Chương 1 sau khi tổng quan các sự cố hồ đập trên thế giới và ở Việt Nam đã đề xuất được hướng nghiên cứu của Luận án là nghiên cứu đặc tính phân bố mưa 24h liên tục lớn nhất và phương pháp luận phân cấp nguy cơ sự cố hồ chứa nhỏ do mưa lũ; Chương 2 nghiên cứu đặc điểm phân bố mưa và xây dựng phương pháp luận phân cấp nguy cơ sự có do mưa lũ các hồ chứa nhỏ khu vực nghiên cứu; Chương 3 áp dụng phân cấp nguy cơ sự cố do mưa lũ và đề xuất giải pháp tính toán nhằm nâng cao an toàn các hồ chứa nhỏ cho một số tỉnh vùng BTB, thông qua phân tích ảnh hưởng của giá trị các thông số trong phân bố mưa 24h liên tục lớn nhất đến quá trình dòng chảy lũ tới hồ nhằm chính xác hóa nguy cơ sự cố hồ chứa đang được quan tâm đánh giá, cũng như vai trò của diện tích lưu vực đến cấp độ nguy cơ sự cố hồ chứa. Những đóng góp mới của luận án 1) Xác định tần suất mưa 1 ngày lớn nhất, xác định tần suất mưa 24h liên tục lớn nhất khu vực nghiên cứu, vai trò quan trọng của mưa 24h liên tục lớn nhất trong tính toán thiết kế công trình xả lũ và xác lập mối tương quan giữa mưa I ngày lớn nhất và mưa 24h liên tục lớn nhất; 2) Xây dựng và đề xuất phương pháp luận phân cấp nguy cơ sự cố với các luận giải khoa học các chỉ số cơ bản thể hiện mức độ nguy cơ sự có liên quan đến mưa lũ của các hồ chứa nhỏ vùng BTB. TONG QUAN NGHIEN CUU NGUY CO SU’ CO CONG TRINH HO CHUA TREN THE GIOI VA VIET NAM 1. Sự cố các hồ chứa trên thế giới và ở Việt Nam Xây dựng các hồ chứa để điều tiết dòng chảy tự nhiên là giải pháp thủy lợi đã được áp dụng phô biến trên thế giới và ở Việt Nam, nhằm điều tiết nguồn nước, sử dụng cho suốt thời gian trong năm và điều tiết lũ.
Yêu cầu đặt ra là công trình hồ chứa phải hiệu quả và an toàn cho cụm công trình đầu mối, cho hạ du và vùng liên quan. Các nhà chuyên môn cho rằng ở một mức độ nhất định, tất cả các hồ chứa đều có nguy cơ mất an toàn, đồng thời sự cố trong thời gian mưa lũ có thê gây ra hậu quả thiệt hại to lớn cho các vùng hạ lưu. Sự cố hồ chứa do rất nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan, theo thống kê các sự cố hồ chứa trên thế giới và trong nước cho thấy trong các nguyên nhân hư hỏng đập của hồ chứa thì nguyên nhân hư hỏng đo lũ hay tràn đập chiếm tỷ lệ lớn nhất [1], [48]. Trên thế giới Trong thời gian trước đây đã từng xảy ra những sự cố lớn của hồ chứa trên khắp thế giới, mà tiêu biểu là các sự cỗ sau đây.
Đập hồ chứa Baldwin Hills ở Los Angeles County, California, Mỹ được xây dựng từ 1947 đến 1951, ngày 14/12/1963 bị rạn nứt vai đập phía Đông gây vỡ đập và 0,95 triệu mỶ nước tran qua đập trong vòng 03 giờ, làm chết 05 người và phá hủy 277 ngôi nhà (Hình 1-1) [34]. Hình I- 1: Ảnh nhìn từ phía Đông Nam lên thượng lưu đập: trong khi bị vỡ [34] Tại Mỹ có khoảng 80.000 đập và trong thế kỷ qua nhiều sự cố đập nghiêm trọng thường xuyên xảy ra. Từ năm 1918 đến 1958 đã xảy ra 33 sự cô hư hỏng đập làm 1.680 người chết. Từ năm 1959 đến 1965 trên thế giới có 9 đập bị hư hỏng nghiêm trọng và một số thảm họa nghiêm trọng tại Mỹ là do vỡ đập.
