phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án đƣợc trình bày trong 04 Chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan về an toàn hồ chứa, đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc theo LTĐTC và PTRR; Chƣơng 2: Cơ sở khoa học của LTĐTC và PTRR trong đánh giá an toàn hồ chứa nƣớc; Chƣơng 3: Thiết lập bài toán ứng dụng LTĐTC và PTRR trong đánh giá an toàn hồ chứa thủy lợi có xét đến ngập lụt hạ du; Chƣơng 4: Ứng dụng LTĐT và PTRR đánh giá an toàn hồ Núi Cốc, tỉnh Thái Nguyên có xét đến ngập lụt hạ du. 4 luan an CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN HỒ CHỨA, ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỒ CHỨA THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ PHÂN TÍCH RỦI RO 1.1 Tổng quan về an toàn hồ chứa, lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro 1.1 Khái niệm về an toàn hồ chứa, lý thuyết độ tin cậy và phân tích rủi ro 1.1 Khái niệm về an toàn đập trên thế giới “An toàn đập” (Dam Safety) đƣợc xem xét toàn diện về an toàn CTĐM (gồm đập và các công trình liên quan tạo hồ chứa nƣớc), an toàn cho vùng hạ du trƣớc rủi ro ngập lụt khi hồ chứa xả lũ khẩn cấp hoặc vỡ đập [3].2 Khái niệm về an toàn đập, hồ chứa nước trong nước: Quy định về quản lý an toàn đập, hồ chứa nƣớc theo quy định tại Nghị định số 114/2018/NĐ-CP ngày 04/9/2018 của Chính phủ Việt Nam gồm an toàn của đập dâng hoặc đập của hồ chứa nƣớc, các công trình có liên quan tạo hồ chứa nƣớc và vùng hạ du [4], trong đó: - Công trình có liên quan là công trình xả nƣớc, công trình lấy nƣớc, tuyến năng lƣợng, công trình thông thuyền và công trình cho cá đi; - Vùng hạ du đập là vùng bị ngập lụt khi hồ xả nƣớc theo quy trình; xả lũ trong tình huống khẩn cấp hoặc vỡ đập; - Tình huống khẩn cấp là trƣờng hợp mƣa, lũ vƣợt tần suất thiết kế; động đất vƣợt tiêu chuẩn thiết kế trên lƣu vực hồ chứa nƣớc hoặc tác động khác gây mất an toàn cho đập.3 Lý thuyết độ tin cậy Lý thuyết độ tin cậy (LTĐTC) sử dụng phƣơng pháp phân tích hệ thống và lý thuyết ngẫu nhiên nhằm xác định xác suất xảy ra sự cố (Pf) của các cơ chế phá hủy thành phần từ đó xác định xác suất xảy ra sự cố tổng hợp của toàn hệ thống công trình. Cơ chế sự cố đƣợc xác định thông qua hàm độ tin cậy mô phỏng quá trình vật lý tƣơng ứng. Các điều kiện biên đƣợc mô phỏng theo bản chất ngẫu nhiên thông qua các hàm phân bố xác suất.
Nguyên lý tính toán: Theo lý thuyết độ tin cậy, khả năng hƣ hỏng của công trình đƣợc 5 luan an đánh giá thông qua xác suất xảy ra sự cố ( Pfi ) của các cơ chế sự cố thành phần và xác suất sự cố của hệ thống (Pf). Trong lý thuyết độ tin cậy, giá trị chỉ số độ tin cậy (β) đƣợc sử dụng để đánh giá mức bảo đảm an toàn của công trình [5]. Rủi ro và phân tích rủi ro Rủi ro của một đối tƣợng là tích số của khả năng xảy ra sự cố của đối tƣợng và hậu quả do sự cố gây ra [5]. Khi áp dụng cho đối tƣợng là hồ chứa nƣớc, rủi ro đƣợc xác định là rủi ro ngập lụt vùng hạ du đƣợc xác định bằng tích số của xác suất xảy ra sự cố gây ngập lụt và giá trị thiệt hại do ngập lụt gây ra.
