Giáo trình đánh giá tác động môi trường ( PGS.TS. Hoàng Hư ) - Chương 3 pdf

Sự biến động sâu sắc của nó cả về môi trường tự nhiên lẫn môi trường xã hội chúng không bó hẹp như ảnh hưởng của một nhà máy hay một xí nghiệp… Việc xây dựng các công trình thủy lợi và n

CHƯƠNG III

TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG DO CÁC DỰ ÁN

THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN

Có thể nói không có những hoạt động nào của con người mà gây nên

những biến động to lớn về môi trường tự nhiên lẫn môi trường xã hội như các

công trình thủy lợi, thủy điện… Nó mang tính bùng nổ, tầm cỡ vĩ mô về môi

trường Sự biến động sâu sắc của nó cả về môi trường tự nhiên lẫn môi trường

xã hội chúng không bó hẹp như ảnh hưởng của một nhà máy hay một xí

nghiệp…

Việc xây dựng các công trình thủy lợi và những dự án năng lượng thường

kéo theo hàng loạt những biến động như:

1 - Làm đảo lộn điều kiện địa lý, điều kiện dân sinh kinh tế, thay đổi cả

phong tục tập quán, làm thay đổi cả qui hoạch của cả một vùng rộng lớn

(bạt núi, phá đồi, lấp sông, phá rừng, di dân…)

2 - Làm đảo lộn cả những hệ thống giao thông

3 - Xuất hiện những điểm dân cư mới, có khi cả những thị trấn, những thành

phố mới

Công trình thủy điện Sơn La được chính thức khởi công xây dựng ngày

2-2-2005 với công suất 2400MW, sản lượng điện hàng năm là 9,5×109

KWh (Diện tích lưu vực 44.000Km2) diện tích mặt hồ 224Km2 Khi khởi

công đã có hơn 3 vạn người (trong đó có khoảng 7.500 hộ đồng bào dân

tộc) phải di dời khỏi cao trình 215m Trong đó có 433 hộ bị ngập nhà

hoàn toàn ngay sau khi chặn dòng Hiện đã có 44/45 điểm tái định cư đã

có đường giao thông đến tận bản làng, điện đã kéo đến từng hộ Hầu hết

các hộ đã mua sắm được xe máy, tivi…

Công trường đã tập trung hơn 5.000 công nhân Rồi đây phải có ít nhất

14.000 người đến làm việc nơi đây, tạo ra điểm dân cư mới… Trước kia

lương thực thực phẩm làm ra không biết bán cho ai, nay phải chuyển cả

từ xuôi lên mới đủ cung cấp cho một công trình to lớn đó…

Riêng công trình sông Đà, nếu thành công thì mỗi năm chúng ta sẽ có

thêm 10 tỉ KWh điện, tiết kiệm được 5 triệu tấn than, tạo ra một doanh

thu 500 triệu đô la… nhân dân 3 tỉnh phấn đấu để tổ máy 1 có thể đi vào

hoạt động vào năm 2010

4 - Xuất hiện một hệ thống xí nghiệp công nghiệp mới, đồng thời cũng từ đó

hình thành một đội ngũ công nhân có trình độ tay nghề cao…

5 - Tạo nên những cơ sở y tế, giáo dục mới…

6 - Làm thay đổi cơ cấu công – nông nghiệp, cơ cấu ngành nghề trong

vùng…

7 - Thay đổi mật độ dân số, thay đổi các thành phần, tầng lớp trong nhân

dân lao động…

8 - Thay đổi cả điều kiện vi khí hậu trong vùng, tổn thất do thấm thấu qua

công trình và bốc hơi mặt hồ tăng lên rất lớn vì mặt nước hồ mở rộng Từ

đó làm giảm lượng nước chứa trong dung tích hữu ích Ở Việt Nam ta

lượng tổn thất do bốc hơi thường chiếm từ 5 đến 10% dung tích hữu ích

của hồ chứa Công trình thủy điện Thác Mơ trên sông Bé tổn thất bốc hơi

mặt hồ 478mm/năm trong khi lượng mưa trung bình năm chỉ đạt x =

2400mm Để khắc phục tình trạng tổn thất do bốc hơi mặt hồ – một số

nước như Mỹ, Nga… người ta phun lên mặt hồ một lớp màng mỏng chủ

yếu là acid béo và rượu có mạch carbon dài – từ đó có thể giảm đi 50%

lượng tổn thất do bốc hơi

9 - Làm nảy sinh những điểm, những tuyến du lịch mới

10 - Làm đảo lộn cả qui luật dòng chảy và bùn cát ở thượng, hạ lưu công

trình Ví dụ như:

- Mở rộng phạm vi nước dâng ở đuôi hồ

- Làm tăng mức độ ô nhiễm nước thượng lưu đập

- Bồi lấp và xói lở trong hồ chứa

- Xói lở hạ lưu hồ chứa, giảm độ phì của nguồn nước do bùn cát bồi lắng

phần lớn trong hồ

- Làm thay đổi luồng lạch giao thông thủy ở hạ lưu

- Làm hạ thấp mực nước hạ lưu

- Làm thay đổi ranh giới mặn hạ lưu

- Làm biến động sinh thái vùng cửa sông

- Tạo ra những vùng bị ảnh hưởng lũ ở hạ lưu khi công trình tiến hành xả

lũ… cũng như gây nên những hiện tượng lầy, thụt ở hạ lưu công trình…

Thúc đẩy quá trình động đất: ví dụ công trình thủy điện Hòa Bình,

18 tháng sau khi tích nước (từ 1-1989 đến 6-1990) đã có tới 70 trận động

đất lớn nhỏ Điển hình là 2 trận động đất mạnh 3.8 và 3.7 độ Ricter xảy

ra cùng ngày 14-4-1989 và trận động đất mạnh 4.9 độ Ricter xảy ra vào

ngày 23-5-1989 Tại khu vực sông Đà hồ chứa thường có dung tích từ

hàng triệu đến hàng chục tỉ khối nước, từ đó khi gặp những rung động từ

lòng đất dễ tạo ra cộng hưởng, kích thích động đất…

11 - Nói tóm lại: Từ xa xưa con người đã biết xây dựng các hồ chứa, đập

dâng để lấy nước phục vụ sinh hoạt Dấu tích của các đập đất, các hồ

chứa cách đây hơn 3000 năm trước công nguyên đã được tìm thấy ở

Jordan, Ai Cập và vùng Trung đông… Nhưng cho mãi đến những năm

cuối thế kỷ 20 thì việc xây đập làm hồ chứa mới thực sự trở thành

một cao trào Theo thống kê năm 1980 của Tổ chức đập nước thế giới

(WCD) thì hiện nay thế giới có hơn 47.655 đập nước lớn trên 150

quốc gia, trong đó nhiều nhất là Trung Quốc 22.000 cái

Mỹ 6.575 cái

Ấn Độ 4.291 cái Nhật 2.675 cái Tây Ban Nha 1.196 cái Nếu tính theo khu vực thì Châu Á được xếp hàng đầu với 31.340 cái

Việc xây dựng các hồ chứa tất nhiên đã và sẽ còn mang lại nhiều lợi ích cho

những vùng có công trình Người ta ước tính trên thế giới có hơn 271 triệu ha

đất đai được tưới nhờ có hồ đập, đóng góp từ 12 đến 16% tổng lượng lương thực

cho thế giới, 19% nguồn năng lượng của 150 nước trên thế giới dựa vào các nhà

máy thủy điện… cấp nước sinh hoạt cho hàng triệu con người…

Lợi ích của việc xây dựng các hồ chứa nói chung khá rõ ràng song hậu

quả của chúng thì ít người nhắc đến

Ví dụ:

- Mất 1 diện tích rừng vô cùng to lớn; Giá thành đầu tư cao gấp 10 lần so

với những công trình thủy điện nhỏ, tiền vận hành những công trình

càng lớn càng khá đắt

- Làm đảo lộn đời sống hàng triệu con người trong vùng vị ngập do hồ

chứa Theo tổ chức WCD thì thế giới có từ 70 đến 80 triệu người phải

di tản ra khỏi vùng hồ

- Việc giữ lại một khối lượng nước to lớn trong các hồ chứa sẽ làm thay

đổi rõ ràng chế độ dòng chảy hạ lưu các dòng sông (ước tính có khoảng

6.500 tỉ m3 nước trong các hồ chứa) Từ đó đã dẫn đến một khối lượng

lớn chất mùn và bùn cát lắng đọng trong lòng hồ Ví dụ công trình thủy

điện Hòa Bình hàng năm bị bồi đắp khoảng 50 triệu m3 trong khi tải

lượng bùn cát trung bình nhiều năm của sông Đà trước đây chỉ có 53

triệu tấn/năm… Điều này đã góp phần làm xói lở hạ lưu vùng cửa sông

và ven biển Ví dụ vùng ven biển Hải Hậu với chiều dài 20 km tốc độ

xói lở từ 8.6m/năm tăng lên 14.5 m/năm và diện tích sạt lở từ 17

ha/năm nay tăng lên 25 ha/năm không những chỉ xảy ra hiện tượng bồi

lắêng lòng hồ, xói lở hạ lưu mà còn giảm đáng kể lượng thủy sản vùng

cửa sông…

- Mặt khác những sự cố vỡ đập xảy ra kéo theo nhiều hậu quả thảm

khốc Thậm chí có khi còn sản sinh ra những mối bất hòa giữa những

nước có chung 1 dòng sông mà các quốc gia thượng nguồn lại xây dựng

nhiều hồ chứa… Gần đây qua điều tra của 300 hồ chứa lớn Thế giới bị

vỡ thì:

o Có 35% lưu lượng lũ vượt tần suất thiết kế

o 25% do thân đập thiết kế thiếu ổn định

o 40% thi công vận hành quản lý không tốt

Chính vì vậy ngày nay các nước trên thế giới rất quan tâm đến công tác

ĐTM đối với các công trình hồ chứa… nên hay không nên tiếp tục xây dựng

nhiều hồ chứa nhân tạo trên các dòng sông… Dưới đây xin nêu một số ví dụ

điển hình về cái được và cái mất của việc xây dựng những công trình thủy lợi

thủy điện lớn trên thế giới để chúng ta cùng tham khảo

I Công trình thủy điện Tam Hiệp Trung Quốc

Công trình được xây dựng trên sông Trường Giang thuộc tỉnh Hồ Bắc –

Trung Quốc (Tam Hiệp theo nghĩa chữ Trung Quốc là 3 hẻm trong đó có một

hẻm rất sâu - Từ mặt đất đến mặt nước 3.000m – nhưng rộng chỉ 30m – cho

nên người ta gọi là hẻm cọp nhảy, nghĩa là cọp có thể nhảy từ bên này nhảy

qua bên kia hẻm núi) Hẻm này thuộc tỉnh Vân Nam Hẻm nổi tiếng của Kim

Sa Giang Sông Kim Sa chảy đến Nghị Tân của tỉnh Tứ Xuyên mới chính thức

gọi là Trường Giang Sau đó Trường Giang chảy qua tỉnh Hồ Bắc – Giang Tô

– Thượng Hải để đổ vào Hoàng Hải (bờ bắc) và Đông Hải (bờ nam)

