ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Nguyễn Tá Nam
ĐÁNH GIÁ, DỰ BÁO MỨC ĐỘ NGUY HIỂM ĐỊA CHẤN
VÀ RỦI RO MÔI TRƢỜNG TẠI CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SÔNG
LÔ 6, TỈNH HÀ GIANG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – 2020
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Nguyễn Tá Nam
ĐÁNH GIÁ, DỰ BÁO MỨC ĐỘ NGUY HIỂM ĐỊA CHẤN
VÀ RỦI RO MÔI TRƢỜNG TẠI CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SÔNG
LÔ 6, TỈNH HÀ GIANG
Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60440301
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. Nguyễn Hồng Phƣơng
Hà Nội - 2020
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi.
Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo
đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích
một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết
quả này chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.
Ngƣời cam đoan
Nguyễn Tá Nam
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ iii
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 3
1.1 Tổng quan ...................................................................................................... 3
1.1.1 Tổng quan về nghiên cứu địa chấn ......................................................... 3
1.1.2 Tổng quan về rủi ro môi trƣờng .............................................................. 7
1.1.3 Tổng quan về tình hình năng lƣợng ........................................................ 8
1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu .............................................................. 10
1.2.1 Công trình thủy điện Sông Lô 6 ........................................................... 10
1.2.2 Hoạt động địa chấn xung quanh khu vực nghiên cứu .......................... 10
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 13
2.1 Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................. 13
2.2 Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 13
2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................. 13
2.3.1 Phƣơng pháp đánh giá độ nguy hiểm địa chấn ..................................... 13
2.3.2 Phƣơng pháp đánh giá rủi ro môi trƣờng gây ra do địa chấn tại công
trình thủy điện ....................................................................................................... 31
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................. 35
3.1 Đánh giá độ nguy hiểm động đất tại thủy điện Sông Lô 6 .......................... 35
3.1.1 Đánh giá bằng phƣơng pháp xác suất ................................................... 35
3.1.2 Đánh giá bằng phƣơng pháp tất định. ................................................... 46
i
3.2 Rủi ro môi trƣờng do địa chấn tại thủy điện sông lô 6 ................................ 49
3.2.1 Xây dựng các bản đồ ngập lụt khu vực hạ lƣu đập thủy điện............... 49
3.2.2 Xây dựng bản đồ các yếu tố chịu rủi ro. ............................................... 52
3.2.3 Rủi ro môi trƣờng do vỡ đập thủy điện. ............................................... 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 58
DANH MỤC BÀI BÁO .......................................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 61
ii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Các đứt gãy có ảnh hƣởng tới thủy điện Sông Lô 6 (Nguyễn Hồng
Phƣơng, 2004) ........................................................................................................... 36
Bảng 3.2: Danh mục động đất của các phân vùng kiến tạo khu vực nghiên cứu ..... 39
Bảng 3.3: Tổng hợp kết quả tính bằng phƣơng pháp tất định ................................... 46
Bảng 4.1: Chiều dài đƣờng giao thông bị ảnh hƣởng bởi ngập lut ........................... 56
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Vị trí thủy điện Sông Lô 6 ....................................................................... 10
Hình 1.2: Bản đồ đƣờng đẳng chấn gây ra do trận động đất Lục Yên 1954 (Nguyễn
Đình Xuyên và nnk., 2004). ...................................................................................... 11
Hình 1.3: Bản đồ đƣờng đẳng chấn gây ra do trận động đất Bắc Giang năm 1961
(Nguyễn Đình Xuyên và nnk., 2004) ........................................................................ 12
Hình 2.1: Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp xác suất ............................................... 16
Hình 2.2: Các bƣớc đánh giá nguy hiểm địa chấn bằng xác suất ............................. 17
Hình 2.3: Nguồn chấn động dạng đƣờng và nguồn chấn động dạng diện. ............... 18
Hình 2.4: Các dạng đứt gãy ....................................................................................... 19
Hình 2.5: Góc cắm của đứt gãy và khoảng cách từ bề mặt tới chấn tâm .................. 19
Hình 2.6: Hằng số a và b trong biểu thức Gutenberg – Richter. ............................... 23
Hình 2.7: Ví dụ về quy luật tắt dần chấn động do động đất. .................................... 24
Hình 2.8: Áp dụng kỹ thuật cây logic trong đánh giá nguy hiểm động đất. ............. 26
Hình 2.9: Mô hình hoạt động của chƣơng trình Openquake..................................... 27
Hình 2.10: Các bƣớc đánh giá nguy hiểm địa chấn bằng phƣơng pháp tất định. ..... 28
Hình 2.11: Kỹ thuật chồng ghép bản đồ (nguồn:cnx.org) ........................................ 32
Hình 3.1: Hệ thống đứt gãy trong vòng bán kính 200km từ đập thủy điện Sông Lô 6.
(Nguyễn Hồng Phƣơng, 2004) .................................................................................. 36
Hình 3.2: Loại bỏ tiền, dƣ chấn khỏi danh mục động đất ......................................... 38
Hình 3.3: Chấn tâm động đất khu vực nghiên cứu ................................................... 39
Hình 3.4: Tính toán tần suất lặp lại động đất cho vùng kiến tạo Hoa Nam. ............. 41
Hình 3.5: Tính toán tần suất lặp lại động đất cho Miền uốn nếp Tây Việt Nam ...... 42
iii
Hình 3.6: Mô hình cây logic cho phƣơng trình tắt dần chấn động. .......................... 43
Hình 3.7: Cƣờng độ rung động nền khu vực nghiên cứu ứng với chu kỳ 145 năm . 45
Hình 3.8: Cƣờng độ rung động nền khu vực nghiên cứu ứng với chu kỳ 475 năm . 45
Hình 3.10: Kết quả phƣơng pháp tất định cho kịch bản (1) ...................................... 47
Hình 3.11: Kết quả phƣơng pháp tất định cho kịch bản (2) ...................................... 48
Hình 3.12: Kết quả phƣơng pháp tất định cho kịch bản (3) ...................................... 48
Hình 3.13: Kết quả phƣơng pháp tất định cho kịch bản (4) ...................................... 49
Hình 4.1: Bản đồ mô hình số độ cao (DEM) cho khu vực Sông Lô (mét) ............... 50
Hình 4.2: Một số kịch bản nƣớc dâng do vỡ đập thủy điện ...................................... 51
Hình 4.3: Bản đồ ngập lụt nếu xảy ra sự cố đập thủy điện Sông Lô 6 ..................... 52
Hình 4.4: Dữ liệu về nhà cửa đã đƣợc số hóa xung quanh khu vực nghiên cứu ...... 53
Hình 4.5: Dữ liệu về đƣờng giao thông xung quanh khu vực nghiên cứu ................ 54
Hình 4.6: Bản đồ nhà cửa bị ảnh hƣởng bởi ngập lụt ............................................... 55
Hình 4.7: Mức độ ngập lụt đối với nhà cửa .............................................................. 56
Hình 4.8: Ảnh hƣởng của ngập lụt tới đƣờng giao thông. ........................................ 57
iv
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, hiểm họa do các tai biến thiên nhiên nhƣ động đất,
núi lửa và sóng thần không ngừng gia tăng theo thời gian trên phạm vi toàn cầu.
Cùng với sự bùng nổ dân số, sự phát triển kinh tế với tốc độ chóng mặt chính là
nguyên nhân gây ra những tác động không đƣợc kiểm soát của con ngƣời vào lớp
vỏ rắn của Trái Đất (nhƣ khai thác dầu khí, khoáng sản, xây dựng các nhà máy điện
hạt nhân, hay thải các chất thải công nghiệp ra môi trƣờng, v.v…), góp phần đáng
kể vào sự gia tăng mức độ rủi ro do động đất gây ra đối với cộng đồng. Các kết quả
nghiên cứu cũng đã chỉ ra mối liên quan trực tiếp giữa tần suất xuất hiện động đất
với những thiệt hại về ngƣời và của do động đất gây ra
Các công trình thủy điện ngày nay đƣợc xây dựng ngày càng nhiều nhằm phục
vụ đời sống sinh hoạt, sản xuất của con ngƣời. Dựa vào khai thác thủy năng biến
đổi thành năng lƣợng, các nhà máy thủy điện thƣờng đƣợc xây dựng trên các con
sông lớn, nằm trong các vùng núi có địa hình hiểm trở, nhằm tận dụng thế năng của
nƣớc đi từ trên cao xuống. Đây lại là khu vực dễ ảnh hƣởng nhất bởi động đất do là
nơi tập trung các đứt gãy sinh chấn.
Nhằm giảm thiểu những thiệt hại do động đất và đảm bảo an toàn cho các hoạt
động phát triển kinh tế và dân sinh, vấn đề quan trọng là phải xác định đƣợc những
khu vực xây dựng nhà máy thủy điện có khả năng phải chịu thiệt hại nếu động đất
xảy ra hay không, từ đó đƣa ra những giải pháp hợp lý cho việc quy hoạch, thiết kế
kháng chấn và phát triển bền vững. Đánh giá độ nguy hiểm động đất (độ nguy hiểm
địa chấn) cho một khu vực nghiên cứu là quá trình áp dụng các phƣơng pháp và
công cụ tính toán để xác định các hiệu ứng chấn động do động đất gây ra (độ lớn,
tần suất hay chu kỳ lặp lại) tại khu vực đã cho trong một khoảng thời gian cho
trƣớc. Điều này sẽ giúp các nhà quản lý có thể đƣa ra các biện pháp quản lý, đối phó
phù hợp.
Công trình thủy điện Sông Lô 6 đang đƣợc xây dựng trên sông Lô – con sông
có vị trí địa lý chạy dọc theo đứt gãy Sông Lô có khả năng gây động đất rất lớn. Do
đó việc đánh giá nguy hiểm địa chấn và các rủi ro môi trƣờng tại nhà máy này là rất
1
cần thiết và có tính tham khảo cao trong công tác quản lý môi trƣờng, cứu hộ cứu
nạn. Luận văn sẽ áp dụng các kiến thức về địa chấn và môi trƣờng nhằm thực hiện
các đánh giá trên, đƣa ra khả năng ảnh hƣởng của việc xây dựng, vận hành nhà máy
tới môi trƣờng gây ra bởi động đất.
2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan
1.1.1 Tổng quan về nghiên cứu địa chấn
a. Lý thuyết về địa chấn
Động đất hay địa chấn là sự rung chuyển của mặt đất do kết quả của sự giải
phóng năng lƣợng bất ngờ ở lớp vỏ Trái Đất. Nó cũng xảy ra ở các hành tinh có cấu
tạo với lớp vỏ ngoài rắn nhƣ Trái Đất. Chúng gây ra bởi các nguyên nhân:
- Nội sinh: Do vận động kiến tạo của các mảng kiến tạo trong vỏ Trái đất,
dẫn đến các hoạt động đứt gãy và/hoặc phun trào núi lửa ở các đới hút
chìm.
- Ngoại sinh: Thiên thạch va chạm vào Trái Đất, các vụ trƣợt lở đất đá với
khối lƣợng lớn.
- Nhân sinh: Hoạt động của con ngƣời gồm cả gây rung động không chủ ý,
hay các kích động có chủ ý trong khảo sát hoặc trong khai thác hay xây
dựng, đặc biệt là các vụ thử hạt nhân dƣới lòng đất.
Trong quan niệm thông thƣờng thì động đất đƣợc hiểu là các rung chuyển đủ
mạnh trên diện tích đủ lớn, ở mức nhiều ngƣời cảm nhận đƣợc, có để lại các dấu vết
phá hủy hay nứt đất ở vùng đó. Về mặt vật lý, các rung chuyển đó phải có biên độ
đủ lớn, có thể vƣợt giới hạn đàn hồi của môi trƣờng đất đá và gây nứt vỡ. Nó ứng
với động đất có nguồn gốc tự nhiên, hoặc mở rộng đến các vụ thử hạt nhân. Chú ý
rằng các địa chấn kế tại các trạm quan sát địa chấn đƣợc thiết kế để ghi nhận các
động đất dạng nhƣ vậy, và lọc bỏ các chấn động do nhân sinh gây ra.
Độ lớn của trận động đất thƣờng đƣợc phân chia theo thang Richter, theo đó
độ lớn động đất có thể đƣợc chia thành các thang nhƣ sau:
- 1–2 trên thang Richter: Không nhận biết đƣợc
- 2–4 trên thang Richter: Có thể nhận biết nhƣng không gây thiệt hại
- 4–5 trên thang Richter: Mặt đất rung chuyển, nghe tiếng nổ, thiệt hại không
đáng kể
3
- 5–6 trên thang Richter: Nhà cửa rung chuyển, một số công trình có hiện
tƣợng bị nứt
- 6–7 trên thang Richter, 7–8 trên thang Richter: Mạnh, phá hủy hầu hết các
công trình xây dựng thông thƣờng, có vết nứt lớn hoặc hiện tƣợng sụt lún trên mặt
đất.
- 8–9 trên thang Richter: Rất mạnh, phá hủy gần hết cả thành phố hay đô thị,
có vết nứt lớn, vài tòa nhà bị lún
- >9 trên thang Richter: Rất hiếm khi xảy ra
- >10 trên thang Richter: Cực hiếm khi xảy ra
b. Tình hình nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm động đất
Trên thế giới
Phƣơng pháp tất định bắt đầu đƣợc áp dụng trên thế giới từ đầu thế kỷ 20.
Những nghiên cứu theo cách tiếp cận này thƣờng dựa trên việc đối sánh các số liệu
quan sát thực tế về những thiệt hại do động đất gây ra với phân bố không gian và
các đặc trƣng địa vật lý của các cấu trúc địa chất nằm bên dƣới khu vực bị thiệt hại.
Năm 1937, tập bản đồ phân vùng động đất đầu tiên ra đời tại Liên bang Xô
viết (Liên xô cũ). Đây là kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học tại Viện Vật lý
Trái Đất, Viện Hàn lâm khoa học Liên xô. Do không có đầy đủ các dữ liệu quan
trắc về rung động mạnh của nền, các bản đồ phân vùng động đất của Liên xô cũ và
Liên bang Nga hiện nay đều lựa chọn cƣờng độ chấn động trên mặt (I) theo thang
MSK-64 làm tham số thể hiện trên bản đồ. Ngay sau khi ra đời, phiên bản đầu tiên
của các bản đồ phân vùng động đất đƣợc đƣa vào tiêu chuẩn xây dựng của nƣớc
cộng hòa Nga lúc bấy giờ. Các bản đồ phân vùng động đất Liên xô trong thời gian
từ năm 1937 đến năm 1997 đƣợc xây dựng bằng phƣơng pháp tất định. Phƣơng
pháp xác suất chỉ đƣợc áp dụng trong phân vùng động đất ở Liên xô cũ bắt đầu từ
năm 1997. Các phiên bản cập nhật của tập bản đồ phân vùng động đất tại Nga đƣợc
ban hành vào các năm 1997, 2003 và 2012.
