Nghiên cứu mô phỏng sóng lũ do vỡ đập trong các lưu vực sông tại Trung tâm công nghệ phần mềm Thủy lợi, Viện Khoa học Thủy Lợi

Nghiên cứu mô phỏng sóng lũ do vỡ đập trong các lưu vực sông tại Trung

tâm công nghệ phần mềm Thủy lợi, Viện Khoa học Thủy Lợi

An toàn của đập, cống, đê,... có tầm quan trọng đặc biệt. Những công trình đó bị

đổ vỡ là thảm họa trên những vùng rộng lớn. An toàn đập là một chủ đề lớn thu

hút sự tập trung nghiên cứu của rất nhiều nhà khoa học, chuyên gia trên thế giới và

gần đây đã tạo nên những công nghệ rất hiện đại. Chúng tôi sẽ có dịp đề cập đến

chủ đề này. Phân tích vỡ đập là một trong những bài toán khó của thủy lực học, đã

được nghiên cứu từ lâu và được xét đến khi thiết kế những đập lớn, những đập liên

hoàn trong hệ thống bậc thang, trong lưu vực để xác định các biện pháp cần thiết

đảm bảo an toàn và phòng hộ thích đáng. Dưới đây là bài giới thiệu tóm tắt kết

quả nghiên cứu ứng dụng vào thực tế thiết kế một số đập tại Trung tâm Công nghệ

Phần mềm (Viện Khoa hoc Thủy lợi)

Đánh giá các nguy cơ lũ lụt, sinh ra bởi các sự cố vỡ đập đang là vấn đề hết

sức cần thiết và có tính thời sự trên thế giới và Việt Nam. Tại Pháp, tất cả các đập

thuỷ điện có chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu lớn hơn 20m đều phải xây dựng

các kế hoạch phòng hộ trong trường hợp rủi ro vỡ đập. Việc xây dựng trong tương

lai đập Sơn La ở thượng nguồn sông Đà một mặt làm tăng khả năng chống lũ,

nhưng mặt khác cũng tiềm ẩn một nguy cơ: sự cố vỡ đập sẽ là một thảm hoạ. Vì

vậy việc đánh giá sự cố vỡ đập và xây dựng các kế hoạch phòng hộ, sơ tán là công

việc hết sức cần thiết.

Các nghiên cứu về bài toán vỡ đập và mô phỏng sóng lũ do vỡ đập tại hạ lưu

đã được bắt đầu nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ phần mềm Thủy lợi từ năm

2002. Trong khuôn khổ dự án "Nâng cao năng lực các Viện ngành nước" thuộc dự

án DANIDA các cán bộ tại Trung tâm đã thực hiện đề tài nghiên cứu thử nghiệm

"Nghiên cứu lũ và lũ do vỡ đập trong hệ thống sông Hồng-Thái Bình" từ năm 2002

– 2003.

Trong nghiên cứu này đã thiết lập các mô hình thuỷ động một chiều và giả hai

chiều cho hệ thống sông Hồng-Thái bình và mô hình mô phỏng sóng vỡ đập được

xây dựng theo qui trình chuẩn về xây dựng các mô hình toán: Mô hình = chương

trình + dữ liệu. Mô hình toán được thiết lập theo các bước như sau:

§ Chọn chương trình: các phần mềm họ MIKE

§ Thiết lập mạng tính toán và các thành phần của mạng tính toán, bao gồm mạng

tính toán trong sông và các ô lũ tràn bằng các công cụ MIKE 11 và MIKE 11 GIS.

Phân chia lưu vực bằng MIKE BASIN từ các bản đồ mô hình số.