Toàn bộ chiều dài Trường Giang 6.300 Km, xếp hàng thứ 3 sau Amazon

Nam Mỹ (6.480 Km) và sông Nil Châu Phi (6.450 Km)

Công trình thủy điện Tam Hiệp khởi công năm 1993

- Có thể nói đây là công trình thủy điện lớn nhất trên thế giới với chiều

cao 185m, chiều dài đập 2.309m

- Khối lượng bê tông dùng để xây đập nhiều gấp 40 lần kim tự tháp

- Nhà máy gồm 25 tổ máy với công suất 18 triệu KW, gần gấp 10 lần

nhà máy thủy điện sông Đà VN (N=1.9 triệu KW)

Thủy điện Tam Hiệp

Khi tích nước phải di dời:

- 1 thành phố 14 vạn dân

- 1 thành phố 8 vạn dân

- 600 xí nghiệp

- Hơn 13 triệu người phải ra khỏi lòng hồ

- Từ ngày khởi công đến khi hoàn thành công trình đã có hơn 100 người

phải hy sinh khi làm nhiệm vụ

Đáng chú ý nhất là sự kiện dời đền Trương Phi (vị tướng nổi tiếng thời

Tam Quốc, tính nóng như lửa, hét to như sét đánh Tiếng hét đã làm đứt ruột

tướng Tào!) Sau khi ông qua đời, để nhớ công lao vị tướng tài ba đó, nhân dân

Trung Quốc khắp nơi đều xây đền Trương Phi Một trong những ngôi đền đó

được xây dựng ở Trùng Khánh Mặc dù ngôi đền 1700 năm tuổi đó được xây

dựng trên núi Phi Phượng Sơn, nhưng khi công trình Tam Hiệp ra đời thì nó

vẫn thấp hơn mực nước hồ là 5.0m Để bảo tồn di tích lịch sử ấy người ta phải

di dời đền Trương Phi và 126 cây cổ thụ đến một vị trí thuộc đồi Sư Tử cách

Tam Hiệp 32 km về phía thượng lưu Ngôi đền được tháo rời thành 13.000 bộ

phận chi tiết với một đội ngũ thợ lành nghề 245 người phục vụ cho việc đi dời

ấy

Ngày 20-05-2006 công trình đã khánh thành toàn bộ với tổng sản lượng

điện hàng năm là 49 tỉ KWh Nhiều nhà môi trường cho rằng công trình này

quá tổn thất…

Có thể nói đây là một công trình thủy lợi – thủy điện tiến hành gặp

nhiều trở ngại nhất Trở ngại đầu tiên là việc không thống nhất chủ trương

xây dựng công trình (Quyết định xây dựng công trình Tam Hiệp được chính

thức thông qua tại phiên họp Quốc hội Trung Quốc ngày 3/4/1992 với 1.767

phiếu thuận, 177 phiếu chống, 664 phiếu trắng Đây là một sự kiện chưa từng

có tiền lệ ở Quốc hội Trung Quốc)

Nhiều ý kiến đưa ra như:

- Vốn đầu tư quá lớn: 75 tỉ USD

- Chưa vội tích đầy hồ – phải 10 năm sau mới tích đầy hồ, như vậy việc đền bù giải tỏa mới tiến hành tốt, đồng thời thăm dò ảnh hưởng của quá trình bồi lắng tác động đến công trình

- Phạm vi bị ngập quá lớn với chiều dài 600 Km, thể tích bồi lắng hàng năm quá lớn (530 triệu tấn/năm) từ đó trong tương lai sẽ làm tăng mức nước lũ tại Trùng Khánh

- Do làm mất một diện tích rừng quá lớn khi xây dựng công trình cũng như 13.000 Km2 diện tích hồ (vốn cũng là rừng) từ đó lũ lụt có nguy cơ gia tăng… xói mòn cũng gia tăng…

- Làm biến đổi xấu nhiều hệ sinh thái trong khu vực Một số loài như cá heo sông ở Trung Quốc sẽ nhanh chóng bị tuyệt chủng…

II Công trình thủy lợi Tam Môn Hiệp

- Công trình đại thủy nông được xây dựng trên sông Hoàng Hà nằm ở phía

đông thị trấn Tam Môn Hiệp

- Vị trí công trình ở nơi gặp nhau của 3 tỉnh Thiểm Tây, Sơn Tây, Hà

Nam

- Diện tích khống chế lưu vực F = 688 × 103 Km2 chiếm 92% diện tích lưu

vực Hoàng Hà

- Nhiệm vụ chính của công trình là phòng lũ kết hợp phát điện, tưới, giao

thông và chống xâm nhập mặn

- Công trình khởi công tháng 4-1957 do Liên Xô giúp đỡ xây dựng

- Hoàn công tháng 9-1960

- Chiều dài đập chính L = 732,2 m

- Chiều cao đập H = 106 m

- Chiều dài toàn bộ hồ chứa L = 371 Km

- Dung tích kho nước W = 35,4 × 109 m3

- Phát điện 8 tổ máy ΣN = 1.100 ×103 W

ΣE = 6 × 109 KWh/năm Những tác động đến môi trường do công trình đem đến

- Di dân hơn 70 vạn người ra khỏi vùng hồ (bao gồm dân cư của

19 huyện thị của 2 tỉnh Tứ Xuyên và Hồ Bắc

- Làm ngập 640 Km2 đất canh tác

Đây là một hồ chứa hình dài nên phạm vi bị ngập nước rất lớn

4 vấn đề tồn tại lớn do việc xây dựng công trình mang đến:

1 Bùn cát:

- Năm 1961 mực nước hồ đạt đến mực nước cao nhất là 332,8 m

- Năm 1964 sau mùa lũ khi H = 335,0 m phát hiện dung tích hồ giảm mất

43% bình quan tổn thất 1×109 m3/năm (khi thiết kế ước tính chỉ mất

3,7×108 m3 nhưng nay con số tổn thất là 1×109 m3/năm – như vậy tổn thất

thực tế gấp 2,7 lần so với thiết kế)

