Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá rủi ro lũ lụt vùng hạ du hồ chứa do xả lũ lớn, vỡ đập - Ứng dụng cho hồ chứa nước Ngàn Trươi, tỉnh Hà Tĩnh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu đánh giá rủi ro lũ lụt vùng hạ du hồ chứa do xả lũ lớn, vỡ đập - Ứng dụng cho hồ chứa nước Ngàn Trươi, tỉnh Hà Tĩnh" được nghiên cứu với mục tiêu: Xây dựng phương pháp đánh giá rủi ro lũ lụt vùng hạ du hồ chứa do xả lũ lớn và vỡ đập, chi tiết vào tài sản nhà ở; Xây dựng được các đường cong thiệt hại cho ba loại nhà ở thông dụng ở Việt Nam khi xét đồng thời đến độ sâu ngập và vận tốc dòng chảy lũ cho hai trường hợp lũ lên nhanh và lũ lên chậm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá rủi ro lũ lụt vùng hạ du hồ chứa do xả lũ lớn, vỡ đập - Ứng dụng cho hồ chứa nước Ngàn Trươi, tỉnh Hà Tĩnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LƯƠNG THỊ THANH HƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ RỦI RO LŨ LỤT VÙNG HẠ DU HỒ CHỨA DO XẢ LŨ LỚN, VỠ ĐẬP – ỨNG DỤNG CHO HỒ CHỨA NƯỚC NGÀN TRƯƠI, TỈNH HÀ TĨNH Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số: 9580202 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2024
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái PGS.TS. Mai Văn Công Phản biện 1: PGS.TS Phùng Vĩnh An Phản biện 2: PGS.TS Lưu Thị Diệu Chinh Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Thanh Hùng Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại Trường Đại học Thuỷ Lợi, 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Thiệt hại kinh tế do thiên tai khoảng 520 tỷ USD mỗi năm trên toàn cầu, trong đó thiệt hại do lũ lụt chiếm khoảng 80%; và hàng chục ngàn người chết do lũ lụt Thiệt hại về nhà ở và công trình xây dựng là yếu tố được quan tâm hàng đầu do ảnh hưởng đến người dân và an sinh xã hội. Theo báo cáo của Liên Hợp Quốc, khoảng 23 triệu người bị ảnh hưởng bởi lũ lụt trong năm 2019, trong đó trên 10 triệu người mất . Tại Việt Nam, thiệt hại kinh tế từ lũ lụt tại Việt Nam ước tính hàng tỷ USD mỗi năm, đặc biệt trong mùa mưa bão. Cùng với sự phát triển kinh tế, vùng hạ du của các hồ chứa nước vừa và lớn trở thành nơi tập trung đông dân cư và các hoạt động kinh tế, tạo ra những thách thức nghiêm trọng về an toàn và khả năng ứng phó với ngập lụt. Theo quan điểm hiện đại về an toàn đập, an toàn đập không chỉ được hiểu đơn thuần là sự an toàn của công trình đập, mà còn phải xem xét an toàn trong mối quan hệ với các yếu tố thượng và hạ lưu, trong đó định lượng rủi ro của lũ lụt do xả lũ và sự cố đập từ hồ chứa tác động đối với hạ du không chỉ cung cấp cơ sở cho các biện pháp công trình nâng cao an toàn đập mà còn cho biện pháp quản lý nhằm giảm thiểu rủi ro lũ lụt. Nguy cơ vỡ đập tiềm ẩn trong mỗi đợt mưa bão tại Việt Nam cũng là yếu tố cần được xem xét tới, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng hiện nay. Các tình huống xả lũ lớn, vỡ đập có thể dẫn đến hiện tượng lũ lụt đột ngột; dòng chảy từ hồ chứa có lưu lượng và lưu tốc lớn, tàn phá các công trình hạ tầng, đặc biệt là của người dân, đe dọa an toàn của cộng đồng hạ du. Do đó, việc đánh giá rủi ro do hồ chứa xả lũ lớn và vỡ đập, trong đó có xét đến tác động của vận tốc dòng chảy, là cần thiết để định lượng rủi ro, từ đó giảm thiểu các tác động tiêu cực và bảo vệ tài sản và người, ở hạ du các hồ chứa vừa và lớn. Vì vậy, đề tài nghiên cứu của luận án: “Nghiên cứu đánh giá rủi ro lũ lụt vùng hạ du hồ chứa do xả lũ lớn, vỡ đập - Ứng dụng cho hồ chứa nước Ngàn Trươi, tỉnh Hà Tĩnh” là rất cần thiết, có tính thời sự, khoa học và thực tiễn. 2. Mục tiêu nghiên cứu  Xây dựng phương pháp đánh giá rủi ro lũ lụt vùng hạ du hồ chứa do xả lũ lớn và vỡ đập, chi tiết vào tài sản nhà ở.  Xây dựng được các đường cong thiệt hại cho ba loại nhà ở thông dụng ở Việt Nam khi xét đồng thời đến độ sâu ngập và vận tốc dòng chảy lũ cho hai trường hợp lũ lên nhanh và lũ lên chậm.  Phát triển thêm các mô đun mã nguồn mở hàm thiệt hại liên kết với phần mềm Riskscape để hoàn thiện bộ công cụ tính toán thiệt hại do lũ gây ra. 3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: Rủi ro lũ lụt do hồ chứa xả lũ lớn, vỡ đập 1
 Phạm vi nghiên cứu: i) Phạm vi không gian: vùng hạ du đập hồ chứa thủy lợi, thủy điện vừa và lớn; ii) Phạm vi đối tượng nghiên cứu: thiệt hại đường giao thông, lúa và chi tiết vào thiệt hại của nhà ở do xả lũ lớn hay vỡ đập. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp điều tra, thu thập tài liệu; Phương pháp phân tích thống kê; Phương pháp mô hình toán (ETABS, Riskscape); Phương pháp GIS; Phương pháp chuyên gia. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn  Kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện cơ sở khoa học và thực tiễn trong đánh giá thiệt hại kinh tế do hồ chứa xả lũ lớn và vỡ đập gây ra cho khu vực hạ du hồ chứa.  Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo có giá trị cho các đơn vị quản lý hồ đập, các cấp chính quyền trong việc xây dựng các giải pháp ứng phó nhằm giảm thiểu thiệt hại kinh tế khu vực hạ du khi hồ chứa xả lũ lớn và do sự cố hồ đập gây ra. 6. Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu giới thiệu Luận án, phần kết luận, kiến nghị, Luận án gồm 4 chương sau: Chương 1: Tổng quan về rủi ro lũ lụt và ảnh hưởng của hồ chứa nước đến ngập lụt hạ lưu. Chương 2: Cơ sở khoa học bài toán nghiên cứu rủi do lũ lụt vùng hạ du hồ chứa. Chương 3: Xây dựng đường cong thiệt hại nhà ở do ngập lụt. Chương 4: Ứng dụng đánh giá thiệt hại do lũ lụt hạ du hồ chứa Ngàn Trươi. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RỦI RO LŨ LỤT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ CHỨA NƯỚC ĐẾN NGẬP LỤT HẠ DU 1.1 Định nghĩa rủi ro, thiệt hại do lũ lụt và phạm vi áp dụng trong luận án Liên Hợp Quốc (LHQ) định nghĩa rủi ro là “những thiệt hại tiềm tàng về tính mạng, thương tích, hủy hoại/hư hỏng tài sản có thể xảy ra đối với một hệ thống, xã hội hoặc cộng đồng trong một khoảng thời gian cụ thể. Tính theo xác suất, rủi ro là hàm số của hiểm họa thiên tai, mức độ tiếp xúc với thiên tai, tính dễ bị tổn thương và năng lực. Khái niệm rủi ro được phân biệt theo cách tiếp cận Rủi ro xác định (Deterministic approaches) và Rủi ro xác suất (Probabilistic methods), trong đó Phương pháp tiếp cận Rủi ro xác định được sử dụng để đánh giá tác động của hiểm họa đối với một kịch bản nhất định Trong bài toán ngập lụt hạ du hồ chứa nước, rủi ro lũ lụt tổng quát nhất theo tiếp cận rủi ro xác suất có thể được xác định dựa trên hai yếu tố chính: xác suất xảy ra sự kiện ngập lụt và hậu quả mà nó gây ra. Trong phạm vi luận án không tập trung giải quyết bài toán đánh giá xác suất của các sự kiện. Do đó, bài toán đánh giá rủi ro lũ lụt xem xét dựa trên tiếp cận rủi ro xác định là đánh giá tác động của hiểm họa lũ lụt ứng với một kịch bản hay đánh giá thiệt hại tiềm tàng của kịch bản lũ lụt đang xét đối với tài sản, con người, kinh tế và môi trường vùng hạ du. Hầu hết các đánh giá thiệt hại do lũ lụt đều tập trung vào đánh giá thiệt hại về kinh tế là hữu hình trực tiếp; nghiên cứu của luận án đánh giá 2
thiệt hại cho 3 loại tài sản đất nông nghiệp, đường giao thông và nhà ở. 1.2 Tổng quan về các nghiên cứu trên thế giới Nghiên cứu về rủi ro lũ lụt đã được thực hiện rộng rãi trên toàn cầu, với nhiều phương pháp và công nghệ hiện đại được áp dụng để phục vụ cho các mục đích quản lý rủi ro, như: Sử dụng công nghệ viễn thám và mô hình thủy lực để xây dựng bản đồ ngập lụt, phục vụ cho công tác dự báo, cảnh báo và quản lý thiên tai… Các nghiên cứu thường về tổn thương xã hội và Tổn thương về kinh tế. Thiệt hại về kinh tế do lũ lụt được ước tính thông qua thành phần dễ bị tổn thương dưới tác động của hiểm họa, nghĩa là sử dụng các hàm số thiệt hại hay đường cong thiệt hại cho mỗi mức độ hiểm họa nhất định. Việc ước tính thiệt hại thường sử dụng các phương pháp truyền thống như Phương pháp Chi phí thay thế (Replacement Cost Method) và Phương pháp Giá trị kinh tế (Economic Value Method). Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc kết hợp nhiều phương pháp đánh giá sẽ cung cấp cái nhìn toàn diện hơn về thiệt hại do lũ lụt. Phân tích chi phí-lợi ích (Cost- Benefit Analysis) là công cụ quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của các biện pháp giảm thiểu rủi ro. Hàm thiệt hại là một công cụ quan trọng trong đánh giá thiệt hại về kinh tế do lũ lụt. Hàm thiệt hại được định nghĩa là một hàm số toán học hoặc thống kê mô tả mối quan hệ giữa các yếu tố tác động của lũ lụt, bao gồm độ sâu ngập, tốc độ dòng chảy, và thời gian ngập với mức độ thiệt hại của các tài sản, cơ sở hạ tầng… Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra mối liên hệ giữa độ sâu ngập và thiệt hại tài sản, như thiệt hại nhà, đất nông nghiệp.. Tại Đông Nam Á, các nghiên cứu cũng tập trung vào độ sâu ngập để ước lượng rủi ro và thiệt hại cho khu vực, sử dụng các hàm thiệt hại đã được xây dựng của các nước phát triển trên thế giới. xu hướng nghiên cứu của những nước này là xây dựng các đường thiệt hại riêng biệt phù hợp với vị trí và tài sản cụ thể của khu vực. Ngoài đánh giá thiệt hại theo độ sâu ngập là hàm thiệt hại phổ biến nhất, một số hàm thiệt hại cho các loại tài sản khác nhau đã được phát triển có tính đến các đặc điểm lũ khác như hàm thiệt hại độ sâu - thời gian ngập và hàm thiệt hại độ sâu - vận tốc dòng chảy. Phương pháp xây dựng hàm thiệt hại phổ biến dựa trên các khảo sát hoặc thu thập dữ liệu sau lũ và sử dụng các phương pháp phân tích dữ liệu khác nhau như phân tích thống kê hoặc mô hình hóa dưới dạng hàm số để xây dựng đường cong thiệt hại. Ngoài ra, để khắc phục các hạn chế về thiếu hụt các số liệu lịch sử trên, xu hướng sử dụng phương pháp khảo sát, kết hợp với ý kiến chuyên gia hoặc mô hình số…cũng được áp dụng. Các đường cong thiệt hại độ sâu ngập đã được xây dựng ở các khu vực cho các loại tài sản khác nhau, bằng các phương pháp được nêu trong luận án. Tính toán thiệt hại tài sản theo các loại sử dụng đất được sử dụng phổ biến trong các nghiên cứu, trong đó thường chia thành các loại đất nông nghiệp, công nghiệp, đất đô thị... và thiệt hại được tính toán dựa trên giá trị sử dụng đất của từng loại đất. Các nghiên cứu chi tiết về tài sản nhà được thực hiện cho các loại nhà phân theo mục đích sử dụng như nhà thương mại, nhà công nghiệp, nhà dân cư... hoặc theo kết cấu xây dựng nhà gỗ, nhà xây gạch, nhà BTCT…. Các nghiên cứu cũng chỉ ra thiệt hại do lũ lụt phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy đặc biệt quan trọng đối với các đối tượng như 3
nhà ở trong khu vực lũ lụt mà sự kết hợp giữa độ sâu và vận tốc có thể dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng hơn, điển hình là trong các trường hợp vỡ đê, đập đã được nghiên cứu trên thế giới. Khi xét đến ảnh hưởng của vận tốc, các nghiên cứu sử dụng các hàm số phụ thuộc độ sâu ngập - vận tốc (HxV) để đánh giá sự ổn định của kết cấu nhà hay phân loại hiểm họa để đánh giá mức độ rủi ro lũ lụt. Rà soát nghiên cứu cho thấy, khó khăn chung của các nghiên cứu là dữ liệu do vận tốc là thông số dòng chảy khó thu thập được từ các dữ liệu lịch sử, bởi vậy đường cong thiệt hại độ sâu - vận tốc được xây dựng dựa trên các mô hình lý thuyết về ổn định và kết cấu. Một số nghiên cứu áp dụng phạm vi lũ lụt quy mô rộng đã so sánh với kết quả điểu tra tổng thiệt hại trong một khu vực để kiểm chứng và điều chỉnh các tiêu chí, tuy nhiên không có sự phù hợp hoàn toàn do không thực hiện chi tiết đến từng loại và vị trí tài sản. Các đường cong thiệt