Ở Trung Quốc, bản đồ phân vùng động đất toàn lãnh thổ đầu tiên ra đời năm
1957. Bản đồ này đƣợc gọi là “bản đồ thế hệ 1”, đƣợc xây dựng bằng phƣơng pháp
4
tất định và chủ yếu dựa trên cơ sở các tiêu chí địa chất về nguy hiểm địa chấn. Các
bản đồ phân vùng động đất thế hệ sau đó của Trung quốc lần lƣợt đƣợc công bố vào
các năm 1977, 1990 và 2001.
Ở Mỹ, độ nguy hiểm địa chấn đƣợc biết đến và đƣa vào áp dụng cho các công
trình xây dựng sau sự kiện động đất 6.4 năm 1933 xảy ra ở Long Beach, California
làm 120 ngƣời thiệt mạng và gây thiệt hại 50 triệu USD. Sau sự kiện trên, nguy
hiểm địa chấn đã dần đƣợc đƣa vào để thiết kế các công trình xây dựng có khả năng
kháng trụ khi có động đất xảy ra. Từ năm 1940 đến 1950, các thông số định lƣợng
về nguy hiểm địa chấn đã đƣợc đƣa ra ngày càng hoàn thiện hơn. Sau đó các bản đồ
độ nguy hiểm địa chấn dựa trên phƣơng pháp phân tích xác suất cũng đƣợc giới
thiệu: Milne và Davenport (1969) đã công bố bản đồ độ nguy hiểm địa chấn cho
Canada, Cornel (1968)[4] đã phát triển một phƣơng pháp luận khác so với Milne và
Daveport, phƣơng pháp luận này sau đó đƣợc McGuire viết thành chƣơng trình tính
dựa trên nền FORTRAN. Trong phƣơng pháp tính của Cornell-McGuire, phân bố
không gian của động đất đƣợc thể hiện bằng các nguồn địa chấn, có thể là nguồn
diện (vùng nguồn địa chấn) hoặc nguồn đƣờng (đới đứt gãy). Các vùng địa chấn này
đƣợc xác định bởi thông tin về địa chấn kiến tạo. Tập bản đồ nguy hiểm động đất
quốc gia đƣợc thành lập bằng phƣơng pháp xác suất đƣợc Algermissen và Perkins
công bố lần đầu tiên năm 1976. Trong vòng vài thập kỷ sau đó, tập bản đồ này đƣợc
các chuyên gia của Cơ quan khảo sát địa chất Mỹ (USGS) liên tục cập nhật vào các
năm 1996, 2002 (Frankel và nnk.), 2008, 2012 và 2014 (Petersen và nnk.).
Tại nhiều quốc gia khác trên thế giới, công tác phân vùng động đất toàn lãnh
thổ cũng đƣợc thực hiện, mặc dù với những thời điểm khởi đầu khác nhau, nhƣng
đều cùng chung cách tiếp cận trong phƣơng pháp luận và quy trình thực hiện.
Bƣớc sang thế kỷ 21, những tiến bộ về khoa học và công nghệ, đặc biệt là các
công nghệ mới nhƣ GIS, viễn thám, và công nghệ tin học phục vụ tính toán là động
lực cho những tiến bộ và cải cách quan trọng trong quy trình thực hiện và phƣơng
pháp luận đánh giá độ nguy hiểm động đất. Việc đánh giá độ nguy hiểm động đất
trở thành một mối quan tâm đa ngành với sự tƣơng tác của nhiều lĩnh vực nghiên
5
cứu khác nhau nhƣ địa chấn học (nghiên cứu sự giải phóng và lan truyền năng
lƣợng địa chấn), địa chất (xác định vị trí, hình thể và tiềm năng của nguồn địa
chấn), địa vật lý (định lƣợng hoá các nguồn địa chấn mà khoa học địa chất không
xác định đƣợc), toán học (xây dựng các thuật toán và công cụ tính toán cho cả hai
phƣơng pháp tất định và xác suất), địa kỹ thuật (đánh giá các hiệu ứng địa phƣơng
tới sự rung động nền), xây dựng công trình (ƣớc lƣợng rủi ro động đất đô thị) và xã
hội học (nghiên cứu tác động kinh tế-xã hội của rủi ro động đất).
Tại Việt Nam
Ở Việt nam, phƣơng pháp tất định đã ra đời từ giữa thế kỷ 20 và phát triển
mạnh cho đến giữa thập kỷ 80. Trong khoảng thời gian từ năm 1968 đến năm 1985,
các phƣơng pháp tất định đƣợc áp dụng ở Việt Nam để đánh giá định lƣợng độ nguy
hiểm động đất. Các nghiên cứu trong thời kỳ này dựa trên giả thiết về sự tồn tại của
một chế độ hoạt động địa chấn “trung bình” đặc trƣng cho mỗi lãnh thổ nghiên cứu
và có thể coi là không đổi trong một khoảng thời gian dài tƣơng ứng với một thời kỳ
hoạt động địa chất kiến tạo của khu vực đó. Các kết quả đƣợc biểu diễn dƣới dạng
các bản đồ biểu thị phân bố không gian của các tham số của chế độ địa chấn nhƣ độ
hoạt động địa chấn, độ rung động địa chấn, … nhƣng đặc trƣng nhất là các bản đồ
phân vùng động đất, đƣợc hoàn thiện theo thời gian.
Bản đồ phân vùng động đất lãnh thổ Việt nam đƣợc thành lập lần đầu tiên vào
năm 1985 (Phạm Văn Thục chủ biên) và đƣợc cập nhật năm 1989 (Nguyễn Đình
Xuyên chủ biên), là sự kế thừa và hoàn thiện các sơ đồ phân vùng động đất tồn tại
trƣớc đó nhƣ sơ đồ phân vùng động đất miền Bắc Việt nam (Rezanov I.A. và
Nguyễn Khắc Mão, 1968). Trên bản đồ phân vùng động đất biểu diễn đồng thời các
vùng chấn động và các vùng nguồn phát sinh ra các chấn động ấy. Tại mỗi vùng
chấn động, các đặc trƣng địa chấn cơ bản nhƣ độ lớn cực đại Mmax và độ sâu chấn
tiêu trung bình h đƣợc xác định. Đây có thể coi là thế hệ đầu tiên của bản đồ phân
vùng động đất lãnh thổ Việt Nam, đƣợc xây dựng bằng phƣơng pháp tất định, với
các tham số đƣợc lựa chọn là cƣờng độ rung động nền trên bề mặt (I) theo thang
MSK-64)
6
Phạm Văn Thục và Kijko A . (1985) lần đầu tiên áp dụng phân bố cực trị loại I
của Gumbel để dự báo chu kỳ lặp lại và magnitude động đất cực đại cho toàn lãnh
thổ Việt nam trong khuôn khổ chung là khu vực Đông nam Á. Nguyễn Hồng
Phƣơng (1991) áp dụng các phân bố cực trị loại I và III của Gumbel để đánh giá các
tham số nguy hiểm động đất cho 7 vùng nguồn trên lãnh thỗ Việt nam, từ đó dự báo
xác suất phát sinh các động đất cực đại cho hai phần chính của lãnh thổ là miền Bắc
và miền Nam Việt nam trong các khoảng thời gian khác nhau.
Tập bản đồ xác suất nguy hiểm động đất đầu tiên đƣợc Nguyễn Hồng Phƣơng thành
lập cho lãnh thổ Việt Nam năm 1993. Dựa trên bản đồ phân vùng địa chấn kiến tạo,
thuật toán của A. C. Cornell và chƣơng trình EQRISK của R. K. McGuire đƣợc sử
dụng để tính toán và lập bản đồ gia tốc cực đại nền cho lãnh thổ Việt Nam. Đây là
lần đầu tiên các mô hình xác suất đƣợc áp dụng trong toàn bộ quy trình đánh giá độ
nguy hiểm động đất lãnh thổ Việt Nam, từ khâu xử lý thống kê các tài liệu động đất,
ƣớc lƣợng các tham số cho các vùng nguồn đến tính toán và thành lập các bản đồ
gia tốc cực đại nền. Năm 1997, tập bản đồ đƣợc tác giả cập nhật trên cơ sở bổ sung
thêm các vùng nguồn chấn động trên lãnh thổ Trung Quốc, Lào, Myanmar và Thái
Lan. Ngoài ra, để tính đến ảnh hƣởng lan truyền chấn động từ các vùng biển tới
lãnh thổ Việt Nam, ranh giới của một vùng nguồn chấn động trên Ấn Độ Dƣơng và
6 vùng nguồn khác trên khu vực Thái Bình Dƣơng cũng đƣợc xác định. Tổng cộng
có 17 vùng nguồn chấn động đƣợc sử dụng cho các tính toán và vẽ bản đồ xác suất
nguy hiểm động đất đƣợc sử dụng trong công trình này. Đến năm 2004, tập bản đồ
này đƣợc tác giả cập nhật lại một lần nữa, với việc hiệu chỉnh lại ranh giới các vùng
nguồn trên khu vực Biển Đông Việt Nam. Phiên bản gần đây nhất của tập bản đồ
xác suất nguy hiểm động đất lãnh thổ Việt Nam và khu vực Biển Đông đƣợc công
bố năm 2015(Phuong & Truyen, 2015).
1.1.2 Tổng quan về rủi ro môi trường
a. Lý thuyết về rủi ro môi trường
Rủi ro môi trƣờng là những mối đe dọa tiềm ẩn hoặc có thể là thực tế tác động
lên môi trƣờng và sinh vật sống qua nguồn khí thải, nƣớc thải, khí chất thải. Hoặc
7
có thể gây suy giảm tài nguyên. Rủi ro môi trƣờng luôn tồn tại song hành với sự
phát triển kinh tế xã hội và luôn không chắc chắn.
b. Tình hình nghiên cứu đánh giá rủi ro môi trường
Trên thế giới
Ở các nƣớc phát triển, yêu cầu đánh giá rủi ro đã đƣợc thực hiện bài bản theo
các phƣơng pháp nhất quán có lồng ghép với các giải pháp quản lý để hạn chế sự cố
và ứng phó kịp thời khi sự cố xảy ra. Các phƣơng pháp luận chung đánh giá rủi ro
môi trƣờng (ADB, 1997), tại Canada năm 2000 (Ministry of Environment, 2000),
tại Anh năm 2011 (Crandfield University, 2011), tại Úc năm 2011 (National
Environment Protection Council, 2011) hầu nhƣ không có sự khác biệt về phƣơng
pháp luận chung dù theo thời gian có sự khác nhau về tính ƣu tiên trong đánh giá.
Theo đó, sự truyền đạt thông tin đƣợc coi là thành phần cơ bản của quá trình ra
quyết định; sự phát triển về hiểu biết và thông tin khoa học sẽ trợ giúp cho đánh giá
rủi ro và tính xác đáng của đánh giá rủi ro sẽ đƣợc cải thiện qua các trƣờng hợp
nghiên cứu điển hình.
Tại Việt Nam
ở Việt Nam, công việc đánh giá rủi ro môi trƣờng chƣa thực sự đƣợc quan tâm
đúng mức và chỉ dừng ở mức độ nghiên cứu tiếp cận theo các mô hình đánh giá rủi
ro của các nƣớc phát triển. Tuy nhiên, trong hầu hết các nghiên cứu, các đánh giá
định lƣợng thƣờng chỉ dựa trên đánh giá bằng cảm nhận của chuyên gia nên khó có
thể chính xác, đặc biệt trong các trƣờng hợp khi nguyên nhân chính của rủi ro là sự
cố của hệ thống công nghệ sản xuất làm các nguồn phát thải chất ô nhiễm tăng đột
biến. Trong khi đó, việc dự báo định lƣợng chính xác các rủi ro lớn tiềm ẩn là cần
thiết để có ngay các biện pháp phòng ngừa hợp lý và khi sự cố xảy ra sẽ có ngay các
biện pháp ứng phó để giảm thiểu các thiệt hại.
1.1.3 Tổng quan về tình hình năng lượng
Trên thế giới
Theo số liệu Cơ quan Năng lƣợng Quốc tế IEA, từ năm 1974 đến năm 2007,
tổng sản lƣợng điện sản xuất toàn cầu tăng từ 6,298 TWh lên 25,721 TWh, tốc độ
8
tăng trƣởng kép hàng năm là 3.3%. Trừ năm 2008 và 2009 giảm do khủng hoảng
kinh tế, sản lƣợng điện sản xuất tăng liên tục trong toàn bộ giai đoạn 1974 – 2007.
Năm 2017, sản xuất điện từ các nƣớc không thuộc Tổ chức Hợp tác và Phát triển
kinh tế OECD (non-OECD) chiếm 57% sản lƣợng điện sản xuất trên thế giới, tăng
hơn 2 lần so với con số 28% vào năm 1974. Sản lƣợng điện sản xuất từ các nƣớc
non-OECD vƣợt sản lƣợng điện của các nƣớc thuộc OECD từ 2011 và liên tục tăng
cao sau đó. Trong đó, điện đƣợc sản xuất từ các nguồn nguyên liệu dễ cháy nhƣ khí,
than, dầu… chiếm 66.8% tổng sản lƣợng điện sản xuất toàn cầu – theo số liệu năm
2017.
Nhóm các nƣớc thuộc OECD đang chứng kiến sự chuyển dịch về cơ cấu
nguồn điện. Các nguồn điện truyền thống nhƣ dầu, than và thủy điện đang có xu
hƣớng giảm dần, trong khi đó điện hạt nhân, nhiệt điện khí và nguồn năng lƣợng tái
tạo bắt đầu tăng mạnh trong 10 năm trở lại đây. Đặc biệt, trong năm 2018, lần đầu
tiên nhiệt điện khí đã vƣợt nhiệt điện than trở thành nguồn điện chiếm phần lớn
trong nhóm các nƣớc OECD. Ngƣợc lại, trong nhóm các nƣớc không thuộc OECD
lại chứng kiến sự tăng mạnh mẽ của nguồn nhiệt điện than và tiếp tục là nguồn điện
chủ yếu tại các nƣớc này. Nguồn điện năng lƣợng tái tạo cũng có sự tăng trƣởng
đột biến, tuy vậy vẫn chỉ chiếm một phần nhỏ trong cơ cấu nguồn điện.