- Phạm vi bồi đắp kéo dài cho đến cách đập 187 km làm cho đáy sông

các sông nhánh nâng cao kinh khủng Sau mùa lũ 1969 đáy sông có

nhiều nơi nâng cao hơn so với trước khi có đập là 5,0 m từ đó làm cho

nhiều chiếc cầu bắc qua sông phải ngập chìm trong nước do đáy sông

nâng cao Để đảm bảo giao thông người ta buộc lòng phải “xây cầu trên

cầu” tạo nên một cảnh quan khá lạ thường Để cứu vãn tình hình an toàn

cho hồ chứa người ta phải lập tức xây thêm hai cửa xả cát, đồng thời

giảm bớt việc tích nước hồ, hạ thấp năng lực phát điện của công trình…

Nhưng sau đó không lâu thì cả hai cửa xả cát cũng không đảm đương

được nhiệm vụ Từ đó nước lũ không chảy đượcvề hồ mà quay ngược về

thượng lưu công trình làm ngập hàng vạn ha đất canh tác, nhấn chìm

nhiều nhà cửa, đường sá… đồng thời do hàm lượng bùn cát quá lớn từ đó

làm cho các máy phát điện nhanh chóng bị mài mòn, tuổi thọ giảm sút

một cách nhanh chóng, từ đó làm gia tăng nhanh chóng vốn đầu tư công

trình…

2 Mực nước ngầm dâng cao quá mức do việc đáy hồ dâng cao nhanh

chóng Năm 1960 ÷ 1961 sau khi tích đầy hồ chứa mực nước ngầm gần dập có

nơi dâng cao từ 8 ÷ 25.5m Tại thị trấn Tam Môn Hiệp mực nước ngầm dâng

cao đến 36.2m Còn thượng nguồn mực nước ngầm nói chung dâng cao từ 2 ÷

4m Do mực nước hồ dao động nên phạm vi ảnh hưởng của nước ngầm mở rộng

từ 1 ÷ 2km có nươi từ 3 ÷ 5km Do khu vực hồ chứa là vùng đất đỏ nên khi

ngấm nước rất dễ xảy ra hiện tượng lún sụt, sụp lở… một số nơi khi lún từ 0.70 ÷

0.80m, chất lượng nước ngầm thay đổi xấu

3 Sụp lở bờ hồ: Trong vài năm đầu tích nước 41% chiều dài bờ hồ bị sạt

lở nghiêm trọng Độ rộng sạt lở từ 3 ÷ 5m, có nơi đến 60m Từ 9-1960 đến

12-1961 thể tích đất sụp lở xuống hồ ước tính 177 triệu m3 tương đương 250 triệu

tấn, chiếm 1.8% dung tích hữu ích bị mất, còn bồi lắng thì 16.3% Hậu quả của

sạt lở bờ làm ảnh hưởng rất lớn đến giao thông, mất đất canh tác…

4 Hậu quả sau di dân: Để khắc phục một phần tình trạng bồi lắng nên

hồ chứa thường vận hành khi mực nước thấp Từ đó phần đất bán ngập lộ ra

nhiều hơn Số dân cư không muốn rời bỏ quê hương nay quay về lại với hồ chứa

nơi đã từng sinh sống từ đó dẫn đến tình trạng xã hội phức tạp trong khu vực hồ

chứa…

III Công trình thủy lợi Thủy điện Axuan trên sông Nil – Ai Cập

Công trình này được xây dựng trên sông Nil (Sau khi sông Nil từ Xu Đăng chảy

về Ai Cập để đổ ra Địa Trung Hải)

- Công trình được xây dựng từ 1960 (do Liên Xô giúp đỡ)

- Năm 1968 hoàn thành việc chặn dòng sông Nil

- Năm 1972, 12 tổ máy phát điện được hoạt động với tổng công suất 21

triệu KW, E = 10.000 triệu KWh/năm chiếm 53% tổng sản lượng điện cả

nước

- Vốn đầu tư ban đầu 1 tỉ USD

- Đập dài 3.200 m; cao 111 m

- Dung tích toàn bộ 162 tỉ m3 (Trong đó dung tích chết 31 tỉ m3, dung tích

hữu ích 131 tỉ m3)

- Hồ chứa dài 500 Km trong đó 300 Km trên đất Ai Cập và 200 Km trên

đất Xu Đăng

- Độ rộng trung bình hồ chứa 11,8 Km

- Diện tích mặt thoáng hồ chứa 6.540 Km2

- Di dân 10 vạn người ra khỏi lòng hồ

Sau 20 năm xây dựng công trình đã đem lại những lợi ích to lớn như:

- Năm 1975 lũ đặc biệt lớn Qmax = 100 triệu m3/giây vẫn đảm bảo an toàn

cho hạ lưu

- Năm 1972 Châu Phi 7 năm liền bị hạn hán như nhờ có công trình nên

hạn chế có bản vấn đề thiếu nước phục vụ nông nghiệp Lợi ích từ việc

chống hạn năm 1972 đã lên đến 6 tỉ USD

- Trước đây 96% diện tích Ai Cập bị hoang hóa, do thiếu nước Đất nông

nghiệp phần lớn tập trung vào 2 bờ sông Nil và hạ lưu sông Nil, từ xưa

người ta chỉ dựa vào mưa lũ từ tháng 8 đến tháng 10 để canh tác Sau khi

xây dựng Axuan mỗi năm công trình đem lại 55 tỉ m3 nước làm ruộng 2

vụ, 3 vụ, từ đó diện tích canh tác được mở rộng thêm 63,5 vạn ha (năm

1961 diện tích canh tác toàn quốc là 250 vạn ha)