hại xét đến chiều sâu và vận tốc cũng cung cấp thông tin về mức thiệt hại giới hạn (như nhà bị sập đổ hoặc dịch chuyển), tuy nhiên đường cong này có sự thay đổi theo loại kết cấu, theo tính chất xây dựng và tiêu chí đánh giá khác nhau, do đó mang tính khu vực. Áp dụng các đường cong thiệt hại do lũ lụt chi tiết đến từng đối tượng nhà dân cư riêng lẻ, để tính thiệt hại trên quy mô rộng vẫn còn chưa được xét đến trong các nghiên cứu trên thế giới cũng như Việt Nam. 1.3 Tổng quan các nghiên cứu về rủi ro lũ lụt ở Việt Nam Nghiên cứu về rủi ro lũ lụt ở Việt Nam thường gắn với các tiêu chí, chỉ số đánh giá mức độ tổn thương, lập bản đồ mức độ dễ bị tổn thương cho khu vực; hoặc đánh giá cụ thể thiệt hại, rủi ro của một khu vực thông qua các hàm số thiệt hại. Để định lượng rủi ro do lũ về kinh tế, các nghiên cứu thường liên quan đến việc sử dụng hoặc phát triển các hàm thiệt hại cho các khu vực hoặc loại hình sử dụng đất khác nhau. Tuy nhiên còn rất ít các nghiên cứu trong lĩnh vực này. Đối với các hàm thiệt hại phụ thuộc độ sâu ngập, một số nghiên cứu sử dụng các hàm thiệt hại đã được xây dựng từ các nghiên cứu trên thế giới, để đánh giá rủi ro cho khu vực; hoặc sử dụng các hàm thiệt hại đã có và điều chỉnh cho khu vực nghiên cứu. Có một số ít các nghiên cứu đã xây dựng hàm thiệt hại cho các loại sử dụng đất khác nhau bằng phương pháp điều tra khảo sát sau lũ; nghiên cứu về thiệt hại nhà được xây dựng cho 1 loại nhà cấp IV hay điều tra khảo sát thiệt hại trung bình của nhà nói chung trong một khu vực. Các đường cong cho từng loại nhà theo một hệ thống phân loại vẫn chưa được nghiên cứu. Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiều thông số lũ, một số ít nghiên cứu phát triển hàm đa biến, phụ thuộc vào độ sâu ngập và thời gian ngập, cho nhà ở ĐBSCL và cho thiệt hại của lúa tại Hà Tĩnh. Chưa có nghiên cứu nào về ảnh hưởng của vận tốc đến tài sản do ảnh hưởng của lũ lụt. Đối với các nghiên cứu thiệt hại do lũ ở hạ lưu hồ chứa, các nghiên cứu mới dừng ở lập kế hoạch khẩn cấp, trong đó thống kê số nhà và người bị ảnh hưởng, chưa xét đến thiệt hại chi tiết do lũ lụt. An toàn hạ du của hồ chứa trong các tiêu chuẩn, quy định… hiện vẫn thiếu các tiêu chí cụ thể và định lượng mức độ an toàn ngập lụt. Với các hướng dẫn về thống kê thiệt hại để đánh giá thiệt hại sau lũ, các số liệu bị giới 4
hạn trong các điều kiện xảy ra lũ lụt thực tế, khó áp dụng cho các kịch bản tương lai hay cho các khu vực tương tự. 1.4 Các phần mềm trong phân tích thiệt hại và rủi ro thiên tai Một số các phần mềm sử dụng cho mục đích đánh giá rủi ro thiên tai đang được sử dụng phổ biến hiện nay có thể kể đến: FLO-2D, HEC-RAS, MIKE FLOOD; ArcGIS; HAZUS (Hazards U.S.) để mô phỏng dòng chảy, phân tích không gian và lập bản đồ, trong đó HAZUS để phân tích tác động của thiên tai đến các thành phần tài sản và các mô hình đánh giá thiệt hại. HAZUS cung cấp các đường cong thiệt hại đã được xây dựng dựa trên dữ liệu thực tế và nghiên cứu trước đó. Khi phân tích thiệt hại trên quy mô lớn, để tính toán chi tiết thiệt hại đến từng tài sản, đòi hỏi phải có một công cụ hỗ trợ có hiệu suất cao để xử lý mô hình phức tạp với khối lượng lớn, cho phép người sử dụng điều chỉnh hàm thiệt hại cho các ước tính thiệt hại để phân tích rủi ro. 1.5 Luận giải vấn đề nghiên cứu của luận án Nghiên cứu về hàm thiệt hại truyền thống sử dụng dữ liệu điều tra hoặc số liệu lịch sử để để xây dựng đường cong thiệt hại còn hạn chế do thiệt hại được khảo sát thường bị giới hạn bởi độ sâu ngập đã xảy ra trong thực tế và sử dụng các ước lượng ngoại suy cho các thiệt hại nằm ngoài dữ liệu thu thập trong tính toán trên quy mô rộng có thể gây ra những kết quả không chính xác. Các hàm thiệt hại được xây dựng cho từng khu vực mang đặc trưng riêng, do đó áp dụng cho các khu vực khác hoặc các kịch bản trong điều kiện lũ khác cần có sự điều chỉnh hoặc xây dựng mới cho phù hợp. Nghiên cứu tại Việt Nam hiện nay thường áp dụng các đường cong thiệt hại đã được phát triển từ các nghiên cứu trên thế giới cho các loại hình sử dụng đất khác nhau trong đánh giá rủi ro, tuy nhiên áp dụng sang các khu vực khác có sai số do sự không đồng nhất về mặt không gian trong mỗi loại hình sử dụng đất (ví dụ đất đô thị được cấu thành bởi nhiều thành phần khác nhau như nhà, cây xanh, cửa hàng, đường xá…). Do đó, phát triển hàm thiệt hại ở mức độ chi tiết cho từng loại tài sản sẽ giúp nâng cao độ chính xác khi tính toán thiệt hại và dễ dàng áp dụng cho các tài sản tương tự ở các khu vực khác nhau. Liên quan đến tài sản nhà ở tại Việt Nam, là đối tượng được quan tâm trong các nghiên cứu do ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn và con người khi lũ lụt, đã có một số ít nghiên cứu, tuy nhiên nghiên cứu chi tiết về hạ tầng nhà vẫn cần được bổ sung hoàn thiện để phản ánh được các loại hình nhà trong thực tiễn. Tại Việt Nam, một khoảng trống lớn trong nghiên cứu hiện tại là chưa có nghiên cứu đánh giá thiệt hại đối với tài sản dưới tác động của vận tốc dòng chảy. Trong khi đó, thông số lũ lụt này đặc biệt quan trọng khi đánh giá thiệt hại trong các điều kiện dòng chảy có vận tốc lớn như lũ quét ở miền núi hoặc trong các tình huống xả lũ lớn, vỡ đập từ các hồ chứa ảnh hưởng đến khu vực hạ du. Việc sử dụng các hàm thiệt hại để đánh giá an toàn nhà ở mức độ chi tiết đến từng đối tượng, áp dụng trên quy mô rộng vùng hạ du của hồ chứa nước cần được nghiên cứu ở cả phạm vi thế giới và Việt Nam. Từ các khoảng trống nghiên cứu đã phân tích, luận án sẽ hướng tới giải quyết các mục tiêu cơ bản gồm: Xây dựng được phương pháp luận cho ước tính thiệt hại do lũ 5
