Bài giảng tràn sự cố trong đầu mối hồ chứa nước

- Cơ sở lý luận về tràn sự cố, các bước tính toán thiết kế tràn sự cố trong tính toán thiết kế cụm công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi, thủy điện.. c Đầu mối công trình: Các công trình đ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU - 6

CHƯƠNG 1: HỒ CHỨA NƯỚC VÀ VAI TRÒ CỦA TRÀN SỰ CỐ - 9

1.1 Khái quát về hồ chứa nước trên thế giới - 9

1.2 Những khái niệm -10

1 Hồ chứa nước - 10

2 Các bộ phận của hồ chứa - 11

3 Quản lý và khai thác hồ chứa nước - 11

1.3 Phân loại hồ chứa -12

1 Phân loại theo nguồn gốc - 12

2 Phân loại theo nhiệm vụ chính - 12

3 Phân loại theo số liệu thống kê của Cục Thủy lợi - 12

4 Theo thống kê 460 hồ [5], [1], chúng ta có: - 14

5 Một số đặc điểm của hồ chứa nước đã xây dựng ở Việt Nam - 15

1.4 Những vấn đề đặt ra đối với hồ chứa nước ở Việt Nam -16

I Chủ trương đầu tư - 16

II Khảo sát thiết kế - 16

III Thi công hồ chứa - 18

IV Sử dụng và quản lý hồ chứa - 19

V Tự động hóa và hiện đại hóa - 20

VI Vấn đề phòng chống lũ lụt và hạn hán - 20

1.5 An toàn hồ chứa -20

I Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn hồ chứa - 21

II Đánh giá khả năng đảm bảo an toàn tháo lũ của hồ chứa - 23

III Phân loại sự cố ở hồ chứa - 24

IV Giới thiệu tóm tắt một số sự cố, hư hỏng của hồ chứa [3] - 25

1.6 Vai trò của tràn sự cố trong đầu mối công trình hồ chứa -30

CHƯƠNG 2: TRÀN SỰ CỐ Ở VIỆT NAM -33

2.1 Điều tra và phân tích số liệu điều tra -33

I Điều tra hiện trạng hồ chứa nước - 33

II Phân tích số liệu điều tra - 33

III Một số nhận xét - 37

2.2 Các loại tràn sự cố đã xây dựng -38

1 Tràn sự cố kiểu tràn tự do - 38

2 Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ - 38

4 Tràn sự cố kiểu có cửa van - 40

5 Tràn zích zắc - 40

2.3 Hư hỏng của một số tràn sự cố -41

I Tràn sự cố của hồ chứa nước Vực Tròn - 41

II Tràn sự cố hồ chứa nước Vực Nồi - 42

2.4 Một số đặc điểm của tràn sự cố đã xây dựng -43

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN CHUNG VỀ TRÀN SỰ CỐ -45

3.1 Đặt vấn đề -45

3.2 Tên gọi và định nghĩa tràn sự cố -46

I Thực tế đa dạng về tên gọi và định nghĩa - 46

II Tên gọi - 49

III Các định nghĩa - 50

IV Thống nhất tên gọi và định nghĩa - 51

3.3 Tiêu chuẩn lũ tính toán tràn sự cố -51

I Tiêu chuẩn lũ tính toán ở một số tràn sự cố đã xây dựng - 52

II Một số đánh giá nhận xét - 54

III Tiêu chuẩn lũ tính toán thiết kế tràn xả lũ ở một số nước - 56

IV Tiêu chuẩn lũ tính toán thiết kế tràn sự cố - 57

V Mối quan hệ giữa tần suất lũ tính toán thiết kế tràn sự cố với tần suất lũ kiểm tra - 59

3.4 Yêu cầu, nguyên tắc thiết kế tràn sự cố -59

I Phân biệt giữa tràn chính và tràn sự cố - 59

II Yêu cầu đối với tràn sự cố - 61

III Nguyên tắc thiết kế - 61

3.5 Phân loại tràn sự cố -63

I Theo thời điểm xây dựng - 63

II Theo vị trí so với đập chính - 63

III Theo hình thức có hay không có cửa van - 63

IV Theo hình thức ngưỡng tràn - 64

V Theo hình thức nối tiếp và tiêu năng sau ngưỡng - 64

VI Theo phương của dòng chảy vào ngưỡng tràn so với phương dòng chảy trong sông chính - 64

VII Theo đặc điểm làm việc - 64

3.6 Các bước thiết kế tràn sự cố và nội dung mỗi bước -67

I Các bước thiết kế tràn sự cố - 67

II Sự cần thiết có tràn sự cố - 67

III Chọn vị trí tuyến tràn sự cố - 68

IV Chọn loại tràn sự cố - 69

V Xác định các kích thước cơ bản - 70

VI Tính toán thấm, ổn định - 70

VII Chọn cấu tạo chi tiết - 71

VIII Phục hồi sau xả lũ vượt thiết kế - 73

IX Vấn đề kinh tế trong xây dựng tràn sự cố - 73

X Quản lý, bảo dưỡng tràn sự cố - 74

XI Tổ chức và kỹ thuật thi công - 74

XII Đánh giá tác động môi trường - 75

CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH QUY MÔ TRÀN SỰ CỐ -76

4.1 Mực nước lũ khống chế -76

4.2 Cao trình ngưỡng tràn sự cố -77

4.3 Xác định quy mô tràn sự cố -79

4.4 Cao trình đỉnh đập -82

4.5 Chiều dài ngưỡng tràn -83

CHƯƠNG 5: HÌNH THỨC KẾT CẤU TRÀN SỰ CỐ -84

5.1 Tràn sự cố kiểu tràn tự do -84

5.2 Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ -87

5.3 Tràn sự cố kiểu đập đất gây vỡ bằng năng lượng thuốc nổ -91

5.4 Tràn sự cố kiểu có cửa van -94

5.5 Tràn sự cố kiểu có cửa van tự động -96

5.6 Tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập đất -97

5.8 Tràn tự do kiểu zích zắc -99

5.9 Các kiểu tràn sự cố khác - 105

I Tràn sự cố kiểu cầu chì - 105

III Tràn sự cố kiểu tràn qua đập chắn - 106

CHƯƠNG 6: VÍ DỤ TÍNH TOÁN TRÀN SỰ CỐ - 107

6.1 Đặt vấn đề - 107

6.2 Đặc điểm tự nhiên vùng hồ Liệt Sơn - 107

I Đặc điểm địa hình [16] - 107

II Đặc điểm địa chất - 108

III Đặc điểm khí tượng thủy văn - 108

IV Các đặc điểm tự nhiên khác - 110

6.3 Đặc điểm dân sinh, kinh tế, xã hội vùng hồ Liệt Sơn - 111

I Dân số - 111

II Phân bố đất đai và cơ cấu nông nghiệp - 111

III Năng suất, sản lượng, thu nhập bình quân - 111

IV Các nội dung khác trong toàn huyện - 112

6.4 Quá trình thiết kế, xây dựng và sử dụng hồ Liệt Sơn - 112

I Thiết kế và xây dựng ngày đầu - 112

II Quy mô công trình đầu mối - 113

III Những vấn đề nảy sinh trong quá trình sử dụng - 114

IV Nội dung dự án sửa chữa, nâng cấp đầu mối hồ Liệt Sơn năm 2002 - 114

6.5 Hiện trạng đầu mối hồ Liệt Sơn và vấn đề đặt ra - 117

I Hiện trạng đầu mối hồ chứa Liệt Sơn - 117

II Tính toán điều tiết lũ - 117

6.6 Đề xuất và tính toán các phương án tràn sự cố - 119

I Sự cần thiết phải làm tràn sự cố cho hồ Liệt Sơn - 119

II Tiêu chuẩn lũ tính toán tràn sự cố - 120

III Các phương án tràn sự cố - 120

IV Nội dung tính toán cho từng phương án - 120

6.7 Phân tích chọn phương án tràn sự cố khả thi cho hồ Liệt Sơn - 132

6.8 Tính toán các phương án tràn zích zắc - 134

LỜI KẾT - 138

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 140

LỜI NÓI ĐẦU

Hồ chứa chiếm một vị trí quan trọng trong việc điều chỉnh dòng chảy, điều tiết lưu lượng trên sông, từ đó đáp ứng phù hợp các yêu cầu dùng nước Mặt khác hồ chứa còn là công trình phòng chống thiên tai như lũ, hạn, xâm nhập mặn Yêu cầu xây dựng hồ chứa phải đảm bảo an toàn cho bản thân cụm công trình đầu mối, đảm bảo an toàn cho hạ lưu, thực hiện được nhiệm vụ mà hồ chứa phải đảm nhận, chi phí xây dựng quản lý vận hành

là hợp lý

Sau kiểm tra năm 1992, ngành thủy lợi chủ trương đánh giá an toàn hồ chứa, đặc biệt là cụm công trình đầu mối của hồ chứa Một số công trình hư hỏng đã được nghiên cứu tìm nguyên nhân và đề xuất các biện pháp phòng chống, khắc phục sự cố Trong số những nguyên nhân gây mất an toàn các công trình đầu mối có nguyên nhân do lũ vượt thiết kế Đặc biệt lũ năm 1999 ở miền Trung diễn ra ác liệt Rất nhiều hồ chứa có lũ đến với tổng lượng lũ, đỉnh lũ vượt mức thiết kế hoặc sự cố kẹt cửa van làm cho mực nước

trong hồ vượt mực nước lũ thiết kế, cá biệt tuy lũ chưa đạt thiết kế nhưng nguy cơ mất an toàn đối với đập chắn đã ở mức cao Thực tế đó đã đưa đến vấn đề phải tăng khả năng tháo Nhiều giải pháp tình thế tức thời đã được đặt ra Sau đó giải pháp lâu dài đã được nghiên cứu và áp dụng như tăng bề rộng tràn của tràn xả lũ hiện có; hạ cao trình ngưỡng tràn và bố trí cửa van; làm thêm tràn bổ sung, tràn sự cố Như vậy từ thực tế đòi hỏi, đã ra đời tràn sự cố Để có được bức tranh toàn cảnh về việc xây dựng tràn sự cố ở Việt Nam cần có đánh giá hiện trạng hồ chứa, hiện trạng tràn sự cố

Cuốn sách “Tràn sự cố trong đầu mối hồ chứa nước” đề cập đến những nội dung:

- Phân tích, đánh giá chung về hồ chứa

- Phân tích những vấn đề về tràn sự cố đã xây dựng ở Việt Nam

- Cơ sở lý luận về tràn sự cố, các bước tính toán thiết kế tràn sự cố trong tính toán thiết kế cụm công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi, thủy điện

- Xác định quy mô tràn sự cố

- Giới thiệu một số hình thức kết cấu tràn sự cố

- Ví dụ tính toán thiết kế tràn sự cố cho một cụm đầu mối hồ chứa Ở phần ví dụ minh họa cho phần lý thuyết, tác giả đã sử dụng kết quả tính toán mà tác giả cùng kỹ sư Trần Thị Hồng Huệ thực hiện trong khuôn khổ đề tài cấp Bộ mà tác giả là người chủ trì Nội dung thể hiện trong cuốn sách là sự tổng hợp kết quả nghiên cứu của các đề tài

mà tác giả là chủ nhiệm hoặc tham gia Cuốn sách phục vụ đắc lực cho những kỹ sư thiết

kế cụm công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi, thủy điện; là tài liệu tham khảo hữu ích cho cán bộ nghiên cứu và sinh viên đại học, học viên cao học trong các ngành kỹ thuật tài nguyên nước, công trình thủy lợi, thủy điện

