đập có phân bố chuẩn Zdc = (50; 0,5) với σ = 0,5 xác định từ chuỗi số

143

liệu đo đạc cao trình đỉnh tƣờng chắn sóng tại thực địa.

Bảng P2-4: Bảng thông số đầu vào ứng với cơ chế nước tràn đỉnh

Cơ chế Z1 =Zđđ-Zmn

Biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn

Nƣớc tràn

Z đđ Phân bố chuẩn 50 0,5

đỉnh đập

Bảng P2-5: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy khi tính theo phương pháp MC

Zmn Phân bố loga chuẩn 48,7 0,51

Z đđ Zmn TT P(i) P(i) Z=R-S

0.000562661 48.37141913 0.861055257 49.25338704 -0.881967916 1

2 0.368058725 49.83150036 0.674856768 48.93121578 0.900284589

3 0.327659882 49.77680791 0.967166932 49.6387549 0.13805301

4 0.837861815 50.49285405 0.948713439 49.53257761 0.960276444

5 0.833460667 50.48396566 0.83932043 49.20575106 1.278214602

6 0.988079979 51.12984867 0.863554451 49.25917877 1.870669902

7 0.644323262 50.18501947 0.409746687 48.58361971 1.601399755

8 0.406460281 49.88167 0.169826731 48.2130264 1.668643591

9 0.627999082 50.16327925 0.878917175 49.29649135 0.866787904

Bảng P2-6: Xác suất sự cố của cơ chế nước tràn đỉnh đập

10 0.29354848 49.72847615 0.909879248 49.38340603 0.345070125

P1 = 0,0478

Tổng số lần mô phỏng N= 10.000

144

478 Tổng số lần Z<0 n=

b) Cơ chế mất ổn định mái hạ lƣu đập chính

(1) Tính với trường hợp mực nước lũ thiết kế cập nhật +48,70 hạ lưu không có nước

Sử dụng phần mềm Geoslope 2007 tính toán ổn định mái hạ lƣu đập bằng việc khai

báo các thông số đầu vào là BNN, tính lặp 10.000 lần theo phƣơng pháp MC xác định

Hình P2-2a: Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập ngẫu nhiên bằng Geoslope 2007 (trường hợp mực nước lũ thiết kế cập nhật +48,70)

đƣợc kết quả nhƣ Hình P2-2a.

Hệ số ổn định mái hạ lƣu có phân phối xác suất K(1,3344; 0,146); XSSC P2 = 1,14%

và β = 2,298.

(2) Tính với trường hợp mực nước cực trị năm +46,51 hạ lưu không có nước

Tính toán tƣơng tự với mực nƣớc +46,51 ta đƣợc kết quả nhƣ Hình P2-2b:

Hệ số ổn định mái hạ lƣu có phân phối xác suất K(1,6362;0,13); XSSC P2 = 0,15% và

145

β = 2,957.

Hình P2-2b: Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập ngẫu nhiên bằng Geoslope 2007 (trường hợp mực nước cực trị năm +46,51)

c) Xói tại vị trí cửa ra

trong đó: : Gradien thấm cho phép tại vị trí cửa ra và ở chân khay, xác định từ các

số liệu thí nghiệm đất đắp đập ở vị trí cửa ra và đất làm chân khay

- Gradien thấm lớn nhất tại vị trí cửa ra, xác định đƣợc nhờ các tính toán thấm. Cột

nƣớc là biến ngẫu nhiên sơ cấp, thông qua tính toán thấm bằng phần mềm Seep/w sẽ

tìm đƣợc luật phân bố xác suất và các đặc trƣng thống kê của các biến ngẫu nhiên thứ

Bảng P2-7: Bảng thông số đầu vào ứng với cơ chế xói tại vị trí cửa ra

cấp .

Cơ chế

Biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn

Tất định 0,75 Xói cửa ra

146

Phân bố chuẩn 0,44 0,1

Bảng P2-8: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo phương pháp MC

TT

Z=R-S

md

0.968713882

0.626221894

0.123778106

1 0.75

0.119928519

0.32246558

0.42753442

2 0.75

0.917029988

0.578536782

0.171463218

3 0.75

0.382014413

0.409980553

0.340019447

4 0.75

0.482326317

0.435568414

0.314431586

5 0.75

0.729218728

0.501045183

0.248954817

6 0.75

0.999525901

0.770546248

-0.020546248

7 0.75

0.083387709

0.301736046

0.448263954

8 0.75

0.425875688

0.421311573

0.328688427

9 0.75

0.174173193

0.346219842

0.403780158

10 0.75

Bảng P2-9: Xác suất sự cố của cơ chế xói tại vị trí cửa ra

P3 = 0,0048

N= 10.000 Tổng số lần mô phỏng

n= 48 Tổng số lần Z<0

d) Xuất hiện hang thấm trong thân đập

: Độ dốc thủy lực cho phép của vật liệu làm đập và nền, phụ thuộc vào cấp

công trình và chất đất đắp đập và nền đập. Độ dốc thủy lực cho phép đƣợc xem nhƣ

sức chịu tải của công trình. Các giá trị cho phép này đƣợc xác định qua việc phân tích

số liệu quan trắc các công trình đã bị sự cố cho đến thời điểm đánh giá ổn định.

147

h2: Cột nƣớc ở thƣợng lƣu và hạ lƣu đập; T: Chiều dày tầng thấm;

m1: Hệ số mái thƣợng lƣu; m2: Hệ số mái hạ lƣu;

Bảng P2-10: Bảng thông số đầu vào của cơ chế xuất hiện hang thấm trong thân đập

Ld: Chiều dài đáy đập; Zmn: Cao độ mực nƣớc thƣợng lƣu; Zo: Cao độ đáy hồ.

Giá trị Độ

trung lệch Biến ngẫu nhiên

bình chuẩn

Tất định 1,25

Zmn Phân bố loga chuẩn 48,70 0,51

Zo Phân bố chuẩn 22,00 5,00

h2 Phân bố chuẩn 3,00 0,30

Lđ Phân bố chuẩn 198,50 20,00

148

m1 Phân bố chuẩn 3,75 0,25

Bảng P2-11: Các giá trị của BNN và hàm tin cậy tính theo phương pháp MC

[J]k

P(i)

Zmn

P(i)

h2

P(i)

Lđ

P(i)

m1

Z=R-S

Z0

48.55469405

0.162895623 17.08686699

0.243090865 2.791081613 0.685723166 208.1752715 0.781734708 3.944516297 0.957421323

1.25 0.387855157

48.51952314

0.350643009 20.08207472

0.476672075 2.98244766

0.867244444 220.769191

0.792392119 3.953687354 1.039556522

1.25 0.361715834

47.98626113

0.755392324 25.45778675

0.639948786 3.107496571 0.931444978 228.2327905 0.834853886 3.993381357 1.119023919

1.25 0.08083335

48.2382605

0.601533096 23.2865867

0.747450033 3.19994607

0.263541937 185.8507246 0.283457013 3.606849433 1.046352588

1.25 0.182634288

48.7386713

0.0358546

12.99520047

0.071977629 2.561634199 0.564464212 201.7459502 0.956100858 4.176781974 0.764986925

1.25 0.530221264

48.4935988

0.929659368 29.36629401

0.466261368 2.974598619 0.28824051

187.3293559 0.309575017 3.625736168 1.122192842

1.25 0.342845995

48.69977085

0.000304618 4.862653623

0.540378006 3.030415823 0.085914752 171.1730236 0.567416605 3.792450202

-0.430093892

1.25 0.499820748

48.93902028

0.940445809 29.79263481

0.669984184 3.131960848 0.20578563

182.0773662 0.786164553 3.948295886 1.110718593

1.25 0.680346235

47.84713939

0.089850981 15.29163371

0.873888082 3.34348937

0.653153458 206.3769649 0.205240021 3.544237711 0.97247173

1.25 0.047234983

49.00217809

0.743272545 25.2673377

0.598504443 3.074843378 0.969148412 235.868454

0.228305052 3.563889908 1.122222599

1.25 0.723244116

Bảng P2-12: Xác suất sự cố của cơ chế xuất hiện hang thấm trong thân đập

P4= 0,0008

N= 10.000 Tổng số lần mô phỏng

149

n= 8 Tổng số lần Z<0

đ) Xuất hiện hang thấm trong nền đập

: Độ dốc thủy lực cho phép của vật liệu làm đập và nền, phụ thuộc vào cấp

công trình và chất đất đắp đập và nền đập. Độ dốc thủy lực cho phép đƣợc xem nhƣ

sức chịu tải của công trình. Các giá trị cho phép này đƣợc xác định thông qua phân

tích số liệu quan trắc các công trình đã bị sự cố cho đến thời điểm đánh giá ổn định.