lụt vùng hạ du hồ chứa do xả lũ lớn và vỡ đập, chi tiết vào tài sản nhà ở; Xây dựng được các đường cong thiệt hại cho ba loại nhà ở thông dụng ở Việt Nam khi xét đồng thời đến độ sâu ngập và vận tốc dòng chảy cho hai trường hợp lũ lên nhanh và lũ lên chậm; Phát triển thêm các mô đun mã nguồn mở hàm thiệt hại liên kết với phần mềm Riskscape để hoàn thiện bộ công cụ tính toán thiệt hại do lũ gây ra. 1.6 Kết luận Chương Luận án đã tổng quan về các nghiên cứu rủi ro và các hàm thiệt hại và phương pháp xây dựng hàm thiệt hại để ước tính thiệt hại cho các loại tài sản khác nhau trên thế giới cũng như ở Việt Nam, trong đó chi tiết vào tài sản nhà; tổng quan các vấn đề liên quan đến an toàn ngập lụt vùng hạ du trong các tiêu chuẩn, quy định tại Việt Nam. Đối tượng nhà ở cần được quan tâm nghiên cứu do ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn và cuộc sống của người dân vùng lũ lụt. Do đó, nghiên cứu xác định các thiệt hại có khả năng xảy ra trong các kịch bản xả lũ lớn, vỡ đập để hoàn thiện cơ sở lý luận và thực tiễn đánh giá rủi ro hạ du hồ chứa, trong đó xét đến ảnh hưởng của vận tốc dòng chảy, là cần thiết để làm cơ sở cho các giải pháp nâng cao an toàn đập, giảm thiểu rủi ro cho vùng hạ du các hồ chứa vừa và lớn ở Việt Nam. Sơ đồ nghiên cứu của luận án như trên Hình 1.11. Hình 1.11: Sơ đồ nghiên cứu của luận án 6
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ RỦI RO LŨ LỤT VÙNG HẠ DU HỒ CHỨA NƯỚC 2.1 Bài toán đánh giá rủi ro lũ lụt Dựa trên khung bài toán quản lý rủi ro lũ lụt sử dụng trên thế giới, bài toán đánh rủi ro lũ lụt bao gồm: Xác định mức độ và phạm vi của hiểm họa lũ lụt; Ước tính thiệt hại lũ lụt; Đánh giá thiệt hại, rủi ro có thể xảy ra ứng với các kịch bản. Từ đó, đề xuất các biện pháp giảm thiểu rủi ro trong quản lý rủi ro lũ lụt. Việc ước tính thiệt hại khu vực lũ lụt bao gồm việc liên kết đường cong thiệt hại của các đối tượng phơi lộ trong khu vực lũ lụt với các thông số của lũ lụt. Tổng thiệt hại do lũ lụt D được xác định từ thiệt hại Dj của các đối tượng tài sản: 𝐷 = ∑m Dj ; j=1 (2-1) D: tổng thiệt hại; m: số loại tài sản trong khu vực Dj : thiệt hại của 1 loại tài sản; được xét đối với từng tài sản riêng lẻ hoặc thiệt hại theo loại sử dụng đất. Trong đó, khi xét theo thiệt hại của các tài sản riêng lẻ: 𝑛 (2-2) 𝐷𝑗 = ∑(𝐸 𝑖 𝑅 𝑖 ) 𝑖=1 Dj: thiệt hại của một loại tài sản; n: số lượng của tài sản xem xét (ví dụ số lượng nhà, số km đường); Ei: giá trị kinh tế của một đơn vị tài sản phơi lộ (1 nhà/ hoặc 1 km đường); Ri là tỷ lệ thiệt hại của tài sản (số tiền thiệt hại tuyệt đối của tài sản hoặc tổng chi phí để thay thế các bộ phận bị hư hỏng, chi phí phục hồi của tài sản bị ảnh hưởng bởi lũ lụt so với giá trị thị trường trước lũ lụt) theo các thông số lũ lụt, được xác định từ đường cong thiệt hại. Các bước để xác định thiệt hại và rủi ro cho khu vực nghiên cứu cũng được đề xuất trong luận án. Phạm vi nghiên cứu của bài toán Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, các kịch bản xem xét gồm kịch bản xả lũ thiết kế và kịch bản vỡ đập. Phạm vi ngập lụt là vùng hạ du của hồ chứa bị ảnh hưởng của xả lũ, bao gồm toàn bộ phạm vi bị ảnh hưởng của lũ lụt tính từ mô hình thủy lực do xả lũ lớn hoặc vỡ đập hồ chứa nước. 2.2 Phân tích lựa chọn các loại hàm thiệt hại và phương pháp đánh giá rủi ro 2.2.1 Các loại hàm thiệt hại Các loại hàm thiệt hại được phân loại gồm: Hàm thực nghiệm (Empirical model) và Hàm tổng hợp (Synthetic model); Hàm thiệt hại tuyệt đối và Hàm thiệt hại tương đối; Hàm đơn biến và Hàm thiệt hại đa biến. Trong đó, hàm tổng hợp có thể được xây dựng dựa trên các mô hình phân tích/mô hình số (Analytical or numerical model), ý kiến chuyên gia (Expert judgment) và kết hợp các phương pháp. Trong nghiên cứu thiệt hại do ngập lụt ở Việt Nam, hàm thiệt hại dựa trên độ sâu ngập thường gặp phải những khó khăn do: dữ liệu thực tế về thiệt hại do lũ lụt cần được thu thập ngay sau khi xảy ra sự kiện lũ để đảm bảo độ tin cậy; giá trị tài sản thay đổi theo khu vực do sự phát triển về kinh tế khác nhau, khó áp dụng kết quả 7
thiệt hại từ một khu vực này sang khu vực khác do hạn chế về số liệu và sự khác nhau về điều kiện địa lý, đặc điểm lũ. Từ phân tích ưu nhược điểm từng loại hàm, luận án này phát triển hàm thiệt hại tổng hợp dựa trên mô hình số, không thứ nguyên để ước tính thiệt hại. Hàm thiệt hại đa biến xét ảnh hưởng của độ sâu ngập và vận tốc dòng chảy đến thiệt hại của tài sản nhà ở cũng được nghiên cứu và phát triển. 2.2.2 Phương pháp đánh giá rủi ro Phương pháp rủi ro có thể phân loại theo các hướng đánh giá: định tính và định lượng; đánh giá rủi ro sau thiên tai và đánh giá rủi ro trước thiên tai. Phương pháp đánh giá rủi ro lũ lụt dựa trên mô phỏng sử dụng trong đánh giá rủi ro là xu hướng trong các nghiên cứu dựa trên tiếp cận đa ngành, không chỉ có thể tính toán rủi ro lũ lụt mà còn mô phỏng diễn biến lũ lụt và định lượng thiệt hại, có thể sử dụng cho các kịch bản mô phỏng lại sự kiện lũ đã xảy ra hoặc tương lai. Luận án sử dụng phương pháp đánh giá rủi ro lũ lụt trước thiên tai dựa trên mô phỏng để thực hiện các tính toán rủi ro. 2.3 Cơ sở khoa học xây dựng hàm thiệt hại cho các loại kết cấu nhà ở do lũ lụt 2.3.1 Tác động của lũ lụt đến kết cấu nhà Ảnh hưởng của lũ được chia thành hai trường hợp tải trọng khác nhau tùy theo sự kết hợp của các lực và tác động của lũ lụt. Đó là trường hợp lũ dâng chậm (độ sâu nước lũ tăng chậm cho phép để nước tràn vào nhà qua các khe hở nhỏ của cửa ra vào và cửa sổ; nước lũ về cơ bản nằm ở hai bên mặt tường của một kết cấu nhà, dẫn đến triệt tiêu áp lực thủy tĩnh lên tường) và lũ dâng nhanh (tốc độ gia tăng mực nước lũ nhanh, nước di chuyển vận tốc lớn; nước không kịp vào trong nhà tạo nên tạo nên áp lực thủy tĩnh tác dụng một bên tường). Hình thức lũ lụt này có thể gây ra bởi các tình huống như vỡ đê, đập. Khi xả lũ lớn từ hồ chứa hoặc