Tại Việt Nam
Với Việt Nam, cơ cấu nguồn của hệ thống cung cấp năng lƣợng điện hiện tại
là nhiệt điện than chiếm 35,2%; thủy điện (35,9%), tuabin khí (12,6%), năng lƣợng
tái tạo (điện gió, mặt trời, áp mái, sinh khối) 12,6%; điện chạy dầu (2,1%); điện
nhập khẩu và từ nguồn khác chƣa tới 2%. Trong đó, các dự án liên quan đến sản
xuất điện từ năng lƣợng tái tạo phát triển ngành càng nhiều.
Việt Nam có tiềm năng đặc biệt lớn ở việc khai thác các nguồn năng lƣợng tái
tạo nhƣ: Thủy điện, điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối. Trong đó, thủy điện
đƣợc tập trung phát triển gần nhƣ tối đa tại Việt Nam. Tính đến cuối năm 2018,
thủy điện là nguồn năng lƣợng chủ lực của nƣớc ta. Việt Nam có tiềm năng khai
thác công suất cho thủy điện khoảng 25.000 - 38.000 MW, trong đó 60% tập trung
9
ở miền Bắc, miền Trung là 27% và 13% còn lại ở miền Nam. Việt nam đã khai khác
gần hết thủy điện lớn (công suất trên 100 MW). Vì vậy, tới thời điểm hiện tại, nƣớc
ta đang tập trung vào phát triển thủy điện nhỏ.
1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu
1.2.1 Công trình thủy điện Sông Lô 6
Công trình Nhà máy Thủy điện Sông Lô 6 đƣợc xây dựng thuộc địa bàn xã
Vĩnh Hảo, huyện Bắc Quang, tỉnh Hà Giang và xã Yên Thuận, huyện Hàm Yên,
tỉnh Tuyên Quang. Công trình có quy mô thiết kế 48MW, với tổng vốn đầu tƣ 1.852
tỷ đồng, khi công trình hoàn thành sản lƣợng điện năng đạt khoảng 187,25 triệu
Kwh/năm, doanh thu hàng năm đạt khoảng 187 tỷ đồng. Đến nay, dự án đã dần
hoàn thiện, có khả năng đƣa vào vận hành, khai thác điện năng trong quý II.2020.
Hình 1.1: Vị trí thủy điện Sông Lô 6
1.2.2 Hoạt động địa chấn xung quanh khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng nền động Hoa Nam. Đây là vùng kiến tạo
chiếm toàn bộ diện tích Đông Bắc Bắc Bộ, đƣợc giới hạn phía Tây Nam bởi đứt gãy
10
sông Hồng, phía Nam bởi đứt gãy dọc quốc Lộ 13A, phía Đông Nam bởi đứt gãy
sông Thƣơng - Jangshin Shaosing.
Trong quá khứ đã từng xảy ra những trận động đất mạnh nằm không xa khu
vực địa điểm xây dựng công trình thủy điện Sông Lô 6, điển hình nhất là hai trận
động đất ở Lục Yên năm 1954 và ở Bắc Giang năm 1961.
Động đất Lục Yên năm 1954
Ở vùng Lục Yên (Yên Bái) thuộc đới sông Hồng trong hai năm liên tiếp 1953
và 1954 đã xẩy ra hai trận động đất cấp 7. Vùng chấn động cấp 7 kéo dài gần 30 km
theo hƣớng tây bắc - đông nam nhƣng rất hẹp. Động đất có độ lớn Ms = 5.4 và độ
sâu chấn tiêu đƣợc xác định là 16 km. Trận động đất này đƣợc phát hiện hoàn toàn
bằng điều tra thực địa. Chấn tâm của động đất Lục Yên chỉ nằm cách địa điểm công
trình thủy điện Sông Lô 6 khoảng 30 km.
Hình 1.2: Bản đồ đường đẳng chấn gây ra do trận động đất Lục Yên 1954 (Nguyễn Đình Xuyên và nnk., 2004).
11
Động đất Bắc Giang năm 1961
Động đất xảy ra lúc 16 giờ 58 phút ở Tân Yên, cách thị xã Bắc giang 11 km về
phía đông bắc, cấp độ mạnh ở chấn tâm đạt tới cấp 7, làm hƣ hại vừa một số nhà
cấp IV. Nhƣng vùng chấn động cấp 7 rất hẹp, trong khi các vùng cấp 6 và nhẹ hơn
lại rất rộng. Phần chính của chấn tiêu nằm ở độ sâu trung bình 28 km cho nên gây
chấn động yếu hơn trên mặt đất. Chấn tâm của động đất Bắc Giang chỉ nằm cách
địa điểm công trình thủy điện Sông Lô 6 khoảng 150 km.
Hình 1.3: Bản đồ đường đẳng chấn gây ra do trận động đất Bắc Giang năm 1961 (Nguyễn Đình Xuyên và nnk., 2004)
.
12
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn nhƣ sau:
- Đánh giá độ nguy hiểm địa chấn (gây ra do hoạt động kiến tạo) tại Công
trình thủy điện Sông Lô 6.
- Đánh giá rủi ro môi trƣờng có thể xảy ra do địa chấn tại Công trình thủy
điện Sông Lô 6
Phạm vi nghiên cứu của luận văn:
- Các hoạt động địa chấn có khả năng ảnh hƣởng tới khu vực thủy điện Sông
Lô 6
- Rủi ro môi trƣờng gây ra do địa chấn, bao gồm 2 yếu tố: nhà cửa và giao
thông.
2.2 Nội dung nghiên cứu
- Xác định khu vực nghiên cứu
- Thu thập, xác định danh mục các trận động đất đã ghi nhận đƣợc có khả
năng ảnh hƣởng tới khu vực nghiên cứu.
- Xử lý số liệu, loại bỏ tiền chấn, dƣ chấn của các trận động đất bằng phƣơng
pháp cửa sổ.
- Xác định tính địa chấn của khu vực nghiên cứu thông qua danh mục động
đất và các đặc điểm về kiến tạo.
- Xác định độ nguy hiểm địa chấn tại khu vực nghiên cứu bằng phƣơng pháp
xác suất và tất định.
- Thu thập thông tin các đối tƣợng dễ bị tổn thƣơng nếu xảy ra sự cố tại
Công trình thủy điện
- Xác định rủi ro môi trƣờng do địa chấn tại khu vực Thủy điện Sông Lô 6.
2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp đánh giá độ nguy hiểm địa chấn
Để đánh giá độ nguy hiểm địa chấn, các nhà khoa học Việt Nam và trên thế
giới sử dụng 2 phƣơng pháp, bao gồm:
13
1) Phƣơng pháp tất định: cách tiếp cận dựa trên việc sử dụng mô hình địa
chấn kiến tạo, đó là các vùng nguồn có thể gây động đất, lựa chọn các kịch bản có
thể xảy ra trên các vùng nguồn đó, dựa vào khoảng cách từ địa điểm nghiên cứu tới
chấn tâm kịch bản để tính độ nguy hiểm. Khi sử dụng phƣơng pháp tất định để đánh
giá độ nguy hiểm địa chấn, thƣờng các kịch bản cực đoan nhất có thể xảy ra sẽ đƣợc
áp dụng, vì khi đó khu vực nghiên cứu sẽ bị ảnh hƣởng nặng nề nhất bởi động đất,
từ đó có thể đƣa ra các biện pháp xây dựng nhằm chống lại hậu quả gây ra bởi động
đất. Các kịch bản cực đoan nhất có thể là:
- Động đất có độ lớn lớn nhất có thể xảy ra trên 1 nguồn địa chấn.
- Động đất xảy ra tại vị trí gần nhất với khu vực nghiên cứu.
Phƣơng pháp tất định là phƣơng pháp đầu tiên ra đời để đánh giá độ nguy
hiểm địa chấn cho 1 khu vực. phƣơng pháp trên thƣờng đƣợc sử dụng cho các công
trình có tính trọng điểm nhƣ nhà máy điện hạt nhân, các đập thủy điện lớn, các địa
điểm chứa chất thải nguy hại,vv.
2) Phƣơng pháp xác suất: đây là các tiếp cận có thể xác định tần suất xuất
hiện trong một khoảng thời gian của các chỉ số nguy hiểm động đất nhƣ cƣờng độ
rung động nền, gia tốc nền. Đối với phƣơng pháp xác suất, tất cả các yếu tố đều
đƣợc đƣa vào tính toán nhƣ tần suất lặp lại, khoảng cách, độ lớn. Ƣu điểm lớn nhất
của phƣơng pháp xác suất là xác định đƣợc các ngƣỡng nguy hiểm động đất dựa
theo từng chu kỳ, nhƣ 50, 100, 250, 1000 năm. Nếu dựa vào các kết quả nghiên cứu
theo phƣơng pháp xác suất, các nhà đầu tƣ có thể tiết kiệm chi phí, phụ thuộc vào
vòng đời của công trình và kết quả tính toán theo các chu kỳ năm khác nhau.
Đánh giá xác suất là phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi nhất để xác định rung
động nền phục vụ mục đích xây dựng kháng chấn. Sử dụng phƣơng pháp xác suất
cho phép tích hợp các biến số cả về độ lớn động đất, vị trí, tần suất xuất hiện động
đất, v.v…
Tùy vào mục đích nghiên cứu và áp dụng mà các nhà khoa học có thể lựa chọn
các phƣơng pháp áp dụng khác nhau. Mỗi phƣơng pháp kể trên đều có những ƣu
nhƣợc điểm riêng khi áp dụng cho từng mục đích nghiên cứu. Trong luận văn này,
14
cả hai phƣơng pháp đều đƣợc sử dụng nhằm tính toán nguy hiểm động đất cho khu
vực nhà máy thủy điện Sông Lô 6.
a. Phương pháp xác suất.
Cơ sở lý luận.
Phƣơng pháp giải tích đánh giá độ nguy hiểm động đất đƣợc A.C. Cornell
công bố lần đầu tiên năm 1968. Độ nguy hiểm động đất đƣợc định nghĩa là xác suất
P để cƣờng độ rung động nền Y tại một điểm sẽ bị vƣợt quá trong vòng T năm do
ảnh hƣởng của tất cả các nguồn thế động đất ở xung quanh điểm đó gây ra. Ở đây
cƣờng độ rung động có thể đƣợc biểu thị bằng các thông số rung động nền nhƣ gia
tốc A, vận tốc V hay dịch chuyển nền D. Phƣơng pháp Cornell dựa trên những giả
thiết cơ sở sau đây (Cornell, 1968):
1) Độ lặp lại các động đất có độ lớn vƣợt quá một cận dƣới Mmin cho trƣớc
tuân theo luật phân bố Poisson thuần nhất theo thời gian với tần suất trung bình là λ;
2) Tƣơng quan giữa độ lớn (magnitude) và tần suất lặp lại động đất là một hàm
tuyến tính cụt:
{
Trong đó Mmin và Mmax là các cận trên và dƣới của độ lớn, N(M) là số động đất
có độ lớn lớn hơn M xảy ra trong khu vực nghiên cứu, a và b là các hằng số của
biểu thức Gutenberg-Richter (Palacios, Molina, & Segovia, 2006) xét trong khoảng
(Mmin, Mmax). Hàm phân bố xác suất tích luỹ của độ lớn có dạng:
{
[ ( )]
Trong đó :
15
3) Tƣơng quan giữa độ lớn M, cƣờng độ rung động (gia tốc cực đại) nền Y tại
điểm đang xét và khoảng cách R từ điểm đó tới nguồn thế do động đất gây ra có
dạng:
(2.3)
Trong đó ε là sai số của quy luật tắt dần chấn động, còn c1, c2 và c3 là các
hằng số đặc trưng cho từng khu vực.
Hình 2.1: Cơ sở lý thuyết của phương pháp xác suất
Trên cơ sở thuật toán của phƣơng pháp Cornell, năm 1976, R.K. McGuire đã
xây dựng chƣơng trình EQRISK làm công cụ tính toán và vẽ bản đồ độ nguy hiểm
động đất, theo đó độ nguy hiểm động đất đƣợc tính bởi công thức (McGuire, 1976):
(2.4)
Trong đó P là ký hiệu chỉ xác suất, A là biến cố có xác suất cần tìm và M, r là
các biến ngẫu nhiên liên tục có ảnh hƣởng tới biến cố A. Nhƣ vậy, nếu coi A là giá
trị cƣờng độ chấn động tại điểm đang xét, M là giá trị độ lớn động đất (hay cƣờng
độ chấn động trên mặt), và r là khoảng cách từ nguồn tới điểm đang xét, thì từ (2.4)
ta có xác suất để cho chấn động tại điểm đang xét đạt cƣờng độ bằng A khi động đất
16
xảy ra, tính đƣợc bằng phép tích phân theo M và r của tích giữa xác suất có điều
kiện của A (khi cho trƣớc M và r) với các xác suất độc lập của M và r. Phép tích
phân theo độ lớn đƣợc đƣa về dạng giải tích, còn hàm mật độ xác suất của khoảng
cách fR(r) đƣợc cho bởi biểu thức lan truyền chấn động giữa nguồn và điểm đang
xét (2.3).
Quy trình chung của phương pháp xác suất.
Quy trình đánh giá độ nguy hiểm địa chấn bằng phƣơng pháp xác suất cho bất
ký khu vực nghiên cứu nào đều bao gồm các bƣớc dƣới đây:
Xác định vùng nguồn chấn động
Ƣớc lƣợng các tham số địa chấn
Lựa chọn phƣơng trình tắt dần chấn động
Tính bản đồ rung động nền (PGA, I)
Hình 2.2: Các bước đánh giá nguy hiểm địa chấn bằng xác suất
1) Xác định các vùng nguồn chấn động trong khu vực nghiên cứu:
Vùng nguồn động đất có thể định nghĩa cơ bản là những vùng có khả năng
phát sinh động đất. Vùng nguồn chấn động có thể là nguồn dạng diện hoặc dạng
đƣờng tùy theo các nghiên cứu chuyên sâu cho từng khu vực.
17
Hình 2.3: Nguồn chấn động dạng đường và nguồn chấn động dạng diện.
