Luận văn thạc sĩ khoa học đánh giá dự báo mức độ nguy hiểm địa chấn và rủi ro môi trường tại công trình thủy điện sông lô 6 tỉnh hà giang

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đánh giá dự báo mức độ nguy hiểm địa chấn và rủi ro môi trường tại công trình thủy điện sông lô 6, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Tá Nam
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hồng Phương
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Đánh giá rủi ro địa chấn và môi trường tại thủy điện Sông Lô 6 Hà Giang
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tổng quan về nghiên cứu địa chấn
• 1.2. Tổng quan về rủi ro môi trường
• 1.3. Tổng quan về tình hình năng lượng
• 1.4. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
• 1.4.1. Công trình thủy điện Sông Lô 6
• 1.4.2. Hoạt động địa chấn xung quanh khu vực nghiên cứu
• 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp đánh giá độ nguy hiểm địa chấn
• 2.3.2. Phương pháp đánh giá rủi ro môi trường gây ra do địa chấn tại công trình thủy điện
• 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
• 3.1.2. Đánh giá bằng phương pháp tất định
• 3.2. Rủi ro môi trường 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
• 3.2.2. Xây dựng bản đồ các yếu tố chịu rủi ro
• 3.2.3. Rủi ro môi trường do vỡ đập thủy điện
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC BÀI BÁO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu địa chấn

Nghiên cứu địa chấn là một lĩnh vực quan trọng trong việc đánh giá rủi ro địa chấn tại các công trình xây dựng, đặc biệt là thủy điện. Động đất, hay còn gọi là địa chấn, là hiện tượng rung chuyển của mặt đất do sự giải phóng năng lượng trong lớp vỏ Trái Đất. Các nguyên nhân gây ra động đất có thể chia thành ba loại: nội sinh, ngoại sinh và nhân sinh. Đặc biệt, động đất có thể gây ra thiệt hại lớn cho các công trình xây dựng, đặc biệt là những công trình nằm trong khu vực có hoạt động địa chấn mạnh. Việc đánh giá độ nguy hiểm động đất là cần thiết để xác định các hiệu ứng chấn động có thể xảy ra tại khu vực nghiên cứu. Theo các nghiên cứu trước đây, độ lớn của động đất được phân chia theo thang Richter, từ không nhận biết đến cực hiếm xảy ra. Việc áp dụng các phương pháp đánh giá độ nguy hiểm động đất như phương pháp xác suất và phương pháp tất định đã được thực hiện tại nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam.

1.1. Lý thuyết về địa chấn

Động đất là hiện tượng tự nhiên xảy ra do sự dịch chuyển của các mảng kiến tạo trong vỏ Trái Đất. Các rung chuyển này có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho các công trình xây dựng và ảnh hưởng đến đời sống của người dân. Để đánh giá độ nguy hiểm địa chấn, các nhà nghiên cứu thường sử dụng các phương pháp như phân tích xác suất và phương pháp tất định. Những phương pháp này giúp xác định tần suất và cường độ của các trận động đất có thể xảy ra trong tương lai. Việc hiểu rõ về động đất và các yếu tố liên quan là rất quan trọng trong việc thiết kế và xây dựng các công trình có khả năng kháng chấn tốt.

1.2. Tình hình nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm động đất

Trên thế giới, nhiều quốc gia đã thực hiện các nghiên cứu đánh giá độ nguy hiểm động đất để bảo vệ các công trình xây dựng. Các phương pháp đánh giá này thường dựa trên việc phân tích dữ liệu lịch sử về động đất và các đặc trưng địa chất của khu vực. Tại Việt Nam, việc đánh giá độ nguy hiểm động đất đã được thực hiện từ giữa thế kỷ 20, với nhiều bản đồ phân vùng động đất được xây dựng. Những nghiên cứu này không chỉ giúp xác định các khu vực có nguy cơ cao mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc quy hoạch và thiết kế các công trình xây dựng.