Nhân dịp này tác giả bày tỏ sự cảm ơn trân trọng đến các cán bộ kỹ thuật ở trung ương và các địa phương đã phối hợp, giúp đỡ tác giả hoàn thành công việc và tạo điều kiện cho ấn phẩm ra đời

MỘT SỐ THUẬT NGỮ THƯỜNG DÙNG Đập tràn chính: Main spillway

Đập tràn phụ: Auxiliary spillway

Đập tràn cấp cứu: Emergency spillway

Đập tràn cầu chì: Fuse plug spillway

Đập tràn chữ chi: Labarinth spillway

CHƯƠNG 1: HỒ CHỨA NƯỚC VÀ VAI TRÒ CỦA TRÀN

SỰ CỐ

1.1 Khái quát về hồ chứa nước trên thế giới

Hồ chứa nước trên thế giới được xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong phú Đến nay trên thế giới đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích hơn 100 triệu mét khối nước mỗi hồ với tổng dung tích các hồ là 4.200 tỷ mét khối

Theo tiêu chí phân loại của Ủy ban Quốc tế về đập lớn (ICOLD) [25], hồ có dung tích từ một triệu mét khối nước trở lên hoặc chiều cao đập trên 15 mét, thuộc loại hồ đập lớn Hiện thế giới có hơn 45.000 hồ Trong đó châu Á có 31.340 hồ (chiếm 70%), Bắc và Trung Mỹ có 8.010 hồ, Tây Âu có 4.227 hồ, Đông Âu có 1.203 hồ, châu Phi 1.260 hồ, châu Đại Dương 577 hồ Đứng đầu danh sách các nước có nhiều hồ là Trung Quốc (22.000 hồ), Mỹ (6.575 hồ), Ấn Độ (4.291 hồ), Nhật Bản (2.675 hồ), Tây Ban Nha (1.196 hồ)

Liên Bang Nga có hơn 150 hồ lớn với tổng dung tích trên 200 tỷ mét khối nước Các hồ lớn nhất thế giới là hồ Boulder trên sông Colorado (Mỹ) dung tích 38 tỷ mét khốinước, hồ Grand Coulle trên sông Columbia (Mỹ) dung tích 24 tỷ mét khối nước, hồ Bơrat trên sông Angera (Nga) có dung tích gần 20 tỷ mét khối nước

Hồ chứa mang đến nhiều lợi ích khác nhau, nhưng cũng có những hạn chế

Mặt tích cực của hồ chứa là những công trình sử dụng tổng hợp nguồn nước và mang tính đa chức năng Hồ cấp nước cho các ngành sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt; hồ điều tiết dòng chảy, phòng chống lũ lụt, chống hạn; hồ tạo nguồn thủy năng cho phát điện; nuôi trồng thủy sản, giao thông, du lịch, thể dục thể thao, y tế; hồ cải tạo cảnh quan môi trường, sinh thái; cấp nước duy trì dòng chảy trong sông về mùa kiệt Khi một hồ chứa nước được xây dựng, sẽtạo sự ổn định và phát triển kinh tế xã hội cho cả một khu vực; tạo công ăn việc làm, giải quyết thất nghiệp, phân bổ lao động, lập các trung tâm dân cư mới; Mặt khác, trong một số trường hợp còn góp phần đảm bảo

an ninh, quốc phòng

Mặt hạn chế khi xây dựng hồ là: nếu có sơ xuất trong thiết kế, xây dựng, vận hành khai thác hoặc trình độ kỹ thuật quản lý sử dụng chưa cao không đáp ứng đòi hỏi của thực tế thì có thể gây ra sự cố dẫn đến những hậu quả thảm hại Nếu thất thoát nước nhiều gây thiếu nước ảnh hưởng đến năng suất cây trồng vật nuôi, giảm điện năng và gây khó khăn cho các hoạt động kinh tế, xã hội khác Nước trong hồ dâng cao có thể gây ra trượt lở đất

ở thượng lưu, xói lở hạ lưu, gia tăng các hoạt động địa chất trong vùng, sinh lầy vùng ven,

và sự phát triển các loài thủy sản Ngập lụt lòng hồ làm mất đi một diện tích đáng kể đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, khoáng sản, di tích lịch sử, văn hóa Nếu con người sử dụng nước hồ không đúng đắn có thể dẫn tới mất an toàn về vệ sinh và lao động

Xây dựng và sử dụng hồ chứa nước trên thế giới đã trải qua lịch sử phát triển lâu đời Cách đây hơn 6 nghìn năm người Trung Quốc và Ai Cập đã biết sử dụng vật liệu tại chỗ để đắp đập ngăn sông suối tạo thành hồ chứa Thời kỳ cổ đại, hồ Vicinity tại Menphis thuộc thung lũng sông Nin (Ai Cập) có xây đập đá đổ cao 15 m, dài 45 m Trong khoảng

4 nghìn năm Trước Công nguyên, cùng với sự phát triển rực rỡ của các nền văn minh cổ đại Ai Cập, Trung Quốc, Hy Lạp, La Mã, Ấn Độ kỹ thuật xây dựng hồ đập trên thế giới cũng không ngừng phát triển Người Nam Tư xây dựng đập Mardook ở thung lũng sông Tigris Người Saba xây đập đá đổ Marib cao 32,5 m dài 3200 m Đến nay, thực tế phát triển xây dựng các hồ chứa nước lớn trên thế giới đã được khẳng định mục đích và yêu cầu

sử dụng của mỗi hồ trong từng khu vực đối với từng quốc gia là khác nhau

Trong thế kỷ XX, xây dựng đập tạo hồ chứa phát triển mạnh cả về số lượng và quy

mô, hình thức Cứ 10 năm sau, số lượng đập hồ được xây dựng nhiều hơn tổng số các đập

từ chỗ vài mét của buổi ban đầu, đến chiều cao đập lên tới 10 m ÷ 15 m (ở thế kỷ XV), đến 200 m (ở thế kỷ XX), rồi đến trên 300 m như hiện nay

Từ chỗ đập bằng vật liệu địa phương đến đập bằng bê tông, bê tông trọng lực, đập vòm, đập trụ chống, đập liên vòm Từ đập bê tông thường đến đập bê tông đầm lăn

1.2 Những khái niệm

1 Hồ chứa nước

Hồ chứa nước là những vật thể hoàn chỉnh gồm có nước hồ, bờ hồ và đáy hồ Trên lục địa có những nơi nước không chảy mà tụ lại ở một nơi thấp hơn so với xung quanh thì gọi là hồ Hồ nhỏ thì gọi là ao, hồ rất lớn thì gọi là biển Trong hồ có những hiện tượng vật lý, hóa học và sinh học diễn ra Hồ có dòng chảy ra gọi là hồ thoát nước Hồ không có dòng chảy ra gọi là hồ không thoát nước hay còn gọi là hồ kín

Hồ chứa nước gồm có hồ tự nhiên và hồ nhân tạo

Hồ tự nhiên là loại hồ được hình thành và phát triển một cách tự nhiên sau một quá trình vận động lâu dài của vỏ trái đất mà không do bàn tay của con người tạo nên Hồ tự nhiên có thể là các hồ kín dạng hồ chứa ví dụ như hồ Baican (Nga), Biển Hồ (Campuchia), hồ Ba Bể (Việt Nam), hoặc dạng hồ đầm ở vùng trũng

Hồ nhân tạo là một loại công trình thủy lợi đặc biệt có nhiệm vụ biến đổi và điều tiết nguồn nước phù hợp với yêu cầu dùng nước khác nhau của các ngành kinh tế, xã hội,

an ninh, quốc phòng và phòng chống giảm nhẹ thiên tai Hồ nhân tạo do con người tạo ra

để phục vụ cho cuộc sống của chính con người

2 Các bộ phận của hồ chứa

a) Lưu vực: Phần diện tích hứng nước cho hồ chứa nước gọi là lưu vực (kể cả nước

ngầm) Muốn hình thành hồ chứa trước hết phải có nguồn nước Nước trên lưu vực chảy theo hệ thống sông suối tập trung vào một lòng chính rồi đổ vào hồ chứa

b) Lòng hồ: Lòng hồ là một phần diện tích lưu vực, dùng để chứa nước, bao gồm

cả nước mặt, nước ngầm, nước mưa Lòng hồ là nơi tích trữ nước và cung cấp nước theo nhiệm vụ của hồ Lòng hồ càng lớn thì khả năng điều tiết, khả năng trữ và cấp nước của

hồ càng lớn

c) Đầu mối công trình: Các công trình được tập hợp ở một khu vực xây dựng để

cùng giải quyết những nhiệm vụ của giải pháp khai thác sử dụng nguồn nước và phòng chống giảm nhẹ thiên tai gọi là đầu mối công trình thủy lợi

Đầu mối công trình hồ chứa nước thường gồm có: đập chắn dâng nước (đập chính

và có thể có một hay nhiều đập phụ), tràn xả lũ (tràn chính, tràn bổ sung, tràn sự cố ), công trình lấy nước và có thể có: nhà máy thủy điện, âu tầu, đường chuyển bè gỗ, đường

cá đi, công trình du lịch, công trình thủy sản, v.v

d) Hệ thống công trình: Tập hợp các đầu mối công trình thủy lợi, các công trình

thủy lợi trên một phạm vi rộng lớn nhất định để cùng giải quyết những nhiệm vụ của một giải pháp thủy lợi gọi là hệ thống công trình

3 Quản lý và khai thác hồ chứa nước

Nhiệm vụ chính trong công tác quản lý hồ chứa nước là phát huy lợi ích công trình, củng cố nâng cao chất lượng, đảm bảo cho hệ thống công trình làm việc an toàn, vận hành đúng theo yêu cầu và mục đích thiết kế

Qua quá trình quản lý và vận hành công trình, chúng ta có điều kiện kiểm tra mức

độ chính xác của quy hoạch, chất lượng thiết kế và thi công Đây là cơ sở nghiên cứu, phát hiện và sửa chữa những thiếu sót, nâng cao chất lượng quy hoạch, trình độ thiết kế

và xây dựng công trình hồ chứa nước Mặt khác do các điều kiện tự nhiên và kinh tế, xã hội thay đổi thì việc sử dụng hồ chứa nước và nguồn tài nguyên nước cũng phải có những thay đổi theo Người quản lý hồ chứa nước phải là người luôn nắm bắt được hiện trạng hoạt động và khả năng khai thác của hồ chứa để đưa ra những biện pháp tương ứng, kịp thời, phù hợp với yêu cầu, điều kiện của tình hình mới Có thể phải nghiên cứu tôn tạo,

mở rộng quy mô công trình, quy mô hồ chứa nước nhằm thỏa mãn các yêu cầu kinh tế, xã hội, dân sinh, an ninh, quốc phòng mới đặt ra