Nguồn động đất dạng đƣờng là các đứt gãy kiến tạo, một dạng biến vị của vỏ
Trái đất sinh ra do vận động kiến tạo. Trong quá trình vận động của vỏ Trái đất, các
mảng lục địa dịch chuyển, va chạm với nhau tạo ra các lớp đất đá bị vỡ vụn tại khu
vực ranh giới. Nguồn chấn động dạng đƣờng đƣợc thể hiện trên bản đồ dƣới dạng
đƣờng, thể hiện phân bố không gian của đứt gãy trên thực tế. Ngoài việc đƣợc thể
hiện trên bản đồ, các nguồn chấn động dạng đƣờng sẽ có các thuộc tính kèm theo,
đặc trƣng cho từng nguồn nhƣ góc cắm, kiểu dịch trƣợt, tốc độ dịch trƣợt, độ lớn
cực đại có thể phát sinh, tần suất xuất hiện động đất trên đứt gãy đó. Một vùng
nguồn động đất cũng có thể đƣợc chia thành nhiều phân vùng khác nhau, mỗi phân
vùng có những đặc trƣng kiến tạo và đặc trƣng địa chấn khác nhau.
Các tham số đặc trƣng và cần đƣợc xác định chính xác cho các đứt gãy bao
gồm loại đứt gãy, góc cắm và độ lớn động đất cực đại có thể phát sinh trên đứt gãy
đó.
Loại đứt gãy là cách chúng ta phân biệt các đứt gãy dựa trên dịch chuyển
tƣơng đối của 2 cánh đứt gãy với nhau. Đứt gãy trƣợt bằng có hiện tƣợng 2 cánh
dịch chuyển theo phƣơng nằm ngang với nhau. Nếu đứng ở một cánh của đứt gẫy
18
trƣợt bằng và nhìn thấy cánh bên kia dịch chuyển về bên phải thì đứt gẫy gọi là
trƣợt bằng phải. Trong trƣờng hợp ngƣợc lại, đứt gẫy đƣợc gọi là trƣợt bằng trái.
Đứt gãy thuận là đứt gãy có cánh treo trƣợt xuống dƣới so với cánh nằm (cánh nằm
phía dƣới mặt dịch trƣợt). Ngƣợc lại với đứt gãy thuận là đứt gãy nghịch, với dạng
đứt gãy này cánh treo sẽ trồi lên trên so với cánh nằm.
Hình 2.4: Các dạng đứt gãy
Góc cắm là góc của mặt dịch trƣợt đối với bề mặt nằm ngang. Góc cắm của
đứt gãy ảnh hƣởng rất lớn tới việc tính toán giá trị rung động nền do khoảng cách từ
điểm tính trên mặt đất đến chấn tâm động đất phụ thuộc rất lớn vào góc cắm của đứt
gãy.
Hình 2.5: Góc cắm của đứt gãy và khoảng cách từ bề mặt tới chấn tâm
19
Nguồn động đất dạng vùng là các vùng nguồn động đất không đƣợc xác định
rõ ràng bởi các đứt gãy kiến tạo, đƣợc đánh giá và xác định dựa vào các trận động
đất đã ghi nhận đƣợc. Ngoài ra đó còn là một khu vực có nhiều đứt gãy giống nhau
về tính địa chấn, qua đó có thể gộp lại tạo thành các vùng nguồn động đất với đặc
trƣng riêng. Các vùng địa chấn thƣờng đƣợc thể hiện qua bản đồ dƣới dạng
polygon, kèm theo đó cũng bao gồm các đặc điểm về địa chấn nhƣ tần suất xuất
hiện động đất trên vùng nguồn đó, vv.
Các vùng nguồn chấn động đƣợc xác định trên cơ sở nghiên cứu các qui luật
hoạt động động đất, tức là mối liên quan giữa động đất và các yếu tố địa chất kiến
tạo và địa động lực trong khu vực nghiên cứu. Đầu tiên, ranh giới các vùng phát
sinh động đất mạnh đƣợc vạch ra dọc theo các đứt gãy hoạt động liên quan theo
nguyên tắc: các vùng phát sinh động đất đƣợc coi là tổng cộng các vùng cực động
của tất cả các trận động đất cực đại có khả năng xảy ra trong mỗi đới phá hủy kiến
tạo. Đó chính là hình chiếu của các mặt đứt gãy kiến tạo (kể từ ranh giới bên dƣới
của tầng hoạt động) lên mặt đất. Tuy nhiên, trong nhiều trƣờng hợp, do điều kiện số
liệu địa chất, địa vật lý và động đất còn nghèo, ranh giới xác định theo nguyên tắc
nêu trên sau đó đƣợc mở rộng ra tùy theo mật độ phân bố các chấn tâm quan sát
đƣợc, hay căn cứ vào tổ hợp phân bố của các đứt gãy, các cung núi lửa liên quan.
Ranh giới cuối cùng nhận đƣợc này, vẫn phản ánh trung thực các đặc trƣng địa chấn
kiến tạo cơ bản của đới nhƣ thế nằm, phƣơng của các cấu trúc chính và phân bố
không gian của các chấn tâm, sẽ xác định các vùng nguồn động đất trong khu vực
nghiên cứu.
2) Ước lượng các tham số nguy hiểm động đất cho từng vùng nguồn
Đối với mỗi khu vực nghiên cứu, dựa vào số liệu động đất thu thập đƣợc có
thể xác định đƣợc các tham số đặc trƣng cho hoạt động động đất tại khu vực. Quá
trình xử lý số liệu động đất tại khu vực nghiên cứu cần thông qua các bƣớc sau:
- Loại bỏ tiền chấn, dƣ chấn nhằm đảm bảo độ chính xác của danh mục động
đất khi áp dụng phƣơng pháp xác suất.
20
- Xác định tần suất xảy ra động đất tại khu vực nghiên cứu thông qua xác
định các tham số của biểu thức Gutenberg – Richter.
a) Loại bỏ tiền chấn, dƣ chấn.
Đối với phƣơng pháp xác suất, việc xử lý số liệu động đất càng trở nên quan
trọng khi số liệu động đất đƣợc đƣa vào tính toán phải thỏa mãn độc lập với nhau về
mặt thống kê. Việc loại bỏ tiền chấn, dƣ chấn của động đất khỏi danh mục có thể
giúp xử lý vấn đề trên. Một trong các phƣơng pháp đơn giản để loại bỏ tiền, dƣ chấn
động đất là phƣơng pháp cửa sổ (Window method): Đối với mỗi trận động đất với
độ lớn M, các trận động đất xảy ra gần đó đƣợc coi là tiền chấn, dƣ chấn của trận
động đất chính (mainshock) trên nếu thỏa mãn đồng thời 2 điều kiện: xảy ra trong
khoảng thời gian T và khoảng cách L tới trận mainshock.
Công thức của Gardner và Knopoff (1974) là công thức đơn giản nhằm xác
định các giá trị cửa sổ thời gian và không gian cho mỗi trận động đất:
{
Áp dụng công thức trên vào danh mục động đất đã có cho 1 khu vực sẽ loại
bỏ đƣợc các tiền chấn, dƣ chấn khỏi danh mục động đất, chỉ giữ lại các trận động
đất chính. Sau khi loại bỏ tiền, dƣ chấn, danh mục đã có thể sử dụng để tính toán,
đánh giá tần suất lặp lại động đất.
Xác định tần suất xuất hiện động đất
Sau khi đã loại bỏ tiền chấn, dƣ chấn và chỉ giữ lại các động đất chính, chúng
ta có thể xác định đƣợc tần suất xảy ra động đất tại khu vực nghiên cứu bằng việc
áp dụng biểu thức Gutenberg-Richter cho danh mục động đất đã xử lý. Mặc dù có
nhiều mối quan hệ tƣơng tự đƣợc các nhà khoa học tìm ra, tuy nhiên Gutenberg-
Richter vẫn là mối quan hệ đƣợc áp dụng rộng rãi nhất. Biểu thức Gutenberg-
Richter đƣợc thể hiện dƣới dạng:
log10N(M) = a-bM
21
Trong đó : N(M) là số động đất có độ lớn lớn hơn M xảy ra trong khu vực
nghiên cứu, a và b là các hằng số của biểu thức Gutenberg-Richter.
Giá trị a-value trong mối quan hệ Gutenberg-Richter thể hiện mức độ thƣờng
xuyên xảy ra động đất tại khu vực nghiên cứu. Giá trị a-value càng cao thì khu vực
càng thƣờng xuyên xảy ra động đất và ngƣợc lại.
Giá trị của hằng số b-value thể hiện mối tƣơng quan giữa số lần xuất hiện
động đất lớn và động đất nhỏ, thƣờng có giá trị 1.0 đối với vùng có hoạt động địa
chấn mạnh. Tuy vậy đối với các danh mục động đất khác nhau tƣơng ứng các vùng
có hoạt động địa chấn khác nhau, giá trị b thƣờng dao động trong khoảng từ 0.6 đến
1.4. Đây là giá trị có tính quyết định trong việc tính toán độ nguy hiểm động đất
bằng phƣơng pháp xác suất, ngoài ra nó cũng có ý nghĩa rất lớn trong địa chấn khi
dựa vào b-value, ta có thể xác định tính địa chấn của khu vực. Làm cách nào tìm
đƣợc giá trị b-value thích hợp nhất là một thử thách tƣơng đối khó khăn đối với các
nhà khoa học, khi hằng số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có việc lựa
chọn cận trên và cận dƣới cho danh mục động đất.
Có nhiều phƣơng pháp để xác định các giá trị a, b trong biểu thức trên, trong
đó hai phƣơng pháp phổ biến nhất thƣờng đƣợc sử dụng là phƣơng pháp bình
phƣơng tối thiểu (least-square) và phƣơng pháp hợp lý cực đại (maximum
likelihood).
- Phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu là phƣơng pháp dễ sử dụng, lý thuyết
của phƣơng pháp trên là dựa trên danh mục động đất, đếm ra giá trị N(M)
theo từng độ lớn M khác nhau, sau đó vẽ đồ thị dạng least-square và tìm
đƣợc giá trị của a, b.
- Phƣơng pháp hợp lý cực đại đƣợc sử dụng để tính giá trị b-value, qua đó
dựa vào mối quan hệ giữa danh mục động đất, a, b để tính ra giá trị a :
̅
22
Hình 2.6: Hằng số a và b trong biểu thức Gutenberg – Richter.
3) Thiết lâp, lựa chọn các phương trình thể hiện quy luật tắt dần chấn động.
Phƣơng trình tắt dần chấn động là các biểu thức đƣợc xây dựng thể hiện mối
quan hệ giữa động đất, đặc điểm kiến tạo, đặc điểm nền đất địa phƣơng và giá trị
rung động nền gây ra bởi trận động đất đó. Trên thế giới đã có rất nhiều dự án lớn,
đề tài nghiên cứu của các nhóm chuyên gia nhằm đƣa ra các phƣơng trình tắt dần
chấn động cho từng khu vực cụ thể. Các phƣơng trình tắt dần chấn động đƣợc xây
dựng dựa trên các số liệu cụ thể đo đƣợc bằng máy, số liệu ghi nhận có thể là băng
ghi gia tốc, băng ghi vận tốc, vv. Dựa vào khoảng cách từ chấn tâm động đất tới
trạm đo, kết hợp điều kiện nền địa phƣơng, đới đứt gãy sinh chấn, kiểu dịch trƣợt và
giá trị PGA mà các nhà khoa học đƣa ra các phƣơng trình cụ thể dựa trên số lƣợng
bản ghi động đất rất lớn.
23
Hình 2.7: Ví dụ về quy luật tắt dần chấn động do động đất.
4) Tính toán, vẽ các bản đồ, biểu đồ thể hiện kết quả nghiên cứu.
Độ nguy hiểm động đất theo xác suất đƣợc định nghĩa là xác suất để cƣờng độ
rung động nền tại một điểm bị vƣợt quá trong khoảng thời gian nhất định, gây ra bởi
tất cả các nguồn có khả năng gây ra động đất ảnh hƣởng tới điểm tính. Cƣờng độ
rung động nền có thể đƣợc biểu thị bởi các thông số nhƣ gia tốc (Acceleration), vận
tốc (Velocity), dịch chuyển nền (Displacement). Có nhiều chƣơng trình đã đƣợc xây
dựng, cung cấp miễn phí nhƣ Openquake, CRISIS nhằm tính toán độ nguy hiểm
động đất dựa trên các thông số đƣợc cung cấp. Các chƣơng trình trên đều tính độ
nguy hiểm động đất bằng cách chia khu vực nghiên cứu thành các ô lƣới với khoảng
cách giữa các điểm tính tùy chọn. Công nghệ GIS sẽ đƣợc áp dụng để tạo ra các bản
đồ độ nguy hiểm động đất cho từng khu vực.
Các kỹ thuật, chương trình sử dụng.
Kỹ thuật cây logic
Kỹ thuật cây logic đƣợc sử dụng rộng rãi trong đánh giá nguy hiểm động đất
dựa theo lý thuyết xác suất. Có rất nhiều các yếu tố đầu vào ảnh hƣởng lớn tới kết
quả tính, mỗi yếu tố đó lại đƣợc tính toán bằng nhiều phƣơng pháp, nhiều nghiên
24
cứu khác nhau dẫn tới các sai lệch khi đối chiếu các kết quả. Để có thể lƣờng hết
đƣợc các trƣờng hợp có thể ảnh hƣởng tới kết quả tính toán, kỹ thuật cây logic sẽ
đƣợc áp dụng nhằm đƣa vào tính toán tất cả các khả năng có thể xảy ra của các yếu
tố đầu vào.
Đối với quy trình đánh giá nguy hiểm địa chấn, điển hình cho việc áp dụng kỹ
thuật cây logic là việc đƣa vào các quy luật tắt dần chấn động khác nhau. Trên thế
giới có rất nhiều các nhà khoa học, nhóm nghiên cứu đã thu thập số liệu, xây dựng
nên các phƣơng trình tắt dần chấn động cho các khu vực cụ thể. Nếu xét chung trên
thế giới, có 2 nhóm khu vực có hoạt động địa chấn khác nhau. Vùng thứ nhất là các
khu vực có hoạt động địa chấn mạnh, động đất xảy ra thƣờng xuyên và độ lớn động
đất lớn. Vùng thứ hai bao gồm các khu vực còn lại, tính địa chấn không mạnh do
động đất không xảy ra thƣờng xuyên và độ lớn động đất không đáng kể và ít gây
ảnh hƣởng tới đời sống của con ngƣời. Mỗi vùng địa chấn sẽ đƣợc các nhà khoa học
quan tâm và xây dựng các phƣơng trình tắt dần chấn động riêng, đặc trƣng cho các
khu vực đó. Một điều đáng nói nữa là không phải tất cả các nơi trên thế giới đều
đƣợc xây dựng các phƣơng trình riêng, cũng đƣợc xác định rõ ràng nơi đó thuộc về
khu có hoạt động địa chấn mạnh hay yếu. Đây là lúc kỹ thuật cây logic thể hiện
đƣợc tầm quan trọng và khả năng mạnh mẽ của mình trong việc trung hòa các ý
kiến trái chiều, đƣa vào hầu hết các trƣờng hợp có thể xảy ra.