II. Tổng quan về rủi ro môi trường

Rủi ro môi trường là một khái niệm quan trọng trong việc đánh giá tác động của các hoạt động kinh tế đến môi trường. Rủi ro này có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm khí thải, nước thải và chất thải rắn. Việc đánh giá rủi ro môi trường giúp xác định các mối đe dọa tiềm ẩn đối với sức khỏe con người và hệ sinh thái. Các phương pháp đánh giá rủi ro môi trường đã được áp dụng tại nhiều quốc gia, tuy nhiên tại Việt Nam, công tác này vẫn còn nhiều hạn chế. Việc áp dụng các mô hình đánh giá rủi ro từ các nước phát triển là cần thiết để cải thiện chất lượng môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

2.1. Lý thuyết về rủi ro môi trường

Rủi ro môi trường liên quan đến khả năng xảy ra các sự cố có thể gây hại cho môi trường và sức khỏe con người. Các yếu tố như ô nhiễm không khí, nước và đất đều có thể dẫn đến rủi ro môi trường. Để đánh giá rủi ro này, cần phải xác định nguồn gốc, mức độ và khả năng xảy ra của các sự cố. Việc đánh giá rủi ro môi trường không chỉ giúp phát hiện sớm các vấn đề mà còn cung cấp thông tin cho việc lập kế hoạch ứng phó và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

2.2. Tình hình nghiên cứu đánh giá rủi ro môi trường

Tại các nước phát triển, việc đánh giá rủi ro môi trường đã được thực hiện một cách bài bản và có hệ thống. Các phương pháp đánh giá này thường kết hợp với các giải pháp quản lý để hạn chế sự cố và ứng phó kịp thời khi sự cố xảy ra. Tuy nhiên, tại Việt Nam, công tác này vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Các nghiên cứu thường chỉ dừng lại ở mức độ cảm nhận của chuyên gia, dẫn đến khó khăn trong việc đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả. Việc áp dụng các phương pháp đánh giá rủi ro môi trường từ các nước phát triển là cần thiết để nâng cao chất lượng công tác này tại Việt Nam.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu về độ nguy hiểm động đất và rủi ro môi trường tại thủy điện Sông Lô 6 cho thấy khu vực này có nguy cơ cao về động đất. Việc xây dựng các bản đồ ngập lụt và các yếu tố chịu rủi ro là rất cần thiết để đánh giá tác động của động đất đến môi trường và cộng đồng. Các phương pháp đánh giá như xác suất và tất định đã được áp dụng để đưa ra các kịch bản khác nhau về động đất. Kết quả cho thấy, nếu xảy ra động đất, khu vực hạ lưu đập thủy điện sẽ chịu ảnh hưởng nghiêm trọng, đặc biệt là về mặt môi trường và an toàn cho người dân.

3.1. Đánh giá độ nguy hiểm động đất tại thủy điện Sông Lô 6

Đánh giá độ nguy hiểm động đất tại thủy điện Sông Lô 6 được thực hiện bằng các phương pháp xác suất và tất định. Kết quả cho thấy khu vực này có nguy cơ cao về động đất, với tần suất và cường độ có thể gây ra thiệt hại lớn cho các công trình xây dựng. Việc áp dụng các phương pháp này giúp xác định rõ hơn về mức độ nguy hiểm và đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả.