xảy ra vỡ đập, tùy thuộc tốc độ và thời gian truyền lũ xuống hạ du, vùng hạ du sẽ có khu vực xảy ra lũ nhanh (vùng gần đập) và lũ chậm (vùng hạ nguồn) xa hơn, và do đó tác động đến kết cấu nhà của lũ lụt khác nhau. Cơ chế phá hoại nhà phụ thuộc vào các yếu tố về xây dựng, tính chất của nước lũ và các thông số về lũ lụt. Yếu tố xây dựng được xét đến là kiểu công trình xây dựng và vật liệu; yếu tố thời gian xây dựng được bỏ qua khi tính toán. Tác động của nước lên nhà không xem xét ảnh hưởng dòng mảnh vụn. Các yếu tố ngập lụt được xem xét bao gồm độ sâu ngập và vận tốc dòng chảy. Gió tác động lên nhà như một tải trọng. Sự kết hợp của các yếu tố này có thể dẫn đến hư hỏng một phần hoặc toàn bộ công trình. Các hư hỏng đối với nhà chia làm 2 nhóm chính: i) hư hỏng các kết cấu chịu lực, mất chức năng của nhà, khiến nhà bị sập đổ hoặc cuốn trôi; ii) hư hỏng các bộ phận tiện ích và hoàn thiện khác ... do ngập nước. 2.3.2 Đường cong thiệt hại phụ thuộc vào độ sâu ngập Đối với thiệt hại của kết cấu nhà, đường cong thiệt hại phụ thuộc vào các đặc điểm lũ lụt (độ sâu, vận tốc dòng chảy) cũng như đặc điểm của nhà. Luận án phân loại đặc điểm kết cấu của các nhà theo các tiêu chuẩn xây dựng, từ đó xây dựng đường cong 8
thiệt hại cho từng loại nhà theo kết cấu, vật liệu xây dựng (ví dụ, nhà bằng gỗ, khung BTCT, tường chịu lực bằng gạch xây...). Với luận điểm kết cấu nhà tương tự nhau về tiêu chuẩn xây dựng (ví dụ nhà khung BTCT được xây dựng theo tiêu chuẩn xây dựng chung trên thế giới cũng như Việt Nam) có cùng mức độ thiệt hại dưới cùng điều kiện tác động của lũ lụt, ưu điểm của việc phân loại này là đường cong thiệt hại nhà được thiết lập có thể sử dụng cho các khu vực tương tự khi có cùng đặc điểm xây dựng hoặc cho các sự kiện lũ lụt trong tương lai. Cùng với tính chất nhà đã nghiên cứu trên thế giới thống kê trong tổng quan luận án, đối chiếu với các quy định tại Việt Nam, việc phân loại nhà nghiên cứu theo các tiêu chuẩn về xây dựng về kết cấu, vật liệu xây dựng, bao gồm: nhà khung BTCT, nhà gạch 1 tầng và nhà tạm. Đường cong thiệt hại phụ thuộc vào độ sâu ngập được xây dựng cho từng loại nhà theo phương pháp truyền thống trên thế giới, bao gồm: i) Xác định các tác động của lũ lụt và khả năng bị tổn thương của nhà; ii) Phân tích hư hỏng do tác động của lũ lụt gây ra và iii) Ước tính về thiệt hại về kinh tế của các hư hỏng do lũ lụt. Phương pháp xây dựng đường cong truyền thống dựa vào dữ liệu khảo sát hoặc phân tích dữ liệu lịch sử. Thực tế ở Việt nam, dữ liệu lịch sử và số liệu khảo sát ở mức độ chi tiết thường không đầy đủ để xây dựng đường cong thiệt hại theo phương pháp truyền thống. Do đó, luận án nghiên cứu áp dụng các đường cong thiệt hại độ sâu của nhà đã được xây dựng cho các khu vực khác trên thế giới (dựa trên dữ liệu thực tế và được kiểm định, ứng dụng), có cùng đặc điểm kết cấu nhà tương tự với điều kiện xây dựng ở Việt Nam. Từ các đường cong đã có, thực hiện phân tích dạng, xu hướng phát triển đường cong, giá trị thiệt hại lớn nhất theo loại kết cấu nhà tại Việt Nam, và các giá trị tỉ lệ thiệt hại tại các mức độ sâu để tổng hợp đưa ra đường cong phù hợp cho 3 loại nhà trong điều kiện Việt Nam. 2.3.3 Đường cong thiệt hại phụ thuộc vào độ sâu - vận tốc dòng chảy (đường cong VxH) Một số nghiên cứu đã chỉ ra vận tốc đóng vai trò thứ yếu trong ảnh hưởng đến thiệt hại về tài chính, so với độ sâu ngập lũ, trong vùng nước lũ có tốc độ chậm đến trung bình (
móng bị tách rời (mất ổn định), hoặc chỉ sập đổ các kết cấu chịu lực chính của nhà, ví dụ sập cột của khung nhà BTCT. Từ đó, các mô hình tính toán ổn định tổng thể và kiểm tra chịu lực của kết cấu được thiết lập để xây dựng đường cong thiệt hại nhà; ii) Nếu mô hình tính toán cho thấy dưới tác động của chiều sâu và vận tốc không dẫn đến sập đổ nhà, thiệt hại được ước tính dựa trên mức độ ngập, tính toán theo đường cong thiệt hại độ sâu ngập. Với các cơ sở khoa học từ nghiên cứu xây dựng đường cong ngưỡng thiệt hại của nhà như mục (i) đã áp dụng trên thế giới, luận án ứng dụng xây dựng đường cong thiệt hại độ sâu - vận tốc cho từng loại nhà phù hợp với đặc điểm nhà tại Việt Nam. Các trường hợp tính toán trong luận án bao gồm cả trường hợp lũ dâng chậm (không xét đến áp lực thủy tĩnh) và lũ dâng nhanh (xét đến áp lực thủy tĩnh) áp dụng trong kịch bản vỡ đập. Đối với nhà bị mất ổn định dẫn đến sập đổ, cuốn trôi, các tổ hợp lực, tải trọng và tính toán kiểm tra ổn định dựa dựa trên các TCVN, hướng dẫn tính toán công trình thủy và công trình xây dựng. Sự sập đổ kết cấu là một dạng phá hoại khác đối với nhà gạch và nhà BTCT khi các nội lực trong kết cấu vượt quá khả năng chịu lực của vật liệu. Đối với các loại kết cấu nhà xét trong luận án, nhà gạch bị phá hoại khi tường chịu lực bị phá hoại; nhà BTCT có thể bị phá hoại dầm, cột nhà hoặc sập tường bao. Kết cấu và kích thước điển hình của nhà ở mang đặc trưng khu vực và kích thước khác nhau, dẫn đến điều kiện giới hạn để xảy ra các ngưỡng thiệt hại cũng thay đổi. Khảo sát thực tế nhà ở và chọn kết cấu nhà điển hình là bước đầu tiên cần thực hiện khi xây dựng các đường cong thiệt hại. Sau khi xác định được các ngoại lực và nội lực của kết cấu tính toán theo từng mức độ sâu ứng với các giá trị vận tốc khác nhau, tiến hành các bước tính toán thử dần để xác định các giá trị độ sâu nước tương ứng với mỗi giá trị vận tốc, tại đó khả năng chịu lực của dầm hoặc cột đạt đến giới hạn thiết kế cho phép; hoặc tại đó nhà bị mất ổn định tổng thể. Tổng hợp các điểm này được đường cong mất ổn định và sập đổ kết cấu theo hai biến độ sâu ngập và vận tốc dòng chảy tác động lên kết cấu nhà. Phân vùng thiệt hại Theo hướng dẫn thống kê thiệt hại thiên tai tại Việt Nam, các mức thiệt hại của nhà được chia thành 4 mức bao gồm: i) Nhà bị sập, đổ, cuốn trôi, vùi lấp, hư hỏng hoàn toàn (trên 70%); ii) thiệt hại rất nặng do sập đổ, cuốn trôi, vùi lấp một phần (từ 50-70%); iii) Thiệt hại nặng (từ 30- 50%) và hư hỏng một phần (dưới Hình 2.9. Đường cong phân vùng mức độ 30%). thiệt hại cho nhà tại Việt Nam Kết hợp phân loại các mức độ hư hỏng tính toán từ mô hình lý thuyết và Hướng dẫn phân loại thiệt hại theo quy định tại Việt Nam, các vùng thiệt hại đối với các loại nhà ở Việt Nam được đề xuất để xác định mức độ thiệt hại, cũng như nguy cơ bị phá hoại 10