25
Hình 2.8: Áp dụng kỹ thuật cây logic trong đánh giá nguy hiểm động đất.
Ví dụ trong hình 2.1, kỹ thuật cây logic đƣợc áp dụng để đƣa vào tính toán các
thông số động đất khác nhau nhƣ góc cắm, Mmax có thể phát sinh trên đứt gãy, chế
độ kiến tạo khu vực nghiên cứu và lựa chọn mô hình tắt dần chấn động.
Không chỉ áp dụng đƣợc đối với các phƣơng trình tắt dần chấn động, cây logic
còn đƣợc sử dụng cho nguồn địa chấn: số lƣợng, vị trí nguồn, các thông số liên
quan tới hoạt động địa chấn nhƣ tần suất lặp lại động đất thông qua giá trị a,b của
biểu thức Gutenberg – Richter.
Chương trình OpenQuake[13]
Openquake là chƣơng trình mã nguồn mở đƣợc thiết kế để tính toán nguy
hiểm, rủi ro động đất cho một khu vực. Chúng đƣợc phát triển bởi GEM (Global
Earthquake Model) và đƣợc chia sẻ rộng rãi dƣới dạng mã nguồn mở. Ngƣời dùng
có thể mở rộng, phát triển hoặc tùy chỉnh để phù hợp hơn với mục đích sử dụng.
Điều khác biệt của Openquake so với các chƣơng trình tính độ nguy hiểm
động đất khác là việc đƣa vào áp dụng dễ dàng kỹ thuật cây logic, tối ƣu hóa việc
tính toán nhằm đƣa ra kết quả nhanh và chính xác.
26
Hình 2.9: Mô hình hoạt động của chương trình Openquake.
b. Phương pháp tất định.
Cơ sở lý luận.
Phƣơng pháp tất định đánh giá độ nguy hiểm động đất đƣợc gọi để phân biệt
với cách tiếp cận xác suất của cùng một phƣơng pháp luận. Phƣơng pháp tất định
đặc trƣng bởi việc tính toán và thành lập các bản đồ rung động nền sử dụng các
tham số của một trận động đất cụ thể đã xảy ra trong quá khứ. Một trong những ứng
dụng quan trọng của phƣơng pháp tất định là việc xây dựng các mô hình tính toán
theo các động đất kịch bản, tức là những trận động đất có các tham số nguồn cho
trƣớc, đƣợc xác định dựa trên số liệu động đất đã quan sát đƣợc và theo các tiêu
chuẩn địa chấn kiến tạo và địa động lực của khu vực nghiên cứu.
Ví dụ điển hình ở Việt nam, do phần lớn các trận động đất ghi nhận đƣợc đều
là những động đất có nguồn gốc kiến tạo, các kịch bản động đất đƣợc xây dựng trên
cơ sở mô hình nguồn tuyến, với giả thiết là nguồn phát sinh động đất (chấn tiêu) là
một đoạn đứt gẫy hoạt động. Mô hình nguồn tuyến cho Việt nam đƣợc xây dựng
27
trên cơ sở số liệu về các hệ thống đứt gẫy sinh chấn đã đƣợc xác định trên lãnh thổ
và vùng thềm lục địa Việt nam và đã đƣợc công bố rộng rãi trong nhiều công trình
nghiên cứu từ trƣớc đến nay. Việc xác định các đứt gẫy sinh chấn chủ yếu dựa trên
cơ sở quy luật về tính địa đới của các chấn tâm động đất, tức là sự phân bố của các
chấn tâm động đất dọc theo các đới đứt gẫy phá huỷ. Ngoài ra, các yếu tố địa chất,
địa vật lý và viễn thám khác cũng đƣợc tham khảo nhƣ các tiêu chuẩn bổ trợ cho
việc lựa chọn các đứt gẫy có khả năng sinh chấn.
Quy trình chung của phương pháp tất định.
Quy trình đánh giá tất định độ nguy hiểm động đất cho mỗi kịch bản đƣợc
thực hiện bao gồm bốn bƣớc :
Xác định khu vực nghiên cứu
Lựa chọn đứt gãy sinh chấn
Lựa chọn phƣơng trình tắt dần chấn động
Tính bản đồ rung động nền (PGA, I)
Hình 2.10: Các bước đánh giá nguy hiểm địa chấn bằng phương pháp tất
định.
1) Xác định khu vực nghiên cứu :
Việc xác định khu vực nghiên cứu chính là xác định vị trí địa lý của địa điểm,
khoanh vùng các nguồn địa chấn có khả năng phát sinh động đất ảnh hƣởng tới địa
điểm cần đánh giá. Tùy vào quy mô nghiên cứu, đối tƣợng nghiên cứu và đặc điểm
địa chấn kiến tạo, nhà khoa học có thể khoanh vùng khu vực nghiên cứu theo các
bán kính khác nhau tính từ địa điểm chính cần đánh giá nguy hiểm địa chấn. Đối
với các khu vực nghiên cứu gần biên giới, lãnh thổ các quốc gia, việc mở rộng
28
phạm vi nghiên cứu ra ngoài lãnh thổ là cần thiết, nhằm có đƣợc kết quả khách quan
và trung thực nhất.
2) Lựa chọn đứt gãy sinh chấn
Theo cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp tất định, các trận động đất xảy ra đều
trên các đứt gãy hoạt động. Chấn tâm trận động đất trên thực tế không chỉ là một
điểm, nó là một đới phá hủy chạy dài theo các đứt gãy. Đã có các công trình nghiên
cứu chỉ ra mối quan hệ giữa độ lớn động đất và các thông số của đới phá hủy do
trận động đất đó. Một trong số đó là mối quan hệ đƣợc đƣa ra bởi Wells-
Coppersmith năm 1994. Theo nhƣ kết quả đƣợc công bố bởi 2 tác giả trên, mối
quan hệ giữa độ lớn động đất và thông số các đới đứt gãy có thể đƣợc xác định theo
công thức sau :
Trong đó : L là chiều dài đới phá hủy
A là diện tích bề mặt của đới phá hủy
Ngoài thông tin về chiều dài và diện tích đới phá hủy, các thông số khác của
đứt gãy nhƣ độ sâu tới bề mặt, góc cắm, kiểu dịch trƣợt đều đã đƣợc xác định trƣớc
đó thông qua các nghiên cứu chuyên sâu về từng đứt gãy.
3) Lựa chọn phương trình tắt dần chấn động
Tƣơng tự phƣơng pháp xác suất, phƣơng pháp tất định sử dụng các phƣơng
trình tắt dần chấn động nhằm mô tả lại mối quan hệ giữa động đất, đặc điểm kiến
tạo, đặc điểm nền đất địa phƣơng và giá trị rung động nền gây ra bởi trận động đất
đó. Từ vị trí chấn tâm của động đất kịch bản, kết hợp các bản đồ nền đất địa
phƣơng, chúng ta có thể tính ra bản đồ rung động nền gây ra bởi động đất kịch bản
đó.
4) Tính toán bản đồ nguy hiểm động đất
Dựa vào các thông số đã nêu, bƣớc cuối cùng của quy trình đánh giá độ nguy
hiểm động đất bằng phƣơng pháp tất định là tính ra bản đồ rung động nền, có thể
biểu thị bởi giá trị rung động nền cực đại (PGA) hoặc cƣờng độ rung động nền (I).
29
Có nhiều chƣơng trình đƣợc thiết kế sẵn để tính độ nguy hiểm địa chấn theo phƣơng
pháp tất định, tuy nhiên phƣơng pháp và quy trình chung đều đƣợc thể hiện nhƣ
trên.
Lựa chọn các kịch bản để đánh giá bằng phương pháp tất định.
Động đất kịch bản là động đất đƣợc dự báo sẽ xảy ra tại khu vực nghiên cứu,
với các thông số ban đầu đƣợc xác định trƣớc. Nói cách khác, động đất kịch bản là
sự mô phỏng những trận động đất khá gần với hiện thực. Các động đất kịch bản
đƣợc xây dựng với hai mục đích chính là: 1) mô phỏng các động đất đã xảy ra trong
quá khứ để kiểm nghiệm mô hình đánh giá tác động của động đất, và 2) dự báo ảnh
hƣởng của những trận động đất sẽ xảy ra trong tƣơng lai tại khu vực nghiên cứu.
Để đánh giá rung động nền cực đại tại lân cận địa điểm công trình thủy điện
Sông Lô 6 bằng phƣơng pháp tất định, các kịch bản động đất cực đoan đƣợc xây
dựng cho từng đới đứt gẫy hoạt động trong khu vực nghiên cứu dựa trên các điều
kiện ban đầu sau:
1) Động đất đƣợc phát sinh trên đứt gẫy nguồn cho trƣớc chạy qua vị trí gần
địa điểm xây dựng nhà máy thủy điện nhất. Chấn tiêu của động đất kịch
bản đƣợc lấy tại một điểm nằm trên đứt gẫy này và có khoảng cách gần
nhất tới địa điểm;
2) Động đất kịch bản có độ lớn cực đại dự báo cho nguồn gây động đất đã
cho;
3) Ngoài tọa độ chấn tâm, các tham số khác của động đất kịch bản đƣợc xác
định theo các tham số hình học và địa động lực của chấn đoạn đứt gẫy phá
huỷ phát sinh ra nó (chấn tiêu động đất kịch bản) theo các nguyên tắc của
mô hình nguồn tuyến đƣợc xây dựng trong khuôn khổ của đề tài.
Ngoài các tiêu chí nêu trên, việc lựa chọn các động đất kịch bản cho địa điểm
công trình thủy điện Sông Lô 6 có tham khảo thêm một số định nghĩa của Ủy ban
quốc tế về đập lớn về các động đất kịch bản đƣợc sử dụng trong đánh giá nguy hiểm
địa chấn cho các đập lớn. Các động đất kịch bản này bao gồm:
30
1) Động đất có độ tin cậy lớn nhất (Maximum Credible Earthquake), dƣới đây
gọi tắt là động đất MCE, còn đƣợc gọi là các động đất đặc trƣng
(characteristic earthquake) hoặc các động đất nổi trội (dominant
earthquake), là động đất hiện thực nhất có khả năng phát sinh trên một đứt
gẫy hoạt động hoặc trong phạm vi một vùng nguồn chấn động đƣợc xác
định trên khu vực nghiên cứu có chế độ hoạt động kiến tạo đã biết. Rung
động nền do động đất kịch bản này gây ra tại địa điểm xây dựng đập đƣợc
gọi là rung động nền MCE;
2) Động đất đánh giá an toàn (Safety Evaluation Earthquake), dƣới đây gọi tắt
là động đất SEE, là động đất gây ra rung động nền cực đại tại chân công
trình, và công trình phải đƣợc thiết kế để có thể chống chịu đƣợc rung
động nền do động đất này gây ra. Từ sau năm 2010 khái niệm SEE đƣợc sử
dụng để thay thế các khái niệm về động đất cực đại thiết kế (Maximum
Design Earthquake, hay MDE) và động đất cơ sở thiết kế (Design Basis
Earthquake, hay DBE) đƣợc sử dụng trƣớc đó;
Động đất cơ sở vận hành (Operating Basis Earthquake, hay OBE) là động đất
gây ra rung động nền tại chân đập và có khả năng gây ra thiệt hại nhỏ cho công
trình ở mức độ chấp nhận đƣợc. Trong nhiều trƣờng hợp, OBE đƣợc chọn với chu
kỳ lặp lại bằng 145 năm, (tƣơng đƣơng với xác suất 50% là giá trị rung động nền do
động đất này gây ra không bị vƣợt quá trong vòng 100 năm)
2.3.2 Phương pháp đánh giá rủi ro môi trường gây ra do địa chấn tại công trình
thủy điện
Cơ sở lý luận.
Rủi ro môi trƣờng gây ra do địa chấn tới công trình thủy điện thƣờng là những
hậu quả gây ra bởi vỡ đập do động đất. Khi đó một lƣợng nƣớc lớn trong hồ chứa sẽ
đƣợc giải phóng, gây hậu quả nghiêm trọng tới vùng hạ lƣu. Hiện tƣợng đầu tiên đó
là gây ngập lụt tại các khu vực quanh nhà máy thủy điện. Bên cạnh đó còn có các
ảnh hƣởng rất tiêu cực tới môi trƣờng nhƣ phá vỡ hệ sinh thái ban đầu ở khu vực hạ
lƣu, giải phóng bùn lầy lƣu trữ tại hồ chứa, vv. Có một số chƣơng trình đã đƣợc xây
31
dựng để đánh giá mức độ ảnh hƣởng của việc vỡ đập thủy điện tới khu vực xung
quanh, hầu hết các chƣơng trình trên đều dừng lại ở việc tính toán ra các bản đồ
ngập lụt theo thời gian, theo khu vực bị ảnh hƣởng. Để đánh giá rủi ro do vỡ đập
thủy điện, luận văn áp dụng công nghệ GIS nhằm chồng ghép các bản đồ ngập lụt,
bản đồ nhà cửa, giao thông, công trình công cộng xung quanh khu vực nghiên cứu
nhằm đƣa ra mức độ ảnh hƣởng của việc vỡ đập thủy điện tới khu vực xung quanh.
Kỹ thuật chồng ghép bản đồ là một trong những kỹ thuật chính có thể thực
hiện bởi hầu hết các chƣơng trình GIS nhƣ ArcGIS, QGIS, Mapinfo. Với khả năng
của các chƣơng trình trên, dữ liệu không gian của các lớp thông tin sẽ đƣợc phân
tích. Dựa vào các dữ liệu thuộc tính của các lớp thông tin đã có, chƣơng trình GIS
sẽ quy chiếu với dữ liệu không gian để đƣa ra các lớp thông tin mới dựa trên các
phƣơng pháp toán học khác nhau.
Hình 2.11: Kỹ thuật chồng ghép bản đồ (nguồn:cnx.org)
Các bước thực hiện.
