Sự thật đằng sau sự cố vỡ đập thủy điện lớn nhất trong lịch sử

Đập Banqiao (Đập Bản Kiều) được coi là một kiệt tác của con người. Một con đập đắp bằng đất nằm trên sông Nhữ ở địa cấp thị Trú Mã Điếm của tỉnh Hà Nam, Trung Quốc. Đây cũng là một nỗ lực nhằm khai thác nước để tưới cho đất nông nghiệp ở lưu vực sông Hoài, khu vực bao gồm một số tỉnh và là nơi sinh sống của 170 triệu người.

Lõi của con đập được tạo thành từ hàng tấn đất sét, phần lớn không thấm nước, được bao bọc bởi một lớp vỏ cát dày. Con đập cao tám tầng, có nhiệm vụ giữ 158 tỷ gallon nước - tương đương 240.000 bể bơi cỡ Olympic - không đổ xuống các ngôi làng bên dưới.

Người ta mất 15 tháng xây dựng con đập, và khi nó hoàn thành vào năm 1952 và được các kỹ sư Liên Xô gia cố lại, đập Bản Kiều được các quan chức chính phủ gọi là "đập sắt" - đủ rộng, đủ rộng và đủ vững chắc để chịu được lũ lụt kéo dài 100 năm và thậm chí 1.000 năm. Năm 1975, con đập này đã bị cơn bão Nina tấn công với lượng mưa lớn, lên tới 63 inch (khoảng 1600mm). 

Con đập Shimantan (Thạch Mạn Than) ở thượng nguồn sông Hoài đã bị vỡ trước, tạo ra một bức tường nước khổng lồ dội vào đập Bản Kiều. Nửa giờ sau, đập Bản Kiều đã bị đổ sụp và cột nước cao tới 6m, với tốc độ chảy gần 30 dặm một giờ, cuốn phăng 60 con đập khác dọc đường đi, khiến hơn 171.000 người thiệt mạng, giao thông bị phá hủy hoàn toàn, làm hàng triệu người bị cô lập.

Làm thế nào mà một con đập được cho là không thể phá hủy lại trở thành một thảm họa vỡ đập thủy điện lớn nhất trong lịch sử và những bài học trong câu chuyện có thể giúp chúng ta 'sửa chữa sai lầm' về kỹ thuật về sau.

Không lâu sau khi Mao Trạch Đông lên nắm quyền vào năm 1949, một chiến dịch xây dựng đập nhanh chóng đã bắt đầu ở Trung Quốc. Khai thác nước của các con sông của Trung Quốc để tưới tiêu đất là một phần quan trọng của chiến dịch này và trong thập kỷ tiếp theo, hơn 100 con đập đã được xây dựng ngay tại tỉnh Hà Nam, miền Trung nước này, nơi có lưu vực sông Hoài. Nhiều người đã cổ vũ cho sáng kiến này, nhưng một nhà khoa học tên là Chen Xing thì tỏ ra lo lắng.

Vào những năm 1950, Chen là một trong những nhà thủy văn hàng đầu của Trung Quốc. Là một chuyên gia trong lĩnh vực bảo tồn nước, ông đã thiết kế Hồ chứa Suya, vào thời điểm đó là dự án hồ chứa lớn nhất ở Châu Á. Khi nhìn các con đập nổi lên, Chen lo lắng rằng các công việc bảo tồn nguồn nước quan trọng khác đang bị bỏ qua. Mục đích thứ yếu của các con đập là để hạn chế lũ lụt, nhưng Chen tin rằng những nỗ lực khác — nạo vét lòng sông, duy tu các con đê, và tạo ra các kênh phân lũ và các khu lưu trữ tạm thời — cũng cực kỳ quan trọng trong việc đảm bảo nước sẽ không tàn phá sau này của các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt.

Tại lưu vực sông Hoài hạn chế, nơi xây dựng đập Bản Kiều, những lo ngại này thậm chí còn gay gắt hơn. Việc xây dựng quá nhiều đập và hồ chứa nước ở xung quanh Hà Nam sẽ nâng mực nước ngầm lên mức không an toàn, làm ngập úng đất nông nghiệp. Các vùng đồng bằng trước đây được sử dụng để phân lũ bây giờ là vị trí của các hồ chứa khổng lồ. 

Nếu đập Bản Kiều bị sập, nước sẽ không còn nơi nào để đi: Người dân sống trên vùng đồng bằng ngập lụt cũ, và bất kỳ mảnh đất nào không có người ở đều bị bão hòa. Lời khuyên của Chen là thêm 12 kênh kiểm soát, được gọi là cửa cống vào đập Bản Kiều. Điều này sẽ cho phép xả lượng nước dư thừa của hồ chứa xuống sông Nhữ trong trường hợp có bão lớn.