Hình P2-3: Sơ đồ tính toán biến hình thấm đặc biệt

Bảng P2-13: Bảng thông số đầu vào tính toán cơ chế xuất hiện hang thấm trong nền đập

T: chiều dày tầng thấm

Giá trị Độ

Biến ngẫu nhiên trung lệch

bình chuẩn

0,28 Tất định

Zmn Phân bố loga chuẩn 48,70 0,51

Zo Phân bố chuẩn 22,00 0,50

h2 Phân bố chuẩn 3,00 0,30

Lđ Phân bố chuẩn 198,50 1,00

150

T Phân bố chuẩn 9,50 0,50

Bảng P2-14: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo phương pháp MC

TT

[J]k

P(i)

Zmn

P(i)

Z0

P(i)

h2

P(i)

Lđ

P(i)

T

Z=R-S

0.28

0.103960192

48.05775473

0.381372934

21.84906152

0.896580764 3.378691988 0.566270856 198.6668879 0.219146325 9.112460222

0.169542507

0.28

0.262195269

48.375338

0.354871823

21.8138998

0.415523979 2.935992685 0.626890928

198.82363

0.716667715 9.786485323

0.767280144

0.28

0.289275529

48.41669377

0.750029578

22.33729141

0.2057477

2.753620532 0.545269125 198.6137175 0.139412874 8.958519516

1.308985118

0.28

0.119773218

48.10017817

0.826982962

22.47115488

0.149934778 2.688986051 0.835843458 199.4775174 0.653131513 9.696894399

0.902385295

0.28

0.208854056

48.28669404

0.469576277

21.96183248

0.054659017 2.519620223 0.799241384 199.3389146 0.474913313 9.468537751

0.916218013

0.28

0.710276428

48.98263815

0.517777148

22.02228773

0.105054852 2.624020848 0.747890228 199.1678654 0.465031428 9.456117122

0.846367222

0.28

0.126299398

48.11652945

0.243881103

21.65306378

0.134659067 2.668609746 0.695699246 199.0120707 0.912605462 10.17848762

0.692147716

0.28

0.772929054

49.08174915

0.138648285

21.45679379

0.355005939 2.888447959 0.698621929 199.0204411 0.198152508

9.07588062

0.920691282

0.28

0.674415082

48.93059019

0.45210686

21.93982994

0.387834962 2.914510096 0.479896865 198.4495876 0.595554427 9.620928387

0.777464662

0.28

0.697621926

48.96396229

0.179953963

21.54222973

0.140291814 2.676297241 0.862534055 199.5917753 0.070012417 8.762150723

1.172986659

Bảng P2-15: Xác suất sự cố của cơ chế xuất hiện hang thấm trong nền đập

P5 = 0,0018

N= 10.000 Tổng số lần mô phỏng

151

n= 18 Tổng số lần Z<0

e) Mất ổn định trượt của tràn

Đập tràn đƣợc xây dựng trên nền đá, hàm tin cậy trƣợt của đập tràn đƣợc xây dựng từ

công thức tính ổn định trƣợt tại mặt tiếp xúc giữa đập bê tông trọng lực và nền. Sử

dụng công thức tính ổn định có xét đến lực dính và lực ma sát trên mặt phá hoại thành

lập hàm tin cậy nhƣ công thức

Trong đó: Thành phần lực ma sát và lực dính C.A trên mặt phá hoại

đƣợc xem là hàm sức chịu tải, thành phần lực gây trƣợt đƣợc xem là biến tải

trọng trong hàm tin cậy.

Tƣơng tự nhƣ tính ổn định mái đập đất, các chỉ tiêu để tính trọng lƣợng công trình

, tính lực thấm ( ), tính hệ số ma sát (f), tính lực dính đơn vị (C) phải là các

giá trị xác định từ các tài liệu quan trắc khảo sát hiện trƣờng tại thời điểm tính toán

Tính toán với tràn chính

Bảng P2-16: Bảng thông số đầu vào của cơ chế mất ổn định trượt của tràn

Biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn

0,51 48,70 Zmn Phân bố loga chuẩn

0,12 0,65 f Phân bố chuẩn

90,00 20,00 C Phân bố chuẩn

2,40 24,00 Phân bố chuẩn

152

0,50 17,00 L Phân bố chuẩn

Bảng P2-17: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy của tràn chính tính theo phương pháp MC

TT

P(i)

Zmn

P(i)

f

P(i)

C

P(i)

Gamma

P(i)

L

Z=R-S

48.11949857

0.586852307 0.676334638

0.244746948 56.17771975 0.015081788 18.79695424 0.951901183 17.8317869

10725.30973

1 0.127510539

48.39424414

0.305831449 0.589075854

0.609424615 75.55639394 0.804533406 26.059023

0.432336286 16.91478538 13589.6476

2 0.274412659

48.63628263

0.205521428 0.551352823

0.887165341 94.23180238 0.936169045 27.65612883 0.633620236 17.17072853 17002.40715

3 0.450287103

48.46790409

0.122352968 0.510403447

0.072573257 40.86218307 0.971137154 28.55466065 0.911327375 17.67448711 8042.626568

4 0.32452224

48.17226053

0.499431503 0.649828999

0.646850223 77.5366105

0.035664301 19.67188869 0.123715237 16.42169346 13352.64589

5 0.150385067

48.86287674

0.804318195 0.752857649

0.697951845 80.37037707 0.248619302 22.37078156 0.956883609 17.85780682 15333.51025

6 0.625275564

48.84916674

0.206051144 0.551576039

0.229717174 55.20442808 0.294030208 22.7000427

0.251003127 16.6643318

9813.389042

7 0.61504163

48.43043331

0.42005669

0.625790185

0.174331932 51.25631792 0.97251728

28.60595836 0.81221056

17.44303586 9959.06795

8 0.298554616

48.31751851

0.151389497 0.526340932

0.291235454 59.00441835 0.702198981 25.27376535 0.322051898 16.76901567 10567.12376

9 0.226638282

48.66804351

0.023229251 0.411055562

0.406215827 65.25419576 0.839618931 26.38294302 0.356781279 16.81646215 11495.58395

10 0.475018709

Bảng P2-18: Xác suất sự cố của cơ chế mất ổn định trượt của tràn chính

0,0002 P6.1 =

10.000 N= Tổng số lần mô phỏng

2 n= Tổng số lần Z<0

153

Tính toán tƣơng tự cho tràn phụ ta xác định đƣợc xác suất sự cố của cơ chế mất ổn định trƣợt của tràn bổ sung P6.2 = 0,0002.

g) Mất ổn định lật của tràn

Đập tràn có khả năng bị lật quanh một trục ở chân hạ lƣu đập khi tổng mô men chống lật nhỏ hơn tổng mô men gây lật

Hàm tin cậy của cơ chế sự cố đập tràn bị lật đƣợc thành lập theo công thức: .

Trong đó: Tổng mô men chống lật đƣợc xem nhƣ hàm sức chịu tải, tổng mô men gây lật là biến tải trọng. Các các biến ngẫu

nhiên để tính các giá trị mô men nhƣ: mực nƣớc hồ, dung trọng của bê tông, kích thƣớc của đập tràn, các chỉ tiêu cơ lý của nền, ...

đƣợc xác định từ các tài liệu quan trắc về công trình trong nhiều năm, tài liệu khảo sát và tài liệu đánh giá hiện trạng công trình ở thời

điểm tính toán.

Bảng P2-19: Bảng thông số đầu vào của cơ chế mất ổn định lật của tràn chính

Biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn

48,70 0,51 Phân bố loga chuẩn Zmn

24,00 2,40 Phân bố chuẩn

154

17,00 0,50 L Phân bố chuẩn

Bảng P2-20: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo phương pháp MC

TT

P(i)

Zmn

P(i)

Gamma

P(i)

L

Z=R-S

48.51758509

0.78152256

25.86562952 0.28350333

16.71376726 294781.5836

48.30935686

0.42538182

23.548454

0.896832028 17.63185248 261159.581

48.58512956

0.501958699 24.0117834

0.792723942 17.40795456 269151.0832

49.28339472

0.485071832 23.91017255 0.072821886 16.27245396 295484.2176

48.93057508

0.481790498 23.89041525 0.007334479 15.77977476 305474.5563

48.70091803

0.928124548 27.5087151

0.048855647 16.17197401 314427.464

49.19656688

0.541715377 24.25141494 0.319251073 16.76510296 285893.2072

48.59501064

0.056684047 20.20023792 0.844958624 17.5075242

245522.3013

49.5071654

0.353982144 23.10098037 0.755138981 17.3453755

265850.8419

48.46546122

0.355307794 23.10952929 0.96828045

17.92805072 251255.4811

1 0.360292791 2 0.221847986 3 0.410897781 4 0.873669771 5 0.674404412 6 0.500718123 7 0.834887445 8 0.418449557 9 0.943252478 10 0.322801193