Nuôi trồng thủy sản: Đưa sản lượng cá nước ngọt của Ai Cập từ 750 tấn

/năm lên 3,45 vạn tấn/năm Sau đó là 7 vạn tấn/năm

Du lịch: Sau khi công trình hoàn thành, dân số trong vùng từ 3 vạn người

phát triển thành 20 vạn Thu hút khách du lịch thế giới đến tham quan những

công trình nổi tiếng cùng nhiều kỳ quan thế giới…

Những vấn đề tồn tại của công trình:

1 Vấn đề thấm và bốc hơi: Theo thiết kế thì năm 1970 hồ chứa sẽ được

tích đầy nhưng mãi đến 1975 hồ chứa chỉ mới tích được 50% Nguyên nhân

chính là tổn thất bốc hơi và thấm quá lớn Ví dụ: Khi thiết kế tổn thất do bốc

hơi là 10 tỉ m3/năm nhưng nay thì con số thực tế lớn gấp nhiều lần so với

thiết kế Vì vậy hồ chứa không bao giờ được tích đầy hồ…

2 Điện lượng không đạt được mức thiết kế do hồ chứa không bao giờ được

tích đầy hồ… Trước kia thiết kế 12 tổ máy nay chỉ còn 7 tổ máy hoạt động

Công suất từ 12 triệu KW nay chỉ còn 9 triệu KW

3 Vấn đề làm nghèo dinh dưỡng nguồn nước hạ lưu: Trước đây sông Nil

đưa về hạ lưu 130 triệu tấn phù sa góp phần làm màu mỡ cho các cánh đồng

hạ du Nay bùn cát bồi lắng hết trong lòng hồ, từ đó các cánh đồng hạ lưu

công trình phải tăng thêm nguồn phân bón phục vụ nông nghiệp – từ 135

vạn tấn nay tăng lên 464 vạn tấn, tức gấp 2.5 lần sau đó tăng gấp 10 lần…

4 Hiện tượng nước thấm qua đập đã làm cho nhiều khu tưới hạ lưu công

trình nước chảy tràn lan, làm cho sản lượng nông nghiệp giảm sút Nhà nước

phải đầu tư thêm 1 tỉ USD để xây dựng các công trình chống thấm và hệ

thống tiêu thoát nước phía hạ lưu

5 Vấn đề xói lở hạ lưu và sạt lở bờ sông, biển xâm thực…

Sau 20 năm xây dựng, suốt chiều dài 618 Km hạ lưu công trình hiện tượng

xói lở xảy ra liên tục, độ sâu xói lở từ 0,42 ÷ 0,66 m, có nơi xói sâu 2,0 m

Đồng thời 2 bờ sông hạ lưu công trình sụp lở diễn ra từ 1÷ 3,0 m Để khắc

phục tình trạng này nhà nước Ai Cập đã xây 10 đập chắn ngang sông từ đập

chính đến cửa sông nhằm hạn chế khả năng tiếp tục xói lở trong tương lai

Tiền đầu tư cho 10 đập chắn này lên đến 250 triệu USD Đồng thời với việc

xói lở lòng sông hạ lưu thì hiện tượng xâm thực bờ biển cũng diễn ra rất ác

liệt Sau 10 năm xây dựng bờ biển đã lấn sâu vào đất liền 3 Km Chính phủ

Ai Cập cũng đã bỏ ra hơn 100 triệu USD để kè các vùng bờ biển bị xói lở…

6 Nghề cá hạ lưu công trình bị giảm sút: Trước khi xây dựng công trình sản

lượng cá hàng năm ở hạ lưu là 1,8 vạn tấn, sau 3 năm xây dựng chỉ còn 500

tấn (giảm 97%), hơn 3 vạn ngư dân bị thất nghiệp, mỗi năm tổn thất hơn 1

triệu USD

7 Nhiều công trình kiến trúc cổ xưa bị chìm trong lòng hồ, nhiều đền thờ

xây dựng cách đây hơn 5000 năm, ví dụ đền Abu-Simbel cũng bị chìm trong

nước hồ Tổ chức UNESCO đã cung cấp 41 triệu USD để di dời nhưng còn

rất nhiều công trình, di tích lịch sử xây dựng 1200 năm trước công nguyên

không thể di dời được, phó mặc cho ngập chìm trong nước… Các bệnh về

nước phát triển rộng khắp do công trình tưới luôn đầy nước cũng như thấm

tràn lan… Hơn 3 vạn dân phải di dời ra khỏi lòng hồ nhưng vấn đề xã hội vẫn

chưa được giải quyết tốt…

TÍNH TOÁN PHẠM VI NƯỚC DÂNG VÀ BỒI LẮNG, XÓI

LỞ THƯỢNG, HẠ LƯU CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI -

THỦY ĐIỆN

I PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN ĐƯỜNG CONG MẶT NƯỚC KHI BỒI