Sự cố ở hồ chứa đƣợc phân loại theo các tiêu chí sau [1]: - Theo phạm vi xảy ra sự cố, gồm: Sự cố tổng thể (toàn bộ hồ chứa); sự cố công trình (trong cụm CTĐM); sự cố hạng mục, bộ phận (trong một công trình) của cụm CTĐM; sự cố công trình vùng lân cận (có ảnh hƣởng đến an toàn hồ chứa); - Theo trạng thái kỹ thuật, gồm: sự cố về cƣờng độ; sự cố về biến dạng; - Theo nguyên nhân gây ra sự cố, gồm: sự cố do thấm vƣợt giới hạn (ở nền, vai, thân đập hoặc kết hợp); sự cố do sạt gia cố mái thƣợng; sự cố do lũ: mức lũ cao, đập thấp; sự cố do thiết bị tiêu năng của tràn bị xói, cửa tràn bị gãy bị kẹt; sự cố do cống lấy nƣớc bị lún, gãy, xói tấm đáy; trần và thành cống bị thấm, khớp nối bị hỏng hay đứt; sự cố do cửa van của tràn xả lũ bị gãy, bị kẹt,… Phƣơng pháp LTĐTC và phân tích rủi ro (PTRR) xác định quy mô các công trình dựa trên quan điểm rủi ro chấp nhận đƣợc bằng cách xác lập quan hệ giữa XSSC của công trình với giá trị thiệt hại tƣơng ứng do sự cố gây ra thông qua hàm rủi ro. Mức bảo đảm an toàn của công trình đƣợc chọn từ kết quả phân tích rủi ro tƣơng ứng với rủi ro chấp nhận đƣợc của hệ thống. Nhƣ vậy, phƣơng pháp PTRR nhằm đánh giá rủi ro của hệ thống, còn LTĐTC là công cụ dùng để thực hiện PTRR, trong đó phân tích ĐTC là một nội dung của LTĐTC.2 Vấn đề ngập lụt hạ du 1.1 Các trường hợp hồ chứa xả lũ gây ngập lụt hạ du 6 luan an Nhiệm vụ của công tác quản lý an toàn hồ chứa nƣớc là bảo đảm an toàn cho đập, các công trình có liên quan tạo nên hồ chứa nƣớc và vùng hạ du. Khi xảy ra sự cố, hệ thống CTĐM bị thiệt hại, đồng thời vùng hạ du cũng bị thiệt hại do ảnh hƣởng của ngập lụt.
Các trƣờng hợp hồ chứa xả lũ gây ngập lụt hạ du, gồm: (1) Hồ chứa xả lũ theo thiết kế: Nếu hành lang thoát lũ hạ du không bị xâm phạm thì trong trƣờng hợp xả lũ theo thiết kế sẽ không gây thiệt hại. Tuy nhiên, hiện nay, hạ du của một số hồ chứa nƣớc lớn bị xâm lấn, dòng chảy bị co hẹp, không đảm bảo khả năng thoát lũ thiết kế, gây ngập lụt hạ du khi vận hành xả lũ nhƣ: hồ Núi Cốc, Kẻ Gỗ, Vực Mấu, Ayun Hạ, Ia Ring, Dầu Tiếng,. (2) Hồ chứa xả lũ trong tình huống khẩn cấp: Theo Nghị định số 114/2018/NĐ-CP ngày 04/9/2018 của Chính phủ về quản lý an toàn đập, hồ chứa nƣớc, tình huống khẩn cấp là trƣờng hợp mƣa, lũ vƣợt tần suất thiết kế; động đất vƣợt tiêu chuẩn thiết kế trên lƣu vực hoặc tác động khác gây mất an toàn cho đập. (3) Vỡ đập: Các trƣờng hợp vỡ đập xảy ra trong thực tế đa dạng phụ thuộc vào việc xả lũ ứng với các tổ hợp lũ đến hồ chứa gắn với sự cố xảy ra với các hạng mục thuộc hệ thống CTĐM hồ chứa nƣớc.