Bảng P2-21: Xác suất sự cố của cơ chế mất ổn định trượt của tràn chính

0,0002 P7.1 =

10.000 N= Tổng số lần mô phỏng

2 n= Tổng số lần Z<0

155

Tính toán tƣơng tự cho tràn phụ ta xác định đƣợc xác suất sự cố của cơ chế mất ổn định trƣợt của tràn bổ sung P7.2 = 0,0002.

h) Xuất hiện khí thực trên dốc nƣớc

Bảng P2-22: Bảng thông số đầu vào của cơ chế xuất hiện khí thực trên dốc nước

- Tính toán cho tràn chính:

Biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn

13,00 0,50 [V] Phân bố chuẩn

BảngP 2-23: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy khi tính theo phương pháp MC

10,86 0,50 VTB Phân bố chuẩn

TT

P(i)

[V]

P(i)

Vmax

Z=R-S

0.22923049

12.62930828

0.109381041

10.24508675

2.384221528

0.555383492

13.06963739

0.698757922

11.12041575

1.94922164

0.080801692

12.30015035

0.916979025

11.5525172

0.747633149

0.131693

12.44078806

0.454633244

10.8030181

1.637769962

0.637313226

13.17564317

0.17598374

10.3946101

2.781033066

0.577594892

13.09787221

0.317714951

10.62295091

2.474921295

0.527969385

13.03508319

0.120596993

10.27399618

2.761087015

0.087476045

12.3217688

0.348291546

10.66503147

1.656737326

0.83096443

13.47899169

0.737221232

11.17740102

2.301590672

0.79953968

13.41998907

0.36535192

10.68790529

2.732083781

156

Bảng P2-24: Xác suất sự cố ứng với cơ chế khí thực trên dốc nước

0,0006 P8.1 =

N= 10.000 Tổng số lần mô phỏng

6 n= Tổng số lần Z<0

- Tính toán tƣơng tự cho tràn phụ với thông số đầu vào vận tốc trung bình tuân theo

luật phân bố chuẩn VTB = (9,87; 0,8) ta xác định đƣợc xác suất sự cố ứng với cơ chế

tràn phụ bị khí thực trên dốc nƣớc là P8.2 = 0,0006.

i) Thấm dọc mang cống ngầm

Trong đó: : Gradient thấm cho phép của đất sét đắp xung quanh thân cống, đƣợc

xem nhƣ hàm sức chịu tải, xác định từ việc khoan lấy mẫu về thí nghiệm tại thời điểm

đánh giá ổn định thấm;

: Cao độ mực nƣớc ngầm ở đỉnh cuối cống;

Bảng P2-25: Bảng thông số đầu vào của cơ chế thấm dọc theo hành lang đặt cống

: Chiều dài thân cống ngầm. Zmn: Cao độ mực nƣớc thƣợng lƣu cống;

Biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn

4,00 [J] Tất định

48,70 0,51 Zmn Phân bố loga chuẩn

Phân bố chuẩn 32,00 1.00 Z2

157

Phân bố chuẩn 155,00 2,00 Lc

Bảng P2-26: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo MC

TT

P(i)

Zmn

P(i)

Z2

P(i)

Lc

Z=R-S

4 0.050038604 47.86131549 0.550831447 32.12776227 0.594827753 155.4799633 3.898806554

4 0.228447303 48.32057528 0.125732366 30.85320107 0.327201436 154.1046919 3.886652548

4 0.677911388

48.9355518 0.378386281 31.69027825 0.746512547 156.3271108 3.889684691

4 0.777676792 49.08982901 0.906666133 33.32050121 0.242140918 153.6011352 3.897335864

4 0.339824872 48.48940002 0.066044596 30.49408577

0.44005583 154.6983447 3.883674811

4 0.447199132 48.63230212 0.383239913 31.70301744

0.17788103

153.153059 3.889461661

4 0.680550933 48.93931237 0.950783156 33.65249497 0.207378238 153.3688962 3.900326482

4 0.914535026 49.39830313 0.338372589 31.58309128 0.459845337 154.7983533 3.884913428

4 0.979346109 49.74061794 0.164087089 31.02220187 0.681052992 155.9412907 3.879964979

4 0.935417671 49.47387615 0.645085704 32.37208631 0.482251764 154.9109942 3.889602478

Bảng P2-27: Xác suất sự cố của cơ chế thấm dọc mang cống

0,0008 P9 =

N= 10.000 Tổng số lần mô phỏng

8 n= Tổng số lần Z<0

k) Độ bền của kết cấu thân cống không đảm bảo

158

Hàm tin cậy kiểm tra độ bền của cống theo mục 3.3.4.2 nhƣ sau:

Bảng P2-28: Các đặc trưng thống kê của các BNN đầu vào của cơ chế thân cống ngầm không đảm bảo cường độ

Ký hiệu

Kỳ vọng

Độ lệch

TT

Tên biến ngẫu nhiên

Luật PBXS

toán

chuẩn

BNN

Gradien thấm cho phép của đất sét quanh

Tất định

thân cống

155

0,5

Phân bố chuẩn

Ln (m)

2 Chiều dài thân cống

0,1

Phân bố chuẩn

3 Cao độ cửa vào cống

(m)

t (m)

0,4

Tất định

5 Chiều dày thành cống

2x1.7

Tất định

7 Khẩu diện cống

(KN/m3)

1,2

Phân bố chuẩn

20 Dung trọng bê tông làm thân cống

5,65

0,10735

Phân bố chuẩn

Fa (cm2)

9 Diện tích cốt thép chịu kéo

3,93

0,07467

Phân bố chuẩn

(cm2)

10 Diện tích cốt thép chịu nén

2700

224,1

Phân bố chuẩn

11 Cƣờng độ tính toán chịu kéo của cốt thép Ra (daN/cm2)

2700

184

Phân bố chuẩn

(daN/cm2)

12 Cƣờng độ tính toán chịu nén của cốt thép

Phân bố chuẩn

11,25

Rn (daN/cm2)

13 Cƣờng độ tính toán chịu nén của bê tông

Hàm tải trọng (Mtt) là hàm của các giá trị mô men thân cống thay đổi theo cột nƣớc

thấm tác dụng vào cống. Luật phân bố xác suất của mô men uốn đƣợc xác định theo các

phƣơng pháp trong thống kê .

159

Kỳ vọng của mô men uốn:

Độ lệch chuẩn của mô men uốn:

Trong đó: Mi là mô men uốn lớn nhất tại một vị trí của cống tính trong trƣờng hợp cột

nƣớc trên đỉnh cống là hi; n là số trƣờng hợp tính toán.

Hàm độ bền (Mgh) là hàm mô men chịu uốn giới hạn của thân cống, Mgh phụ thuộc cốt

thép (cƣờng độ chịu kéo, diện tích cốt thép), bê tông (cƣờng độ chịu nén), chiều dày thành

cống và kích thƣớc mặt cắt cống. Giá trị Mgh thay đổi theo các đại lƣợng phụ thuộc nêu trên,

các đại lƣợng này đƣợc xác định bằng thí nghiệm hiện trƣờng tại thời điểm đánh giá, từ đó

xác định đƣợc các đặc trƣng thống kê và luật phân bố xác suất của .

Mô men giới hạn có phân bố chuẩn (219,8; 10.91)

Bảng P2-29: Bảng thông số đầu vào của cơ chế thân cống ngầm không đảm bảo cường độ

Mô men tính toán có phân bố chuẩn (164,54; 9.6)

Biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn

219.80 10.91 Mgh (KN.m) Phân bố chuẩn

160

164.54 9.6 Mtt (KN.m) Phân bố chuẩn

Bảng P2-30: Xác suất sự cố thân cống ngầm không đảm bảo cường độ

0,0004 P10=

N= 10.000 Tổng số lần mô phỏng

4 n= Tổng số lần Z<0

Bảng P2-31: Bảng thông số đầu vào của cơ chế khí thực sau cửa van cống ngầm

l) Xuất hiện khí thực sau cửa van cống ngầm

Biến ngẫu nhiên Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn

Phân bố chuẩn 2.68 0.08 K

Bảng P2-32: Các giá trị của biến ngẫu nhiên và hàm tin cậy tính theo MC

2.00 0.06 Kpg Phân bố chuẩn

P(i)

K

P(i)