Trong vòng 2 năm gần đây (2009-2011) đã có hơn 520 sự cố hồ chứa đã xảy ra, gồm cả 21 sự cố vỡ đập được thông báo tới Chương trình Quốc gia về đập (National Performance of Dams Program). Tuôi thọ trung bình của 80.000 đập ở Mỹ là 5I năm. Theo số liệu thống kê của Hiệp hội các chuyên gia an toàn đập, ở Mỹ năm 2005 có hơn 10.000 đập được xếp vào loại rất nguy hiểm, 3.300 đập không an toàn và năm 2009 có trên 2.000 đập ở gần khu tập trung dân cư cần được sửa chữa [33]. Kelly Barnes là đập đắp bằng đất ở bang Georgia, Mỹ, ngày 06/11/1977 nó đã bị vỡ sau một trận mưa lớn gây lũ tràn qua đỉnh đập, làm 39 người thiệt mạng và thiệt hại về tài sản lên đến 3,8 triệu USD.
Đập hồ Lawn là đập đất được xây dựng trong công viên quốc gia Rocky Mountain (Mỹ), đã bị vỡ vào ngày 15/7/1982 với lượng nước tràn ra lên đến 830.000 mỶ làm 3 người cắm trại trong khu vực bị thiệt mạng và thiệt hại kinh tế lên đến 31 triệu USD. Tại Nga, theo E. JIeðenesoïi (2010) [30] nếu như 35% các trường hợp sự cố đập đất do nguyên nhân nước lũ tràn quan đỉnh đập thì 1/3 trong số đó có nguyên nhân là thiết bị cửa xả nước không hoạt động. Sự cỗ tương tự xảy ra vào ngày 7/8/1994 đối với đập hồ chứa Trirlian (cao 9,9m và dung tích 7 triệu m’) trên sông Trắng, vỡ đập trong thời gian vài giờ và cột nước cao 7m đã cuốn qua làng Trirlian làm 28 người chết.
20 đập ở Nga có năng lực xả lũ hạn chế, trong số đó là các đập Viliui, Usch-Khantai, Xaratov, Main, Iriklin, Miatlin va Gergebil. Mất ôn định thân dap do qua trình xói ngầm do dòng chảy ngầm là nguyên nhân vỡ đập Kuriei ngày 2/7/1992 đề khắc phục sự cố này đã phải xây dựng tường chống thấm dài 94m [30]. Ở Châu Á, trong số 40 thảm họa do sự cố đập trong thời gian gần đây thì chi có 03 thảm họa sự cố từ lỗi của con người [43]. Nghiêm trọng nhất là đập Machhu- 2 ở bang Gujarat-Án Độ vỡ ngày 11/8/1979 đã cuốn đi thành phố công nghiệp Morvi, voi tổng số người chết khoảng 15.
Đập Machhu-2 là đập đất có tràn xả nước với lưu lượng 5.663m’/s, trong khi lượng nước cần thoát sau mưa lớn ước tính cần lưu lượng là 16. Đập hồ chứa Shimantan và Banquia (Trung Quốc) bị phá hủy trong trận bão Nina năm 1975 ở tỉnh Hồ Nam, vì nguyên nhân sự cố của 60 đập hồ chứa nhỏ nằm phía trên thượng nguồn. Trong tai họa thảm khốc này, khoảng 230.000 người bị chết, 11 triệu người mắt nhà cửa, hơn một triệu hecta đất bị ngập và trên 100 km đường cao tốc Bắc Kinh - Quảng Châu bị phá hủy (Hình 1-2).200 người chết vì đập hồ chứa Gouhou bị vỡ tại tỉnh Thanh Hải, Trung Quốc. Về cơ bản, những sự cố của đập thường xảy ra trên điện rộng đã gây ra thiệt hại rất lớn về người và kinh tế.