Ngoài ra, người quản lý còn có nhiệm vụ theo dõi, quan sát những hư hỏng và sự

cố xảy ra Đối với những hư hỏng lớn vượt tầm kiểm soát, người quản lý phải có nhiệm

vụ thông báo ngay với các cơ quan chức năng liên quan có thẩm quyền để xem xét và đưa

dựng mới thêm một hạng mục công trình một cách kịp thời để tránh những hậu quả đáng tiếc có thể xảy ra

Một hồ chứa nước sau khi đã được xây dựng ngoài thực hiện nhiệm vụ chứa nước

và điều tiết lượng nước, phòng chống lũ lụt, làm chậm con lũ để bảo vệ hạ lưu thì còn được con người khai thác, tận dụng triệt để những tiềm năng của dòng nước phục vụ cho cuộc sống của chính mình Chính vì thế khai thác hồ chứa nước là vận hành hồ chứa nước đảm bảo an toàn và thỏa mãn các mục tiêu đặt ra theo nguyên tắc lợi dụng tổng hợp nguồn nước

Quản lý và khai thác hồ chứa là sử dụng hồ chứa, củng cố nâng cao chất lượng, duy tu bảo dưỡng, quan trắc nghiên cứu nhằm đảm bảo an toàn cho cả hệ thống cũng như từng hạng mục công trình, và nhằm phát huy hiệu quả công trình theo nhiệm vụ của hồ chứa đã được ấn định

1.3 Phân loại hồ chứa

1 Phân loại theo nguồn gốc

- Hồ chứa tự nhiên: được hình thành một cách tự nhiên do sự vận động của vỏ trái

đất có tác dụng giữ cân bằng cho môi trường sinh thái và được con người cải tạo nâng cấp theo hướng phục vụ lợi ích con người và xã hội

- Hồ chứa nhân tạo: do con người chủ động xây dựng để sử dụng tổng hợp nguồn

nước phục vụ sự phát triển dân sinh, kinh tế, quốc phòng, an ninh

Thống kê sơ bộ theo số lượng hồ ở Việt Nam thì hồ tự nhiên chiếm 5,17%, hồ nhân tạo chiếm 94,83%

2 Phân loại theo nhiệm vụ chính

- Hồ chứa xây dựng để tưới là chính (kết hợp nuôi cá, cải tạo môi trường), ở Việt Nam tính theo số lượng loại này chiếm 96,76%

- Hồ chứa xây dựng để tưới, phát điện là chính (có phòng lũ), ở Việt Nam tính theo

số lượng loại này chiếm 2,78%

- Hồ chứa xây dựng để du lịch là chính: Ở Việt Nam tính theo số lượng loại này chiếm 0,46%

3 Phân loại theo số liệu thống kê của Cục Thủy lợi

a) Phân loại theo cấp công trình: Bảng 1-1

Bảng 1-1 Phân loại theo cấp công trình

Cấp công trình Đặc biệt I II III IV V

Tỷ lệ (%)

(Nguồn: Cục Thủy lợi)

b) Phân loại theo diện tích lưu vực F (km2): Bảng 1-2

Bảng 1-2 Phân loại theo diện tích lưu vực (F, km2)

Tỷ lệ (%)

(Nguồn: Cục Thủy lợi)

c) Phân loại theo diện tích tưới (F, ha): Bảng 1-3

Bảng 1-3 Phân loại theo diện tích tưới

Tỷ lệ (%)

(Nguồn: Cục Thủy lợi)

d) Theo công suất lắp máy của Nhà máy thủy điện: Bảng 1-4

Bảng 1-4 Phân loại theo công suất lắp máy

(Nguồn: Tổng Công ty Điện lực VN)

e) Phân loại theo dung tích hồ (W, 106 m3): Bảng 1-5

Bảng 1-5 Phân loại theo dung tích hồ

Tỷ lệ (%)

Đồng bằng Bắc Bộ

Bắc Trung

Bộ

Nam Trung

Bộ

Tây Nguyên

Nam

Bộ

Tỷ lệ (%)

(Nguồn: Điều tra của đề tài [5])

b) Theo chiều cao đập chắn H (m): thể hiện qua bảng 1-7

Bảng 1-7 Phân loại hồ theo chiều cao đập

c) Theo thời gian xây dựng: Bảng 1-8

Bảng 1-8 Phân loại theo thời gian xây dựng

Tỷ lệ (%)

(Nguồn: Điều tra của đề tài [5])

5 Một số đặc điểm của hồ chứa nước đã xây dựng ở Việt Nam

1 Hồ chứa nước ở Việt Nam là biện pháp công trình chủ yếu để chống lũ cho các vùng hạ du; cấp nước tưới ruộng, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phát triển du lịch, cải tạo môi trường nuôi trồng thủy sản, phát triển giao thông, thể thao, văn hóa

2 Đa phần là hồ chứa vừa và nhỏ (cấp V chiếm 62%; hồ có lưu vực F < 10 km2chiếm 65,6%, hồ chứa nước tưới không quá 500 ha chiếm 82%, hồ có dung tích không vượt quá 10 triệu (m3) chiếm 26,07%, số hồ có dung tích lớn hơn chiếm tỷ lệ nhỏ Hồ có dung tích từ 20 triệu (m3) trở lên có 51 hồ (trong đó có 10 hồ do ngành thủy điện quản lý) Những hồ nhỏ nằm rải rác khắp nơi tạo nên những thế mạnh nhất định (vốn ít, sớm đưa vào phục vụ, phù hợp với nền sản xuất nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn, đi đến từng thôn bản phục vụ đắc lực cho phát triển nông nghiệp và nông thôn)

Hồ lớn tuy ít về số lượng, nhưng có vai trò quyết định tạo đà phát triển trong công nghiệp hóa, hiện đại hóa; phòng chống lũ, phát điện, khả năng vượt tải cao nên chống hạn tốt

3 Hồ chứa nước chỉ có thể xây dựng ở những vùng có địa hình, địa chất phù hợp Xây dựng hồ chứa cần chú ý tới các vùng miền Ở những vùng có ít hồ (ví dụ như ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên), đặc biệt ở vùng thiếu quá nhiều hồ lớn (như ở Tây Nguyên) thì việc chống lũ, chống hạn, cải tạo môi trường sinh thái, cung cấp nước sạch còn gặp rất nhiều khó khăn

4 Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có ít hồ chứa được xây dựng trong giai đoạn này Sau năm 1964, đặc biệt từ khi nước nhà thống nhất thì việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh Từ 1976 đến nay số hồ chứa xây dựng mới chiếm 67% Không những tốc độ phát triển nhanh, mà cả về quy mô công trình cũng lớn lên không ngừng Hiện nay, đã bắt đầu xây dựng hồ lớn, đập cao ở cả những nơi có điều kiện tự nhiên phức tạp

5 Đập ngăn sông tạo hồ chứa có chiều cao không vượt quá 25 (m) chiếm tới 87,18% Việc xây dựng những đập cao hơn 25 (m) đang bắt đầu được quan tâm đầu tư

6 Hình thức kết cấu và kỹ thuật xây dựng từng loại công trình ở hồ chứa nước còn

đơn điệu, ít có đổi mới, đa dạng hóa Việc áp dụng vật liệu mới, công nghệ mới hiện đang

được quan tâm

1.4 Những vấn đề đặt ra đối với hồ chứa nước ở Việt Nam

I Chủ trương đầu tư

Thực hiện đầu tư cho những vùng miền thật sự cần thiết như Tây Nguyên, miền

Trung, vùng núi phía Bắc (những nơi này còn thiếu cả về số lượng, cả về quy mô chưa đủ

lớn)

Đầu tư tập trung và đồng bộ, phục vụ đa mục tiêu Không rải đều, chia nhỏ làm

nhiều giai đoạn Có sự tham gia của nhiều lĩnh vực, ngành

Cần chú ý cân nhắc cả mặt hại, mặt tiêu cực do hồ chứa sinh ra để quyết định đầu

tư Cần đưa cả chi phí khắc phục, giảm tác hại tiêu cực do hồ chứa sinh ra vào tổng mức

đầu tư Những mặt tác hại đó là: Gây ngập lụt, mất nhà cửa, đất đai, công trình văn hóa,

mỏ khoáng sản, đường giao thông, rừng, động vật quý hiếm; có hồ làm thay đổi độ ẩm,

bốc hơi, bồi lắng, chế độ nước mặt, nước ngầm, thủy sinh vật trong lòng hồ gây bồi lắng

trong hồ, chất lượng nước, xói lở thượng nguồn, xói hạ lưu, tạo sình lầy vùng bên

cạnh.v.v

II Khảo sát thiết kế

1 Về khảo sát

Những tài liệu địa hình, địa chất, thủy văn, khí tượng là rất quan trọng Nó quyết

định quy mô, giá thành và an toàn từng công trình cũng như toàn bộ hồ chứa

Với những hồ nhỏ, vừa, cần tránh chủ quan, cần tiến hành khảo sát chi tiết Tài liệu

khảo sát phải đảm bảo tính thống nhất giữa các giai đoạn để kế thừa Áp dụng những

phương pháp và thiết bị khảo sát tiên tiến hiện đại Có giải pháp thẩm tra, kiểm định tài

liệu khảo sát

Với địa chất, thủy văn, khí tượng, tăng số trạm, số lần quan trắc để có tài liệu dài

Áp dụng các thiết bị hiện đại, công nghệ quan trắc tiên tiến Nghiên cứu áp dụng phương

pháp tính toán thủy văn chuẩn hơn, phù hợp với diễn biến khí hậu thời tiết phức tạp, với

biến động

Các tài liệu dân sinh kinh tế cần được thiết lập trên cơ sở khoa học, thực tế, tránh

hình thức Đặc biệt những vấn đề định hướng phát triển về cây trồng, vật nuôi, cơ cấu

kinh tế, đời sống con người; những vấn đề xã hội, an ninh, quốc phòng cần được xây

dựng một cách thực tế có căn cứ khoa học để cung cấp cho các đơn vị tư vấn xây dựng thủy lợi tạo mọi cách đáp ứng yêu cầu dùng nước

2 Về thiết kế

Từ năm 1963 đến nay, với 45 năm, chúng ta đã thay 4 lần tiêu chuẩn chung về thiết kế công trình Trong đó có những nội dung thay đổi hẳn hoặc bỏ đi, lần rà soát sau lại lấy lại Vì vậy, bên cạnh phản ánh vào quy phạm những tiến bộ khoa học kỹ thuật, những thay đổi của thực tế, cũng cần chú ý tới tính ổn định, tính kế thừa, tính hiện thực của mỗi tiêu chuẩn phục vụ cho thiết kế công trình thủy lợi và phải hướng tới hội nhập, nhất là hợp tác với các quốc gia có chung một dòng sông

Đối với đập tạo hồ: chỉ có 1% là đập đất đá hỗn hợp, còn lại 99% là đập đất Gần đây bắt đầu xây dựng đập bê tông trọng lực, đập đá đổ bản mặt bê tông, đập bê tông đầm lăn, đập vòm bê tông Vì vậy cần mạnh dạn đa dạng hóa các hình thức đập, loại đập Muốn vậy cần có tài liệu, có kiến thức thiết kế những loại đập mới như đập hỗn hợp nhiều khối, đập bê tông đầm lăn, đập bê tông trọng lực cao, đập trụ chống, đập bản phẳng, đập vòm sao cho từng bước có những hình thức đập mới, không chỉ để đáp ứng yêu cầu dâng nước, tràn nước mà còn đáp ứng các yêu cầu khác như du lịch, kích thích tìm tòi sáng tạo, phát triển máy móc thiết bị Hiện nay đập cao ở Việt Nam còn chưa nhiều, vì vậy cần có những nghiên cứu, thực nghiệm, làm thử về loại đập, vật liệu mới xây dựng đập, xử lý nền móng v.v để có thể xây nhiều đập cao hàng trăm mét