1) Tính toán bản đồ ngập lụt gây ra bởi vỡ đập thủy điện do động đất.
Có nhiều chƣơng trình tính toán bản đồ ngập lụt gây ra do động đất, tuy nhiên
với quy mô luận văn, một phƣơng pháp đơn giản hơn, chỉ dựa trên bản đồ mô hình
32
số độ cao (Digital Elevation Map – DEM) sẽ đƣợc sử dụng. Phƣơng pháp trên tính
toán bản đồ ngập lụt dựa vào số liệu DEM đƣợc cung cấp rộng rãi trên mạng
internet. Đây là nguồn tài liệu chất lƣợng cao với độ phân giải 30m x30m đƣợc
cung cấp bởi NASA (dữ liệu SRTM, ASTER) hoặc Cơ quan thăm dò vũ trụ Nhật
Bản (dữ liệu JAXA). Ngoài ra cũng có các tổ chức khác cũng cung cấp bản đồ
DEM ở nhiều mức độ chi tiết khác nhau, có thể trả phí hoặc miễn phí.
Từ bản đồ DEM, kỹ thuật GIS đƣợc áp dụng để tìm ra các khu vực ở độ cao
thấp trong khu vực nghiên cứu, cho rằng đó là các khu vực sẽ dễ bị ngập lụt nếu có
hiện tƣợng vỡ đập thủy điện xảy ra.
2) Thu thập, tạo các bản đồ của yếu tố dễ bị ảnh hưởng.
Việc thực hiện điều tra, khảo sát tại khu vực nghiên cứu để đánh giá rủi ro môi
trƣờng là hết sức cần thiết, tuy nhiên công việc trên yêu cầu rất nhiều thời gian để
hoàn thiện. Với quy mô luận văn, các bản đồ thông tin của các yếu tố dễ bị ảnh
hƣởng nhƣ dân số, nhà cửa, giao thông sẽ đƣợc xây dựng dựa trên bản đồ vệ tinh và
bản đồ vệ tinh 3D của Google. Đối với mỗi yếu tố dễ bị tác động sẽ có các thông tin
khác nhau cần đƣợc làm rõ.
Ví dụ đối với nhà cửa, các thông tin đƣợc yêu cầu nhƣ sau:
Thông tin Dạng dữ liệu
STT 1 Loại nhà Dạng chữ
Dạng chữ 2
Mục đích sử dụng Chiều cao Dạng số 3
4 Vị trí
Dữ liệu không gian dạng điểm Định nghĩa Cấu trúc nhà: nhà gỗ, nhà sàn, nhà xây kiên cố, vv Mục đích: nhà ở, trƣờng học, bệnh viện, vv Chiều cao nhà tính từ mặt đất, dùng để đánh giá khi có ngập lụt Vị trí địa lý của nhà trên bản đồ
Đối với thông tin về tuyến đƣờng giao thông, các thông tin cần có nhƣ sau:
Dạng dữ liệu
STT 1 Dạng chữ
Thông tin Loại đƣờng giao thông
Định nghĩa Đƣờng liên huyện, liên tỉnh, liên xã, đƣờng trong khu dân cƣ
33
2 Vị trí
Dữ liệu không gian dạng đƣờng Vị trí của đƣờng giao thông trên bản đồ
3) Chồng ghép bản đồ, tạo ra bản đồ rủi ro môi trường
Sau khi đã có đƣợc bản đồ ngập lụt và bản đồ các yếu tố nhạy cảm, luận văn
sử dụng phƣơng pháp chồng ghép bản đồ trong phầm mềm Q-GIS để tạo ra các bản
đồ rủi ro môi trƣờng tại khu vực nghiên cứu.
Nhƣ vậy, trong nội dung Chƣơng 2 đã trình bày các phƣơng pháp nghiên cứu
sẽ đƣợc áp dụng để thu thập số liệu, xử lý số liệu, xây dựng kịch bản và tính toán độ
nguy hiểm địa chấn tại khu vực nghiên cứu và đánh giá rủi ro môi trƣờng do địa
chấn.
34
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1 Đánh giá độ nguy hiểm động đất tại thủy điện Sông Lô 6
3.1.1 Đánh giá bằng phương pháp xác suất
Các bƣớc đánh giá độ nguy hiểm địa chấn tại thủy điện sông Lô 6 tuân thủ
chặt chẽ quy trình đã đƣợc trình bày trong chƣơng 2, bao gồm:
Xác định các vùng nguồn nằm trong bán kính đƣợc xác định là có thể gây
ảnh hƣởng tới đập thủy điện.
Ƣớc lƣợng các tham số xác định đặc trƣng động đất tại khu vực nghiên cứu,
dựa trên số liệu động đất lịch sử và động đất quan trắc đƣợc bằng máy.
Lựa chọn các phƣơng trình tắt dần chấn động phù hợp với khu vực nghiên
cứu
Tính toán độ nguy hiểm động đất tại vị trí đập thủy điện trong nhiều chu kỳ
thời gian khác nhau, ngoài ra xây dựng các bản đồ nguy hiểm động đất cho
khu vực.
a. Xác định các vùng nguồn gây động đất.
Phía bắc Việt Nam đƣợc coi là vùng có hoạt động động đất mạnh, thƣờng xảy
ra các trận động đất lớn và thƣờng xuyên. Chính vì vậy khoảng cách 200km từ đập
thủy điện xác định để lựa chọn các đứt gãy có thể gây động đất ảnh hƣởng tới công
trình. Dựa vào các nghiên cứu đã có trƣớc đó về các vùng nguồn địa chấn khu vực
nghiên cứu, các nhà khoa học đã xác định đƣợc hệ thống đứt gãy một cách chính
xác, chi tiết, thể hiện rõ trên bản đồ hình 3.1.
35
Nguồn: Nguyễn Hồng Phương 2004.
Hình 3.1: Hệ thống đứt gãy trong vòng bán kính 200km từ đập thủy điện Sông Lô 6
Danh mục các đới đứt gãy đƣợc xác định trong vùng ảnh hƣởng tới đập thủy
điện đƣợc xác định trên hình 2.1 và thống kê dƣới bảng 2.1.
Bảng 3.1: Các đứt gãy có ảnh hưởng tới thủy điện Sông Lô 6 (Nguyễn Hồng Phương, 2004)
Tên đứt gãy Cấp Loại Hƣớng ST T Góc cắm
1 Sơn La 1 Thuận - 80 Độ lớn động đất cực đại 7.2
- 70 7.3 2 Sông Mã 1 Nghịch
3 Sông Hồng 1 Thuận - 70 6.3
4 Sông Chảy 1 Thuận - 70 6.3
5 Sông Lô 1 - 50 5.3
TB ĐN TB ĐN TB ĐN TB ĐN Trƣợt bằng TB ĐN ĐB - 70 5.5 6 Sông Thƣơng 1 Nghịch
36
7 Vĩnh Ninh 1 Thuận - 70 6.3
8 Đông Triều - Uông Bí 1 Nghịch - 80 6.1
9 Sông Đà 2 - 80 5.3
10 Mƣờng La - Bắc Yên 2 - 70 5.4
11 Văn Sơn - Hà Giang 2 - 80 5.1
2 Nghịch - 90 5.7
12 Thái Nguyên - Bắc Cạn - Yên Minh 13 Cao Bằng - Tiên Yên 2 - 85 5.5
14 Phong Thổ 2 - 80 5.6
15 Nghĩa Lộ - Thanh Sơn 2 Thuận - 90 5.6
TN TB ĐN TB ĐN Trƣợt bằng TB ĐN Trƣợt bằng TB ĐN Trƣợt bằng TB ĐN TB ĐN Trƣợt bằng TB ĐN Trƣợt bằng TB ĐN TB ĐN
Ghi chú: TB: Tây Bắc; ĐN: Đông Nam; ĐB: Đông Bắc; TN: Tây Nam
b. Ước lượng các tham số xác định đặc trưng động đất tại khu vực nghiên cứu.
Loại bỏ tiền chấn, dư chấn khỏi danh mục động đất
Phƣơng pháp Cửa sổ loại bỏ tiền chấn, dƣ chấn đƣợc áp dụng nhằm loại bỏ
tiền, dƣ chấn đối với danh mục động đất khu vực sông Lô 6. Để thực hiện luận văn,
học viên sử dụng chƣơng trình Microsoft Excel để tạo bảng tính tự động để xác
định danh mục động đất có trận nào đƣợc coi là tiền, dƣ chấn hay không và loại bỏ
chúng. Đối với mỗi trận động đất trong danh mục động đất, cửa sổ không gian và
cửa sổ thời gian đƣợc xác định dựa vào công thức của Gardner và Knopoff (1974):
{
37
Hình 3.2: Loại bỏ tiền, dư chấn khỏi danh mục động đất
Nếu trận động đất trong danh mục nằm trong phạm vi cửa số không gian, thời
gian của trận động đất khác, nó sẽ có mối quan hệ tiền, dƣ chấn hoặc là trận động
đất chính sẽ xảy ra. Khi đó, trận động đất có độ lớn lớn hơn sẽ đƣợc giữ lại, trận
động đất có độ lớn nhỏ hơn sẽ đƣợc coi là tiền, dƣ chấn.
Để đánh giá độ nguy hiểm địa chấn cho khu vực Sông Lô 6, trong luận văn sử
dụng danh mục động đất đƣợc Viện Vật lý Địa cầu ghi nhận tại khu vực địa chấn
kiến tạo vùng nền Hoa Nam hay nền Việt Trung và vùng Miền uốn nếp Tây Việt
Nam. Đây là hai vùng địa chấn kiến tạo có các đặc trƣng về kiến tạo khác nhau nên
đƣợc chia thành 2 vùng để tính tần suất lặp lại động đất.
38
Hình 3.3: Chấn tâm động đất khu vực nghiên cứu
Dựa trên các số liệu ghi đƣợc bằng máy và các số liệu động đất lịch sử, danh
mục động đất của các phân vùng địa chấn đƣợc xác định nhƣ bảng 3.2 dƣới đây:
Bảng 3.2: Danh mục động đất của các phân vùng kiến tạo khu vực nghiên cứu
Số trận động đất sau Độ lớn Độ lớn Phân vùng kiến tạo khi loại bỏ tiền, dƣ chấn lớn nhất nhỏ nhất
Vùng Hoa Nam 99 2.3 5.8
Miền uốn nếp Tây Việt Nam 224 2.1 6.8
Xác định tần suất lặp lại động đất
Luận văn sử dụng phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu để xác định giá trị a,b
cho biểu thức Gutenberg-Richter. Gói GRTO của tác giả Daniel Amorese (đại học
Caen-Normandy – Pháp) trong chƣơng trình thống kê R đƣợc sử dụng để tính toán
ra các giá trị trong công thức trên, đƣợc áp dụng cho cả 2 phân vùng kiến tạo vùng
39
nền Hoa Nam và Miền uốn nếp Tây Việt Nam. Với mục đích sử dụng kết quả tần
suất lặp lại động đất để đánh giá độ nguy hiểm địa chấn, các trận động đất phải có
độ lớn từ 3.5 trở nên mới có thể gây ra thiệt hại về ngƣời và công trình. Chính vì
vậy luận văn áp dụng tính toán cho các danh mục động đất đã loại bỏ các trận động
đất lần lƣợt nhỏ hơn 3.5; 4; 4.5 để xác định giá trị a, b có độ chính xác cao hơn.
Kết quả áp dụng tính toán tần suất lặp lại động đất nhƣ sau:
40
Đối với vùng nền Hoa Nam: Tổng số trận động đất trong vùng: 99, độ lớn
động đất quan trắc từ 2.3 – 5.8:
Hình 3.4: Tính toán tần suất lặp lại động đất cho vùng kiến tạo Hoa Nam.
Đối với Miền uốn nếp Tây Việt Nam: Tổng số trận động đất trong vùng: 224,
độ lớn động đất quan trắc từ 2.1 – 6.8:
41
Hình 3.5: Tính toán tần suất lặp lại động đất cho Miền uốn nếp Tây Việt Nam
Theo trực quan, nhìn vào kết quả tính tần suất lặp lại động đất cho 2 phân
vùng kiến tạo khu vực nghiên cứu, mối quan hệ Gutenberg-Richter phù hợp nhất
đối với trƣờng hợp danh mục động đất với các trận có độ lớn lớn hơn hoặc bằng 4
cho cả 2 phân vùng. Khi đó đƣờng biểu diễn mối quan hệ sẽ có khít nhất với số liệu
thực tế thu thập đƣợc. Chính vì vậy, giá trị a,b tính đƣợc theo trƣờng hợp này sẽ
đƣợc sử dụng để đƣa vào đánh giá độ nguy hiểm động đất. Nhƣ vậy, đối với khu
vực nhà máy thủy điện Sông Lô 6, ta có mối quan hệ về tần suất lặp lại động đất
nhƣ sau:
- Vùng Hoa Nam: a = 4.48; b = 0.75.
42
- Miền uốn nếp Tây Việt Nam: a = 5.14; b = 0.9.
c. Lựa chọn các phương trình tắt dần chấn động cho khu vực nghiên cứu.
Dựa theo đặc điểm phân vùng địa chất kiến tạo của khu vực nghiên cứu, các
phƣơng trình tắt dần chấn động đƣợc lựa chọn dựa vào các công bố đã có của các
chuyên gia nƣớc ngoài. Các phƣơng trình thƣờng đƣợc sử dụng dựa vào đặc điểm
hoạt động địa chấn của miền Bắc Việt Nam bao gồm:
Campbell-Bozorgnia (2008)
Bore-Atkinson (2008)
Chiu-Young (2008)
Toro (1997) [12]
Luận văn cũng sử dụng các phƣơng trình tắt dần chấn động trên để đánh giá
độ nguy hiểm động đất bằng phƣơng pháp xác suất. Kỹ thuật cây logic đƣợc áp
dụng để tính toán độ nguy hiểm địa chấn cho 2 trƣờng hợp:
- Khu vực nghiên cứu thuộc vùng địa chấn hoạt động mạnh, áp dụng 3 phƣơng
trình tắt dần chấn động của Campbell-Bozorgnia (2008)[2], Bore-Atkinson (2008)
[1], Chiu-Young (2008) [3]
- Khu vực nghiên cứu thuộc vùng địa chấn hoạt động yếu, áp dụng Toro
(1997).
Campbell-Bozorgnia (2008) 0.34
Active (0.5)
Bore-Atkinson (2008) 0.33
GMPE
Chiu-Young (2008) 0.33
Stable (0.5)
Toro 1997 (1.0)
Hình 3.6: Mô hình cây logic cho phương trình tắt dần chấn động.