a) không xả lũ b) Xả Qtk=2.600m3/s Hình 1-1: Bản đồ ngập lụt hạ du hồ Dầu Tiếng ứng với các kịch bản [6] 1.2 Hậu quả của ngập lụt hạ du đập, hồ chứa nước 7 luan an Ngập lụt hạ du hồ chứa gây thiệt hại về kinh tế, xã hội và môi trƣờng, đặc biệt trong trƣờng hợp vỡ đập, thiệt hại nặng nề nhất. - Thiệt hại về kinh tế biểu hiện ở ngập lụt, mất mát về cơ sở hạ tầng, tài sản; - Thiệt hại về xã hội là sự mất mát về các giá trị tinh thần, thƣờng khó lƣợng hóa, gồm: thiệt hại về ngƣời; sự xáo trộn cuộc sống, sự mất mát về các công trình tâm linh, các giá trị lịch sử; - Thiệt hại về môi trƣờng: gây ra dịch bệnh, ô nhiễm môi trƣờng của vùng bị ngập.3 Một số sự cố hồ chứa nước trên thế giới Đập vòm Gleno ở Valle di Scalve, Italy vỡ ngày 01/12/1923, làm 356 ngƣời thiệt mạng. Đập Bản Kiều ở Hà Nam, Trung Quốc bị vỡ năm 1975 khiến 175.000 ngƣời thiệt mạng và hơn 11 triệu ngƣời mất nhà cửa. Đập đất Kell Barnes ở Bang Georgie, Mỹ vỡ lúc 01 giờ 30 ngày 06/11/1977 sau một trận mƣa lớn làm 39 ngƣời chết, thiệt hại 3,8 triệu USD.
Đập Machchu II ở Ấn Độ xây dựng năm 1972, cao 29 m bị vỡ tháng 8 năm 1979 do 3 ngày mƣa to liên tục tạo đỉnh lũ 14.000m3/s, 3/18 cửa van bị kẹt làm 2000 ngƣời thiệt mạng [1]. Gần đây, sự cố vỡ đập thủy điện Sepien Senamnoi, tỉnh Attapeu, Lào ngày 23/07/2018 đã gây ngập cho 10 bản, cô lập hoàn toàn huyện Sanamxay làm 26 ngƣời chết, trên 1.300 hộ gia đình với 6.600 ngƣời dân bị ảnh hƣởng [7]. Ngày 19/5/2020, vỡ cùng lúc 2 đập Edenville và Sanford ở Michigan, Mỹ gây ra lũ lụt kinh hoàng khiến 10.000 ngƣời dân phải sơ tán, ảnh hƣởng nặng nề tới đời sống của ngƣời dân [8]. Hình 1-2: Hiện trạng đập Bản Kiều khi vỡ [1] 8 luan an.
Hình 1-3: Đập Edenville bị vỡ do lũ tần suất 1/500 năm [8] 1.4 Hiện trạng hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam 1.1 Số lượng, phân loại, tổ chức quản lý hồ chứa thủy lợi Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2020), cả nƣớc đã xây dựng đƣợc 6.750 hồ chứa thủy lợi, phân bố tại 45/63 địa phƣơng trên cả nƣớc, bao gồm: 4 hồ chứa quan trọng đặc biệt, 888 hồ chứa lớn, 1.633 hồ chứa vừa, 4.225 hồ chứa nhỏ, có 178 hồ chứa có cửa van điều tiết còn lại là tràn tự do [2]. Về tổ chức quản lý, khai thác hồ chứa nƣớc, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn quản lý 5 hồ chứa quan trọng đặc biệt và 1 hồ chứa liên tỉnh. Ủy ban nhân dân cấp tỉnh giao Công ty TNHH MTV khai thác công trình thủy lợi khai thác Công ty quản lý khai thác công trình thủy lợi cấp tỉnh quản lý 2.230 hồ chứa lớn, vừa. UBND cấp huyện, xã quản lý, khai thác 4.380 hồ chứa thủy lợi vừa và nhỏ.
Tổng Công ty Cà phê Việt Nam, Công ty cao su quản lý, khai thác 135 hồ chứa vừa và nhỏ tại Tây Nguyên. Hình 1-4: Số lượng hồ chứa thủy lợi thống kê theo các tỉnh, thành phố ở Việt Nam 9 luan an Hình 1-5: Bản đồ phân vùng hồ chứa thủy lợi 1.2 Hiện trạng hồ chứa thủy lợi Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2020) [2], hiện cả nƣớc có khoảng 1.200 hồ chứa bị hƣ hỏng, xuống cấp, thiếu khả năng chống lũ; trong đó có khoảng 200 hồ bị hƣ hỏng nặng, cần phải xử lý cấp bách.