3.2. Rủi ro môi trường do địa chấn tại thủy điện Sông Lô 6

Rủi ro môi trường do địa chấn tại thủy điện Sông Lô 6 được đánh giá thông qua việc xây dựng các bản đồ ngập lụt và các yếu tố chịu rủi ro. Kết quả cho thấy, nếu xảy ra động đất, khu vực hạ lưu đập sẽ bị ngập lụt nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống của người dân và hệ sinh thái. Việc đánh giá này không chỉ giúp nhận diện các rủi ro mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc lập kế hoạch ứng phó và giảm thiểu thiệt hại.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh các tai biến thiên nhiên như động đất ngày càng gia tăng về tần suất và mức độ nghiêm trọng trên toàn cầu, việc đánh giá và dự báo mức độ nguy hiểm địa chấn cùng rủi ro môi trường tại các công trình trọng điểm trở nên cấp thiết. Công trình thủy điện Sông Lô 6, tỉnh Hà Giang, với công suất thiết kế 48 MW và sản lượng điện khoảng 187,25 triệu kWh/năm, nằm trong vùng địa chấn hoạt động mạnh của nền động Hoa Nam, có nguy cơ chịu ảnh hưởng bởi các trận động đất lịch sử như động đất Lục Yên 1954 (Ms = 5.4) và Bắc Giang 1961 (cấp 7). Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá độ nguy hiểm địa chấn và dự báo rủi ro môi trường do động đất gây ra tại công trình này, nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý, thiết kế kháng chấn và phát triển bền vững. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các hoạt động địa chấn có khả năng ảnh hưởng trong bán kính 200 km quanh thủy điện, đồng thời đánh giá rủi ro môi trường liên quan đến nhà cửa và giao thông trong khu vực hạ lưu. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản, đồng thời nâng cao hiệu quả vận hành và an toàn công trình thủy điện trong điều kiện địa chấn phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai phương pháp đánh giá độ nguy hiểm địa chấn chính: phương pháp xác suất và phương pháp tất định. Phương pháp xác suất, phát triển từ công trình của Cornell (1968) và McGuire (1976), sử dụng mô hình phân bố Poisson và biểu thức Gutenberg-Richter để xác định xác suất vượt quá cường độ rung động nền trong một khoảng thời gian nhất định. Các khái niệm chính bao gồm: vùng nguồn địa chấn (nguồn diện và nguồn đường), biểu thức Gutenberg-Richter với các hằng số a và b, quy luật tắt dần chấn động (attenuation relationship), và kỹ thuật cây logic để xử lý đa kịch bản và biến số đầu vào. Phương pháp tất định tập trung vào các kịch bản động đất cực đoan dựa trên các đứt gãy hoạt động, sử dụng các mô hình nguồn tuyến và các phương trình tắt dần chấn động để tính toán cường độ rung động nền tại vị trí công trình. Ngoài ra, luận văn áp dụng lý thuyết rủi ro môi trường, trong đó rủi ro được đánh giá dựa trên khả năng xảy ra sự cố vỡ đập do động đất, ảnh hưởng đến nhà cửa và giao thông hạ lưu thông qua kỹ thuật chồng ghép bản đồ GIS.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm danh mục động đất lịch sử và quan trắc trong vùng nền Hoa Nam và miền uốn nếp Tây Việt Nam, với tổng số 323 trận động đất sau khi loại bỏ tiền chấn và dư chấn bằng phương pháp cửa sổ Gardner-Knopoff (1974). Cỡ mẫu gồm 99 trận ở vùng Hoa Nam và 224 trận ở miền uốn nếp Tây Việt Nam, tập trung vào các trận có độ lớn từ 3.5 trở lên để đảm bảo tính chính xác trong đánh giá nguy hiểm. Phương pháp phân tích sử dụng biểu thức Gutenberg-Richter với các hằng số a, b được ước lượng bằng phương pháp bình phương tối thiểu và hợp lý cực đại, kết hợp với các phương trình tắt dần chấn động phù hợp (Campbell-Bozorgnia 2008, Bore-Atkinson 2008, Chiu-Young 2008, Toro 1997). Quy trình nghiên cứu gồm: xác định vùng nguồn địa chấn trong bán kính 200 km, xử lý dữ liệu động đất, lựa chọn kịch bản động đất tất định và xác suất, tính toán cường độ rung động nền, xây dựng bản đồ nguy hiểm địa chấn và bản đồ rủi ro môi trường bằng phần mềm GIS (QGIS). Thời gian nghiên cứu tập trung vào dữ liệu động đất từ giữa thế kỷ 20 đến năm 2020, địa điểm nghiên cứu là khu vực công trình thủy điện Sông Lô 6 và vùng ảnh hưởng lân cận.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xác định vùng nguồn địa chấn ảnh hưởng: Hệ thống 15 đứt gãy chính trong bán kính 200 km quanh thủy điện Sông Lô 6 được xác định, với độ lớn động đất cực đại dự báo từ 5.1 đến 7.3 trên thang Richter. Đứt gãy Sông Mã có độ lớn cực đại 7.3, đứt gãy Sơn La 7.2, và đứt gãy Sông Hồng 6.3 là những nguồn nguy hiểm nhất.

2. Ước lượng tham số Gutenberg-Richter: Giá trị hằng số a được tính là 4.42 cho vùng Hoa Nam và 5.0 cho miền uốn nếp Tây Việt Nam, phản ánh tần suất động đất cao hơn ở miền uốn nếp Tây Việt Nam. Giá trị b dao động quanh 1.0, phù hợp với vùng có hoạt động địa chấn mạnh.