Mối quan tâm của ông không chỉ bị lờ đi mà Chen Xing cuối cùng bị buộc thôi việc giám sát thiết kế một số dự án đập khác trong khu vực. Chỉ có năm cống được lắp đặt trong đập bản Kiều. Từ đó, những 'sai phạm kỹ thuật' ngày càng gia tăng. Các công nhân đắp đập không có kinh nghiệm xây dựng hồ chứa. Các vết nứt hình thành trong năm cửa cống mà chính phủ đã cho phép, cũng như trong chính con đập. 

Các vết nứt cuối cùng đã được khắc phục với sự hướng dẫn của các kỹ sư Liên Xô, nhưng không có sự bảo dưỡng hoặc kiểm tra thường xuyên để xác định xem con đập được sửa chữa có thể chịu được một trận mưa đại hồng thủy hay không?

Kỹ sư Dan Wade, chuyên gia về cơ sở hạ tầng tài nguyên nước tại GEI Consultants ở California, cho biết: "Bạn phải nghĩ về các con đập như những sinh vật sống cần được chăm sóc suốt đời. Đập Bản Kiều, theo tất cả tài liệu, hồ sơ hầu như không có bất kỳ sự chăm sóc nào".

Theo chính phủ Trung Quốc, đập Bản Kiều được thiết kế dựa trên tiêu chuẩn tần suất lũ 1.000 năm một lần tương ứng lượng mưa 300 mm/ngày. Tuy nhiên, thực tế thì trận lũ với tần suất 2.000 năm một lần đã xảy ra. Vì thế, đập Bản Kiều khi đó phải hứng đến 697 tỉ m3 nước, trong khi năng lực được thiết kế chỉ là 492 tỉ m3 nước. 

Trong thời gian ba ngày, lượng mưa hơn 55 inch (khoảng 1397 mm)  thậm chí có lúc lên tới 1600mm đã đổ xuống một khu vực thường chỉ nhận được ít hơn 32 inch (khoảng hơn 800mm một năm). Lượng mưa gần bằng một nửa dung tích nước tối đa mà hồ chứa phía sau đập Bản Kiều ban đầu được thiết kế để chứa. Lượng nước đó đã nâng mực nước của hồ chứa lên 370 feet (khoảng 113m), hoặc cao hơn khoảng 14 feet (khoảng 4,3m) so với mức mà tường nước của đập có thể giữ lại.

Tại thời điểm đó con đập đang bị đe dọa nghiêm trọng. Wade cho hay: "Đập đất cũng an toàn như đập bê tông nếu chúng được xây dựng đúng cách. Nhưng một con đập bằng đất có một điểm yếu cơ bản, đó là phải tránh làm tràn đập đó bằng mọi giá. Nước chảy qua một con đập bằng đất sẽ cuốn trôi vật liệu cát, đất sét hoặc đất ban đầu ở đỉnh của con đập, sau đó xói mòn dần thêm, dẫn đến sụp đổ".

Trong những giờ quan trọng đó vào ngày 5 tháng 8 khi cơn bão đầu tiên ập đến, xả nước lũ của sông Nhữ qua các cửa cống sẽ là động thái chính xác. Nhưng ban đầu, những người điều hành đập được yêu cầu đóng cửa. Theo giải thích lúc đó, các cửa vẫn chưa được mở để giảm thiểu lũ lụt nghiêm trọng ở hạ lưu vốn đã đang diễn ra sau khi luồng bão đổ bộ qua tỉnh Hà Nam. Vào thời điểm tình hình trở nên nghiêm trọng, các đường dây liên lạc đã bị cắt đứt bởi cơn bão. Không có thông tin, các nhà điều hành của đập Bản Kiều đã đợi quá lâu để mở 5 cửa cống, như Chen Xing đã dự đoán, là không đủ. Phù sa tích tụ từ lòng hồ cũng chặn các cửa khi mưa tiếp tục đổ xuống.

Ngay sau 1 giờ sáng ngày 8 tháng 8, các công nhân lấp bao cát trên đỉnh đập Bản Kiều đã thấy nước hồ chứa tràn ra. Một vài gang tay nước biến thành một vài gang, chạy qua và nhai đi ở đỉnh của con đập. Con đập nhanh chóng bị nghiền nát bởi hàng trăm nghìn gallon nước. Một bức tường nước cao hơn 6m lao qua với tốc độ hơn 50 cây số một giờ, đổ xuống các thung lũng và đồng bằng bên dưới. 

Trong 5 giờ tiếp theo, các đợt thủy triều xuyên qua đập Bản Kiều đã làm lật đổ 62 đập nhỏ khác trên đường đi của nó, phá hủy toàn bộ thị trấn. Một người sống sót kể lại: "Tiếng nổ của vụ vỡ đập nghe như bầu trời sụp đổ và mặt đất như nứt nẻ. Nhà cửa và cây cối đều biến mất trong tích tắc."