§ Sơ đồ tính trong sông bao gồm toàn bộ mạng sông Hồng-Thái Bình với các số

liệu mới nhất có thể có được. Việc phân chia các ô chứa lũ được dựa trên các bản

đồ số, các cao trình của các đường giao thông Kiểm tra và hiệu chỉnh, kiểm định

mô hình

Sau đó sử dụng mô hình toán này để nghiên cứu lũ do sóng vỡ đập các hồ Sơn La

và Hòa Bình dối với hạ du, đặc biệt là thủ đô Hà Nội. Phân tích kết quả tính toán

cho thấy:

§ Khoảng cách thời gian vỡ 2 đập Sơn La và Hoà Bình tính trung bình khoảng 22

giờ khi giả thiết đập Sơn La vỡ 3 cửa và khoảng 19 giờ khi Sơn La vỡ 4 cửa.

§ Thời gian từ khi vỡ đập Hoà Bình đến khi lưu lượng đạt giá trị lớn nhất vào

khoảng 2 giờ (Vì thời gian ghi số liệu trong mô hình là 1 giờ một lần do phải tiết

kiệm thời gian tính toán, cũng như hạn chế độ lớn của tệp)

§ Thời gian truyền đỉnh lũ tính theo mực nước từ khi vỡ đập Hoà Bình đến Sơn

Tây là 24.33 giờ.

§ Xét đến vận tốc, lưu lượng, mực nước ta có bức tranh tương tự: các đại lượng

này tại Hà đạt giá trị lớn nhất sớm hơn vận tốc tại Sơn Tây và sớm hơn cả các lưu

lượng đạt giá trị lớn nhất tương ứng. Điều này bị ảnh hưởng bởi 2 nguyên nhân.

Chế độ xả của hồ Hoà bình khi bắt đầu vỡ đập Sơn La. Lưu lượng xả lớn nhất đến

34000 m3/s tại Hồ Hoà Bình gây cho vận tốc Hà Nội đạt giá trị lớn nhất là chủ yếu.

Khi lũ do vỡ đập truyền xuống hạ lưu, thì bị tràn qua đê ở trước Sơn Tây một phần,

còn phần lớn vẫn ảnh hưởng đến việc gia tăng các đại lượng Thuỷ lực tại Sơn Tây.

Nhưng sau đó thì một phần lớn dòng lũ tràn vào khu trũng trong lưu vực sông Đáy,

qua các tràn Hát Môn Thượng, Hát Môn Hạ, cống Vân Cốc và đập Đáy và các

tuyến đê nên ảnh hưởng của dòng lũ đến các đại lượng thuỷ lực tại Hà Nội không

lớn.

Hình Error! Bookmark not defined. là bản đồ lũ do vỡ đập cho lũ 1000 năm,

dạng 1996

Hình Error! Bookmark not defined.. Bản đồ lũ cho lũ 1000 năm, dạng 1996

Nghiên cứu thứ hai về mô phỏng sóng lũ do vỡ đập được thực hiện vào các năm

2004-2005 trong dự án “Quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Hương”.

Trong dự án này, đã thiết lập mô hình toán nghiên cứu lũ và lũ do vỡ đập lưu vực

sông Hương với giả thiết đã coa hai hồ chứa Tả Trạch và Bình Điền. Dưới đây là

hình ảnh minh họa bản đồ ngập lụt ứng với độ sâu lớn nhất khi vỡ đập Tả Trạch.

Hình Error! Bookmark not defined.. Bản đồ ngập lụt ứng với độ sâu lớn nhất khi

vỡ đập Tả Trạch lưu vực sông Hương

Qua hai nghiên cứu này, Trung tâm Công nghệ phần mềm Thủy lợi đã nắm vững

các kỹ ng xây dựng các mô hình toán mô phỏng lũ và lũ do vỡ đập trong các lưu

vực sông, phục vụ các công tác nghiên cứu, lập báo cáo đầu tư và thiết kế các hồ

chứa và hệ thống hồ chứa. Hiện nay, các kỹ năng và công nghệ nêu trên đã được

ứng dụng để thực hiện nhiệm vụ do chính phủ giao là xây dựng qui trình vận hành

liên hồ chứa trên sông Đà và sông Lô.

TS. Nguyễn Văn Hạnh-PGĐ Trung tâm Phần mềm, Viện Khoa học Thủy Lợi