LẮNG

Như chúng ta đã biết: kết quả của việc bồi lắng là làm cho độ sâu giảm

dần, mực nước tăng lên, nhưng quá trình bồi lắng cũng như cường độ bồi lắng

diễn ra không đồng đều cho nên đường cong mặt nước nói chung hay phạm vi

chịu ảnh hưởng nước dâng không những thay đổi theo không gian mà còn cả về

thời gian Hiện nay trong khi thiết kế các công trình thủy điện, một vấn đềø được

nhiều người quan tâm hơn việc xác định tuổi thọ của công trình đó là phạm vi

ngập nước sau khi xây dựng công trình cũng như trong suốt quá trình vận hành

Vì rằng sau khi bồi lắng phạm vi bị ngập nước sẽ không ngừng di chuyển

về phía thượng lưu công trình cho nên nếu như vùng dân cư đông đúc hoặc như

vùng công nghiệp mà nằm trong phạm vi này thì thật là tổn thất không lường

Ví dụ như: để đảm cho việc tích nước công trình thủy điện Thác Bà đến

cao trình 58 chúng ta phải sơ tán 50 xã trong số 1/3 tổng số xã của tỉnh Yên Bái,

bao gồm 7.350 hộ và 34.310 nhân khẩu, có 7 chợ, 4 thị trấn, 4 nhà thờ bị ngập

bao gồm 70% số giáo dân toàn tỉnh

Số ruộng bị ngập là 5.163 ha mà 70% là ruộng lúa 2 mùa – mất đi 1/3

tổng sản lượng của tỉnh Yên Bái Khi hồ Hòa Bình tích nước thì phạm vi bị ngập

là 200 Km2 trong đó có nhiều nhà cửa, ruộng vườn, đất đai, khoáng sản, rừng

cây… tài nguyên sinh vật Công trình thủy điện Sơn La phải di dời 10.000 hộ

dân (trong đó hơn 7.500 hộ là đồng bào dân tộc) của 3 tỉnh: Sơn La, Lai Châu,

Điện Biên Một cuộc di dân lớn chưa từng có ở một vùng Tây Bắc nghèo khó

xa xôi và vất vả này…

Tính toán chính xác sự biến hóa của đường cong nước dâng cũng như

phạm vi bị ngập không những có một ý nghĩa to lớn về mặt chính trị mà còn có

ý nghĩa quan trọng vế mặt kinh tế như định được vùng bán ngập để từ đó có

một kế hoạch canh tác phù hợp hơn nhằm tăng sản lượng cũng như nguồn thu

nhập nói chung cho nhân dân trong vùng

Việc phân tích tính toán đường cong mặt nước hiện nay trên thế giới tồn

tại rất nhiều phương pháp khác nhau Dưới đây chúng tôi xin nêu hai phương

pháp đơn giản nhất:

I XUẤT PHÁT TỪ PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CƠ BẢN CỦA DÒNG

CHẢY ĐỀU ỔN ĐỊNH − CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA TAM GIÁC

CHÂU

Đầu tiên chúng ta nhận thấy rằng những nguyên nhân cơ bản sau đây sẽ

làm cho đường cong mặt nước không ngừng nâng cao và di động về phía thượng

lưu

1 – Do vật trầm tích ở đầu kho nước dần dần di động về phía đập

2 – Do tam giác châu di động về phía hạ lưu nên bề mặt của tam giác

châu cũng nâng lên (ở đây khi tính toán giả thiết độ sâu ở đỉnh tam giác châu

trong quá trình di động luôn luôn cố định)

3 – Do sự tồn tại của đường cong nước dâng cho nên tạo thành việc bồi

lắng ở đầu và đuôi tam giác châu

Giả thiết rằng khối lượng bồi lắng ở phía đuôi tam giác châu ít hơn ở đầu

tam giác châu, trên cơ bản không ảnh hưởng đến sự biến hóa đường cong nước

dâng

Dưới đây trong phương án tính toán chỉ xét đến qui luật biến hóa của

phạm vi nước dâng do hai ảnh hưởng đầu mang lại đồng thời Để vấn đề giản

đơn hơn, chúng ta giả thiết kho nước có tỷ số B/H rất lớn Đối với hình dạng bồi

lắng thì giả thiết rằng độ dài chân nước tam giác châu trong quá trình vận động

không thay đổi tức là L2 = Constant, còn độ dốc trước i2 thì không ngừng tăng

lên theo sự phát triển của tam giác châu Độ dốc mặt tam giác châu i3 và

khoảng cách từ đuôi tam giác đến công trình cũng là hằng số

Tức i3 = Constant AD = Constant

Căn cứ vào hình 1 và xuất phát từ mối quan hệ hình học cũng như

phương trình cân bằng bùn cát

ρqΔΤ=Αγs [3-1]

Chúng ta rất dễ dàng tìm được quan hệ giữa i2 và các nhân tố đã biết, từ

đó có thể tìm được sự biến hóa của i2 theo thời gian hoặc i2 với vị trí của tam

giác châu

Trong công thức 1-2-3 thì:

Q : Bình quân lưu lượng đơn vị vào kho

S : Độ đục trung bình

γs : Dung trọng khô của bùn cát bồi lắng

A : Diện tích tam giác châu theo hướng dòng chảy

t : Thời gian bồi lắng

iS : Độ dốc lòng sông ở trạng thái tự nhiên

IP : Độ dốc lòng sông khi chấm dứt bồi lắng

H : Độ sâu trước đập ứng với mực nước dâng bình thường

ho : Độ sâu thượng lưu đoạn nước dâng

h : Độ sâu lòng sông khi ổn định

L0 : Độ dài nước dâng

−

=

−( S P)

L o

Khi B/H rất lớn ta có thể xem R=HCP lúc này phương trình vi phân cơ bản

của dòng chảy đều ổn định của khối lăng trụ giản ước đi rất nhiều

Qua các bước giản hóa ta có thể viết phương trình đó dưới dạng sau:

E

i s

ω α ω

1

Q i

1 3

3

1

c o

h (ta gọi là độ sâu tương đối)

Thì [6] có thể viết:

η η

[3-7]

Tích phân [3-7] chúng ta thường gặp trong thủy lực – tích phân của nó là

đường cong liên tục – một đường đặc trưng nước dâng, một đường đặc trưng

nước đổ như hình vẽ dưới

0

c c

Nhiệm vụ của chúng ta là tìm ra hình thức phân tích thích hợp với thực tế

bời lắng trong kho nước Đối với kho nước khi L = 0, h = H (H – Độ sâu trước

đập) thay vào công thức trên tìm được C1

Công thức phân tích cuối cùng viết như sau:

( )( ) o c

Công thức [3-9] trên đây biểu thị độ dài đường cong nước dâng khi bắt

đầu bồi lắng Giả sử sau một thời gian ΔT nào đó hình thành tam giác châu như

hình đã nêu thì đường cong mặt nước lúc bấy giờ sẽ do 4 phần hợp thành

1- Từ chân đập cho đến chân phía trước chân tam giác châu, hình dạng

đường cong nước dâng đoạn này giống như trước khi bồi lắng (Đoạn L1)

2- Từ chân trước tam giác châu cho đến đỉnh tam giác châu, đường cong

mặt nước đoạn này do độ dốc trước của tam giác châu quyết định (Đoạn L2)

3- Từ đỉnh tam giác châu đến cuối tam giác châu đường cong mặt nước

đoạn này do độ dốc đỉnh tam giác châu quyết định (Đoạn L3)

4- Từ cuối đuôi tam giác châu đến điểm nước vật hình dạng đường cong

mặt nước dâng đoạn này do độ dốc đáy sông quyết định (Đoạn L4)

Bốn đường cong mặt nước này không cắt nhau mà nối tiếp liền nhau và

ảnh hưởng lẫn nhau Để phản ánh sự ảnh hưởng lẫn nhau này chúng ta viết ba

phương trình đường cong mặt nước rồi liên tục giải các phương trình đó, loại trừ

những số chưa biết từ đó tìm được quan hệ giữa độ sâu mỗi đoạn trong kho nước

với hình thức và vị trí của tam giác châu

Chúng ta viết hệ phương trình đường cong mặt nước của các đoạn trong

kho nước như sau:

c Đoạn AB Giả thiết đặt độ sâu chưa biết là h1 thì từ công thức [3-9]

1

q h

c i

Những ẩn số trong phương trình 10-11-12 là các độ sâu h1, h2, h3 và các

độ sâu trung bình h01, h02, h03 có thể căn cứ vào công thức [3-10] để tiến hành

hoán vị tức là hai phần sau làhàm số độ sâu h01 khi độ dốc đáy sông đã biết còn

h01 thì đã biết rồi Nếu trong quá trình vận động mà hình thức tam giác châu

không thay đổi thì giữa (L1 , L2 , L3) sẽ tồn tại một quan hệ nhất định nào đó

Giả sử khoảng cách từ đuôi tam giác châu đến chân đập là không đổi L =

Constant tức L = L1+L2+L3 = C mà giữa L2 và L3 tồn tại mối quan hệ là:

Đem [3-14] thay vào [3-10] và đem [3-13] thay vào [3-12] chúng ta sẽ có

một hệ phương trình gồm 3 phương trình trong đó bao gồm 4 ẩn số tức là h1 , h2 ,

Nếu như sự biến hóa của i2 theo thời gian đã biết tức là i2 = f(t) thì có thể

hệ phương trình trên triệt tiêu được hai ẩn số về độ sâu, lúc này chỉ cần tìm

quan hệ giữa độ sâu và thời gian của độ sâu còn lại Nếu dùng cao trình đáy

sông tương ứng của mặt cắt đó thay thế cho độ sâu thì cao trình mặt nước sẽ là

L/h + h0 theo sự vận động của tam giác châu độ sâu lòng sông cũng thay đổi, vị

trí tuyệt đối của mặt cắt cũng biến hóa (trừ h3 ra) do đó việc tính toán không

tiện, nhưng đối với việc phân tích vấn đề thì nó lại rất đơn giản Sau đây chúng

ta thảo luận đến qui luật biến hóa của độ sâu và mực nước ở mỗi mặt cắt cố

định nào đó của kho nước

Khi mà tam giác châu vẫn chưa di động đến mặt cắt này, tức là mặt cắt

còn ở đoạn AB, độ sâu và mực nước vẫn giữ nguyên, lúc này độ sâu và mực

nước sẽ theo công thức [3-17] mà tìm

Khi mà chân trước tam giác châu di động đến vị trí này tức là mặt cắt ở

vào đoạn BC thì độ sâu mà mực nước phát sinh ra biến hóa Sự biến hóa của độ

sâu không những chỉ do sự nâng cao mực nước mà còn do sự nâng cao đáy sông

vì tam giác châu vận động mà ra

Giả thiết: Δh là độ sâu tăng lên do chân trước tam giác châu di động đến

mặt cắt này gây nên, còn Δz là độ sâu giảm bớt do chân trước tam giác châu di

động (bồi lắng) đến mặt cắt này gây nên Bởi vì độ dốc trước của tam giác châu

là i2 có quan hệ đến vị trí tam giác châu, do đó Δz cũng có quan hệ đến vị trí

của tam giác châu và Δz = (i2 – i1) Δl, còn Δh thì theo phương pháp dưới đây để

Sau đó tính độ sâu Δh’ trong khoảng cách Δl tức là khi chân trước tam

giác châu thông qua mặt cắt đó

Căn cứ vào sự tổ hợp không giống nhau của L và Δl và căn cứ vào công

thức [3-19], [3-20] ta có thể tìm được độ sâu h’ và quan hệ giữa ΔL và L Từ đó

tìm được độ gia tăng của độ sâu Δh = h – h0 Bởi vì i2 thay đổi theo L và ΔL do

đó có thể tìm được quan hệ giữa Δh và thời gian Cách tính sự gia tăng về độ

sâu trên đỉnh tam giác châu cũng giống như trên

II PHƯƠNG PHÁP ĐỒ GIẢI

Phương trình cơ bản dùng để xây dựng đường cong mặt nước là phương trình dòng chảy đều và ổn định