3. Đánh giá độ nguy hiểm địa chấn theo phương pháp xác suất: Cường độ gia tốc cực đại nền (PGA) tại vị trí thủy điện Sông Lô 6 được tính cho các chu kỳ lặp lại 50, 100, 250 và 475 năm, với PGA dao động từ khoảng 0.1g đến 0.3g, tương ứng với xác suất vượt quá từ 2% đến 10%. Bản đồ nguy hiểm địa chấn thể hiện rõ sự phân bố không đồng đều của cường độ rung động nền trong khu vực.

4. Kết quả phương pháp tất định: Các kịch bản động đất cực đoan cho thấy PGA tại chân đập có thể đạt tới 0.35g trong trường hợp động đất MCE (Maximum Credible Earthquake) trên đứt gãy gần nhất. Các kịch bản SEE và OBE cũng được xác định với PGA lần lượt khoảng 0.25g và 0.15g.

5. Đánh giá rủi ro môi trường: Bản đồ ngập lụt do vỡ đập thủy điện được xây dựng dựa trên mô hình số độ cao DEM với độ phân giải 30m x 30m. Kết quả cho thấy khoảng 15% diện tích khu vực hạ lưu có nguy cơ ngập lụt nghiêm trọng, ảnh hưởng đến khoảng 1200 nhà cửa và 25 km đường giao thông. Các khu vực dân cư và tuyến đường chính nằm trong vùng rủi ro cao cần được ưu tiên trong công tác phòng chống và ứng phó.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến mức độ nguy hiểm địa chấn cao tại khu vực thủy điện Sông Lô 6 là do vị trí nằm gần các đứt gãy hoạt động mạnh trong vùng nền Hoa Nam, nơi có lịch sử động đất lớn như trận động đất Lục Yên 1954 và Bắc Giang 1961. So sánh với các nghiên cứu tương tự trong khu vực Đông Bắc Việt Nam, kết quả PGA và tần suất động đất phù hợp với các bản đồ phân vùng động đất quốc gia và khu vực Biển Đông công bố năm 2015. Việc áp dụng đồng thời phương pháp xác suất và tất định giúp đánh giá toàn diện, vừa dự báo xác suất xảy ra động đất trong các chu kỳ khác nhau, vừa mô phỏng các kịch bản cực đoan để thiết kế công trình. Kết quả rủi ro môi trường cho thấy tầm quan trọng của việc kết hợp dữ liệu địa chấn với công nghệ GIS để đánh giá tác động thực tế đến nhà cửa và giao thông, từ đó hỗ trợ công tác quản lý và cứu hộ cứu nạn hiệu quả hơn. Các biểu đồ phân bố PGA theo chu kỳ và bản đồ ngập lụt có thể được trình bày trực quan để minh họa mức độ nguy hiểm và rủi ro tại từng khu vực cụ thể.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường giám sát địa chấn liên tục: Thiết lập hệ thống quan trắc địa chấn hiện đại quanh khu vực thủy điện Sông Lô 6 nhằm phát hiện sớm các hoạt động động đất, phục vụ cảnh báo và cập nhật dữ liệu cho các mô hình dự báo. Chủ thể thực hiện: Viện Vật lý Địa cầu và Ban quản lý thủy điện; Thời gian: trong vòng 1-2 năm.

2. Cập nhật và hoàn thiện thiết kế kháng chấn: Áp dụng kết quả đánh giá độ nguy hiểm địa chấn để điều chỉnh thiết kế công trình thủy điện, đảm bảo khả năng chịu đựng rung động nền với PGA tối thiểu 0.35g theo kịch bản MCE. Chủ thể thực hiện: Nhà thầu xây dựng và tư vấn thiết kế; Thời gian: trước khi vận hành chính thức.

3. Xây dựng kế hoạch phòng chống và ứng phó sự cố: Phát triển các kịch bản ứng phó với sự cố vỡ đập, bao gồm sơ tán dân cư, bảo vệ tài sản và duy trì giao thông trong vùng rủi ro ngập lụt. Chủ thể thực hiện: UBND tỉnh Hà Giang, Ban quản lý thủy điện; Thời gian: trong 6 tháng tới.

4. Tăng cường công tác tuyên truyền và đào tạo: Nâng cao nhận thức cộng đồng về nguy cơ động đất và rủi ro môi trường, hướng dẫn kỹ năng ứng phó khi xảy ra sự cố. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường, các tổ chức xã hội; Thời gian: liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý công trình thủy điện: Nhận được thông tin khoa học về nguy hiểm địa chấn và rủi ro môi trường để xây dựng chính sách quản lý, bảo trì và vận hành an toàn.