đối với nhà. Các vùng thiệt hại được phân vùng từ H1 đến H4 bởi các đường cong phá hoại nhà, trong đó H3 và H4 tương đương với mức nhà bị thiệt hại trên 70% (Hình 2.9) 2.4 Phần mềm xác định thiệt hại do lũ lụt hạ du hồ chứa RiskScape là phần mềm đánh giá rủi ro thiên tai, trong đó có lũ lụt, được phát triển tại New Zealand, ứng dụng để lập mô hình tổn thất và lập bản đồ tác động của hiểm họa. Phần mềm RiskScape triển khai thiết kế mô hình tập trung vào khung khái niệm đã được thiết lập để định lượng rủi ro: R = fC (Hi, E, Vi). Phần mềm RiskScape hoạt động trên giao diện dòng lệnh (CLI), được triển khai bằng thư viện Java Picocli; hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình bổ sung dưới dạng plugin liên kết với Riskscape để thực hiện tính toán rủi ro. Dữ liệu đầu vào của phần mềm bao gồm: 1) “Lớp hiểm họa” - thể hiện loại hiểm họa, cường độ hoặc sự xuất hiện theo thời gian của hiểm họa; 2) “Lớp đối tượng” là lớp tài sản; mức độ phơi lộ của các đối tượng; 3) “Lớp khu vực” hay “Lớp khoanh vùng phân tích”: đưa vào ranh giới khu vực địa lý cần phân tích, giúp biểu thị các tác động với đối tượng phơi lộ theo các khu vực địa lý cần phân tích rủi ro. Hình 2.10 Sơ đồ tổng quát phần mềm RiskScape Hàm tổn thương: RiskScape cho phép hàm thiệt hại được thiết lập bởi người sử dụng để tích hợp vào trong phần mềm dưới dạng các modul plugin. Từ đường cong thiệt hại xây dựng phụ thuộc vào độ sâu và vận tốc dòng chảy đã có, hàm tổn thương được lập trình dưới dạng code tích hợp vào phần mềm để xác định mức độ thiệt hại của mỗi đối tượng phơi lộ. Hình 2.18. Lập trình modul tích hợp đường cong thiệt hại vào phần mềm Riskscape Sơ đồ khối tổng quát của phần mềm trên Hình 2.10. Đối với bài toán phân tích rủi ro hạ du hồ chứa, lớp hiểm họa là các bản đồ ngập lụt khu vực hạ du, có được từ kết 11
quả của mô hình thủy văn, thủy lực (bao gồm dữ liệu về địa hình, độ sâu ngập, vận tốc dòng chảy). Lớp đối tượng là các dữ liệu tài sản về không gian cũng như thuộc tính của tài sản, ví dụ đối tượng nhà được định vị trên bản đồ, kèm theo tính chất là các thông số về số tầng, loại vật liệu; Lớp khu vực/ Lớp khoanh vùng phân tích được sử dụng trong tính toán là bản đồ địa giới hành chính, giúp quá trình thống kê kết quả được thực hiện theo từng đơn vị cấp xã, huyện. Modun hàm thiệt hại được lập trình và tích hợp vào phần mềm để giải quyết bài toán (Hình 2.18), đặc biệt xét đến đồng thời độ sâu và vận tốc của hiểm họa lũ lụt và thiệt hại được tính toán chi tiết đến từng đối tượng tài sản riêng lẻ (ví dụ, từng ngôi nhà) là một điểm mạnh của phần mềm RiskScape so với các phần mềm hiện tại. 2.5 Kết luận chương 2 Chương 2 sử dụng phương pháp thu thập, phân tích các tài liệu, các công trình khoa học trên thế giới để xây dựng các cơ sở khoa học về các hàm thiệt hại, phương pháp đánh giá thiệt hại lũ lụt, xây dựng đường cong thiệt hại theo độ sâu ngập và đường cong có xét đến độ sâu và vận tốc dòng chảy trong điều kiện thiếu số liệu khảo sát và dữ liệu lịch sử, áp dụng phù hợp với điều kiện Việt nam. Chương này phát triển khung bài toán đánh rủi ro lũ lụt hạ du hồ chứa nước và phát triển mã nguồn mở modun hàm thiệt hại tích hợp phần mềm RiskScape để đánh giá rủi ro hạ du hồ chứa nước xét đến từng đối tượng riêng lẻ trong khu vực lũ lụt. CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HÀM THIỆT HẠI CỦA NHÀ Ở DO LŨ LỤT 3.1 Phân tích lựa chọn loại nhà nghiên cứu 3.1.1 Các loại nhà điển hình Tác giả cùng các cộng sự đã thực hiện khảo sát các nhà trong khu vực Bắc Trung Bộ, với hơn 500 nhà và các thông số nhà đã được ghi lại [111]. Các loại nhà ở của dân cư được xét đến bao gồm nhà BTCT 2 tầng, nhà gạch 1 tầng, mái ngói và nhà tạm. 3.1.2 . Lựa chọn kích thước nhà điển hình nghiên cứu Đường cong thiệt hại của nhà được xây dựng dựa vào mô hình kết cấu, do đó lựa chọn nhà điển hình là bước đầu tiên trước khi thực hiện các tính toán mô phỏng. Bảng 3.1. Bảng thống kê các kích thước điển hình nhà trong nghiên cứu Kích thước dầm – cột, STT Số tầng nhà Kích thước nhà điển hình tường gạch Cột 22x22cm bố trí 4 phi 22. Nhà 2 tầng; - Bề rộng B = 3,6m; Chiều dài Dầm 22x35cm. bố trí 4 phi 1 Khung BTCT, L (3 gian) = 3x4,2m; 2 tầng ht 22. Bê tông M250, Cốt thép tưởng gạch = 3,3m Rs = 260 Mpa. Tường bao dày 22cm Nhà 1 tầng; - Bề rộng B = 3,6m, 2 Tường gạch - Chiều dài L (5 gian) B = Tường dày 22cm xây 5x3,36m; - Chiều cao 3,3m - Bề rộng B = 4,5m, Chiều dài Nhà 1 tầng, gỗ 3 L (3 gian) = 3x3m; Chiều cao Tường dày 10cm vãn ghép 3,3m 12