α γ

Tích phân phương trình trên nói chung cho đến nay vẫn còn gặp nhiều

khó khăn Để tính toán một cách gần đúng phương trình [3-22] trên đây có thể

viết dưới dạng khác

Ở đây Δz = z1 – z2 là hiệu số cao trình mực nước giữa hai mặt cắt với

khoảng cách là L

Nếu như bỏ qua sự biến hóa tốc độ dọc đường đi thì công thức [3-24] có

thể viết như sau:

2 2

Giả thiết trên hoàn toàn có thể thực hiện được trong hồ chứa vì sự biến

hóa tốc độ dọc đường đi rất nhỏ

Mặt khác, nếu khoảng cách tính toán giữa hai mặt cắt không lớn lắm, từ

công thức [3-24], [3-25] ta có thể xây dựng đường cong mặt nước một cách gần

đúng bằng phương pháp đồ giải

Trị số k trong công thức [3-25] là “Modul sức kháng”

2 1

4 2 3

Khi đã biết giá trị lưu lượng thì quan hệ Q = f(z) tìm được mực nước

tương ứng và tất nhiên sẽ biết F, B, A từ đó chúng ta có thể xây dựng đường

cong mặt nước như hình 3 dưới đây:

Giả thiết rằng: Nếu như chúng ta biết mực nước của hai mặt cắt z1, và z2

thí quan hệ A1 = F(z) ta sẽ tìm được aa’ = z1

Rõ ràng rằng Oa’= A1 cũng như thế trên đường cong A2 = F(z) ta lấy một

đoạn Bb’ = z2 Rõ ràng rằng Ob’ = A2

Từ điểm a với giá trị mực nước là z1 kéo theo đường thẳng song song với

trục hoành sẽ cắt Bb’ tại c

Từ đây ta có thể tìm:

Việc tính toán tiến hành từng bước – bắt đầu từ giả thiết mực nước ở mặt

cắt cuối là z1 và lưu lượng là Q Từ quan hệ A1 = F(z), tìm hiểu ta có giá trị mực

nước là z1 với một góc α kéo dài đến A2 = F(z) gặp tại B

Trị số [3-31] từ điểm B vẽ đường thẳng BC, từ đó ta sẽ tìm được Δz =

BC

Cách xác định sơ bộ độ dài nước dâng:

B C

b’

Từ hình vẽ giản đơn bên trên ta thấy rằng:

1

2

H i

L A i

Δ

=

−

Từ đó ta thấy rằng: Bồi lắng càng nhiều thì độ dầy bồi lắng tức (ΔH) càng lớn

Từ đó chiều dài nước sông (L) càng dài

Để có cách nhìn tổng quan, chúng ta giả thiết mặt nước nằng ngang –

trong thực tế quá trình bồi lắng đã cho mặt nước có dạng đường cong (càng về

thượng lưu mặt nước càng cong) từ đó chiều dài nước dâng càng dài… phạm vi

bị ngập càng rộng lớn…

II TÍNH TOÁN SƠ BỘ THỂ TÍCH BỒI LẮNG TRONG HỒ CHỨA

Như chúng ta đã biết, sau khi xây dựng công trình – chế độ dòng chảy và

bùn cát của dòng sông hoàn toàn bị đảo ngược, từ đó khiến cho khả năng mang

cát bùn của dòng chảy Scp thay đổi so với điều kiện tự nhiên

V: tốc độ dòng chảy

H: Độ sâu trung bình của dòng chảy

W: Độ thô thủy lực của bùn cát hay còn gọi là tốc độ lắng chìm của bùn cát

g: gia tốc trọng trường

Sau khi xây dựng hồ chứa độ sâu đột ngột tăng lên, tốc độ giảm nhỏ một cách

nhanh chóng từ đó dẫn đến khả năng mang bùn cát của dòng nước nhỏ hơn

lượng ngậm cát thực tế (Scp << S) vì vậy bồi lắng xảy ra trong hồ chứa là quá

trình tất yếu phải có… ngược lại hạ lưu sẽ diễn ra quá trình xói lở… cũng là hiện

tượng tự nhiên

Để nhanh chóng xác định xu thế bồi lắng và xói lở thượng hạ lưu công

trình, làm luận cứ cho việc đánh giá tác động môi trường để đi đến kết luận về

tính hiệu quả của công trình Dưới đây chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu một số

phương pháp giản đơn để tính toán bồi lắng và xói lở – hạ lưu các công trình

thủy lợi và thủy điện

1 TÍNH TOÁN BỒI LẮNG TRONG KHO NƯỚC NÓI CHUNG:

A Phương pháp đơn giản (Sa-mốp)

Phương pháp đơn giản nhất để tính toán số năm bồi lắng trong kho nước

là lấy dung tích kho (dung tích chết) chia cho lượng bùn cát bồi lắng mỗi năm

0

S

W T W

T - thời gian tính bồi lắng hằng năm

W0 - dung lượng chết

WS - lượng bùn cát bồi lắng mỗi năm

B Phương pháp tính toán cải tiến

Căn cứ vào tài liệu thực tế về bồi lắng trong kho nước để xây dựng công

thức kinh nghiệm Orơtom đề ra công thức tính toán, về sau Antunin cải tiến

thêm, công thức có dạng:

0 t

t

W0 – dung tích bồi lắng tối đa của kho nước, sau khi bồi đầy dung tích này thì

bùn cát không bồi lắng trong kho nữa mà mang xuống hạ lưu

Wt – dung tích còn lại chưa bị bồi lắng của kho nước sau khi thời gian làm việc t

năm

a – tham số có quan hệ như sau:

0 0

1 R

a W

Với R0 – dung tích bùn cát bồi lắng năm thứ nhất;