Theo lời kể của nhà báo Trung Quốc có bút danh Yi Si thì hơn một triệu người đã bị "mắc kẹt trong nước". Vào ngày 21 tháng 8, 13 ngày sau khi đập Bản Kiều sập, gần 400.000 người vẫn mắc kẹt trên các mái nhà hoặc trên những mảnh đất khô cằn nhỏ. Thực phẩm đã được thả trên không, nhưng Yi ước tính rằng một nửa số thực phẩm đó đã hạ cánh xuống nước. 

"Khoảng hai tuần sau thảm họa, khi nước lũ cuối cùng bắt đầu rút đi… những xác người nằm khắp nơi trong tầm mắt, mục nát và phân hủy dưới nắng nóng," Yi viết.   

Theo số liệu của chính quyền tỉnh Hà Nam hồi cuối tháng 8/1975, khoảng 85.600 người đã chết trong thảm họa trên. Tính luôn cả những người không phải cư dân bản địa, con số khoảng 100.000. Trong khi đó, một chương trình của kênh Discovery hồi năm 2005 chỉ ra con số thiệt mạng là 240.000 người. Ngoài ra, theo một báo cáo do 8 ủy viên Chính hiệp Trung Quốc công bố vào thập niên 1980, vụ vỡ đập Bản Kiều khiến 100.000 người chết đuối cùng 130.000 người khác chết do dịch bệnh và nạn đói sau lũ.

Ở một khía cạnh nào đó, thảm họa vỡ đập Bản Kiều vẫn là một câu chuyện cảnh giác trong vài thập kỷ tới, nhất là khi Trung Quốc hiện có khoảng 100.000 đập trên các con sông và chúng tiếp tục là những đường dẫn chính không chỉ để sản xuất thủy điện mà còn để lưu trữ và xả lượng nước dư thừa xuống sông. 

Một báo cáo năm 2012 cho thấy hơn 130 đập trong số này dễ bị ảnh hưởng bởi động đất hoặc có thể bị hỏng hóc (Các con đập ở những khu vực có độ địa chấn cao có thể kích hoạt các lỗi trong quá trình thực hiện như làm đầy hoặc thoát nước hồ chứa.)

Không chỉ ở Trung Quốc mà tại Hoa Kỳ, hàng nghìn con đập cũng đang đạt hoặc vượt quá giới hạn được thiết kế của chúng, theo một phân tích gần đây của Associated Press (AP). Mặc dù khoảng 3 tỷ USD trong gói cơ sở hạ tầng được ký thành luật vào năm ngoái dành cho các con đập của Mỹ, nhưng Mark Ogden, chuyên gia kỹ thuật của Hiệp hội quản lý về an toàn hồ đập cho biết cần nhiều hơn thế: "Có hơn vài nghìn con đập tiềm ẩn nguy cơ cao ở Hoa Kỳ và số tiền đó là không đủ để có thể kiểm tra và đánh giá tất cả các đập hiện có ở đó".

Nhưng theo như Patrick McCully, một nhà phân tích năng lượng và khí hậu có trụ sở tại Hoa Kỳ, đã phác thảo trong cuốn sách của mình thì việc xây dựng một con đập hoàn toàn an toàn "đơn giản là không thể". 

Các con đập là tuyệt tác của kỹ thuật phòng thủ và các nhà thiết kế cố gắng nghĩ ra mọi lực có thể tưởng tượng được cho phần cấu trúc để có thể xuyên thủng, nhưng ngay cả những con đập lớn nhất cũng có 'giới hạn' mà các nhà khoa học nghiên cứu về thủy văn gọi là "xác suất vượt quá hàng năm'. Hầu hết các kỹ sư và nhà thủy văn học có thể tìm thấy dữ liệu tốt về các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt có từ 100 năm trước, điều này cho phép họ hình dung về một con đập có thể chịu được sự kiện thời tiết tồi tệ nhất trong khoảng thời gian 100 năm. 

Ví dụ, họ có thể giả định rằng một cơn bão tồi tệ nhất trong 100 năm qua có một phần trăm khả năng xảy ra hàng năm trong một trăm năm tới. Nhưng bạn không đủ dữ liệu 1000 năm để xây một con đập có thể chống lại bất cứ thứ gì bởi mô hình thời tiết trên toàn thế giới luôn thay đổi, và các cơn bão một lần trong đời như Sandy và Harvey dự kiến sẽ tăng lên do biến đổi khí hậu. Bạn chỉ đang dự đoán tương lai và bạn không thực sự biết chắc chắn nó xảy ra thế nào?