Kpg

Z=R-S

0.593626131

2.698950622 0.498541334 2.349780619 0.349170002

0.060657807

2.556057996 0.182294906 2.295600762 0.260457234

0.513020912

2.682611551 0.408894353 2.336176598 0.346434953

0.283362315

2.634169444 0.757471306 2.391891495 0.242277949

0.26896869

2.630725195 0.032187835

2.23902585 0.391699345

0.505963936

2.681195994 0.614569046

2.36747486 0.313721134

0.583328614

2.696833304 0.975595677 2.468215565 0.228617739

0.55491823

2.691047782 0.301694863 2.318828073 0.372219709

0.192756719

2.610577404 0.170674927

2.29290991 0.317667494

0.428990327

2.665684376 0.122350572 2.280201015 0.385483362

161

Bảng P2-33: Xác suất sự cố của cơ chế khí thực sau cửa van cống

0,0008 P11=

N= 10.000 Tổng số lần mô phỏng

8 n= Tổng số lần Z<0

m) Xác định XSSC của hệ thống CTĐM

Sử dụng phần mềm OPEN FTA xác định XSSC của hệ thống CTĐM Núi Cốc

Xác suất sự cố hệ thống: Psc = 7.96089E-002

n) Xác suất sự cố của CTĐM

II. KQ TH2:

1 Probabilities Analysis

======================

Tree : NuiCoc2.fta

Time : Tue Sep 15 08:28:19 2020

Number of primary events = 14

Number of minimal cut sets = 14

Order of minimal cut sets = 14

162

Unit time span = 1.000000

Minimal cut set probabilities :

1 P1 4.780000E-002

2 P10 4.000000E-004

3 P11 8.000000E-004

4 P2 1.140000E-002

5 P3 4.800000E-003

6 P4 8.000000E-004

7 P5 1.800000E-003

8 P6.1 2.000000E-004

9 P6.2 2.000000E-004

10 P7.1 2.000000E-004

11 P7.2 2.000000E-004

12 P8.1 6.000000E-004

13 P8.2 6.000000E-004

14 P9 8.000000E-004

Probability of top level event (minimal cut sets up to order 14 used):

1 term +7.060002E-002 = 7.060002E-002 (upper bound)

2 terms -1.270160E-003 = 6.932986E-002 (lower bound)

3 terms +9.313147E-006 = 6.933917E-002 (upper bound)

4 terms -3.470658E-008 = 6.933913E-002 (lower bound)

5 terms +7.579189E-011 = 6.933913E-002 (upper bound)

6 terms -1.055096E-013 = 6.933913E-002 (lower bound)

163

7 terms +9.827198E-017 = 6.933913E-002 (upper bound)

8 terms -6.280526E-020 = 6.933913E-002 (lower bound)

9 terms +2.777652E-023 = 6.933913E-002 (upper bound)

10 terms -8.446276E-027 = 6.933913E-002 (lower bound)

11 terms +1.724940E-030 = 6.933913E-002 (upper bound)

12 terms -2.251296E-034 = 6.933913E-002 (lower bound)

13 terms +1.691492E-038 = 6.933913E-002 (upper bound)

14 terms -5.549142E-043 = 6.933913E-002 (lower bound)

Exact value : 6.933913E-002

Primary Event Analysis:

Event Failure contrib. Importance

P1 4.780000E-002 68.94%

P10 4.000000E-004 0.58%

P11 8.000000E-004 1.15%

P2 1.140000E-002 16.44%

P3 4.800000E-003 6.92%

P4 8.000000E-004 1.15%

P5 1.800000E-003 2.60%

P6.1 2.000000E-004 0.29%

P6.2 2.000000E-004 0.29%

P7.1 2.000000E-004 0.29%

P7.2 2.000000E-004 0.29%

164

P8.1 6.000000E-004 0.87%

P8.2 6.000000E-004 0.87%

P9 8.000000E-004 1.15%

2. Monte Carlo Simulation

======================

Tree : NuiCoc2.fta

Time : Tue Sep 15 08:28:37 2020

Note: Only runs with at least one component failure are simulated

Number of primary events = 14

Number of tests = 10000

Unit Time span used = 1.000000

Number of system failures = 10000

Probability of at least = 6.933912E-002 ( exact )

one component failure

Probability of top event = 6.933912E-002 ( +/- 6.933912E-004 )

Rank Failure mode Failures Estimated Probability Importance

1 P1 6716 4.656815E-002 ( +/- 5.682424E-004 ) 67.16%

2 P2 1544 1.070596E-002 ( +/- 2.724595E-004 ) 15.44%

3 P3 674 4.673457E-003 ( +/- 1.800148E-004 ) 6.74%

165

4 P5 245 1.698808E-003 ( +/- 1.085329E-004 ) 2.45%

5 P9 115 7.973999E-004 ( +/- 7.435792E-005 ) 1.15%

6 P11 115 7.973999E-004 ( +/- 7.435792E-005 ) 1.15%

7 P4 91 6.309860E-004 ( +/- 6.614530E-005 ) 0.91%

8 P1 P2 75 5.200434E-004 ( +/- 6.004944E-005 ) 0.75%

9 P8.2 73 5.061756E-004 ( +/- 5.924337E-005 ) 0.73%

10 P8.1 67 4.645721E-004 ( +/- 5.675652E-005 ) 0.67%

11 P10 62 4.299025E-004 ( +/- 5.459768E-005 ) 0.62%

12 P6.2 33 2.288191E-004 ( +/- 3.983229E-005 ) 0.33%

13 P7.1 33 2.288191E-004 ( +/- 3.983229E-005 ) 0.33%

14 P7.2 32 2.218852E-004 ( +/- 3.922413E-005 ) 0.32%

15 P1 P3 25 1.733478E-004 ( +/- 3.466956E-005 ) 0.25%

16 P6.1 21 1.456122E-004 ( +/- 3.177518E-005 ) 0.21%

17 P1 P5 20 1.386782E-004 ( +/- 3.100940E-005 ) 0.20%

18 P1 P9 9 6.240521E-005 ( +/- 2.080174E-005 ) 0.09%

19 P1 P4 8 5.547130E-005 ( +/- 1.961206E-005 ) 0.08%

20 P2 P3 7 4.853738E-005 ( +/- 1.834541E-005 ) 0.07%

21 P2 P5 4 2.773565E-005 ( +/- 1.386782E-005 ) 0.04%

22 P1 P11 4 2.773565E-005 ( +/- 1.386782E-005 ) 0.04%

23 P2 P4 3 2.080174E-005 ( +/- 1.200989E-005 ) 0.03%

24 P1 P7.2 3 2.080174E-005 ( +/- 1.200989E-005 ) 0.03%

25 P1 P8.1 3 2.080174E-005 ( +/- 1.200989E-005 ) 0.03%

26 P11 P2 2 1.386782E-005 ( +/- 9.806032E-006 ) 0.02%

27 P1 P8.2 2 1.386782E-005 ( +/- 9.806032E-006 ) 0.02%

28 P2 P9 2 1.386782E-005 ( +/- 9.806032E-006 ) 0.02%

166

29 P2 P8.2 2 1.386782E-005 ( +/- 9.806032E-006 ) 0.02%

30 P1 P6.1 1 6.933912E-006 ( +/- 6.933912E-006 ) 0.01%

31 P1 P7.1 1 6.933912E-006 ( +/- 6.933912E-006 ) 0.01%

32 P3 P8.1 1 6.933912E-006 ( +/- 6.933912E-006 ) 0.01%

33 P3 P6.2 1 6.933912E-006 ( +/- 6.933912E-006 ) 0.01%

34 P3 P6.1 1 6.933912E-006 ( +/- 6.933912E-006 ) 0.01%

35 P11 P3 1 6.933912E-006 ( +/- 6.933912E-006 ) 0.01%

36 P1 P6.2 1 6.933912E-006 ( +/- 6.933912E-006 ) 0.01%

37 P10 P2 1 6.933912E-006 ( +/- 6.933912E-006 ) 0.01%

38 P1 P10 1 6.933912E-006 ( +/- 6.933912E-006 ) 0.01%

39 P1 P11 P9 1 6.933912E-006 ( +/- 6.933912E-006 ) 0.01%

Compressed:

Rank Failure mode Failures Estimated Probability Importance

1 P6.1 23 1.594800E-004 ( +/- 3.325387E-005 ) 0.23%

2 P7.2 35 2.426869E-004 ( +/- 4.102158E-005 ) 0.35%

3 P7.1 34 2.357530E-004 ( +/- 4.043131E-005 ) 0.34%

4 P6.2 35 2.426869E-004 ( +/- 4.102158E-005 ) 0.35%

5 P10 64 4.437704E-004 ( +/- 5.547130E-005 ) 0.64%

6 P8.1 71 4.923077E-004 ( +/- 5.842618E-005 ) 0.71%

7 P8.2 77 5.339112E-004 ( +/- 6.084483E-005 ) 0.77%

8 P4 102 7.072590E-004 ( +/- 7.002908E-005 ) 1.02%

9 P11 123 8.528712E-004 ( +/- 7.690080E-005 ) 1.23%

10 P9 127 8.806068E-004 ( +/- 7.814122E-005 ) 1.27%

11 P5 269 1.865222E-003 ( +/- 1.137246E-004 ) 2.69%

167

12 P3 710 4.923077E-003 ( +/- 1.847598E-004 ) 7.10%

13 P2 1640 1.137162E-002 ( +/- 2.808020E-004 ) 16.40%

14 P1 6870 4.763598E-002 ( +/- 5.747205E-004 ) 68.70%

Primary Event Analysis:

Event Failure contrib. Importance

P1 4.763598E-002 68.70%

P10 4.437704E-004 0.64%

P11 8.528712E-004 1.23%

P2 1.137162E-002 16.40%

P3 4.923077E-003 7.10%

P4 7.072590E-004 1.02%

P5 1.865222E-003 2.69%

P6.1 1.594800E-004 0.23%

P6.2 2.426869E-004 0.35%

P7.1 2.357530E-004 0.34%

P7.2 2.426869E-004 0.35%

P8.1 4.923078E-004 0.71%

P8.2 5.339112E-004 0.77%

P9 8.806068E-004 1.27%

P2.4: Tính cho trƣờng hợp mực nƣớc cực trị năm có phân bố loga chuẩn Zmn =

(46,51; 0,51)

Tính toán tƣơng tự ta có kết quả XSSC của từng cơ chế và của hệ thống CTĐM ứng

168

với các trƣờng hợp mực nƣớc nhƣ Bảng sau:

Bảng P2-34: Xác suất sự cố của CTĐM ứng với các trường hợp tính toán

TH1: Tính với MN cực trị năm +46,51

TH 2: Tính với MN lũ thiết kế cập nhật +48,7

TT

Cơ chế sự cố

Ký hiệu

XSSC Pfi

Mức độ ảnh hƣởng đến XSSC của CTĐM

I Đập chính

1 Nƣớc tràn đỉnh đập

0,0006

8,98%

0,0478

68,70%

Trƣợt mái hạ lƣu

0,0015

22,45%

0,0114

16,40%

3 Xói tại cửa ra

0,0006

8,98%

0,0048

7,10%

0,0006

8,98%

0,0008

1,02%

Xuất hiện hang thấm trong thân đập

0,0008

11,98%

0,0018

2,69%

Xuất hiện hang thấm trong nền đập

II Tràn xả lũ (gồm tràn chính và tràn bổ sung)

P6.1

0,0002

2,99%

0,0002

0,23%

Mất ổn định trƣợt của tràn chính

P6.2

0,0002

2,99%

0,0002

0,35%

Mất ổn định trƣợt của tràn bổ sung

P7.1

0,0002

2,99%

0,0002

0,34%

Mất ổn định lật của tràn chính

P7.2

0,0002

2,99%

0,0002

0,35%

Mất ổn định lật của tràn bổ sung

P8.1

0,0004

5,99%

0,0006

0,71%

Xuất hiện khí thực trên dốc nƣớc tràn chính

P8.2

0,0004

5,99%

0,0006

0,77%

Xuất hiện khí thực trên dốc nƣớc tràn bổ sung

III Cống lấy nƣớc trong thân đập chính

12 Thấm dọc mang cống

0,0002

2,99%

0,0008

1,27%

P10

0,0002

2,99%

0,0004

0,64%

Độ bền của kết cấu thân cống không đảm bảo

P11

0,0006

8,98%

0,0008

1,23%

Xuất hiện khí thực sau cửa van cống

XSSC của CTĐM

0,0067

0,0693

Độ tin cậy của CTĐM

99,33%

93,07%

Chỉ số độ tin cậy của CTĐM

2,4250

1,4164

169

P2.5. Thiết lập đƣờng cong sự cố nƣớc tràn đỉnh đập, mất ổn định mái hạ lƣu

đập chính

Thay đổi các mực nƣớc khác nhau, giữ nguyên độ lệch chuẩn, tìm XSSC tƣơng ứng

Bảng P2-35: Xác định đường cong sự cố nước tràn đỉnh đập

với từng mực nƣớc.

TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Mực nƣớc 46.51 47 47.5 47.75 48 48.25 48.5 48.7 48.93 49 49.25 49.5 49.75 50

XSSC Pf 0.0006 0.0006 0.0008 0.001 0.0018 0.0062 0.0196 0.0478 0.1194 0.1498 0.2768 0.4538 0.6522 0.8178

Bảng P2-36: Xác định đường cong sự cố mất ổn định mái hạ lưu đập chính

TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 13

Mực nƣớc 46.51 47 47.5 48 48.25 48.5 48.7 48.93 49 49.5 50

Kminmin 1.636 1.516 1.504 1.486 1.401 1.371 1.334 1.305 1.282 1.256 1.221

XSSC Pf 0.0015 0.0032 0.0059 0.0083 0.0096 0.0106 0.0114 0.0138 0.0156 0.0216 0.0396

170

P2.6. Tính toán chi phí đầu tƣ sửa chữa, nâng cấp và chi phí quản lý vận hành PV(M) hồ Núi Cốc, Thái Nguyên

1. Xác định giá trị hiện trạng của CTĐM hồ Núi Cốc

Io - Giá trị cuả CTĐM tại thời điểm hiện tại xác định bằng giá trị tài sản cố định của CTĐM hồ Núi Cốc theo quy định tại Nghị định số

129/NĐ-CP/ 2017 ngày 16/11/2017 của Chính phủ về quy định việc quản lý, sử dụng và khai thác tài sản kết cấu hạ tầng thủy lợi. Theo

Báo cáo của Công ty TNHH MTV Khai thác thủy lợi Thái Nguyên [46], nguyên giá tài sản cố định tại thời điểm năm 1978 là Io = 78,561

tỷ đồng. Tiến hành quy đổi giá trị về thời điểm hiện tại năm 2020 theo công thức (2-53):

- Với tỷ lệ lạm phát năm 2019 là 2,79%; lãi suất trung bình 6,5% ta có lãi suất có hiệu quả r = 6,5% - 2,79% = 0,371

- Thay vào công thức (2-53) với số năm quy đổi từ năm bắt đầu khai thác sử dụng công trình 1978 đến nay là 43 năm. Giá trị hiện tại của

CTĐM hồ Núi Cốc là:

Nhƣ vậy, Io = 1.675 tỷ đồng; trong đó: đập chính 624 tỷ đồng; các đập phụ 441 tỷ đồng, tràn số 1 là 253 tỷ đồng, tràn số 2 là 221 tỷ đồng,

cống lấy nƣớc là 136 tỷ đồng.

2. Tính toán xác định tổng giá trị công trình sau khi đầu tư sửa chữa nâng cấp CTĐM đạt độ tin cậy giả định

Căn cứ kết quả tính toán điều tiết lũ với các kịch bản trong Báo cáo chính Dự án “Lập Quy hoạch phòng chống lũ cho hạ du hồ Núi Cốc

đến năm 2020 định hƣớng đến năm 2030” [41]; ta xác định đƣợc mực nƣớc lớn nhất trong hồ và các thông số kỹ thuật cần nâng cấp của 171

Bảng P2-37: Tính toán giá trị đầu tư (I)

hạng mục thuộc CTĐM. Thực hiện lập dự toán công trình, xác định giá trị đầu tƣ ứng với mỗi kịch bản nhƣ Bảng sau:

Đơn vị tính (tỷ đồng)

Tràn xả lũ

Đập chính (m)

Đập phụ (m)

Mở rộng thêm tràn tự do

Cống lấy nƣớc

Btr (m)

Zng (m)

TT

Tần suất Pf

Tổng giá trị đầu tƣ SCNC CTĐM (I)

Giá trị đầu tư (Itràn)

Gia tăng (m)

B tự do (m)

Giá trị đầu tư (Icống)

Giá trị đầu tư (Itràn tự do)

Giá trị đầu tư (Iđập chính)

Giá trị đầu tư (Iđập phụ)

1 1/100

0.00

474.00

0.00

624.00

0.00 1,675

136.00

441.00

40.00

0.00

474.00

100.00

50.00

0.00

624.00

0.00

1,725

136.00

441.00

40.00

0.80

494.84

100.00

42.00

0.00

624.00

0.00

1,738

136.00

441.00

40.00

1.80

520.88

100.00

30.00

0.00

624.00

0.00

1,752

136.00

441.00

2 1/200

0.00

474.00

0.00

624.00

0.00 1,675

136.00

441.00

40.00

0.00

474.00

100.00

50.00

0.00

624.00

0.00

1,725

136.00

441.00

40.00

0.80

494.84

100.00

42.00

0.00

624.00

0.00

1,738

136.00

441.00

40.00

1.80

520.88

100.00

30.00

0.00

624.00

0.00

1,752

136.00

441.00

3 1/500

0.00

474.00

0.30

631.49

0.30 1,700

136.00

458.18

40.00

0.00

474.00

100.00

50.00

0.00

624.00

0.00

1,725

136.00

441.00

40.00

0.80

494.84

100.00

42.00

0.00

624.00

0.00

1,738

136.00

441.00

40.00

1.80

520.88

100.00

30.00

0.00

624.00

0.00

1,752

136.00

441.00

4 1/1.000

0.00

474.00

0.60

638.98

0.60 1,724

136.00

475.36

172

Tràn xả lũ

Đập chính (m)