Ví dụ, 3481 đập của hồ chứa bị hư hỏng đã xảy ra tại Trung Quốc trong hơn 50 năm; 30.000 người chết, 5 triệu căn nhà bị phá hủy và một triệu hecta đất canh tác bị ngập. Hinh 1- 2: Đỉnh đập và tường chắn sóng đập Banquia (Trung Quốc) sau sự cố năm 1975 [19] Ở châu Âu, đập Malpasset ở miền Đông Nam nước Pháp bắt đầu được xây dựng năm 1952 và đưa vào hoạt động năm 1954. Tháng 11/1959 miền Đông Nam nước Pháp bỗng nhiên bị mưa lớn gây đại hồng thủy. Vào trưa ngày 02/12/1959 mực nước trong hồ đạt mức cao nhất.
Tới 18h cùng ngày lệnh xả nước được ban hành nhưng mưa lớn liên tục bỗ sung nước tới mức trong vòng 3h mực nước trong hỗ chỉ hạ xuống vài cm. Vào lúc 21h13' đập bị vỡ, 50 triệu m” được trút xuống tạo nên cột sóng cao 50m chuyên động với vận tốc 70km/h, trong vòng vài phút đã dẫn đến 120 người chết và 53 nhà bị phá hủy [43]. Lúc 22h39' ngày 09/10/1963 đã xảy ra thảm họa đập Vajont ở Friul tỉnh Porderone-Italia. Đập Vajont hoàn thành năm 1959 tạo nên hồ chứa dung tích 150 triệu mỉ.
Hậu quả của khối trượt 260 triệu mỶ đất đá vào hồ gây nên cột sóng cao 150m làm khoảng 50% lượng nước trong hồ tràn qua đập, 1910 người chết (trong đó có kỹ sư chịu trách nhiệm về thảm họa đã tự sát). Trên thực tế ngay vào ngày 4/11/1960 đã xảy ra trượt lở nhưng đã bị các kỹ sư có trách nhiệm không thông báo thông tin [43]. Sự cố của đập hồ chứa Maupassant ở miền Nam nước Pháp vào năm 1959 đã làm thiệt mạng hơn 450 người. Bên cạnh đó, sự cố hư hỏng đập hồ chứa Stava tại Ý năm 1985 đã làm 268 người bị chết, phá hủy 62 ngôi nhà và gây ra một thảm họa về môi trường một cách nghiêm trọng.
Ngày 01/12/1923, đập Gleno ở Ý bị vỡ, khi sự cố xảy ra, những nỗ lực khắc phục đã hoàn toản bị thất bại. Một lượng nước khoảng 4,5 triệu mỶ đã tràn ra từ độ cao 1.535 m xuống vùng thung lũng phía dưới hạ du. Thám họa chỉ ngừng lại khi mực nước chỉ còn 186 m. Su cố làm ít nhất 356 người thiệt mạng.
Keith Mills (2013) [40] đã trình bày 08 sự cố hồ đập với các nguyên nhân khác nhau trong lịch sử là: 1) Hồ chứa South Fork năm 1889 tại Johnstown, Pennsylvania, Mỹ - đập đất bị hư hỏng đã sửa chữa nhưng chưa hoàn chỉnh nên khi gặp lũ bình thường đã xảy ra lũ tràn đỉnh làm 2.209 người chết; 2) Hồ chứa Saint Francis nam 1928 tai Southern California, MY - do trong qua trinh thi cong đã tăng độ cao của đập so với thiết kế ban đầu, xử lý vai đập chưa tốt dẫn tới xuất hiện các vết nứt dọc đập, khi hồ tích nước tạo ra áp lực gây hư hỏng đập làm 450 người chết; 3) Hồ chứa Vaiont năm 1963 tại phía Bắc nước Italy — một khối lượng lớn đất đá bên vai đập vòm bị sạt trượt với tốc độ nhanh đồ xuống hồ tạo ra “sóng” và lũ tràn qua đỉnh làm 2.