43
d. Tính toán độ nguy hiểm động đất tại vị trí đập thủy điện.
Để tính toán ra các thông số rung động nền, luận văn sử dụng OpenQuake –
chƣơng trình mã nguồn mở đƣợc cung cấp bởi GEM (Global Earthquake Model
Foundation). Kết quả tính toán sau đó đƣợc xử lý trong môi trƣờng GIS để đƣa ra
bản đồ rung động nền ( PGA,I) cho khu vực nghiên cứu.
e. Kết quả áp dụng phương pháp xác suất.
Chƣơng trình OpenQuake của tổ chức Global Earthquake Model đƣợc áp dụng
để tính toán độ nguy hiểm động đất bằng phƣơng pháp xác suất cho khu vực nghiên
cứu. Gia tốc cực đại nền đƣợc tính tại mỗi điểm trên toàn vùng nghiên cứu với
khoảng cách giữa các điểm tính là 5km x 5km. Các bản đồ thể hiện phân bố không
gian của gia tốc nền cực đại, cƣờng độ rung động nền đƣợc thành lập cho các chu
kỳ 145 năm, 475 năm, 950 năm.
Đơn vị để tính toán, đánh giá rung động nền cực đại do động đất gây ra thƣờng
là gia tốc nền cực đại. Tuy nhiên chúng cũng có thể quy đổi sang cƣờng độ rung
động nền qua khung tham chiếu đã đƣợc xác định. Đơn vị của gia tốc nền cực đại là
% gal, trong khi của cƣờng độ rung động nền theo khung MSK-64 đƣợc chia làm
10 cấp độ, mỗi cấp độ tƣơng đƣơng 1 khoảng giá trị PGA khác nhau.
Kết quả sau tính toán qua các chu kỳ nhƣ sau:
a) Chu kỳ 145 năm:
44
Hình 3.7: Cường độ rung động nền khu vực nghiên cứu ứng với chu kỳ 145 năm
Đối với chu kỳ 145 năm, cƣờng độ chấn động tại khu vực thủy điện Sông Lô 6
là 0.053 gal, tƣơng ứng với cƣờng độ chấn động cấp VI.
b) Chu kỳ 475 năm:
Hình 3.8: Cường độ rung động nền khu vực nghiên cứu ứng với chu kỳ 475 năm
45
Chu kỳ 475 năm có thời gian lặp lại dài hơn so với 145 năm, chính vì vậy giá
trị gia tốc nền cực đại ứng với chu kỳ 475 năm cao hơn, đạt tới 0.102 gal, tƣơng
đƣơng rung động nền cấp VII.
3.1.2 Đánh giá bằng phương pháp tất định.
Các kịch bản động đất dƣới đây đã đƣợc lựa chọn để áp dụng phƣơng pháp tất
định đánh giá khả năng rung động nền cho địa điểm nhà máy thủy điện:
- Kịch bản (1): Động đất Lục Yên năm 1954 phát sinh trên đứt gãy sông
Chảy
- Kịch bản (2): Động đất Bắc Giang năm 1961 phát sinh trên đứt gãy sông
Chảy
- Kịch bản (3): Động đất cực đoan phát sinh trên đứt gãy Sông Lô
- Kịch bản (4): Động đất cực đoan phát sinh trên đứt gãy Văn Sơn – Hà
Giang
Kết quả áp dụng phương pháp tất định.
Nhằm áp dụng phƣơng pháp tất định cho việc đánh giá độ nguy hiểm địa chấn
tại khu vực, luận văn áp dụng bộ công cụ RARE [11] đƣợc xây dựng cho mục đích
trên.
Bảng 3.1 đã tổng hợp lại các kết quả tính bằng phƣơng pháp tất định theo các
kịch bản trên, theo đó kịch bản có khả năng gây ảnh hƣởng lớn nhất tới công trình
thủy điện là kịch bản (3): động đất cực đoan xảy ra trên đới đứt gãy sông Lô. Đây là
kịch bản có độ lớn động đất không phải cao nhất, tuy nhiên chấn tâm động đất lại
gần nhất so với đập thủy điện, đồng thời độ sâu động đất kịch bản không quá lớn,
dẫn tới cƣờng độ rung động nền gây ra do động đất là lớn nhất, đạt tới cấp VII theo
thang MSK-64. Các kịch bản động đất còn lại đều gây ảnh hƣởng nhất định với vị
trí công trình, tuy nhiên cƣờng độ chấn động do các kịch bản đó gây ra đều tƣơng
đối nhỏ, đạt cấp V và cấp VI.
Bảng 3.3: Tổng hợp kết quả tính bằng phương pháp tất định
Toạ độ chấn tâm Kịch bản Độ lớn Độ sâu chấn Khoảng cách gần Rung động nền Rung động
46
Vĩ độ tiêu, km nhất tới địa điểm, km cực đại, PGA (gal) (Ms) Kinh độ
nền cực đại, I (MSK- 64)
Kịch bản hiện thực trên đới đứt gẫy Sông Hồng – Sông Chảy (động đất MCE) 1 2 104,75 22,08 104,91 21,91 0,035 0,033 28,6 43,8 5,4 5,9 VI VI 16 28
Kịch bản cực đoan trên đới đứt gẫy Sông Lô (động đất SEE)
3 5,3 104,88 22,27 0,086 12 4
4 VII Kịch bản cực đoan trên đới đứt gẫy Văn Sơn – Hà Giang (động đất SEE) V 104,91 22,30 47,37 0,018 5,1 10
1) Động đất Lục Yên năm 1954 phát sinh trên đứt gẫy Sông Chảy;
Hình 3.9: Kết quả phương pháp tất định cho kịch bản (1)
2) Động đất Bắc Giang năm 1961 phát sinh trên đứt gẫy Sông Chảy;
47
Hình 3.10: Kết quả phương pháp tất định cho kịch bản (2)
3) Động đất cực đoan phát sinh trên đứt gẫy Sông Lô;
Hình 3.11: Kết quả phương pháp tất định cho kịch bản (3)
4) Động đất cực đoan phát sinh trên đứt gẫy Văn Sơn – Hà Giang;
48
Hình 3.12: Kết quả phương pháp tất định cho kịch bản (4)
Nhƣ vậy kết quả đánh giá độ nguy hiểm địa chấn cho nhà máy thủy điện song
Lô 6 bằng cả 2 phƣơng pháp tất định và xác suất đã xác định cƣờng độ chấn động
lớn nhất có thể xảy ra tại khu vực nhà máy thủy điện Sông Lô 6 là cấp VII. Với tuổi
thọ của mỗi công trình thủy điện là khoảng 200 năm, cƣờng độ chấn động xác định
đƣợc là cấp VI (tƣơng đƣơng với chu kỳ 145 năm) và cấp VII (chu kỳ 475 năm). Để
đánh giá nhiều hơn về rủi ro địa chấn có thể gây ra cho khu vực đập thủy điện,
cƣờng độ chấn động cấp VII sẽ đƣợc sử dụng, do đánh giá rủi ro là đánh giá cho
những trƣờng hợp cực đoan nhất có thể xảy ra.
3.2 Rủi ro môi trƣờng do địa chấn tại thủy điện sông lô 6
3.2.1 Xây dựng các bản đồ ngập lụt khu vực hạ lưu đập thủy điện.
Theo thiết kế xây dựng của công trình thủy điện Sông Lô 6, dung tích hồ chứa tổng của đập thủy điện sông Lô 6 là 30.72x106 m3 nƣớc. Đây đƣợc coi là lƣợng
nƣớc có khả năng gây thiệt hại cho khu vực xung quanh nếu hiện tƣợng vỡ đập xảy
ra. Bản đồ mô hình số độ cao của khu vực đƣợc áp dụng để tính toán với các thông
số mực nƣớc dâng cho cả khu vực, qua đó tính đƣợc tổng lƣợng nƣớc phát tán ra
49
ngoài môi trƣờng, xác định đƣợc mực nƣớc dâng chính xác hơn cho kịch bản vỡ
đập.
Hình 3.13: Bản đồ mô hình số độ cao (DEM) cho khu vực Sông Lô (mét)
Dựa vào giá trị địa hình thấp nhất tại khu vực đƣợc chọn, luận văn lần lƣợt
tính các kịch bản mực nƣớc dâng lên theo độ cao tăng dần, xác định tổng lƣợng
nƣớc đã xả xuống lƣu vực do sự cố đập thủy điện. Kịch bản ngập lụt đƣợc lựa chọn
để đánh giá rủi ro môi trƣờng là kịch bản có lƣợng nƣớc đã xả xuống hạ lƣu phù
hợp nhất với lƣợng nƣớc đƣợc tính toán trong quá trình thiết kế xây dựng công trình
thủy điện. Một số kịch bản mực nƣớc dâng đƣợc thể hiện trong hình 4.2.
50
Dung tích nƣớc dƣới hạ lƣu:7.9x106 m3 Dung tích nƣớc dƣới hạ lƣu: 25.8 x106
m3
Dung tích nƣớc dƣới hạ lƣu:30.8x106 m3 Dung tích nƣớc dƣới hạ lƣu: 58.3x106 m3
Hình 3.14: Một số kịch bản nước dâng do vỡ đập thủy điện
Dựa vào dung tích hồ chứa tối đa của đập thủy điện, bản đồ mực nƣớc dâng
cho khu vực đƣợc xác định nhƣ hình 4.3. Theo nhƣ bản đồ hình 4.3, khu vực chịu
tác động lớn do ngập lụt gây ra tập trung quanh lƣu vực Sông Lô và các nhánh sông
phụ. Các khu vực trên đƣợc đặc trƣng trên bản đồ DEM ở hình 4.1 bởi địa hình thấp
hơn so với các khu vực khác.
51
Hình 3.15: Bản đồ ngập lụt nếu xảy ra sự cố đập thủy điện Sông Lô 6
Theo nhƣ bản đồ hình 4.2, các địa điểm ngập lụt tập trung quanh lƣu vực Sông
Lô và các nhánh sông. Các khu vực trên đƣợc đặc trƣng trên bản đồ DEM bởi địa
hình thấp hơn so với các khu vực khác.
3.2.2 Xây dựng bản đồ các yếu tố chịu rủi ro.
Yếu tố dễ bị tác động bởi hậu quả do ngập lụt gây ra đƣợc đánh giá trong luận
văn bao gồm nhà cửa và đƣờng giao thông. Đây là các yếu tố có vị trí cố định,
không có khả năng di dời khi có sự cố xảy ra.
a. Bản đồ nhà cửa.
Bản đồ nhà cửa đƣợc xây dựng trên nền tảng GIS thông qua chƣơng trình
QGIS 2.18 và các Plugin hỗ trợ. Vị trí địa lý của chúng đƣợc hiển thị trên bản đồ
ảnh vệ tinh của Google tích hợp ngay trong phần mềm QGIS. Từ đây thông tin về
nhà cửa đƣợc số hóa và bổ sung thêm các thông tin về chiều cao nhà, kết cấu nhà,
mục đích sử dụng. Dữ liệu không gian nhà cửa có thể đƣợc biểu thị dƣới dạng điểm
hoặc polygon. Trong khi dữ liệu điểm chỉ thể hiện đƣợc 1 vị trí duy nhất của nhà
52
cửa trên bản đồ thì dữ liệu dạng polygon sẽ thể hiện đƣợc cả hình chiếu của nhà cửa
trên mặt đất, bao gồm cả bề rộng và bề ngang. Tuy nhiên với mục đích xác định ảnh
hƣởng của ngập lụt tới nhà cửa, dữ liệu dạng điểm đã chứa đủ thông tin để có thể
đánh giá. Bản đồ nhà cửa xung quanh khu vực nghiên cứu đã đƣợc tác giả luận văn
số hóa nhƣ trong hình 4.4.
Dữ liệu quan trọng nhất về nhà cửa sẽ đƣợc sử dụng trong luận văn bao gồm
vị trí địa lý và chiều cao căn nhà. Vị trí địa lý của nhà cửa sẽ đƣợc sử dụng kết hợp
với bản đồ ngập lụt tạo thành bản đồ các căn nhà sẽ bị ảnh hƣởng. Mức độ ảnh
hƣởng đƣợc quyết định dựa trên tỉ lệ về chiều cao của từng căn nhà bị ngập trong
nƣớc. Kết hợp bản đồ ngập lụt và chiều cao nhà sẽ có đƣợc các thông tin trên.
Bản đồ nhà của đƣợc thành lập với 1016 công trình nằm rải rác quanh khu vực
nghiên cứu về phía hạ lƣu của đập thủy điện. Các công trình xây dựng tập trung
nhiều cạnh các trục đƣờng giao thông chính.
Hình 3.16: Dữ liệu nhà cửa đã được số hóa xung quanh khu vực nghiên cứu
53
b. Bản đồ đường giao thông.
Tƣơng tự với yếu tố nhà cửa, bản đồ đƣờng giao thông tại khu vực nghiên cứu
cũng đƣợc thành lập dựa trên việc số hóa bản đồ ảnh vệ tinh của Google. Ngoài việc
vị trí địa lý của các đƣờng giao thông đƣợc thể hiện thông qua các lớp bản đồ dạng
đƣờng, mỗi một tuyến đƣờng còn đƣợc phân chia dựa vào cấp bậc nhƣ đƣờng liên
huyện, đƣờng xã, đƣờng dân sinh. Bản đồ đƣờng giao thông đƣợc tác giả thành lập
dựa trên bản đồ Google map với 3 đoạn đƣờng liên huyện, 12 đoạn đƣờng liên xã
và 40 đoạn đƣờng dân sinh.
Hình 3.17: Dữ liệu về đường giao thông xung quanh khu vực nghiên cứu
3.2.3 Rủi ro môi trường do vỡ đập thủy điện.
Bản đồ ngập lụt và các bản đồ nhà cửa, giao thông đã đƣợc chuẩn bị để xác
định ảnh hƣởng của sự cố vỡ đập. Chƣơng trình QGIS tạo môi trƣờng cho ngƣời
dùng chồng ghép, phân tích số liệu trên các lớp bản đồ cả dạng raster và vector.