Đập phụ (m)

Mở rộng thêm tràn tự do

Cống lấy nƣớc

TT

Tần suất Pf

Btr (m)

Zng (m)

Tổng giá trị đầu tƣ SCNC CTĐM (I)

Giá trị đầu tư (Itràn)

Gia tăng (m) 40.00

Gia tăng (m) 0.00

474.00

Gia tăng (m) 0.00

B tự do (m) 100.00

1,725

Giá trị đầu tư 136.00 (Icống)

40.00

0.80

494.84

100.00

Giá trị đầu tư 50.00 (Itràn tự do) 42.00

0.20

Giá trị đầu tư 624.00 (Iđập chính) 628.99

0.20

136.00

1,754

Giá trị đầu tư 441.00 (Iđập phụ) 452.45

40.00

1.80

520.88

100.00

30.00

0.40

633.98

0.40

136.00

463.91

1,785

5 1/5.000

0.00

474.00

0.90

646.46

0.90

136.00 1,749

492.55

40.00

0.00

474.00

100.00

50.00

0.30

631.49

0.30

136.00

1,750

458.18

40.00

0.80

494.84

100.00

42.00

0.50

636.48

0.50

136.00

1,779

469.64

40.00

1.80

520.88

100.00

30.00

0.80

643.97

0.80

136.00

1,818

486.82

6 1/10.000

0.00

474.00

1.80

668.93

1.80

136.00 1,823

544.09

40.00

0.00

474.00

100.00

50.00

0.60

638.98

0.60

136.00

1,774

475.36

40.00

0.80

494.84

100.00

42.00

0.50

636.48

0.50

136.00

1,779

469.64

40.00

1.80

520.88

100.00

1.00

648.96

1.00

136.00

1,834

498.27

30.00

173

Tính các giá trị: Chi phí bảo trì và rủi ro cho từng kịch bản:

(2-50)

(2-51)

Nếu tuổi thọ công trình đủ dài (ví dụ T=100 năm) thì giá trị thiệt hại quy về hiện tại

đƣợc xác định xấp xỉ theo công thức sau:

(2-52)

E(M): Chi phí bảo trì/ năm lấy bằng 1,8% Io;

E(D): Thiệt hại khi có sự cố CTĐM gây ngập lụt hạ du hồ chứa;

r: Tỷ lệ lãi suất hiệu quả r = 0,035 (là hiệu của lãi suất ngân hàng với chỉ số lạm

phát);

T: Thời đoạn quy hoạch (tuổi thọ công trình), tính bằng năm T=75 năm.

Xác định Ctot cho từng kịch bản:

Bảng P2-38: Bảng tính tổng chi phí đầu tư Cfp ứng với các kịch bản

(2-49)

Tổng chi phí đầu tƣ (Cpf)

Giá trị đầu tƣ CTĐM Ipf

TT

Tần suất Pf

Thiệt hại D

Chi phí rủi ro RPf

KB1 KB2 KB3 KB4

KB1

KB2

KB3 KB4

Pf

R

I1

I2

I3

I4

C1

C2

C3

C4

1/100 12,953

3,264

2,435

2,507

2,526

2,547

5,699

5,772

5,790

5,811

1/200 13,108

1,652

2,435

2,507

2,526

2,547

4,086

4,159

4,178

4,198

1/500 13,389

675

2,471

2,507

2,526

2,547

3,145

3,182

3,201

3,221

1/1.000 14,987

378

2,506

2,507

2,550

2,594

2,884

2,885

2,928

2,972

1/5.000 16,863

2,542

2,543

2,586

2,642

2,627

2,628

2,671

2,727

1/10.000 19,464

2,650

2,579

2,586

2,666

2,699

2,628

2,635

2,715

174

Bảng P2-39: Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ Núi Cốc [46]

P2.7. Đánh giá ngập lụt hạ du và xác định thiệt hại

Giá trị tính toán

Diễn toán

thủy lực

Wlũ tk

Wxả (106m3)

Wcắt lũ (106m3)

Kịch bản

đến (106m3)

(Hồ Núi Cốc xả lũ P%, mô hình lũ 1971)

Mực nƣớc hồ

Lƣu lƣợng đến (m3/s)

Lƣu lƣợng xả (m3/s)

(m)

Kịch bản 1.1

3311

1544,8

48,7

280,79

264,62

98,27

Kịch bản 1.2

3311

2078,9

47,0

280,79

347,46

65,25

1/100

Kịch bản 1.3

3311

1989,8

47,5

280,79

327,81

69,91

Kịch bản 1.4

3311

2043,8

48,2

280,79

303,66

74,15

1/200

Kịch bản 2.1

3608

2112,4

49,4

369,65

268.6

101,05

Kịch bản 2.2

3608

2180,5

48,0

369,65

289,1

80,55

Kịch bản 2.3

3608

2297,6

48,2

369,65

293,4

76,25

Kịch bản 2.4

3608

2508,1

48,4

369,65

290,7

78,95

Kịch bản 3.1

4980

3210,7

50,0

422,33

380,42

133,81

Kịch bản 3.2

4980

3218,9

48,4

422,33

469,32

104,27

1/500

Kịch bản 3.3

4980

3330,1

49,0

422,33

450,37

106,13

Kịch bản 3.4

4980

3625,6

49,5

422,33

427,82

105,07

1/1.000

Kịch bản 4.1

6470

4568,1

50,3

575,39

427,5

147,89

Kịch bản 4.2

6470

4593,5

48,8

575,39

449,6

125,79

Kịch bản 4.3

6470

5109,4

50,0

575,39

465,04

110,35

Kịch bản 4.4

6470

5536,8

50,2

575,39

475,67

99,72

1/5.000

Kịch bản 5.1

7056

5804,3

50,6

667,35

497,45

169,9

Kịch bản 5.2

7056

5848,6

50,0

667,35

524,07

143,28

Kịch bản 5.3

7056

6870,2

50,3

667,35

543,46

123,89

Kịch bản 5.4

7056

6903,4

50,6

667,35

556,9

110,45

Kịch bản 6.1

8514

6852,8

51,5

722,04

652,04

180,54

Kịch bản 6.2

8514

6933,4

50,3

722,04

738,20

153,27

1/10.000

Kịch bản 6.3

8514

7078,2

50,2

722,04

721,62

149,5

Kịch bản 6.4

8514

7261,4

50,7

722,04

703,89

144,12

175

Hình P2-4: Đường mực nước lớn nhất dọc sông Công theo các kịch bản tính toán điều tiết

176

Kết quả xây dựng bản đồ ngập lụt hạ du theo các kịch bản

Hình P2-5: Thời gian chảy truyền dọc sông Công theo các kịch bản tính toán điều tiết

Hình P2-6a: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập <0,5m)

177

Hình P2-6b: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phú Bình (độ sâu ngập <0,5m)

Hình P2-6c: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại Thành phố Thái Nguyên (độ sâu ngập 0,5÷1,0m)

178

Hình P2-6d: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Sông Công (độ sâu ngập 0,5÷1,0m)

Hình P2-6e: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập 0,5†1,0m)

179

Hình P2-6g: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập 0,5†1,0m)

Hình P2-6h: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại Thành phố Thái Nguyên (độ sâu ngập 1,0÷3,0m)

180

Hình P2-6i: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Sông Công (độ sâu ngập 1,0†3,0m)

Hình P2-6k: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập 1,0†3,0m)

181

Hình P2-6l: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phú Bình (độ sâu ngập 1,0†3,0m)

Hình P2-6m: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại Thành phố Thái Nguyên (độ sâu ngập 3,0÷6,0m)

182

Hình P2-6n: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Sông Công (độ sâu ngập 3,0÷6,0m)

Hình P2-6o: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập 3,0†6,0m)

183

Hình P2-6p: Dện tích ngập lụt theo các kịch bản tại huyện Phổ Yên (độ sâu ngập >6,0m)

Tthống kê, xác định thiệt hại

Hiện nay phƣơng pháp này đƣợc chấp nhận và sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế

giới nhƣ một cách tiếp cận tiêu chuẩn trong việc xác định thiệt hại do ngập lụt gây ra.

Hàm thiệt hại là quan hệ lƣợng hóa mức độ thiệt hại của một đối tƣợng chịu ảnh

hƣởng lũ với các đặc trƣng của lũ nhƣ độ sâu ngập, thời gian ngập, vận tốc dòng chảy,

hàm lƣợng phù sa, chất lƣợng nƣớc,… Đối tƣợng chịu ảnh hƣởng lũ có thể là các loại

sử dụng đất hoặc con ngƣời hoặc vật chất (các tòa nhà, xe hơi, đƣờng giao thông…).

