Phân tích rủi ro hệ thống phòng chống lũ vùng bờ Giao Thủy – Nam Định

PHÂN TÍCH RỦI RO HỆ THỐNG PHÒNG CHỐNG LŨ VÙNG BỜ GIAO THỦY – NAM ĐỊNH<br /> <br /> Nguyễn Quang Đức Anh1, Mai Văn Công 2<br /> <br /> Tóm tắt: Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu về đánh giá an toàn hệ thống phòng<br /> chống lũ hiện tại và xác định tiêu chuẩn an toàn hệ thống đê của huyện Giao Thủy – Nam Định.<br /> Việc đánh giá an toàn hệ thống này dựa trên cơ sở phân tích các cơ chế, xác định xác suất xảy ra<br /> sự cố của của từng thành phần trong hệ thống và xác suất xảy ra sự cố của toàn hệ thống. Tiêu<br /> chuẩn an toàn của hệ thống được xác định thông qua phân tích rủi ro hệ thống, tối ưu theo quan<br /> điểm rủi ro về kinh tế và kể đến thiệt mạng khi bão lũ xảy ra. Kết quả phân tích chỉ ra rằng cả hệ<br /> thống đê và tiêu chuẩn an toàn hiện tại áp dụng cần được nâng cấp đảm bảo phù hợp hơn với tình<br /> hình phát triển kinh tế, xã hội hiện tại của vùng nghiên cứu.<br /> Từ khóa: Độ tin cậy; an toàn đê; đê cửa sông; đê biển; tiêu chuẩn an toàn; tối ưu thiết kế<br /> <br /> 1. GIỚI THIỆU1 chuẩn an toàn phù hợp với điều kiện Kinh tế - xã<br /> Phương pháp thiết kế ngẫu nhiên là phương hội của đất nước ta trong thời kỳ mới trước khi<br /> pháp thiết kế dựa trên cơ sở toán xác suất thống quyết định đầu tư nâng cấp hay xây dựng một hệ<br /> kế để phân tích tương tác giữa các biến ngẫu thống công trình mới.<br /> nhiên của tải trọng và của sức chịu tải trong các 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÊ HUYỆN<br /> cơ chế phá hoại theo giới hạn làm việc của công GIAO THỦY – NAM ĐỊNH<br /> trình. Trong thiết kế ngẫu nhiên, tất cả các cơ Giao Thuỷ là một huyện ven biển của tỉnh<br /> chế phá hỏng được mô tả bởi mô hình toán hoặc Nam Định, nằm ở rìa đồng bằng châu thổ sông<br /> mô hình mô phỏng tương ứng. Tính toán xác Hồng, cách thành phố Nam Định 45 km về phía<br /> suất phá hỏng của một bộ phận kết cấu hoặc của Nam; Phía Tây Bắc giáp với huyện Xuân<br /> công trình được dựa trên hàm độ tin cậy của Trường, phía Tây Nam giáp với huyện Hải Hậu,<br /> từng cơ chế phá hỏng. ranh giới với hai huyện này là con sông Sò phân<br /> Tại Việt Nam, đê điều là công trình quan lưu của sông Hồng. Phía Bắc và Đông Bắc tiếp<br /> trọng được xây dựng, tu bổ và bảo vệ qua nhiều giáp với tỉnh Thái Bình mà ranh giới là sông<br /> thế hệ nhằm ngăn nước lũ, nước biển, bảo vệ tính Hồng (chính Bắc là huyện Kiến Xương, Đông<br /> mạng, tài sản của Nhà nước và của nhân dân gắn Bắc là huyện Tiền Hải).<br /> với an ninh, quốc phòng, chủ quyền và lợi ích Huyện Giao Thủy có diện tích tự nhiên là<br /> quốc gia. Với những diễn biến bất thường và 23.799,64 ha, với số dân sinh sống trong vùng là<br /> phức tạp của thiên tai và thời tiết, trong khi hầu 205.075 người (số liệu thống kê năm 2010) đư-<br /> hết các hệ thống đê điều ở nước ta hiện nay được ợc bao bọc bởi sông và biển. Huyện Giao Thủy<br /> thiết kế xây dựng dựa theo kinh nghiệm tích góp có 32km bờ biển, nằm giữa 2 cửa sông lớn là<br /> từ nhiều thế hệ và không còn phù hợp với tình sông Hồng và sông Sò.