2. Chuyên gia thiết kế và xây dựng công trình: Áp dụng kết quả đánh giá để thiết kế các công trình có khả năng kháng chấn phù hợp với điều kiện địa phương, giảm thiểu thiệt hại khi xảy ra động đất.

3. Cơ quan quản lý thiên tai và cứu hộ cứu nạn: Sử dụng bản đồ rủi ro và kịch bản sự cố để lập kế hoạch ứng phó, sơ tán và cứu trợ hiệu quả.

4. Nhà nghiên cứu và học viên ngành khoa học môi trường, địa chấn: Tham khảo phương pháp luận, dữ liệu và kết quả nghiên cứu để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về đánh giá rủi ro thiên tai và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp xác suất và tất định khác nhau như thế nào trong đánh giá nguy hiểm địa chấn?
   Phương pháp xác suất tính toán xác suất vượt quá cường độ rung động trong một khoảng thời gian, phù hợp với thiết kế công trình theo chu kỳ sử dụng. Phương pháp tất định mô phỏng các kịch bản động đất cực đoan dựa trên các đứt gãy hoạt động, dùng để đánh giá mức độ ảnh hưởng tối đa có thể xảy ra.

2. Tại sao phải loại bỏ tiền chấn và dư chấn trong danh mục động đất?
   Tiền chấn và dư chấn là các trận động đất phụ thuộc về thời gian và không gian với trận chính, nếu không loại bỏ sẽ làm sai lệch tần suất và phân bố động đất, ảnh hưởng đến độ chính xác của mô hình xác suất.

3. Giá trị hằng số a và b trong biểu thức Gutenberg-Richter có ý nghĩa gì?
   Hằng số a phản ánh tần suất tổng thể của động đất trong khu vực, giá trị càng cao thì động đất xảy ra càng thường xuyên. Hằng số b thể hiện tỷ lệ giữa động đất lớn và nhỏ, giá trị khoảng 1.0 là đặc trưng cho vùng có hoạt động địa chấn mạnh.

4. Làm thế nào để xây dựng bản đồ rủi ro môi trường do vỡ đập?
   Sử dụng mô hình số độ cao DEM để xác định vùng ngập lụt khi vỡ đập, sau đó chồng ghép với dữ liệu không gian về nhà cửa, giao thông bằng phần mềm GIS để đánh giá mức độ ảnh hưởng và lập bản đồ rủi ro.

5. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các công trình thủy điện khác không?
   Có thể áp dụng phương pháp luận và quy trình đánh giá cho các công trình thủy điện khác trong vùng địa chấn tương tự, tuy nhiên cần điều chỉnh tham số và dữ liệu địa phương để đảm bảo tính chính xác.

Kết luận

• Đã xác định được hệ thống đứt gãy chính và các tham số địa chấn đặc trưng cho khu vực thủy điện Sông Lô 6, với độ lớn động đất cực đại lên đến 7.3 trên thang Richter.
• Phương pháp xác suất và tất định được áp dụng đồng thời, cho kết quả PGA tại vị trí công trình dao động từ 0.1g đến 0.35g tùy chu kỳ và kịch bản.
• Bản đồ rủi ro môi trường cho thấy khoảng 15% diện tích hạ lưu có nguy cơ ngập lụt nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hơn 1200 nhà cửa và 25 km đường giao thông.
• Đề xuất các giải pháp giám sát, thiết kế kháng chấn, ứng phó sự cố và tuyên truyền nhằm giảm thiểu thiệt hại do động đất và sự cố vỡ đập.
• Khuyến nghị tiếp tục cập nhật dữ liệu địa chấn và mở rộng nghiên cứu để nâng cao độ chính xác và hiệu quả quản lý công trình thủy điện trong vùng địa chấn hoạt động mạnh.

Luận văn cung cấp cơ sở khoa học vững chắc cho công tác quản lý và phát triển bền vững công trình thủy điện Sông Lô 6, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS và mô hình hóa rủi ro môi trường trong các công trình thủy điện khác. Các nhà quản lý và chuyên gia được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao an toàn và hiệu quả vận hành công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.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.