3.2 Xây dựng đường cong thiệt hại của nhà theo độ sâu ngập Căn cứ vào các đường cong thiệt hại độ sâu ngập đã được xây dựng và kiểm định từ các nghiên cứu trên thế giới, với luận điểm nhà có kết cấu tương tự nhau (nhà tạm, nhà gạch, nhà BTCT) sẽ có cùng mức độ thiệt hại ứng với loại lũ, các đường cong nhà tạm, nhà gạch, nhà BTCT sử dụng trong điều kiện Việt Nam được đề xuất theo Hình 3.7, Hình 3.12 và Hình 3.14. Hình 3.7. Đường cong thiệt hại cho nhà tạm Hình 3.11. Đường cong thiệt hại nhà gạch Hình 3.14. Đường cong thiệt hại nhà BTCT Từ việc rà soát nghiên cứu, hình thức nhà tạm và nhà gạch tương đối đa dạng do đặc tính của từng địa phương, từ nhà vách đất, gỗ, tre nứa đến nhà gỗ ván ghép; tuy nhiên đặc điểm chung của các nhà tạm là vật liệu kém bền và không được kiểm định, có thể bị thiệt hại hoàn toàn với một độ sâu ngập đủ lớn. Nhà gạch có chất lượng khác nhau về vữa xây dựng, loại nền.. , thường phân làm 2 nhóm nhà gạch được xây dựng từ rất lâu, chất lượng vữa vôi kém, cùng với các tiện ích và hoàn thiện nhà đơn sơ, giá trị thấp (tương tự như nhà nông thôn ở Ấn Độ) và nhà gạch xây dựng gần đây theo tiêu chuẩn xây dựng có kết cấu vững chắc, đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật với chiều dầy tường gạch 22cm, có thể xây dựng đến 2 tầng. Với khảo sát đã thực hiện với loại nhà trong khu vực, nhà tạm nghiên cứu là nhà bằng gỗ ván ghép (độ bên tốt hơn so với các loại nhà tre nứa, vách đất, nhưng kém bền hơn so với các loại nhà gỗ chắc chắn được xây dựng ở các nước tiên tiến) và nhà gạch xây dựng theo tiêu chuẩn (trong khu vực nghiên cứu với 73% số nhà được xây dựng, sửa chữa sau năm 2000), do đó đường cong xây dựng cho 2 loại nhà này được xem xét tiến đến thiệt hại hoàn toàn tại độ sâu 2,5m với nhà tạm và nhà gạch tương tự như các đường cong nhà gạch được xây dựng theo tiêu chuẩn như nhà New Zealand, Trung Quốc, với giá trị thiệt hại lớn nhất lên đến tiệm cận 0,7, là giới hạn bị thiệt hại hoàn toàn theo hướng dẫn thống kê thiệt hại ở Việt nam. Đối với nhà BTCT, các đường cong đã được xây dựng trên thế giới có sự tương đồng ở các nước, do đó đường cong nhà BTCT được xây dựng theo xu hướng chung, với giá trị thiệt hại lớn nhất của nhà 2 tầng là 0,65, phù hợp với quan sát nhà BTCT không bị hư hỏng hoàn toàn theo hướng dẫn của Việt Nam dưới tác dụng của lũ sông thông thường. 13
3.3 Xây dựng đường cong thiệt hại của nhà khi xét đến vận tốc dòng chảy 3.3.1 Quy trình tính toán Để xây dựng quan hệ giữa độ sâu, vận tốc tại các ngưỡng thiệt hại, lý thuyết tính toán về tải trọng và độ bền, độ ổn định của nhà, tính toán theo lý thuyết cơ học kết cấu đối với kết cấu nhà gạch và phần mềm PTHH để xác định các nội lực trong cột và dầm của nhà BTCT. Sau khi có các kết quả nội lực, tính toán áp dụng theo tiêu chuẩn TCVN 5574: 2018 [120] về kết cấu bê tông cốt thép, Tiêu chuẩn 5573:2011 [121] với nhà gạch để xác định giá trị nội lực phá hoại tương ứng với các cặp giá trị độ sâu và vận tốc. Kiểm tra tính toán đảm bảo an toàn ổn định của công trình và nền dưới tác dụng của các tổ hợp tải trọng là hình thức ổn định trượt phẳng của nhà trên nền đất theo trạng thái giới hạn 1. Tiêu chuẩn áp dụng là tính toán về tải trọng theo ổn định của công trình trên nên đất và QCVN 0405-2012. Quy trình tính toán được đề xuất để xây dựng đường cong thiệt hại độ sâu – vận tốc. Kết quả tính toán đường cong ổn định và kết cấu được thực hiện trong luận án. 3.3.2 Xây dựng đường cong phá hoại về kết cấu cho nhà khung BTCT và nhà gạch Ý nghĩa tính toán đường cong sập đổ là cho biết giới hạn phá hoại (mất ổn định, sập khung nhà) theo tiêu chuẩn Việt Nam. Đối với điểm tương ứng một giá trị độ sâu và vận tốc nhất định nằm bên ngoài các đường cong này (xa gốc tọa độ hơn), nhà sẽ bị phá hoại. Đường cong phá hoại kết cấu khung BTCT và nhà gạch; đường cong mất ổn định cho các loại nhà được thiết lập trường hợp lũ dâng nhanh và dâng chậm, thể hiện trên Hình 3. đến Hình 3.. 3.3.3 Phân vùng thiệt hại nhà theo độ sâu ngập và vận tốc dòng chảy Theo cơ sở khoa học tại Chương 2, thiệt hại được chia thành các vùng H1 đến H4, phụ thuộc vào giá trị vận tốc và độ sâu. Trong đó, vùng H1: kết cấu và độ an toàn của nhà không bị ảnh hưởng; H2: an toàn với kết cấu chịu lực nhà BTCT; tường bao gạch của nhà này có thể bị hư hại hoặc phá hoại; vùng nguy hiểm H3: mất an toàn về kết cấu chịu lực (sập tường nhà gạch, sập khung nhà BTCT); vùng nguy hiểm H4: mất an toàn về ổn định kết cấu nhà, dẫn đến thiệt hại hoàn toàn (nhà bị cuốn trôi, sập đổ hoàn toàn). Hình 3.26. Đường cong thiệt hại nhà Hình 3.27. Đường cong thiệt hại nhà BTCT lũ nhanh BTCT lũ chậm 14
Hình 3.28. Đường cong thiệt hại nhà Hình 3.29. Đường cong thiệt hại nhà gạch lũ nhanh gạch lũ chậm Hình 3.30. Đường cong thiệt hại nhà Hình 3.31. Đường cong thiệt hại nhà tạm tạm lũ nhanh lũ chậm Các vùng rủi ro hư hỏng của nhà theo độ sâu - vận tốc trong trường hợp tính toán lũ chậm và lũ nhanh thể hiện trong Hình 3. đến Hình 3.. 3.3.4 Nhận xét - Kết quả tính toán đường cong cho thấy, trường hợp lũ nhanh (tương tự như lũ vỡ đập) khả năng gây ra phá hủy đối với nhà lớn hơn nhiều so với lũ chậm; ví dụ với cùng giá trị vận tốc 3 m/s, khung BTCT bị phá hoại với chiều sâu 4,5 m với lũ chậm và chỉ 3 m với lũ nhanh. - Với trường hợp lũ chậm, nhà khung BTCT, nhà gạch chỉ bị phá hoại với một giá trị vận tốc đủ lớn (V>2,6m/s với nhà BTCT và 1,5m/s với nhà gạch) với kết cấu và kích thước nhà đã chọn. Với các giá trị vận tốc nhỏ lớn, chiều sâu ngập lớn cũng không gây phá hoại kết cấu nhà. - Đường cong sập đổ theo chiều sâu - vận tốc cho thấy độ sâu ngập đóng vai trò quan trọng trong việc gây phá hủy kết cấu khi tốc độ dòng chảy thấp; khi vận tốc cao, vận tốc trở thành yếu tố chính gây phá hoại kết cấu, ngay cả khi chiều sâu dòng chảy nhỏ. 3.4 Thảo luận về kết quả tính toán - Yếu tố vận tốc được đưa vào dự đoán mức độ thiệt hại và mức độ an toàn của nhà trong trường hợp dòng chảy nhanh, mạnh và tăng đột ngột ở phía hạ lưu qua đường cong thiệt hại sập đổ và đường cong ổn định của kết cấu nhà. - Các hàm thiệt hại độ sâu ngập đã được xây dựng thông rà soát các đường cong đã được xây dựng trên thế giới, thiệt hại tối đa chỉ đạt 60-65% đối với nhà BTCT và 15