<br /> hình điều kiện Kinh tế -Xã hội hiện tại. Việc ứng Hệ thống phòng chống lũ huyện Giao Thủy<br /> dụng Lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích độ tin bao gồm: 31.161 km đê biển từ K0+000 đến<br /> cậy trong thiết kế hệ thống phòng chống lũ có thể K31+161 và gần 30km đê sông trong đó đoạn<br /> giúp các chuyên gia đánh giá an toàn công trình đê Hữu Hồng dài 11.702 km có vị trí từ<br /> phòng chống lũ hiện tại, cũng như xác định tiêu K208+000 đến K219+702 (Xem bản đồ tổng thể<br /> hệ thống phòng chống lũ Huyện Giao Thủy –<br /> 1<br /> PortCoasts Ltd., Hà Nội, Việt Nam<br /> Nam Định hình 1).<br /> 2<br /> Đại học Thủy Lợi<br /> <br /> KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (11/2013) 11<br />  Hình 1: Bản đồ tổng thể Hệ thống đê, kè Huyện Giao Thủy – Nam Định<br /> Một số đánh giá về hiện trạng hệ thống đê, kiện địa hình, địa chất thay đổi thường<br /> kè huyện Giao Thủy – Nam Định như sau: xuyên. Chịu ảnh hưởng trực tiếp của thuỷ<br /> -Các tuyến đê, kè biển huyện Giao Thuỷ triều, gió bão, từ biển Đông vừa chịu ảnh<br /> được hình thành cách đây đã rất lâu (khoảng hưởng dòng chảy lũ đổ vào biển Đông của<br /> 250 năm) trên nền đất yếu, đất bồi tụ phù sa các sông ngòi nội địa, nên những năm qua<br /> của hệ thống sông Hồng. Tuyến đê chạy dài tuyến bờ biển huyện Giao Thuỷ diễn biến<br /> từ cửa sông Hồng ở phía Bắc (đầu tuyến) đến phức tạp, đoạn giữa tuyến trực diện với biển,<br /> sông Sò (Cửa sông Hà Lạn) ở phía Nam tình trạng biển tiến, bãi thoải gây xói lở<br /> (Cuối tuyến) trên địa hình phức tạp có điều nghiêm trọng ảnh hưởng đến tuyến đê.<br /> <br /> <br /> phÝa biÓn phÝa ®ång<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2: Mặt cắt ngang đại diện đê, kè biển Giao Thủy – Nam Định<br /> - Nhiều đoạn đê chất lượng đất đắp thân đê thân đê, hình thức, kết cấu lạc hậu, đã bị hư<br /> và nền đê rất kém, chủ yếu là đất cát và đất cát hỏng và xuống cấp, không đáp ứng được yêu<br /> pha, dễ sạt lở do mưa và sóng. Những đoạn đê cầu chống lụt bão hiện nay.<br /> trực diện với biển, những vị trí xung yếu tuy đã -Mức bảo đảm thiết kế hiện tại còn thấp, do<br /> được kè lát mái bảo vệ nhưng vẫn thường xuyên vậy đê biển không đáp ứng được với yêu cầu<br /> bị phá hoại, do kết cấu mái kè, chân kè bằng các phòng chống lũ bão hiện nay. Cơn bão số 7 năm<br /> cấu kiện chưa hợp lý (Như kè và phần mái kè 2005 là cơn bão cấp 10-12 giật trên cấp 12, bão<br /> bằng đá hộc lát khan). Một số cống qua đê xây đổ bộ vào đất liền đúng lúc triều cường, vượt<br /> dựng cách đây trên 40 năm, cống ngắn so với tần suất thiết kế đê (Tuyến đê biển hiện nay<br /> <br /> 12 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (11/2013)<br /> thiết kế với mức bảo đảm chống được với gió 3.1.Sơ đồ hóa hệ thống và các cơ chế hư hỏng<br /> bão cấp 9 với triều trung bình ứng với tần suất Hệ thống công trình bảo vệ bờ và phòng chống<br /> 5%). Tổ hợp bão cộng với triều cường là tổ hợp lũ huyện Giao Thủy bao gồm các thành phần:<br /> bất lợi nhất cho đê kè ven biển. Với tổ hợp này -Tuyến đê biển;<br /> rất ít khi xảy ra, nhưng khi đã xảy ra sẽ gây phá -Tuyến đê sông hữu Hồng;<br /> hoại rất nghiêm trọng cho đê kè. -Kè bảo vệ bờ biển<br /> -Các hoạt động kinh tế xã hội tại vùng biển -Các đụn cát tự nhiên<br /> và ven biển đã gây ra những thay đổi về môi -Tường biển và các công trình qua đê như:<br /> trường tự nhiên theo hướng bất lợi và làm gia Cống tiêu, trạm bơm…<br /> tăng thiên tai và thiệt hại của thiên tai. Ở nhiều Huyện Giao Thủy là khu vực cửa sông ven<br /> khu vực, rừng ngập mặn và rừng phòng hộ ven biển, các cơ chế phá hoại có thể xảy ra với hệ<br /> biển đã bị mất không những gây ra biến đổi về thống đê biển và đê sông là tương đối giống<br /> môi trường sinh thái theo hướng có hại, mà nhau bao gồm các cơ chế chính như sau:<br /> cũng làm cho sóng lớn đánh thẳng vào đê biển,<br /> gây vỡ đê biển và ngập lụt.