Bên cạnh đó, với đập vật liệu địa phương, cần nghiên cứu những vật liệu pha trộn hỗn hợp, những tính chất đặc thù của đất bazan, thiết bị bảo vệ mái, hình thức nối tiếp với vai đập, đáy đập, thiết bị thoát nước, thiết bị chống thấm để tránh những hư hỏng, sự cố trong quá trình sử dụng

Đối với tràn xả lũ: Đa phần tràn xả lũ đã xây dựng là tràn không cửa van (tính theo

số lượng chiếm tới 95%), 80% ngưỡng tràn đỉnh rộng, nối tiếp sau tràn là dốc nước, bậc nước đơn điệu với Vmax không vượt quá 15 ÷ 18 (m/s); hình thức tiêu năng đáy chiếm ưu thế, sân sau thứ hai ít được quan tâm thiết kế chu đáo Hình thức cửa van, phai, thiết bị đóng mở cửa van, đóng mở phai quá đơn điệu Trừ một số công trình lớn đóng mở van bằng pittông thủy lực, còn lại đa phần bằng vitme và tời cuốn Thực tế đơn điệu và lạc hậu trên tạo nên rất nhiều bức xúc khi đi thực tế từ đầu đất nước đến cuối đất nước Cần

có nhiều hình thức kết cấu, đổi mới thiết bị, áp dụng những loại tràn xả lũ mới như đường hầm tháo lũ, cống tháo lũ, xi phông tháo lũ, ngưỡng tháo lũ; tuyến tràn không nhất thiết là thẳng có thể cong hoặc gãy khúc; kết hợp nhiều hình thức tháo khác nhau, nhiều tầng khác nhau Công trình tháo lũ không chỉ để tháo lũ mà còn tháo cạn hồ, tháo nước phục

vụ các yêu cầu du lịch (có đưa vào tính toán cân bằng nước) Sử dụng vật liệu mới để tăng lưu tốc cho phép, chống hoen gỉ, chống rò rỉ Sử dụng thiết bị quan trắc đồng bộ ở mọi bộ phận trong đập, trong tràn; nghiên cứu và xử lý đầy đủ những số liệu quan trắc được

đóng mở hiện đại để tăng kích thước cửa van, giảm số cửa; áp dụng nhiều hình thức cửa van mới, như cửa van klape, cửa van cung có cửa van phụ, cửa van nhiều tầng, cửa van hình quạt v.v ; công trình nối tiếp sau ngưỡng tràn, hình thức tiêu năng hạ lưu cần xúc tiến nghiên cứu để áp dụng nhiều dạng khác nhau

Nhà máy thủy điện hiện đang được thiết kế và xây dựng nhiều Nhiều hình thức đập, tràn xả lũ, công trình lấy nước, nhà máy ở các trạm thủy điện đã bước đầu tiếp cận được với các nước trong khu vực và trên thế giới Xu hướng hiện nay tiếp tục thực hiện

đa dạng hình thức, kiểu loại trên cơ sở đảm bảo chất lượng và kinh tế

Trong khảo sát thiết kế còn những thiếu sót hạn chế chủ yếu như sau:

- Tài liệu khảo sát, điều tra cơ bản có mức độ chính xác chưa cao và thiếu Ở nhiều

hồ chứa nước tài liệu quan trắc trước và trong quá trình thiết kế hầu như không có

- Có nhiều trường hợp người thiết kế lựa chọn phương pháp sai, xác định cấp và các chỉ tiêu tính toán thiết kế chưa chuẩn, sơ đồ và nội dung tính toán chưa bao hết mọi vấn đề có trong quy trình làm việc của hồ chứa

- Lý luận tính toán chưa đáp ứng kịp yêu cầu phát triển đa dạng của hình thức, qui

mô, kết cấu điều kiện làm việc của loại công trình Quy phạm chưa phản ánh kịp tiến bộ

kỹ thuật và yêu cầu của thực tiễn Nhiều tiêu chuẩn thực tế cần song chưa có Việc sử dụng một phần hay toàn bộ công trình thủy công lâu dài để dẫn dòng thi công hay phục

vụ thi công được thiết kế theo các chỉ tiêu tính toán kinh tế kỹ thuật cho công trình tạm là chưa đúng với quy định hiện hành và làm hư hại đến công trình lâu dài ngay trong quá trình thi công

- Để ý tới điều kiện kinh tế chúng ta chỉ nghĩ tới giảm kích thước, chọn vật liệu rẻ, cắt giảm vốn mà chưa nghiên cứu ứng dụng vật liệu mới, kết cấu mới và đặc biệt là công nghệ mới

- Công việc thiết kế chưa trở thành công nghệ thiết kế

- Tính mỹ thuật cũng như yêu cầu kiến trúc ít được quan tâm

Từ những hạn chế, thiếu sót trên mà gây ra: thẩm lậu mất nước, lũ tràn qua đập, lún, trượt mái, xói mặt, xói ngầm; chất lượng chung kém, tuổi thọ công trình giảm

III Thi công hồ chứa

So với nhiều nước trên thế giới và ngay trong nước nếu so với các ngành xây dựng, giao thông thì việc xây dựng công trình thủy lợi nói chung và hồ chứa nói riêng, còn những vấn đề bất cập sau:

- Máy móc, thiết bị hiện đại chưa có nhiều

- Công nghệ thi công chưa có đầy đủ và một số còn đang nghiên cứu, vận dụng

- Đội ngũ kỹ thuật tay nghề cao còn ít, tiếp cận công nghệ thi công tiên tiến chưa được nhiều Tài liệu kỹ thuật mới ít cập nhật vận dụng Mới chú ý tới kinh nghiệm

- Cơ chế thị trường tác động mạnh đến xây dựng như giảm kích thước, thay vật liệu, không tuân thủ quy trình thi công; giám sát, kiểm định lắp đặt thiết bị không chuẩn xác do đó ảnh hưởng lớn đến độ bền và phát huy hiệu quả của công trình

IV Sử dụng và quản lý hồ chứa

1 Nhận thức về sử dụng, quản lý hồ chứa chưa đầy đủ Điều đó biểu thị ở chỗ chỉ hiểu là sử dụng (không duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa, nâng cấp, phòng chống thiên tai); ở chỗ chỉ có người được giao quản lý còn người hưởng lợi, ngành hưởng lợi không gắn trách nhiệm; ở chỗ chỉ thực hiện đơn mục tiêu tại một thời điểm, ít nghĩ tới đa mục tiêu

2 Về mặt luật, hồ chứa chịu tác động theo Luật Tài nguyên nước (1998), Pháp lệnh Bảo vệ công trình thủy lợi

Hồ chứa là loại công trình đặc thù liên quan đến lợi ích quốc gia trên phạm vi rộng lớn, nhiều ngành, nhiều địa phương Cần sớm xây dựng, ban hành Pháp lệnh Bảo vệ, sử dụng và quản lý hồ chứa nước Đặc biệt là đối với hồ chứa lớn như Sơn La, Hòa Bình, Tuyên Quang, Dầu Tiếng những rủi ro nếu xảy ra sẽ gây thảm họa khôn lường

3 Ở mỗi hồ chứa (nhất là hồ lớn, đa mục tiêu) chưa có cơ chế và quy định quản lý thống nhất Cùng một hồ chứa nhưng chúng ta lại có nhiều ngành cùng tham gia khai thác, quản lý như thủy lợi, năng lượng, thủy sản, giao thông, du lịch Có khi việc sử dụng tài nguyên hồ giữa các ngành lại mẫu thuẫn với nhau, chưa có qui định cụ thể làm

cơ sở điều chỉnh

4 Công tác quan trắc, nghiên cứu hiện trường chưa được thực hiện đồng bộ (từ nhận thức, thiết kế, xây dựng đến quản lý) Chỉ khi phát hiện ra có sự cố mới tiền hành quan trắc một số yếu tố và chủ yếu bằng phương pháp thông thường Ở nhiều công trình có lắp đặt thiết bị quan trắc, nhưng không tiến hành đo đạc hoặc để lâu không bảo dưỡng nên khi vận hành gặp không ít khó khăn; số liệu quan trắc được chưa được lưu trữ hệ thống; chưa có chuẩn

để đánh giá số liệu quan trắc được về phương diện an toàn và kinh tế của công trình tại từng thời điểm khác nhau trong quá trình sử dụng công trình

5 Chưa có một mô hình quản lý hợp lý trên phạm vi toàn quốc phù hợp với từng loại hồ, từng quy mô hồ, từng vùng miền khác nhau

6 Chưa có giải pháp hiệu quả khắc phục những khó khăn, hạn chế như bồi lắng lòng hồ, kiểm soát chất lượng nước, chống xuống cấp, điều hành tối ưu v.v Công tác quản lý, sử dụng hồ chứa nước chưa thành một công nghệ

V Tự động hóa và hiện đại hóa

Các khâu liên quan đến hồ chứa từ quy hoạch, khảo sát, thiết kế, quản lý sử dụng theo hướng đa mục tiêu chưa được hiện đại hóa và tự động hóa nhiều Đặc biệt việc sử dụng và quản lý hồ chứa hiện nay thì yêu cầu hiện đại hóa, tự động hóa còn mới mẻ, mới

áp dụng từng phần, quá ít và cũng chỉ có ở một số hồ chứa lớn Các thiết bị cảnh báo, dự báo, quan trắc, đóng mở cửa van còn thô sơ, đơn điệu bất cập so với các nước Đa số các

hồ vẫn là các thiết bị cũ, lạc hậu; đội ngũ kỹ thuật và công nhân lành nghề phục vụ cho yêu cầu này còn quá bất cập

VI Vấn đề phòng chống lũ lụt và hạn hán

Hồ chứa có tầm quan trọng đặc biệt rất lớn đối với phòng chống lũ lụt và hạn hán

Về mùa mưa bão hồ cắt lũ, chậm lũ Về mùa kiệt cấp nước đáp ứng yêu cầu tưới, cấp nước công nghiệp, sinh hoạt, giao thông thủy, đẩy mặn, giữ gìn môi trường sinh thái Thực tế các hồ chứa của chúng ta đã thực thi khá tốt những nhiệm vụ đặc biệt này, tuy nhiên vẫn còn những tồn tại nhất định:

- Ít có hồ lớn để có khả năng vượt tải cao khi chống hạn cũng như khi chống lũ Xuất hiện mâu thuẫn lợi ích sử dụng nguồn nước giữa ngành này với ngành kia

- Tổn thất mất nước nhiều do bốc hơi, thấm; phá rừng đầu nguồn chưa có giải pháp khắc phục hiệu quả

- Cảnh bảo, dự báo lũ, hạn chưa có hoặc ở hồ lớn đã có nhưng chưa thành công nghệ