Gây ra loại thiệt hại Hữu hình, Vô hình có thể tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên đối

tƣợng chịu ảnh hƣởng. Tuy vậy, độ sâu ngập lụt nƣớc thƣờng quyết định sự xuất hiện

thiệt hại, phần lớn thiệt hại phụ thuộc vào đặc trƣng này. Do vậy, ta chú trọng vào việc

phân tích đánh giá thiệt hại do đặc trƣng độ sâu ngập gây ra đối với các loại hình sử

dụng đất.

Với mục đích đƣợc nêu ra, sử dụng kết quả bản đồ ngập lụt đƣợc mô phỏng ở trên,

việc tính toán thống kê thiệt hại đƣợc thực hiện thông qua: Thống kê diện tích ngập

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

Thống kê diện tích ngập.

184

Căn cứ theo kết quả xây dựng bản đồ ngập lụt, thống kê diện tích ngập lụt với các loại

đất khác nhau tƣơng ứng với 05 mức độ ngập đƣợc đƣa ra nhƣ sau: Dƣới 0.5 , từ 0.5

tới 1.0 , từ 0.5 tới 3.0, từ 3.0 tới 6.0 và trên 6.0.

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

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

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

sử dụng đất trên 3 huyển – tỉnh Thái Nguyên chịu ảnh hƣởng trực tiếp của sự cố vỡ

Hình P2-7: Sơ bộ thống kê diện tích ngập các loại đất theo cấp độ ngập

đập (*.shp - Polygon).Chi tiết sơ đồ phân tích đƣợc trình bày cụ thể nhƣ sau:

Thống kê thiệt hại Với kết quả thống kê ngập lụt các kịch bản theo các yếu đố: cấp độ ngập, loại đất và

theo ranh giới hành chính trong vùng chịu ảnh hƣởng; Dựa trên các yếu tố trên tiến

hành đánh giá thiệt hại do ngập lụt đối với kinh tế dựa trên hàm thiệt hại.

Dựa trên yếu tố độ sâu ngập giúp xác định đƣợc và quản lý mức độ của hiểm họa ngập

lụt lên mỗi đơn vị diện tích sử dụng đất trong vùng nghiên cứu. Vùng nghiên cứu đƣợc

chia thành các ô, tại đó ta có thể xác định đƣợc các giá trị độ sâu Trung bình và gái trị

thiêt hại lớn nhất có thể xảy ra. Khi đó thiệt hại của vùng nghiên cứu đƣợc xác định

185

theo công thức :

∑

Trong đó: D là tổng thiệt hại trong vùng nghiên cứu, n là số ô đƣợc chia trong vùng

nghiên cứu, Fi là diện tích ô lƣới thứ i và f(hi) là thiệt ô lƣới thứ i tƣơng ứng với độ độ

ngập hi đƣợc xác định từ hàm thiệt hại.

Giá trị f(hi) đƣợc tính toán dựa trên đƣờng cong thiệt hại tƣơng ứng với các loại đất

khác nhau.

Có hai phƣơng pháp xây dựng hàm thiệt hại: phƣơng pháp thứ nhất là điều tra khảo sát

sau đó thống kê các giá trị thiệt hại; phƣơng pháp thứ hai là sử dụng các công cụ để mô

hình mô phỏng, sau đó dựa vào quan hệ giữa giá trị sử dụng đất và mức độ ngập lụt để

Bảng P2-40: Thiệt hại lớn nhất cho 1 đơn vị diện tích sử dụng đất

xác định giá trị thiệt hại đó.

STT Tên loại đất sử dụng

1 Đất ở tại đô thị 2 Đất ở tại vùng ven 3 Đất ở phát triển mới 4 Đất trụ sở, cơ quan, công trình sự nghiệp 5 Đất khu công nghiệp 6 Đất trung tâm thƣơng mại 7 Đất cơ sở sản xuất kinh doanh 8 Đất nuôi trồng thủy sản 9 Đất sản xuất nông nghiệp 10 Đất trồng cây lâu năm 11 Đất giao thông 12 Đất khác 13 Tổn thất xe cộ USD$/m2 22,23 19,24 22,23 26,1 9,65 36,2 36,2 14,2 2,7 3,6 0,4 0 12,57 103Đồng/m2 496 429 496 583 215 808 808 317 60 80 9 0 281

14 Chi phí vệ sinh sau ngập lụt 0,34 8

Đƣờng cong thiệt hại với dạng đƣờng theo độ sâu ngập lụt và mức độ ảnh hƣởng đã

quy ra thành tiền.

Qua đƣờng cong thiệt hại, ta nhận thấy loại đất chịu thiệt hại lớn nhất khi chịu mức độ

sâu ngập ở độ sâu ngập lớn nhất, tiếp theo là các loại đất phục vụ cho phát triển mới

cũng nhƣ đất ở tại đô thị. Tuy nhiên ở độ sâu ngập thấp dƣới 1m đất phục vụ và đất ở

đô thị cũng nhƣ đất ở nông thôn chịu tổn thất lớn hơn, và khi độ sâu tăng lên giá trị

thiệt hại của 3 loại đất này tăng chậm theo.

186

Áp dụng phƣơng pháp tiếp cận nêu trên cho vùng hạ du hồ Núi Cốc.

Thiệt hại của toàn vùng nghiên cứu với 6 cấp ngập lụt khác nhau. Sử dụng công thức

tính toán đƣợc nêu trên, hàm thiệt hại cũng nhƣ các yếu tố diện tích tƣơng ứng với các

loại đất ta xác định đƣợc tổng mức thiệt hại cho toàn vùng.

Dựa trên các hàm thiệt hại, xây dựng bản đồ mức độ thiệt hại với từng loại đất ứng với

trạng thái ngập lụt với mỗi kịch bản. Làm cơ sở để xác định tổng thiệt hại gây ra tƣơng

Hình P2-8: Bản đồ thiệt hại ứng với từng loại đất ứng theo các mức ngập (KB3)

ứng với mỗi trƣờng hợp.

Trên cơ đó tiến hành tính toán toàn bộ các loại thiệt hại gây ra trên toàn bộ vùng ảnh

187

hƣởng với từng loại đất khác nhau.

Bảng P2-41: Thiệt hại vỡ đập do tràn đỉnh với lũ đến hồ tần suất P= 0.2% (KB3)

Huyện

Tổng ($)

Đất khác

Đất ở tại đô thị

Đất phát triển mới

Tổng (109VND)

Đất nuôi trồng thủy sản

Đất ở sản xuất kinh doanh

Đất ở tại vùng nông thôn

Đất sản xuất nông nghiệp

Đất trồng cây lâu năm

Đất trụ sở cơ quan công trình sự nghiệp

Đất trung tâm thƣơng mại

Phæ Yªn

0 4,707,724 31,043,158

5,630,708 262,703,278 19,511,546 38,824,472

9,503,220 63,790,576

3,173,008 438,887,690

9655.53

1,619,905

382,651

29,552,640

1,091,418

983,125

687,498

4,777,870

221,328

39,316,435

864.96

1,782,587

340,233

39,266,451

1,463,244

2,046,760

815,752

4,056,925

270,610

50,042,562

1100.94

0 1,641,097 14,071,376

4,363,231 149,883,415

6,492,943 21,525,016

5,434,593 44,671,289

1,079,759 249,162,717

5481.58

0 2,758,111 13,569,290

544,593

42,959,281

9,749,813 13,041,149

2,564,588

9,684,876

1,143,131

96,014,832

2112.33

308,516

1,041,492

714,129

1,228,423

789

599,617

458,179

4,351,144

95.73

0 4,401,718

1,923,176

6,078,154

38,604,727

379,476

5,914,422

13,570,078

921,539

1,852,933

73,646,224

1620.22

S«ng C«ng

10,979

739,467

4,811,551

762

473,233

1,051,435

399,216

339,684

7,826,328

172.18

42,556

1,179,082

5,001,232

97,157

576,116

1,200,042

25,473

245,977

8,367,634

184.09

0 3,719,404

234,806

3,617,747

18,182,498

34,997

3,326,556

6,180,397

401,542

1,267,272

36,965,220

813.23

682,314

1,634,834

541,858

10,569,947

246,560

1,538,516

5,138,204

95,308

20,447,543

449.85

39,500

0.87

583,626

1,031,327

320,378

70,753,385

6,181,889

11,249,305

5,784,462

145,158

96,049,528

2113.09

0 TP Th¸i Nguyªn

188

265,155

110,533

20,322,834

920,922

1,512,569

2,346,259

145,158

25,623,429

563.72

119,900

49,477

17,382,563

1,290,834

1,795,988

982,125

21,620,888

475.66

376,001

640,917

160,368

29,861,295

2,830,466

5,402,232

2,443,344

41,714,624

917.72

207,625

5,354

3,186,693

1,139,667

2,536,306

12,734

7,088,378

155.94

2,209

0.05

0 9,693,067 33,997,661 12,029,241 372,061,390 19,891,022 50,920,783

34,322,603 70,496,578

5,171,098 608,583,442

13,389

Tổng cộng

189

Nhà khoa học, kỹ sƣ tƣ vấn công trình Hà Lan (Roos, 2003) đã nghiên cứu ngƣỡng kết

hợp giữa chiều sâu ngập lụt và vận tốc mà từ đó dẫn đến khả năng nhà của bị sụp đổ

cho các kiểu kết cấu khác nhau. Thêm vào đó, theo dự án Rescdam (Helsinki

University Technology, 2000) đƣa ra cho sự sụp đổ hoàn toàn của những ngôi nhà nề,

bê tông và gạch nhƣ sau:

V*D ≥ 7m2/s và V ≥ 2m/s

Trong đó:

V là vận tốc dòng nƣớc lũ

D là độ sâu ngập lụt

Theo nghiên cứu của Mỹ (Kelman, 2002) ngƣỡng để những tòa nhà sụp đổ trong lũ là:

V*D ≤ 3m2/s Khả năng sụp đổ thấp

3m2/s < V*D ≤ 7m2/s Khả năng sụp đổ trung bình

V*D > 7m2/s Khả năng sụp đổ cao

Hình P2-9: Mối quan hệ giữa vận tốc và độ sâu ngập lụt với khả năng sập đổ của nhà cửa

190

Mối quan hệ đƣợc thể hiện trong biểu đồ dƣới đây

Hình P2-10: So sánh thiệt hại ngập ứng với từng cấp độ sâu ngập KB3

Xét ảnh hƣởng theo các trƣờng hợp, ta thấy:

Tại KB1 thiệt hại chủ yếu tập trung tại các cấp độ ngập thấp, do tại trƣởng hợp này với

lƣu lƣợng vỡ là tƣơng đối thấp hơn so với các kịch bản còn lại gây ra độ sâu ngập

không lớn, chủ yếu lớn tại vùng huyện Phổ Yên do có đặc điểm địa hình tƣơng đối

thấp.

Tại KB2, KB3 tại 2 trƣờng hợp này lƣu lƣợng vỡ là lớn hơn, gây ra độ sâu ngập lớn

trên toàn vùng nghiên cứu. Lúc này các tổn thất nhiều nhất tập trung chủ yếu trong

Hình P2-11: Đường lũy tích thiệt hại theo độ sâu ngập

191

mức độ sâu ngập nằm trong khoảng từ 1 – 6m.

Qua hình trên ta thấy thiệt hại giữa các kịch bản do độ sâu dưới 1m là không có sư

khác biệt ( ~3298 tỉ VND). Tuy nhiên khi xét tới mức ngập rơi trong khoảng từ 1.0 tới

6.0m tổng giá trị thiệt hại giữa 2 kịch bản tràn đỉnh là lớn hơn nhiều so với kịch bản

xói ngầm. Với độ sâu ngập là 3.0 m chênh lệch này là ~4838 tỉ VND, khi xét tới độ

sâu ngập là 6.0 m lúc này lệch là ~ 6891 tỉ VND.

Ngoài ra, với hai kịch bản KB2 và KB3 tổng giá trị thiệt thại do ngập lụt gây ra khi độ

sâu ngập trên 6.0 m tăng không đáng kể so với cấp ngập lụt trƣớc đó. Trong khi đó với

KB1 đƣờng giá trị tổng thiệt hại gần nhƣ không thay đổi khi độ sâu ngập trên

3,0m.

- Về kết quả tính toán xây dựng bản đồ ngập lụt hạ du hồ Núi Cốc:

+ Khi lũ thiết kế (P=1%, Qd=3311m3/s), lũ kiểm tra (P=0,2%, Qd=4980m3/s) đến hồ,

mƣa hạ lƣu có tần suất tƣơng ứng, tràn hoạt động bình thƣờng. Kết hợp với việc xã lũ

của hồ Núi Cốc, các khu vực phụ cận cũng chịu mƣa lớn gây nên dòng chảy lũ lớn trên

lƣu vực sông Công, mực nƣớc trên sông Cầu đạt báo động III. Từ những kết quả diễn

toán sóng lũ mô phỏng xả lũ theo kịch bản 11 trên nhánh Sông Công cho thấy lòng

suối không thể thoát đƣợc lƣợng nƣớc lũ, dòng chảy lũ lớn nhƣ vậy sẽ gây nên hiện

tƣợng tràn bãi và gây ngập tại một số vị trí trên lƣu vực khu vực ven trục suối chính.

Các huyện, thành phố bị ảnh hƣởng là Phổ Yên, Sông Công, Thành Phố Thái Nguyên,

Phú Bình thuộc Thái Nguyên. Các huyện Hiệp Hòa (Bắc Giang) và Sóc Sơn (Hà Nội)

do ảnh hƣởng của nƣớc dềnh sông Cầu và lũ lớn phía thƣợng nguồn cộng với mƣa lũ

nội đồng cũng bị ảnh hƣởng ngập tại một số xã do ảnh hƣởng của mƣa nội đồng và

nƣớc dềnh sông Cầu.

+ Khi lũ qua tràn với lũ đến vƣợt lũ thiết kế (P=0.01%, Qd=8514m3/s), tổng lƣợng lũ

xả tràn xuống hạ du là khoảng 652 triệu m3, mƣa hạ lƣu có tần suất tƣơng ứng, ngập

lụt cũng xảy ra tại các huyện, xã nêu trên nhƣng mức ngập, diện ngập nhiều hơn.

+ Khi xảy ra lũ qua tràn với lũ đến trung bình (Qd=943m3/s), hạ du hồ chứa không có

mƣa, đập chính bị xói qua thân đập dẫn đến vỡ đập, tại thị xã Phổ Yên chỉ còn các xã

Thuận Thành, Trung Thành và Đắc Sơn bị ảnh hƣởng, thành phố Sông Công còn xã

192

Bá Xuyên, thành phố Thái Nguyên còn xã Tân Cƣơng và Thịnh Đức bị ảnh hƣởng

ngập lụt.

- Về kết quả tính toán mực nƣớc lớn nhất theo các kịch bản xây dựng bản đồ ngập lụt

hạ du hồ Núi Cốc:

+ Với kịch bản xả lũ vƣợt lũ thiết kế (P=0.01%, Qd=8514m3/s), mực nƣớc dọc sông

Công đều lớn hơn rất nhiều so với mực nƣớc lũ thiết kế theo QĐ3034.

+ Với kịch bản xả lũ thiết kế (P=1%, Qd=3311m3/s),lũ kiểm tra (P=0,2%, Qd=4980m3/s) đoạn từ hạ lƣu hồ Núi Cốc đến đoạn ngã ba sông xóm La Giang, xã Bá

Xuyên mực nƣớc dọc sông Công đều lớn hơn mực nƣớc lũ thiết kế theo QĐ3034.

+ Trƣờng hợp vỡ đập do tràn đình hay xói ngầm thì ngay hạ du vùng Núi Cốc bị ảnh

hƣởng nhiều hơn, mực nƣớc cao hơn so với mực nƣớc lũ thiết kế theo QĐ3034.

- Hƣớng dòng phá hoại dòng lũ do xả lũ:

- Do ảnh hƣởng xủa xả tràn hồ Núi Cốc, sau hạ lƣu, lƣu tốc dòng chảy tăng lên, gây

ảnh hƣởng đến bờ sông, cụ thể tại các đoạn đi qua xóm Tuần xã Đắc Sơn, qua xóm

Trƣờng Giang, xã Vạn Phái, xóm Lò, xã Nam Tiến, qua trạm bơm xóm Lò xã Nam

Tiến, đoạn kè Xuân Vinh, xã Trung Thành thuộc thị xã Phổ Yên, đoạn từ nhà máy

nƣớc sông Công đến núi phía Nam Núi tảo thuộc thành phố sông Công...

Tính toán tƣơng tự với các kịch bản vỡ đập do tràn đỉnh khi lũ đến hồ với các tần suất

Bảng P2-42: Thiệt hại vỡ đập do tràn đỉnh khi lũ đến hồ với các tần suất khác nhau

khác nhau, đƣợc kết quả nhƣ sau:

Đơn vị tính (tỷ đồng)

Thiệt hại D

TT

Tần suất Pf

1/100

0.01

1/200

0.005

12.953

1/500

0.002

13.108

1/1.000

0.001

13.389

1/5.000

0.0002

14.987

1/10.000

0.0001

16.863

193

19.464