<br /> 3. ĐÁNH GIÁ AN TOÀN HỆ THỐNG ĐÊ<br /> HUYỆN GIAO THỦY – NAM ĐỊNH<br /> Để có thể đánh giá an toàn hệ thống phòng<br /> chống lũ của huyện Giao Thủy – Nam Định cần<br /> thông qua việc xác định xác suất hư hỏng của<br /> từng thành phần hệ thống, của toàn hệ thống và<br /> xác suất xảy ra ngập lụt. Việc đầu tiên để đánh<br /> Hình 3: Sơ đồ hóa hệ thống đê Giao Thủy<br /> giá an toàn hệ thống trước hết ta phải sơ đồ hóa<br /> - Chảy tràn/ Sóng tràn;<br /> hệ thống, xác định các cơ chế ảnh hưởng đến hệ<br /> - Trượt mái đê phía đồng;<br /> thống. Đối với hệ thống phòng chống lũ huyện<br /> - Trượt mái đê phía biển;<br /> Giao Thủy có thể coi ảnh hưởng của tuyến đê<br /> - Đẩy trồi/ Xói ngầm.<br /> sông bao quanh phía Tây huyện Giao Thủy dọc<br /> - Mất ổn định kết cấu bảo vệ mái<br /> quanh sông Sò đã được tác giả lược bỏ do lưu<br /> Dựa trên các cơ chế xảy ra sự cố đối với hệ<br /> lượng sông chảy qua sông Sò là nhỏ ngay cả<br /> thống phòng chống lũ huyện Giao Thủy như<br /> trong mùa lũ.<br /> trên ta có thể xây dựng sơ đồ cây sự cố như sau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4: Sơ đồ cây sự cố hệ thống đê huyện Giao Thủy – Nam Định<br /> <br /> <br /> KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (11/2013) 13<br />  Đặc điểm của huyện Giao Thủy là một vùng Xác suất sự cố tổng hợp được xác định nằm<br /> được bảo vệ bờ cả đê sông và đê biển, nguyên giữa hai biên giới hạn trên và biên giới hạn dưới:<br /> 6<br /> nhân gây ra ngập lụt có thể xuất phát từ cả hai<br /> phía sông và biển. Tuy nhiên để đơn giản hóa, max{P(Zi)} ≤Phư hỏng ≤  PZi Z i < 0<br /> i =1<br /> trong bài toán này có thể coi đe dọa từ phía biển Trong đó xác suất hư hỏng theo cơ chế phá<br /> đối với an toàn hệ thống là lớn hơn và coi xác hỏng thứ i, đã được xác định trong các mục trên.<br /> suất xảy ra sự cố đối với tuyến đê hữu Hồng Như vậy biên dưới của xác suất sự cố tổng hợp<br /> bằng Tiêu chuẩn thiết kế hiện tại của tuyến đê của hệ thống đê huyện Giao Thủy hiện tại là<br /> này là Pf=1/100 năm và chỉ đi sâu tính toán cho 0.65, với đê thiết kế theo Tiêu chuẩn kỹ thuật<br /> tuyến đê biển của huyện Giao Thủy. thiết kế đê biển 2012 thì biên dưới này là 0.081.<br /> Việc tính toán xác suất hư hỏng của một Để xác định biên trên của xác suất sự cố tổng<br /> thành phần hệ thống được xác định dựa trên của hệ thống đê huyện Giao Thủy được tác xác<br /> hàm độ tin cây của từng cơ chế hư hỏng như định bằng phần mềm hỗ trợ OpenFTA. Kết quả<br /> nêu trên. Hàm tin cậy Z được thiết lập căn cứ tính toán cho biết xác suất sự cố tổng hợp của hệ<br /> vào trạng thái giới hạng tương ứng với cơ chế thống đê Giao Thủy với đê biển hiện tại là 0.657<br /> phá hỏng đang xem xét, và là hàm của nhiều và với đê biển thiết kế theo Tiêu chuẩn hướng<br /> biến và tham số ngẫu nhiên. Theo đó, Z