- Quy trình vận hành hồ khi chống lũ, chống hạn chưa có hoặc có nhưng chưa đủ,

Trong quá trình khai thác và trị thủy một dòng sông (chỉ chảy trong lãnh thổ Việt Nam hay chảy qua nhiều quốc gia) ở nhiều hệ thống công trình chưa có quy trình vận hành liên

hồ hay liên địa phương hay liên lợi ích để đảm bảo hài hòa lợi ích quốc gia và cộng đồng

1.5 An toàn hồ chứa

Hồ chứa được coi là an toàn, khi nó đảm bảo đầy đủ nhiệm vụ được giao trong trạng thái làm việc ổn định bình thường của cả cụm đầu mối cũng như của từng hạng mục công trình

Với tốc độ phát triển xây dựng hồ chứa nước nhanh đã đem lại nhiều lợi ích khác nhau cho nhân loại Nhưng những sự cố, hư hỏng, cũng tăng theo Trên thế giới trong khoảng thời gian 1946 ÷ 1955 số đập hồ hư hỏng, sự cố so với tổng số đập hồ xây dựng chiếm 0,6%, đến thời kỳ 1956 ÷1965 tỷ lệ này là 0,96% Trong 40 năm cuối thế kỷ XX,

cứ 15 tháng lại có một sự cố lớn (bình quân mỗi vụ có 50 người chết) Sự cố, hư hỏng có

thể diễn ra ở tổng thể cụm đầu mối, có thể ở một công trình hoặc một bộ phận công trình, hoặc do hư hỏng, sự cố công trình vùng lân cận Song dù sự cố diễn ra ở đâu, chỗ nào trong cụm công trình đầu mối cũng đều dẫn đến an toàn kỹ thuật của hồ chứa không đảm bảo, có thể gây thảm họa cho hạ lưu và như thế an toàn thực thi nhiệm vụ của hồ chứa nước cũng không còn Nghĩa là tạo nên thiệt hại kép khi đầu mối hồ chứa mất an toàn Nguyên nhân gây ra sự cố có thể do thấm vượt quá giới hạn; sạt trượt lớp bảo vệ mái; trượt mái; nước tràn qua đỉnh đập chắn; công trình tràn xả lũ bị hỏng; cống lấy nước

bị lún, gãy; cửa van trên tràn xả lũ bị gãy Trong những nguyên nhân đó, nguyên nhân do khả năng tháo không đảm bảo đã gây ra sự cố mất an toàn hồ chứa chiếm tới 1/3 Dưới đây nêu một số ví dụ cụ thể

Lũ tràn qua đỉnh đập chắn kiểu đập bê tông trọng lực Parage ở Ấn Độ đã gây vỡ đập Nguyên nhân do mưa liên tục trong vòng 14 giờ với lượng mưa 325 mm, lưu lượng

lũ vượt gấp 3 lần lưu lượng thiết kế, mực nước lũ cao hơn đỉnh đập 1,38 m

Hồ chứa ElK ở Mỹ, trong một trận mưa, lượng mưa trong 2 giờ đạt tới 170 mm, mực nước trong 3 giờ đã tăng thêm 4,6 m, lưu lượng lũ xả qua đường tràn tháo lũ đã vượt gấp đôi lũ thiết kế, cuối cùng đập đất bị vỡ do lũ vượt thiết kế

Đập bê tông trọng lực Zechinotrên sông Olula ở Ý trong ngày 12/8/1935 đã xảy ra

lũ đặc biệt lớn vượt qua lũ thiết kế làm nước tràn qua đập chắn với Htr = 5,4 m gây xói lở nghiêm trọng ở chân đập hạ lưu [8]

Ở Mỹ còn nhiều đập khác bị hư hỏng do lũ đến vượt thiết kế đã tràn qua đỉnh đập như đập Colorado, đập Anderson, đập Colombus, đập Lawer Tallasee…

Ở cụm công trình đầu mối hồ chứa nước Xaoofor ở Mỹ, do tràn xả lũ không thể tháo xả được lưu lượng lũ đến 285 m3/s, nước lũ đã vượt qua đỉnh đập đất gây vỡ đập [8] Mặt khác nhận thức con người lại phù hợp dần với thực tế muôn mầu muôn vẻ Ở buổi ban đầu tiêu chuẩn định ra thấp, sau này ngày càng tăng Tự nhiên ngày càng biến đổi theo hướng bất lợi cho con người Sự phát triển kinh tế xã hội cũng phá vỡ cân bằng

có lợi được đặt ra lúc đầu Và những thảm họa lũ lụt, vỡ đập do những yếu tố trên hoặc độc lập hoặc phối hợp gây nên bất lợi cho con người, xã hội, tự nhiên Tình hình đó đã tạo động lực cho những nghiên cứu, ứng dụng nảy sinh và phát triển trong đó có giải pháp tràn sự cố

Trong phạm vi này chỉ đề cập đến an toàn về mặt kỹ thuật

I Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn hồ chứa

1 Yếu tố tự nhiên

Toàn bộ hồ chứa, cụm công trình đầu mối cũng như mỗi hạng mục đều chịu tác

tượng, thủy văn đã được con người tính đến trong đầu tư xây dựng hồ chứa Nhưng sự quan tâm đó mới ở mức độ nhất định Hơn nữa tự nhiên lại thay đổi không theo một quy luật chung nào Tự nhiên ở vùng này thay đổi ngẫu nhiên lại chịu tác động của sự thay đổi ngẫu nhiên của tự nhiên ở vùng khác Do vậy hồ chứa nước có thể chịu ảnh hưởng có hại, bất thường của tự nhiên, không lường hết được Đó là: dòng chảy đặc biệt lớn, bão to, động đất, lở núi, sạt mái, hoạt động địa chấn v.v

2 Yếu tố kinh tế xã hội

Con người là chủ thể trong việc xây dựng hồ chứa Để chế ngự thiên nhiên, điều chỉnh thiên nhiên phục vụ lợi ích cho nhân loại Để làm được điều đó con người cần có kiến thức Mà nhận thức là một quá trình Cho nên, lý thuyết xây dựng hồ chứa, tính toán thiết kế, đo đạc khảo sát, công nghệ kỹ thuật thi công, quy trình khai thác không phải lúc nào cũng phản ánh đúng hoặc phù hợp với thực tế khách quan ngay từ đầu

Hơn nữa trong quá trình xây dựng và sử dụng, con người vô tình do không hiểu biết đã xâm phạm hoặc phá hoại công trình, vì lợi ích cục bộ mà quên đi lợi ích toàn cục Địch họa cũng là một yếu tố ảnh hưởng mạnh đến an toàn hồ chứa

3 Yếu tố khảo sát, quy hoạch và thiết kế

Điều tra nghiên cứu điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh xã hội không đầy đủ; quyết định chủ trương đầu tư, quy mô đầu tư không đúng; tính toán quy hoạch, thiết kế sai sót đều có thể dẫn đến làm mất an toàn hồ chứa (ở đây đề cập đến năng lực, trách nhiệm của người thực hiện, người quyết định cụ thể chứ không phải đề cập đến năng lực của con người, khả năng trí tuệ của nhân loại)

4 Yếu tố thi công

Làm sai thiết kế; quy cách chất lượng vật kiệu không đảm bảo; công nghệ thi công không phù hợp; xử lý phát sinh, xử lý nối tiếp giữa các giai đoạn thi công không chỉnh thể; nhật ký thi công, hồ sơ hoàn công làm không chuẩn, không đủ hoặc không bàn giao chi tiết cho quản lý Đó là một trong những yếu tố gây giảm hoặc mất an toàn công trình Những hạng mục của công trình thủy công lâu dài được sử dụng phục vụ thi công

đã không được ứng xử theo chế độ làm việc lâu dài ngay trong quá trình sử dụng phục vụ cho thi công Nhiều công trình thủy công lâu dài đã được xử lý tạm để phục vụ thi công dẫn đến hư hại hay sự cố công trình chính ngay trong quá trình thi công

5 Yếu tố sử dụng và quản lý

Sử dụng vượt quá khả năng, thiếu quan trắc, nghiên cứu thực địa; không thực hiện đúng chế độ duy tu bảo dưỡng; không kịp thời sửa chữa, bảo vệ những hư hỏng nhỏ; nhân viên không thực hiện theo quy trình; quản lý sử dụng không có quy trình hoặc quy trình không đúng đều ảnh hưởng đến an toàn công trình

Đặc biệt một hư hỏng, một sự cố có thể do một nguyên nhân hoặc cũng do tổ hợp nhiều nguyên nhân Nhưng rõ ràng, không có thiết bị quan trắc khách quan, không phân tích tài liệu quan trắc dẫn đến không làm chủ được công trình Không phát hiện và khắc phục sự suy thoái của vật liệu, của kết cấu Không dự báo được những bất trắc trong tương lai đều là các khía cạnh, các vấn đề của yếu tố sử dụng và quản lý ảnh hưởng đến

an toàn công trình

II Đánh giá khả năng đảm bảo an toàn tháo lũ của hồ chứa

Trên cơ sở khảo sát hiện trạng công trình đầu mối hồ chứa (chất lượng và khả năng điều tiết của hồ), Cục Thủy lợi trong báo cáo tại Hội nghị An toàn hồ chứa [11] đã đưa ra

5 nhóm công trình chính theo khả năng đảm bảo an toàn tháo lũ hồ chứa:

Nhóm 1: Các công trình có khả năng đảm bảo an toàn tháo lũ:

Thuộc về nhóm này là các hồ đã qua thử thách với lũ, hiện không có hư hỏng nặng hoặc có hư hỏng nhưng đã được sửa chữa cơ bản; tràn xả lũ đã được mở rộng hoặc làm tràn sự cố

Ví dụ các hồ: Kẻ Gỗ, Tuyền Lâm, Khe Chè v.v

Nhóm 2: Các công trình mới xây dựng có chất lượng tốt, khả năng an toàn tháo lũ

cao nhưng chưa kinh qua nhiều thử thách với mực nước cao, lũ lớn Đối với các hồ này cần có quy trình tích nước cụ thể và theo dõi chặt chẽ công trình khi hồ ở mức nước cao

Ví dụ như hồ: Tràng Vinh, hồ Truồi, Núi Cốc v.v

Nhóm 3: Các công trình có tràn xả lũ đủ khả năng tháo lũ tốt, song cần đề phòng

sự cố cửa van có thể dẫn đến lũ trong hồ vượt mực nước lũ thiết kế Với các công trình này buộc phải có quy trình tích nước muộn, tích ở mức thấp hơn thiết kế và xem xét mở rộng tràn hoặc làm tràn sự cố

Ví dụ các hồ: Yên Lập, Đại Lải, Xạ Hương, sông Mực, sông Rác, Vực Tròn, Phú Vinh, Đá Bàn, Đa Tẻ, Vực Mấu, Vĩnh Trinh v.v…

Nhóm 4: Các công trình khả năng tháo lũ bị hạn chế buộc phải mở tràn sự cố hoặc

có phương án dự phòng xử lý cho thoát lũ qua đập phụ khi mưa lớn vượt tần suất thiết kế hoặc chủ động tôn cao đỉnh đập