70% đối với nhà gạch một tầng. Thiệt hại tối đa không đạt đến mức phá hoại là phù hợp trong điều kiện lũ sông hay lũ dâng chậm. . - Thực tiễn từ các thảm họa vỡ đập vừa và lớn cho thấy, mọi loại kết cấu hạ tầng, công trình ở hạ du đều có khả năng bị phá hoại, điều này chứng minh rằng vận tốc dòng chảy cao có tác động phá hoại đến mọi loại kết cấu, bao gồm cả nhà BTCT. Việc xây dựng đường cong sập đổ nhà dưới tác động của vận tốc và chiều sâu trong trường hợp lũ nhanh có thể giải thích được quan sát thiệt hại nhà và cơ sở hạ tầng do vỡ đập từ thực tế. Đối với trường hợp lũ chậm, khi lưu tốc đủ lớn và kết hợp với mực nước cao có thể dẫn đến sập nhà, tương tự với kết quả nghiên cứu của FEMA trong Hướng dẫn HAZUS. Điều này cho thấy, sự khác biệt so với các đường cong thiệt hại chỉ phụ thuộc vào độ sâu ngập - Để áp dụng các đường cong thiệt hại độ sâu - vận tốc đối với kết cấu nhà: (1) Cần xem xét trong trường hợp lũ nhanh đối với các khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp của vỡ đập, đặc biệt là khu vực gần chân đập; (2) Ngưỡng vận tốc V=1,5 m/s với nhà gạch, V=2,6m/s với nhà BTCT (tương tự ngưỡng V=2m/s khuyến cáo chung trong các nghiên cứu trên thế giới) được khuyến cáo sử dụng đường cong thiệt hại độ sâu - vận tốc (thay vì đường cong chỉ phụ thuộc độ sâu ngập). 3.5 Kết luận chương Kết quả nghiên cứu chương 3 đã xây dựng thành công đường cong sập đổ cho các loại kết cấu nhà khung BTCT, nhà gạch và nhà tạm, cụ thể: (1) Thiết lập được đường cong thiệt hại cho các loại nhà theo độ sâu ngập từ việc rà soát các nghiên cứu trên thế giới áp dụng phù hợp trong điều kiện Việt Nam; (2) Đề xuất quy trình và Xây dựng được đường cong thiệt hại nhà do lũ lụt gây ra ở Việt Nam có xét đến kết hợp độ sâu - vận tốc dòng chảy, phù hợp với các tiêu chuẩn xây dựng và đặc điểm lũ lụt của Việt Nam; (3) Phân vùng rủi ro các mức độ hư hỏng cho các loại nhà dựa trên hiểm họa độ sâu và vận tốc dòng chảy khu vực hạ lưu Các đường cong này được lập trình và tích hợp với phần mềm RiskScape để ứng dụng đánh giá chi tiết thiệt hại nhà khu vực hạ du hồ chứa tại chương 4. CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ RỦI RO HẠ DU HỒ CHỨA NƯỚC NGÀN TRƯƠI 4.1 Giới thiệu hồ chứa nước Ngàn Trươi và khu vực hạ du Hồ Ngàn Trươi, với dung tích 752 triệu m3, nằm trên địa bàn huyện miền núi Vũ Quang và là công trình chính trong hệ thống thủy lợi đa mục tiêu Ngàn Trươi - Cẩm Trang (Hình 4.1). Tuyến đập chính nằm trên hệ thống sông Ngàn Trươi; là một trong các phụ lưu chính của sông Ngàn Sâu (hợp với sông Ngàn Sâu tại Hòa Duyệt). Sông Ngàn Sâu hợp lưu với sông Ngàn Phố tại ngã ba Tam Soa (Linh Cảm, Đức Thọ) tạo thành dòng sông La. Sông La hợp lưu với sông Cả từ Nghệ An chảy sang tại Chợ Tràng tạo thành dòng sông Lam nằm giữa 2 tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh (Hình 4.2). Sông La hợp với đoạn cuối của Sông Cả (sông Lam) và đổ ra biển tại Cửa Hội. 16
Hình 4.1 Đầu mối hồ chứa và khu vực Hình 4.2 Các tiểu lưu vực trên lưu vực nghiên cứu sông La khu vực nghiên cứu 4.2 Thiết lập bài toán đánh giá rủi ro hồ chứa theo các kịch bản Xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu của luận án, bài toán điển hình nghiên cứu cần giải quyết các nội dung sau: Hình 4.4. Sơ đồ khung bài toán nghiên cứu - Xác định mức độ thiệt hại chi tiết đối với từng tài sản và thiệt hại kinh tế do lũ lụt của khu vực hạ du. - So sánh thiệt hại về kinh tế vùng hạ du khi sử dụng hàm thiệt hại nhà có xét đến độ sâu ngập và xét đồng thời độ sâu - vận tốc dòng chảy. - Xác định số lượng nhà bị phá hoại trong khu vực lũ lụt khi xét đến độ sâu và kết hợp độ sâu - vận tốc dòng chảy, khoanh vùng khu vực rủi ro các mức độ hư hỏng của từng loại nhà. 17
Kịch bản nghiên cứu Các kịch bản xét đến trong luận án gồm kịch bản xả lũ thiết kế và kịch bản vỡ đập ngày mưa để xem xét tác động của vận tốc dòng chảy và ảnh hưởng khi xét trường hợp lũ dâng chậm và lũ dâng nhanh. 2 kịch bản được xét đến trong điều kiện mưa hạ lưu và vùng lân cận (p=0,5%) và dòng chảy trên sông Cả (p=10%) giống nhau, để so sánh được mức độ thiệt hại trong các kịch bản vỡ đập so với kịch bản xả lũ thông thường. Các kịch bản khác được áp dụng tính toán tương tự từ quy trình nghiên cứu đã được thiết lập. Phạm vi ngập lụt được xét đến trong bài toán rủi ro hạ du hồ chứa nước được xét đến trong toàn bộ phạm vi bị ảnh hưởng của lũ lụt tính từ mô hình thủy lực. 4.3 Tính toán thiệt hại hạ du hồ chứa Ngàn Trươi 4.3.1 Dữ liệu đầu vào tính toán thiệt hại + Bản đồ hành chính tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh; Bản đồ đường giao thông tỉ lệ 1:10.000; Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2019 của tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh; Kết quả khảo sát nhà trong khu vực; + Dữ liệu về hiểm họa lũ lụt: bản đồ ngập lụt ứng các kịch bản kế thừa từ nghiên cứu đã có; + Hàm thiệt hại cho diện tích trồng lúa kế thừa kết quả nghiên cứu của Giang Phạm; Hàm thiệt hại của các loại đường (quốc lộ, tỉnh lộ, đường địa phương (huyện, xã) lấy theo báo cáo kỹ thuật của Trung tâm Nghiên cứu Chung của Ủy ban Châu Âu (JRC). Hàm thiệt hại nhà theo độ sâu ngập và độ sâu-vận tốc đã được xây dựng từ chương 3. 4.3.2 Tính toán số nhà bị thiệt hại ở hạ du Số lượng từng loại nhà (gạch, BTCT, nhà tạm) bị thiệt hại theo các ngưỡng thiệt hại dựa trên đường cong độ sâu ngập của các kịch bản lũ thiết kế và vỡ đập được thống kê theo các đơn vị hành chính cấp huyện. Thiệt hại nhà gạch theo huyện trên Hình 4.12; các loại nhà khác trình bày trong luận án. Tổng số nhà bị thiệt hại theo từng mức trong Bảng dưới đây. Số lượng Số Số Ngưỡng nhà lượng lượng thiệt gạch nhà nhà hại 1 BTCT tạm tầng 0-0.3 1653 4697 471 0.3-0.5 2160 8997 354 0.5-0.7 12373 15311 557 Hình 4.12. Biểu đồ thống kê tỉ lệ nhà gạch thiệt hại - kịch bản lũ thiết kế 0.7-1 0 0 6407 Bản đồ phân bố các loại nhà và thiệt hại các loại nhà theo các ngưỡng thiệt hại khi chỉ xét đến độ sâu ngập trên Hình 4.13. 18