Đối với dữ liệu nhà cửa, thuộc tính không gian đƣợc thành lập dƣới dạng
điểm, vì vậy phƣơng pháp tách số liệu raster cho 1 lƣới điểm là vị trí nhà cửa sẽ
54
đƣợc thực hiện, qua đó biết đƣợc tại vị trí nhà đang xét, nƣớc do vỡ đập có làm
ngập nhà hay không và giá trị độ sâu mực nƣớc ngập nếu có. Kết hợp với độ cao
nhà đƣợc lƣu trữ trong dữ liệu thuộc tính, luận văn sẽ đƣa ra mức độ ảnh hƣởng do
ngập lụt tới từng địa điểm.
Hình 3.18: Bản đồ nhà cửa bị ảnh hưởng bởi ngập lụt
Xác định các công trình xây dựng thuộc trong vùng bị ảnh hƣởng bởi ngập lụt
là một phần trong đánh giá rủi ro do địa chấn xảy ra xung quanh đập thủy điện. Tuy
nhiên mức độ ảnh hƣởng của ngập lụt với các nhà có kết cấu, chiều cao khác nhau
sẽ khác nhau. Điều này ảnh hƣởng rất lớn nếu đánh giá rủi ro đƣợc áp dụng phục vụ
việc cứu hộ, cứu trợ. Chính vì thế chiều cao công trình đƣợc đƣa vào áp dụng. Mặc
dù công trình xây dựng nằm ở khu vực ngập nông hơn so với những khu khác
nhƣng lại cần đƣợc hỗ trợ, chịu rủi ro cao hơn do cấu trúc công trình không đảm
bảo, chiều cao thấp dẫn tới dễ bị ngập sâu trong nƣớc. Kết hợp độ sâu ngập lụt với
độ cao nhà đƣợc lƣu trữ trong dữ liệu thuộc tính, luận văn sẽ đƣa ra mức độ ảnh
55
hƣởng do ngập lụt tới từng địa điểm. Kết quả mức độ ảnh hƣởng do ngập lụt tới
từng công trình xây dựng đƣợc thể hiện ở hình 4.7.
Hình 3.19: Mức độ ngập lụt đối với nhà cửa
Đối với dữ liệu về đƣờng giao thông, bản đồ ngập lụt sẽ đƣợc chuyển từ dạng
raster sang vector để dễ dàng xử lý với số liệu dạng đƣờng của giao thông. Phƣơng
pháp chồng ghép bản đồ đƣợc áp dụng, xác định các đoạn đƣờng nằm trong khu
vực bị ngập lụt nhƣ trong hình 4.8. Phép đo chiều dài đoạn đƣờng bị ngập cũng
đƣợc tự động thực hiện trong môi trƣờng GIS, cung cấp số liệu chính xác nhằm tổ
chức công tác cứu hộ nếu ngập lụt làm chặn đƣờng đi.
Với kịch bản ngập lụt nhƣ trên, tổng số chiều dài đƣờng sẽ bị ảnh hƣởng đƣợc
thể hiện trong Bảng 4.1 .
Bảng 3.4: Chiều dài đường giao thông bị ảnh hưởng bởi ngập lut
Đƣờng liên huyện Đƣờng liên xã Đƣờng dân sinh
Chiều dài đoạn 4268 m 7890 m 3907 m bị ảnh hƣởng
56
Hình 3.20: Ảnh hưởng của ngập lụt tới đường giao thông.
Nhƣ vậy, bằng việc áp dụng mô hình ngập lụt đơn giản cùng công nghệ GIS
nhằm số hóa các bản đồ nhà cửa, đƣờng giao thông, luận văn đã bƣớc đầu đánh giá
rủi ro gây ra do sự cố đập thủy điện. Nhà cửa và đƣờng giao thông chỉ là 2 yếu tố cơ
bản để đánh giá rủi ro do vỡ đập thủy điện gây ra bởi địa chấn, có rất nhiều yếu tố
có thể bổ sung, đặc biệt là các yếu tố về môi trƣờng.
Thông qua việc đánh giá độ nguy hiểm địa chấn và xây dựng các bản đồ rủi
ro môi trƣờng, luận văn cho thấy tại khu vực thủy điện Sông Lô 6 có khả năng gây
ra nhiều rủi ro đối với các yếu tố nhạy cảm nhƣ nhà cửa, đƣờng giao thông. Để dự
báo và giảm nhẹ thiệt hại với tình huống có thể xảy ra, việc áp dụng, nghiên cứu các
công cụ mô hình hóa dự báo trƣớc đƣợc các khu vực ảnh hƣởng sẽ góp phần rất lớn
trong công tác phòng ngừa, ứng phó nếu sự cố xảy ra.
57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Luận văn đã áp dụng phƣơng pháp tất định và phƣơng pháp xác suất vào đánh
giá độ nguy hiểm địa chấn tại khu vực thủy điện Sông Lô 6. Kết quả đánh giá cho
thấy cƣờng độ rung động nền lớn nhất có thể xảy ra tại khu vực đập thủy điện sông
Lô 6 là cƣờng độ cấp VII theo thang đo MSK-64. Đây là cƣờng độ động đất có thể
gây hƣ hại nhà cửa và các công trình xây dựng. Đối với khu vực các đập thủy điện
còn nguy hiểm hơn nữa khi việc tích nƣớc tại hồ chứa đã tạo áp lực rất lớn cho công
trình, dƣới tác động cấp VII do động đất có thể gây ra.
Luận văn cũng đã đánh giá rủi ro do sự cố vỡ đập thủy điện gây ra đối với 2
yếu tố nhà cửa và giao thông. Mặc dù đây mới chỉ là bƣớc đầu tiên trong đánh giá
rủi ro môi trƣờng nhƣng cũng phần nào cho thấy đƣợc ảnh hƣởng to lớn của sự cố
vỡ đập do địa chấn gây ra đối với môi trƣờng xung quanh cũng nhƣ cuộc sống con
ngƣời. Công nghệ GIS cũng cho thấy đƣợc khả năng áp dụng cao trong việc xử lý
dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Chúng có thể đƣợc sử dụng không chỉ cho
thành lập bản đồ mà còn có thể sử dụng trong công việc nghiên cứu, mô hình hóa,
vv.
KIẾN NGHỊ
Trong luận văn, đánh giá rủi ro vẫn dừng lại ở việc đặt tiền đề cho các nghiên
cứu sau này về quy trình đánh giá rủi ro môi trƣờng cho nhà máy thủy điện nói
riêng và cho tất cả các địa điểm đáng đƣợc lƣu tâm nói chung. Phƣơng pháp đánh
giá rủi ro bằng công nghệ GIS không chỉ có thể áp dụng cho nhà cửa, giao thông mà
còn có thể áp dụng cho rất nhiều các yếu tố khác, trong đó có yếu tố môi trƣờng. Số
liệu đƣợc sử dụng trong luận văn cũng đang dừng lại ở mức thử nghiệm, kiểm tra
khả năng hoạt động của phƣơng pháp đánh giá rủi ro. Để có đƣợc những nghiên cứu
sâu hơn, đảm bảo hơn về mặt thực tiễn cũng nhƣ mô hình, rất cần có những tìm hiểu
sâu về cả mô hình hóa thủy động lực học lẫn khảo sát thực địa để có đƣợc các dữ
liệu chính xác, sát thực tế hơn.
58
59
DANH MỤC BÀI BÁO
1. Nguyen Hong Phuong, Pham The Truyen, Nguyen Ta Nam (2016),
”Probabilistic seismic hazard assessment for the Tranh River hydropower
plant No2 site, Quang Nam province”, Vietnam Journal of Earth Sciences.
DOI: 10.15625/0866-7187/38/2/8601
2. Bui Thi Nhung, Nguyen Hong Phuong, Nguyen Ta Nam (2017). ”Assessment of
earthquake-induced ground liquefaction susceptibility for Hanoi city using
geological and geomorphologic characteristics”, Vietnam Journal of Earth
Sciences. DOI: 10.15625/0866-7187/39/2/9448
3. Bui Thi Nhung, Nguyen Hong Phuong, Pham The Truyen, Nguyen Ta Nam
(2017) “Assessment of earthquake-induced liquefaction hazard in urban
areas of Hanoi city using LPI method”. Vietnam Journal of Earth Sciences,
40(1), 78-96, DOI: 10.15625/0866-7187/40/1/10972.
4. Nguyen Hong Phuong, Nguyen Ta Nam, Pham The Truyen. “Development of a
Web-GIS based decision support system for earthquake warning services in
Vietnam”, Vietnam Journal of Earth Sciences, 40(3), 193-206, DOI:
10.15625/0866-7187/40/3/12638.
5. Phuong Hong Nguyen, Truyen The Pham, Nam Ta Nguyen. “Investigation of
long-term and short-term seismicity in Vietnam”, Journal of Seismology
(2019), DOI: 10.1007/s10950-019-09846-x.
60
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
1. Nguyễn Đình Xuyên (chủ biên): 2004: Nghiên cứu dự báo động đất và dao
động nền lãnh thổ Việt Nam. Báo cáo tổng kết đề tài độc lập cấp nhà nước
(2000-2002). Hà Nội, (Lưu trữ tại Viện Vật lý Địa cầu). 115 trang
2. Nguyễn Đình Xuyên, 1989: Phân vùng động đất lãnh thổ Việt Nam. Tc. Các
Khoa học về Trái Đất, T.11, 3-4, 40-50.
3. Nguyễn Đình Xuyên và nnk, 1997: Tính động đất và độ nguy hiểm động đất
trên lãnh thổ Việt Nam. Thành tựu nghiên cứu vật lý địa cầu 1987-1997, 34-
91.
4. Nguyễn Hồng Phƣơng, Nguyễn Hồng Lân, Phạm Thanh Lƣơng (2002), “Áp
dụng các mô hình phân tích không gian để đánh giá độ nguy hiểm động đất.”,
Tạp chí Các khoa học trái đất, 20(1), 81-96, DOI:
https://doi.org/10.15625/0866-7187/24/1/11381.
5. Nguyễn Hồng Phƣơng. “Bản đồ độ nguy hiểm động đất Việt nam và Biển
Đông”. Tạp chí Các khoa học về Trái Đất, 26(2), 97-111, 2004.
6. Nguyễn Hồng Phƣơng, 1997: Đánh giá động đất cực đại cho các vùng nguồn
chấn động ở Việt Nam bằng tổ hợp các phƣơng pháp xác suất.. In trong: Các
công trình nghiên cứu địa chất và địa vật lý biển. Tập 3. H- Khoa học và Kỹ
thuật.
7. Nguyển Khắc Mão, I.A Rezanov, 1968: Sơ đổ phân vùng động đất miền Bắc
Việt Nam
Tiếng anh
8. Boore D.M. and Atkinson G.M., (2008), “Ground-Motion Prediction
Equations for the Average Horizontal Component of PGA, PGV, and 5%-
Damped PSA at Spectral Periods between 0.01 s and 10.0 s”, Earthquake
Spectra, 24(1), 1-341.
61
9. Bui Thi Nhung, Nguyen Hong Phuong, Nguyen Ta Nam (2017). ”Assessment
of earthquake-induced ground liquefaction susceptibility for Hanoi city using
geological and geomorphologic characteristics”, Vietnam Journal of Earth
Sciences. DOI: 10.15625/0866-7187/39/2/9448
10. Bui Thi Nhung, Nguyen Hong Phuong, Pham The Truyen, Nguyen Ta Nam
(2017) “Assessment of earthquake-induced liquefaction hazard in urban areas
of Hanoi city using LPI method”. Vietnam Journal of Earth Sciences, 40(1),
78-96, DOI: 10.15625/0866-7187/40/1/10972.
11. Campbell K.W. and Bozorgnia Y., (2008), “NGA Ground Motion Model for
the Geometric Mean Horizontal Component of PGA, PGV, PGD and 5%
Damped Linear Elastic Response Spectra for Periods Ranging from 0.01 to
10s”, Earthquake Spectra, 24(1), 1-341.
12. Chiou B.S.-J. and Youngs R.R., (2008), “An NGA Model for the Average
Horizontal Component of Peak Ground Motion and Response Spectra”,
Earthquake Spectra, 24(1), 1-341.
13. Cornell, C.A., (1968), “Engineering seismic risk analysis.” Bull. Seis. Soc.
Amer., 58(5), 1583-1606.
14. Gardner, J. K., and L. Knopoff (1974), Sequence of Earthquakes in
SouthernCalifornia, with Aftershocks Removed, Poissonian, Bulletin of the
Seismological Society of America, 64(15), 1363-1367. McGuire, R. K., 1976.
FORTRAN computer program for seismic risk ana-. lysis, U.S. Geol. Surv.
Open-File Rept. 76-67.
15. P. Palacios, I. Molina, M. Segovia, 2006. "The Gutenberg–Richter Law:
assumptions, limitations and interpretations", Statistics in Volcanology, H. M.
Mader, S. G. Coles, C. B. Connor, L. J. Connor
16. Nguyen Hong Phuong. Probabilistic Assessment of Earthquake Hazard in
Vietnam based on Seismotectonic Regionalization. TectoNo physics, Elsevier
Science Publisher, Amsterdam, 198, 1991.
62
17. Nguyen Hong Phuong, Pham The Truyen. Probabilistic seismic hazard maps
of Vietnam and the East Vietnam Sea. Journal of Marine Science and
Technology, DOI: 10.15625/1859-3097/15/1/6083
18. Nguyen Hong Phuong, Pham The Truyen, Nguyen Ta Nam (2016).
”Probabilistic seismic hazard assessment for the Tranh River hydropower plant
No2 site, Quang Nam province”, Vietnam Journal of Earth Sciences. DOI:
10.15625/0866-7187/38/2/8601.
19. Phuong Hong Nguyen, Truyen The Pham, Nam Ta Nguyen. “Investigation of
long-term and short-term seismicity in Vietnam”, Journal of Seismology, DOI:
10.1007/s10950-019-09846-x.
20. Nguyen Hong Phuong, Nguyen Ta Nam, Pham The Truyen (2018)
“Development of a Web-GIS based decision support system for earthquake
warning services in Vietnam”, Vietnam Journal of Earth Sciences, 40(3), 193-
206, DOI: 10.15625/0866-7187/40/3/12638.
21. Pham Van Thuc and Kijko, A., 1985. Estimation of maximum magnitude and
seismic hazard in Southeast Asia and Vietnam. Acta Geophys. Pol.,
XXX111(4), 377-387.
22. Toro, G. R., Abrahamson, N. A., and Schneider, J. F., (1997), “Engineering
model of strong ground motions from earthquakes in the central and eastern
United States”, Seismological Research Letters, 68(1), 41-57.
23. Openquake Official website: https://www.globalquakemodel.org/, last
accessed: 2019.
63