Ví dụ các hồ: Quất Đông, Khe Đá, Cù Lây, Liệt Sơn v.v

Nhóm 5: Công trình có khả năng tháo lũ kém cần sửa chữa khẩn cấp và quản lý

nghiêm ngặt

Ví dụ các hồ: Phú Ninh, Hòa Trung, Hội Sơn, Dầu Tiếng v.v

III Phân loại sự cố ở hồ chứa

Có nhiều cách phân loại sự cố, hư hỏng trong hồ chứa

1 Theo phạm vi sự cố, hư hỏng

Theo phạm vi xảy ra sự cố, hoặc hư hỏng mà chia ra các loại sau:

- Hư hỏng, sự cố tổng thể (toàn bộ hồ chứa)

- Hư hỏng, sự cố công trình (trong cụm công trình đầu mối)

- Hư hỏng, sự cố hạng mục, bộ phận (trong một công trình) của cụm công trình

đầu mối

- Hư hỏng, sự cố công trình vùng lân cận (có ảnh hưởng đến an toàn hồ chứa)

2 Theo trạng thái kỹ thuật

Theo trạng thái kỹ thuật có các loại:

- Hư hỏng, sự cố về cường độ

- Hư hỏng, sự cố về biến dạng

3 Theo nguyên nhân gây ra sự cố

Theo nguyên nhân gây ra sự cố có các loại:

- Sự cố do thấm (ở nền, vai, thân đập hoặc kết hợp)

- Sự cố do sạt gia cố mái thượng

- Sự cố do 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 nước 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

Kết quả thống kê sự cố, hư hỏng của hồ chứa theo nguyên nhân được tổng kết ở

bảng 1-9 (số liệu thống kê của Cục Thủy lợi)

Bảng 1-9 Sự cố ở các loại hồ chứa

2 Sạt gia cố mái thượng lưu 115 26,87

4 Phân theo mức độ làm việc

Cục Thủy lợi - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, từ số liệu thống kê điều

tra đã phân sự cố, hư hỏng theo các cấp độ như sau:

- Hồ chứa nước làm việc bình thường: 39,1%

- Hồ chứa có sự cố nhỏ: 38,7%

- Hồ chứa có sự cố lớn: 22,2%

IV Giới thiệu tóm tắt một số sự cố, hư hỏng của hồ chứa [3]

1 Hồ Vực Tròn

Công trình đầu mối hồ chứa nước Vực Tròn được xây dựng tại xã Quảng Châu,

huyện Quảng Trạch, tỉnh Quảng Bình Công trình có nhiệm vụ tưới 3.885 ha

Sau khi xây dựng xong, đã xảy ra 2 trận lũ lớn (lượng mưa ngày 17/10/1983 là 520

mm; ngày 14/10/1984 là 502 mm, đều lớn hơn mưa thiết kế là 452 mm) Do vậy phải xét

lại lũ thiết kế để đảm bảo an toàn công trình và cho xây dựng tràn sự cố

2 Hồ Suối Hành

Hồ chứa nước Suối Hành xây tại xã Cam Phước Đông, huyện Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa Nhiệm vụ chính là cấp nước tưới 950 ha

Diện tích lưu vực Flv = 36,1 km2, MNC = + 23,0 m; MNDBT = + 32,2 m; MNLTK =+ 35,0 m Cao trình đỉnh đập: +36,0 m, chiều cao đập lớn nhất Hđ = 24 m, chiều dài đỉnh đập Lđđ = 440 m; tràn xả mặt không cửa van rộng 30,0 mét, cống lấy nước có kích thước

B × h = 1,0 × 1,25 (m)

Đầu tháng 12/1986 do ảnh hưởng của một đợt áp thấp nhiệt đới xảy ra trận mưa lớn trên lưu vực hồ Suối Hành 19 giờ 00 ngày 1/12/1986 đến 7 giờ ngày 2/12/1986 lượng mưa 468mm làm nước trong hồ dâng từ cao trình +26,9 m lên +34,1 m (tăng 7,2 m trong

12 giờ) Vào lúc 2 giờ 15 phút đêm 3/12/1986 sau tiếng nổ lớn, đập bị vỡ một đoạn sát cống lấy nước Ngoài ra còn phát hiện ra 3 hang ngầm ở vai phải đập đường kính 20 ÷ 30

cm từ hạ lưu ăn sâu vào thân đập

Nguyên nhân do vật liệu đắp đập không đúng, mưa lớn làm mực nước trong hồ tăng nhanh (1 m/1,5 giờ) làm áp lực tăng đột ngột, chân khay chống thấm thiết kế và thi công không đạt yêu cầu và năm 1987 đập lại bị vỡ tại lòng khe bờ tả

3 Hồ Suối Trầu

Hồ chứa nước Suối Trầu xây dựng trên Suối Trầu Đầu mối công trình đặt tại xã Ninh Xuân, huyện Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa

Diện tích lưu vực F = 58,4 km2, MNC = +15,5 m; MNDBT = +22,5 m; MNLTK = + 23,86 m; Lđđ = 240 m; Hđ = 19,6 m

Sự cố lần một: xảy ra lúc 2 giờ ngày 12/11/1977 Đầu tiên là xuất hiện lỗ rò nhỏ nước đục ở cạnh mang cống hạ lưu Sau suất hiện thành dòng đường kính 2 mét ở 2 bên mang cống, nước chảy bắn xa hàng chục mét và cuối cùng đỉnh đập sập và đập vỡ

Sự cố lần 2: từ ngày 2/11/1978 đến ngày 3/11/ 1978 mưa to do cơn bão số 14 gây

ra Mực nước trong hồ lên cao trình +24,4 m Sáng 4/11/1978 sau khi tạnh mưa, mực nước trong hồ vẫn ở cao trình +4,4 m (cao hơn MNLTK là: 0,54 m); phát hiện một lỗ rò thông từ thượng lưu về hạ lưu kéo theo bùn cát chảy ra khá mạnh Đến 7 giờ 30 phút lại phát hiện thêm một lỗ rò nữa cách tháp cống về phía trái khoảng 15 m 12 giờ 30 phút xuất hiện thêm một lỗ rò lớn sát tháp cống Đến 4 giờ 15 phút ngày 5/11/1978 đỉnh đập bị sập sau một tiếng nổ lớn

Sự cố lần 3: ngày 18/11/1979 sau trận mưa lớn (lượng mưa đạt tới 400 mm) đến 4 giờ ngày 19/11 xuất hiện một lỗ rò trên mái đập hạ lưu và phát triển thành lỗ rộng 80 cm đến 100 cm Lực lượng cứu hộ đã phải xả nước hồ qua công trình dẫn dòng để hạ mực nước thượng lưu

Sự cố lần thứ 4: xảy ra với công trình Suối Trầu là vỡ đập phụ vào mùa lũ năm

- Đập chính bằng đất cao 30,0 m; chiều dài đỉnh đập là 1100 m

- Tràn xả lũ 6 cửa có kích thước mỗi cửa là b h = 10 x 6 (m)

- Hai cống lấy nước

0 giờ 50 phút ngày 9/01/1986, khi MNTL ở cao trình + 23,38 m, tai van gối đỡ số

khỏi trụ và bị đứt văng về phía hạ lưu Đoạn cầu công tác ở khoang cửa số 3, 4 cũng bị sập và đẩy trôi về phía hạ lưu Nước hồ xả xuống sông Sài Gòn với lưu lượng 500 (m3/s) Phải mất 10 ngày sau mới dùng phai đóng được Ngoài mất 400 triệu mét khối nước, còn làm ngập nước: 3.452 ha lúa mùa, 1.144 ha lúa đông xuân, 1.197 ha hoa màu, 871 ha vườn cây ăn trái, 3.114 ngôi nhà

Nguyên nhân chính của sự cố là do sai sót thiết kế gối đỡ, trụ pin và do thi công kém chất lượng

6 Hồ Phú Ninh

Đầu mối công trình Phú Ninh đặt trên sông Tam Kỳ, huyện Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam Hồ có nhiệm vụ tưới 23.000 ha, phát điện 2.000 kW, cấp nước sinh hoạt Đầu mối gồm:

- Đập đất cao 40 m, chiều dài đỉnh 561 m

- Tràn xả lũ số 1 là tràn tự do, có cao trình ngưỡng tràn bằng mực nước dâng bình thường (+ 32,0 m); bề rộng tràn là 37,8 m

- Tràn xả lũ số 2 có 3 cửa, dùng cửa van hình cung với kích thước mỗi cửa là b × h

= 10 × 6 (m) Cao trình ngưỡng tràn ở +26,0 m

- Tràn xả lũ số 3 có 2 cửa van kích thước b × h = 5 × 6 (m), cao trình ngưỡng tràn 26,0 (MNLKT = + 35,42 m)

- Hai cống lấy nước 2 tầng, kích thước mối tầng cống là 3 × 3 (m)

Công trình đầu mối Phú Ninh đã gặp ba sự cố Đó là đập chính bị sủi ở hạ lưu, đập phụ Tứ Yên bị rò nước, cửa van đóng nhanh bị kẹt

Sau đợt sửa đầu tiên đập chính vẫn còn sủi ở hạ lưu, với lưu lượng ổn định Cửa van đóng mở nhanh bị kẹt do khi chế tạo đã bỏ bộ phận giảm chấn ở đáy van

Đập phụ Tứ Yên (ở cửa Bắc) bị rò nước do thi công kém

7 Hồ chứa nước Sông Mực

Đầu mối hồ chứa nước Sông Mực được xây dựng trên sông Mực thuộc xã Hải Vân, huyện Như Xuân, tỉnh Thanh Hóa Hồ có nhiệm vụ tưới 11.500 ha, cắt lũ giảm úng ngập cho 4.500 ha, phát điện với công suất

Nlm = 1.500 kW

Công trình gồm một đập đất đồng chất cao 38,0m, chiều dài đỉnh đập là 470 m; tràn

xả lũ kiểu tự do có B = 10 m; cống lấy nước có B × h = 2,5 × 2,5 (m); cao trình ngưỡng tràn bằng MNDBT = +33,0 (m)

Công trình bị sự cố vỡ đập trong thời gian thi công, sụt lở nghiêm trọng ở mái kênh dẫn vào tràn và ở ngưỡng tràn xả lũ

Nguyên nhân sụt lở mái kênh dẫn vào đập tràn là do khảo sát không kỹ, thiết kế mái m = 1 ÷ 1,5 không phù hợp với địa chất

Nguyên nhân vỡ đập khi đang thi công là do kênh dẫn dòng nhỏ, nên lũ đạt tới cao trình +22,7 m đã vượt quá cao trình đỉnh đập đắp đợt I

8 Hồ Yên Lập

Đầu mối hồ Yên Lập được xây dựng tại huyện Yên Hưng, tỉnh Quảng Ninh có nhiệm vụ cấp nước tưới cho 10.067 ha và 10 ÷ 11 triệu m3/năm cho dân sinh và công nghiệp

Cụm công trình đầu mối của hồ gồm đập đất cao 37 m, chiều dài đỉnh đập 270 m; cống lấy nước kết hợp dẫn dòng thi công với n × B × H = 2 × 6,5 × 6,5 (m) Tràn xả lũ có

3 cửa van kích thức mỗi cửa là 8×6 (m) Hai đập phụ (đập phụ Nghĩa Lộ và đập phụ Dân Chủ)

Sự cố sảy ra như sau:

Ngày 9/10/ 1982, khi hồ đang tích nước ở cao trình +27,8 m thấp hơn MNDBT 1,7

m, thì sự cố cống lấy nước kết hợp dẫn dòng thi công Các phai chắn cửa vào cống dẫn dòng bị gãy đột ngột và nghe một tiếng nổ lớn Làm sụt gia cố mái thượng lưu; nứt tháp cống, hỏng khớp nối cống, đuôi cống bị xói, kênh hỏng

Nguyên nhân do đặt cánh phai ngược chiều chịu lực khi thi công Phai có 5 thanh thép Φ30 cần đặt về phía hạ lưu theo thiết kế nhưng khi thi công lại đặt sang phía thượng lưu

9 Đập Cà Giây

Đầu mối hồ Cà Giây được xây dựng tại huyện Bắc Bình, tỉnh Bình Thuận Công trình gồm đập đất cao 25,4 m, dài 790,5 m Một tràn xả lũ kiểu tự do với B = 25 m, một cống hộp lấy nước có kích thước B × H = 1,8 × 2,0 (m) Hồ có nhiệm vụ chính là cấp nước tưới 3.965 ha

Sự cố xảy ra lúc 8 giờ ngày 15 tháng 10 năm 1998 (đang trong giai đoạn thi công) Khi MNTL ở cao trình + 72,9 (thấp hơn MNDBT là 1,8 m), chân mái hạ lưu tại cọc B26 nơi tiếp giáp với địa hình tự nhiên có 3 lỗ rò nước đục với Q = 5 ÷ 7 (l/phút) Cống, tràn

đã thi công xong, đập xong cơ bản Mỗi lúc nước rò càng lớn kéo trôi theo đất bùn dẫn đến vỡ đập

Nguyên nhân do sập nền, lún nền, thẩm lậu qua mặt tiếp giáp giữa các đợt thi công khác nhau Mặt khác lũ thực tế (với mưa 412 mm, tương ứng lưu lượng lũ lớn nhất là

1350 m3/s xảy ra vào ngày 28/10/1952) đã lớn hơn lưu lượng lũ thiết kế 1% là 847 m3/s Biện pháp xử lý: làm thêm tràn sự cố, khai quật và đắp lại đoạn đập bị sự cố, khoan phụt xi măng sét thân đập trên toàn tuyến

1.6 Vai trò của tràn sự cố trong đầu mối công trình hồ chứa

Ở nhiều nước trên thế giới bão, lũ lụt, động đất đã gây ra thiệt hại lớn về người và của, uy hiếp nghiêm trọng đến an toàn các công trình thủy lợi Ở Trung Quốc, trước năm

1980 chưa có tràn sự cố, tháng 8 năm 1975 xuất hiện lũ lớn vượt thiết kế làm hư hại nhiều đập hồ Từ đó người ta đã đưa ra khái niệm mực nước lũ bảo vệ đập và cần có tràn sự cố

Từ năm 1980 đã thực hiện thiết kế, xây dựng bổ sung tràn sự cố cho các hồ chứa đã có hoặc đang trong xây dựng mới Hình thức, loại tràn sự cố hay dùng ở Trung Quốc là tràn tự

do, tràn sự cố kiểu đập đất tự vỡ, tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ Nói chung, tràn sự cố ở Trung Quốc đều dùng hình thức kết cấu đơn giản, chiều cao từ 2 ÷ 5,0 mét, chiều dài ngưỡng tràn lớn để giảm lưu tốc V, lưu lượng đơn vị q và vấn đề tiêu năng không nặng

nề

Cùng với việc nghiên cứu về tràn chính, người ta còn nghiên cứu kết hợp tràn sự cố tháo kết hợp với tràn chính để giảm giá thành công trình tràn xả lũ Ở tỉnh Liêu Ninh (Trung Quốc) làm tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ, kết hợp tràn chính xả lũ đã giảm 40% ÷ 60% giá thành công trình xả lũ Ở Australia so sánh 5 đập có dùng tràn sự cố (kết hợp với tràn chính) cho thấy vốn đầu tư giảm 20% ÷ 30% so với chỉ dùng tràn chính

Ở Mỹ, Mexico, Pháp, Australia, Bồ Đào Nha, Algeria người ta đã có những nghiên cứu lý thuyết và mô hình thủy lực về hình thức kết cấu, khả năng tháo của tràn zích zắc (tràn Labyrinth) và đã áp dụng xây dựng loại phím đàn piano, loại mỏ vịt, loại ngưỡng xiên để tăng chiều dài ngưỡng lên nhiều lần (mặc dù chiều rộng đường tràn theo hướng thẳng không đổi, nghĩa là khoảng cách giữa 2 mố biên không thay đổi)

Đặc biệt Việt Nam nằm ở vùng nhiệt đới ẩm, gió mùa, sự khắc nghiệt về thời tiết, tính ác liệt của mưa to, lũ lớn xảy ra thường xuyên trong năm, từ vùng này sang vùng khác Những năm gần đây hiện tượng El-Nino và La-Nina xuất hiện, gây ra lũ quét, lũ lớn, lũ đặc biệt lớn vượt tiêu chuẩn thiết kế ngày càng nhiều Vì vậy bên cạnh cần có cảnh báo, dự báo lũ, tính toán lũ vượt thiết kế, cũng cần có tràn sự cố Tràn sự cố là một hạng mục công trình có thể có trong cụm đầu mối các công trình hồ chứa nước thủy lợi - thủy điện Tràn được xây dựng để xả lũ vượt thiết kế nhằm tránh sự cố có thể xảy ra đối với cụm công trình đầu mối và đảm bảo an toàn cho hồ chứa, gọi là tràn sự cố

Trong thực tế vận hành mực nước trong nhiều hồ chứa nước đã vượt mực nước lũ thiết kế Lũ tháng 11 tháng 12 năm 1999, đã làm cho một loạt hồ chứa ở miền Trung có mực nước vượt mực nước thiết kế như ở bảng 1-10

Bảng 1-10 Mực nước vượt thiết kế của một số hồ chứa miền trung

trong tháng 11 và 12 năm 1999 STT Tên hồ chứa Mực nước lũ thiết kế (m) Mực nước lũ thực tế (m) Mức độ vượt thiết kế (m)

Một số hồ chứa khác của tỉnh Đắk Lắk cũng có mực nước lũ vượt thiết kế, như hồ

Krôngjng vượt 1,0 mét năm 1983; hồ Ea Drông vượt 2,1 mét năm 1997; hồ Eablang vượt

1,8 mét năm 1998

Hồ Núi Cốc (Thái Nguyên) xây dựng năm 1974 Tần suất thiết kế ban đầu 1% với lưu lượng đỉnh lũ là 1.640 m3/s, lũ thực tế đo được là 2.700 m3/s Năm 1996 tính lại thì đỉnh lũ

ứng với tần suất 1% là 3.030 m3/s (tăng 1,85 lần) [13]

Hồ Kẻ Gỗ xây dựng những năm 1976 – 1979 Tần suất lũ thiết kế là 0,5% Thực tế vận hành xuất hiện lũ lịch sử (9/1978) làm mực nước lũ thực tế trong hồ tăng 1,45 m so với

Hồ Thanh Lanh (Vĩnh Phúc) Hồ xây dựng từ năm 1999 Lũ thiết kế có lưu lượng đỉnh lũ là

464 m3/s (ứng với tần suất 1%) Lũ lịch sử có Q = 496 m3/s lớn hơn lũ thiết kế [13]

Và còn nhiều ví dụ nữa cho thấy thực tế lũ đã vượt thiết kế

Mực nước trong hồ chứa vượt thiết kế do nhiều nguyên nhân

Một là: Lũ đến với tần suất nhỏ hơn tần suất thiết kế

Hai là: Lũ đến tuy chưa vượt tần suất thiết kế, nhưng do rừng đầu nguồn bị phá hủy; hoặc

tài liệu thủy văn thêm dài do vậy lũ thiết kế tính lại đã sai khác đi so với ban đầu; hoặc do tính toán thủy văn lúc đầu lựa chọn phương pháp, công thức không đúng với thực tế khách quan; hoặc do sai sót chủ quan khi tính toán đã làm lũ thực tế đến lớn hơn lũ tính toán thiết kế

Ba là: Do vận hành hồ chứa nước không hợp lý, không theo quy trình dẫn đến khi lũ đến

(chưa như thiết kế) cũng đã làm mực nước trong hồ tăng lên quá mức thiết kế

Bốn là: Trong quá trình vận hành có sự cố công trình tháo xả lũ như kẹt cửa van, sạt lở

chặn dòng xả, thu hẹp bề rộng thoát nước…

Mực nước lũ dâng cao có thể gây ra vỡ đập chính phá hủy tràn xả lũ gây ra thảm họa do mức tàn phá của dòng nước lớn Hơn nữa hồ cạn nước sẽ ảnh hưởng đến các yêu cầu dùng

Những điều nêu trên, cho thấy khả năng mực nước trong hồ vượt mức nước lũ thiết kế là luôn có thể xảy ra bất cứ lúc nào vào mùa lũ, ở bất kỳ hồ chứa nước nào

Làm sao có thể ứng phó được những tình huống trên? Về nguyên tắc phải tìm mọi cách tăng khả năng tháo như phá đập phụ, tăng bề rộng tràn xả lũ, chấp nhận rủi ro, tăng chiều cao đập (đắp con trạch, làm tường chắn sóng ) Nhưng các biện pháp trên thực thi lúc sự

cố xảy ra đều là bị động và sự khắc phục lại rất tốn kém

Biện pháp kinh tế và kỹ thuật là làm tràn sự cố Tràn sự cố sẽ giúp: Tránh mọi khả năng làm mất an toàn đập tràn, cống, nhà máy thủy điện, âu thuyền trong cụm công trình đầu

mối; tránh thiệt hại cho hạ lưu

Đây là biện pháp chủ động Phục hồi sự làm việc bình thường của tràn sự cố (nếu chọn

phương án tràn bị phá hủy tạm thời) không tốn kém

Hơn nữa tràn sự cố còn tham gia vào việc ngắt phần trên của đỉnh lũ thiết kế (khi lũ đến gần hoặc bằng lũ thiết kế) góp phần giảm quy mô tràn chính hoặc tăng hiệu quả của tràn chính Như vậy có thể thấy rõ ràng tràn sự cố có vị trí quan trọng trong việc đảm bảo an toàn công trình đầu mối và giảm tổng vốn đầu tư cho cụm công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi - thủy

điện

CHƯƠNG 2: TRÀN SỰ CỐ Ở VIỆT NAM

Trước những năm 90 của thế kỷ XX, vấn đề tràn sự cố chưa đặt ra Với lũ vượt thiết kế người ta đề phòng bất trắc có thể xảy ra với các công trình đầu mối bằng cách xả trước phần dung tích hữu ích hoặc bị động phá đập phụ hoặc không trữ nước hữu ích trong hồ đến MNDBT như thiết kế Sau lũ năm 1999 ở miền Trung với hàng loạt hồ chứa

có mức nước lũ vượt thiết kế, chúng ta bắt đầu thiết kế và xây dựng tràn sự cố bằng cách

bổ sung tràn sự cố vào danh mục các công trình trong cụm công trình đầu mối hiện có, hoặc bổ sung thay đổi thiết kế của giai đoạn trước, hoặc xem xét ngay từ khi lập dự án xây dựng một hồ chứa

2.1 Điều tra và phân tích số liệu điều tra

I Điều tra hiện trạng hồ chứa nước

Sự xuất hiện và phát triển của tràn sự cố là đòi hỏi của thực tế xây dựng hồ chứa nước phục vụ yêu cầu thủy lợi, thủy điện nhưng ở mỗi quốc gia khác nhau không thể như nhau Để thấy được bức tranh toàn cảnh về việc xây dựng tràn sự cố ở đầu mối hồ chứa nước của Việt Nam cần có điều tra và phân tích hiện trạng tràn sự cố

Mục tiêu của đánh giá tràn sự cố là tổng hợp các kết quả điều tra về tràn sự cố, lập bảng thống kê, phân tích số liệu, đánh giá kết quả điều tra từ đó thấy rõ hiện trạng và phát hiện những vấn đề liên quan đến tràn sự cố cần giải quyết

Công tác điều tra thu thập tài liệu đã được tiến hành bằng các phương pháp khác nhau Đó là phương pháp: Khảo sát bằng mắt; Điều tra, phỏng vấn tại thực địa ở nhiều hồ chứa đại biểu cho các vùng miền lãnh thổ khác nhau trên khắp đất nước, đại biểu cho các khu vực có sử dụng hồ chứa nước, nhất là trong ngành thủy lợi, thủy điện; Nghiên cứu hồ

sơ lưu trữ và thiết kế đầu mối một số hồ; Quay phim, chụp ảnh

Kết quả điều tra thu thập tài liệu có được là:

1) 134 phiếu điều tra với các vấn đề về lũ vượt thiết kế và tràn sự cố với 60 chỉ tiêu [1]

2) Thống kê hồ chứa đã điều tra (với 25 chỉ tiêu)

3) Thống kê hồ chứa đã điều tra có tràn sự cố ở Việt Nam với 37 chỉ tiêu

II Phân tích số liệu điều tra

Từ 134 phiếu điều tra, có được thống kê hồ chứa điều tra ở Việt Nam Những số liệu

1 Theo các vùng lãnh thổ: Bảng 2-1

Bảng 2-1 Phân loại theo vùng lãnh thổ

Trung du miền núi Bắc Bộ

Đồng bằng Bắc Bộ

Bắc Trung Bộ

Nam Trung Bộ

Nam

Bộ

Tây Nguyên

2 Theo diện tích lưu vực F(km2): Bảng 2-2

Bảng 2-2 Phân loại theo diện tích lưu vực F(km2)

3 Theo nhiệm vụ chính mà hồ chứa nước đảm nhận:

- Hồ chứa xây dựng để tưới là chính có: 124 hồ chiếm 92,54%

- Hồ chứa phát điện là chính có: 10 hồ chiếm 7,46%

5 Theo chiều cao đập H (m):

Theo chiều cao đập các hồ chứa điều tra được chia ra theo bảng 2-4

Bảng 2-4 Phân loại theo chiều cao đập H (m)

Loại Tổng số H≤10 10<H≤1515<H≤25 25<H≤50 50<H≤75 75<H≤100 H>100

Số

6 Phân theo loại đập chắn: Bảng 2-5

Bảng 2-5 Phân theo loại đập chắn

Loại Tổng số Đập đất Đập hỗn hợp đá, đất Đập bê tông trọng lực

Trong đó đập đất bao gồm cả đập đất đồng chất và không đồng chất Đập hỗn hợp

đá, đất chủ yếu là đập đá đổ có thiết bị chống thấm loại mềm

Kết quả ghi trong bảng 2-6

Bảng 2-6 Phân theo loại tràn

Tràn đỉnh rộng

xả sâu

Tràn bên

xả mặt

Tràn thực dụng

Tràn kết hợp

% 100 72,39 27,61

9 Theo hình thức nối tiếp sau ngưỡng:

Dòng chảy sau ngưỡng có thể là: dốc nước, bậc nước theo kết quả điều tra 134 hồ có:

- Nối tiếp dốc nước (bao gồm cả mối tiếp bằng mái đập) 125 hồ chiếm 93,28%

- Nối tiếp bậc nước nhiều cấp: 9 hồ chiếm 6,72%

10 Theo hình thức tiêu năng:

Từ kết quả điều tra, phân theo hình thức tiêu năng có:

- Tiêu năng mặt: 6 hồ, chiếm 4,48%

- Tiêu năng đáy: 85 hồ chiếm 63,43%

- Tiêu năng mũi phun: 43 hồ chiếm 32,07%

Nếu tính từ năm 1990 có 48 hồ được thống kê thì:

- Tiêu năng mặt có: 3 hồ chiếm 6,25%

- Tiêu năng đáy có: 20 hồ chiếm 41,67%

- Tiêu năng phóng xa có: 25 hồ chiếm 52,08%

Như vậy những năm gần đây tiêu năng bằng hình thức mũi phun ngày càng được

sử dụng nhiều

11 Theo thời kỳ xây dựng: Bảng 2-8

Bảng 2-8 Phân theo thời kỳ xây dựng

Nếu tính từ năm 2000 có 16 hồ thì:

- Số hồ có tràn sự cố là 6 hồ chiếm 37,5%

- Số hồ không có tràn sự cố là 10 hồ chiếm: 62,5%

III Một số nhận xét

Phân tích các kết quả điều tra thực trạng hồ chứa nước phục vụ thủy lợi, thủy điện

có thể nhận thấy một số ý kiến chung như sau:

1 Tỷ lệ lấy mẫu thống kê theo các vùng miền phù hợp với quy luật phân bố của các vùng miền Và thấy rõ Tây Nguyên và vùng Nam Trung Bộ, số lượng hồ chứa phục

vụ các yêu cầu dùng nước khác nhau còn rất ít

2 Nếu theo số lượng, thì hồ chứa có lưu vực vừa và nhỏ chiếm đa số những hồ có diện tích lưu vực trên 1000 km2 rất ít (chỉ có 7 hồ: Hòa Bình, Yazun hạ, Yaly, Trị An, Thác Mơ, Dầu Tiếng, Hàm Thuận)

3 Theo số lượng, đa phần hồ chứa phục vụ tưới là chính

4 Hồ chứa có dung tích ứng với MNDBT không vượt qua 20 triệu mét khối nước chiếm đa số

5 Hồ có đập chắn là đập vật liệu địa phương chiếm tỷ lệ cao (93,28%)

6 Hồ có đập cao không quá 25 mét chiếm tới 2/3 tổng số đập

7 Tràn xả lũ của các hồ đa phần có ngưỡng đỉnh rộng (74,63%) chủ yếu là tràn xả mặt (chiếm 97,01%); Tràn xả sâu hoặc tháo kết hợp giữa xả mặt và xả sâu chiếm tỷ lệ ít (khoảng 2,99%)

8 Tràn xả lũ của các hồ không có cửa van điều tiết chiếm tỷ lệ 72,39% (theo số lượng)

9 Đa phần các tràn xả lũ có nối tiếp sau ngưỡng là dốc nước (93,28%), tiêu năng đáy (63,43%), nhưng gần đây tỷ lệ dùng tiêu năng phóng xa đã tăng lên (từ năm 1990 lại đây dùng tiêu năng phóng xạ chiếm tới 52,08%)

10 Trước 1954 số hồ chứa xây dựng ít (2,24%) trong thời kỳ kháng chiến, cả nước

có xây dựng hồ chứa, nhưng không nhiều (26,86%) Từ khi đất nước thống nhất, chúng ta xây dựng nhiều (70,90%)

11 Tính chung đến năm 2000, thì số hồ chứa có tràn sự cố chỉ chiếm 5%, đến nay

số hồ chứa có tràn sự cố đã xây dựng là 18,66% Nếu chỉ tính những hồ xây dựng sau

năm 2000 thì có tới 37,5% hồ chứa có tràn sự cố Như vậy tỷ lệ hồ chứa nước có xây dựng tràn sự cố ngày càng tăng

2 Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ

Khi mực nước lũ vượt qua đỉnh đập đất đắp trên ngưỡng tràn sự cố, gây vỡ đập và tràn sự cố hoạt động Thân đập đất trên ngưỡng tràn có thể là một khối cùng loại được dùng ở hồ vừa, nhỏ hoặc hai khối: khối thượng lưu chống thấm, khối hạ lưu thường là cát

để gây mồi phá vỡ đập khi có nước tràn qua

Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ đã được xây dựng ở hồ thủy điện Sông Hinh - tỉnh Phú Yên [14] Khi thiết kế cơ quan tư vấn đã giả thiết đập đất trên ngưỡng tràn được gây vỡ theo từng lớp nằm ngang, từ đỉnh đập xuống đáy đập (với chiều cao H = 13,85 m, chiều dày mỗi lớp 0,2 m, tổng thời gian vỡ 90 phút, mỗi lớp vỡ trong khoảng thời gian 1,33 phút) Viện Khoa học Năng lượng đã nghiên cứu thực nghiệm xác định cơ chế xói vỡ của đập đất tạm ở tràn sự cố thủy điện Sông Hinh [22] nhằm kiểm chứng lại thiết kế Mô hình được thiết kế theo tiêu chuẩn Froude tỷ lệ mô hình λl = 15 (hình 2-1)

Hình 2-1: Mô hình thí nghiệm tràn sự cố thủy điện Sông Hinh

Kết quả thực nghiệm chỉ ra:

1/ Hình dạng đường viền xói luôn luôn có dạng một mặt tràn thực dụng trong quá trình xói vỡ đập như hình 2-2, khác với dạng đường viền xói là đường thẳng nằm ngang theo giả thuyết của cơ quan tư vấn Đây là dạng đường cho hệ số lưu lượng lớn nhất Nếu ‘dừng hóa’ quá trình vỡ đập thì phần còn lại sẽ ổn định Dạng đường viền này

có quan hệ với phân bố ứng suất trong thân đập

2/ Tốc độ hạ thấp đỉnh đập, từ kết quả trên mô hình thí nghiệm chuyển về thực tế như bảng 2-9

Bảng 2-9 Quan hệ giữa Hđập (m) và thời gian t (phút) ngoài thực tế

Hình 2-2: Hình dạng đường viền xói trong thí nghiệm của tràn sự cố

thủy điện Sông Hinh

3 Tràn sự cố kiểu đập đất gây vỡ bằng năng lượng thuốc nổ (kiểu nổ mìn gây vỡ) Đập đất tạm trên ngưỡng tràn sự cố khi cần xả lũ vượt thiết kế thì chủ động cho nổ mìn đặt trong các lỗ mìn tạo trước trong thân đập Cao trình ngưỡng được chọn như ở kiểu đập đất tự vỡ Loại này có kết cấu đơn giản, chủ động gây vỡ, nhưng lại phụ thuộc vào sự chủ quan của người quản lý Tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ đã được xây dựng ở

hồ Kẻ Gỗ - Hà Tĩnh

4 Tràn sự cố kiểu có cửa van

Đây là loại tràn sự cố kết hợp nhiều chức năng như xả lũ vượt thiết kế, xả lũ bổ sung, xả lũ khi tràn chính bị kẹt