Giáo trình cơ sở thiết kế công trình thủy

Các công trình được xây dựng để phân phối lại nguồn nướctheo không gian và điều chỉnh dòng chảy theo thời gian một cách hợp lí cũng như các công trìnhhạn chế tác hại của nước gọi chung l

MỤC LỤC

Lời nói đầu 1

Chú thích các ký hiệu 3

Chương 1 9

KHÁI NIỆM VỀ THỦY LỢI VÀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 9

1.1 Thủy lợi 9

1.1.1 Nguồn nước và khai thác sử dụng nguồn nước 9

1.1.2.Tình hình phát triển thủy lợi ở Việt Nam 12

1.1.2.1 Sơ lược về tình hình phát triển thủy lợi Việt nam từ thời dựng nước đến trước 1945 12

1.1.2.2.Thành tựu về phát triển thủy lợi sau 1945 15

1.2.Công trình thủy lợi 17

1.2.1 Khái niệm về công trình thủy lợi 17

1.2.2 Công trình dâng nước 17

1.2.3 Công trình điều chỉnh dòng chảy 19

1.2.4 Công trình dẫn nước 19

1.2.5 Cơ sở thiết kế công trình thủy lợi 20

Chương 2 21

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC 21

2.1.Các loại công trình thủy lợi 21

2.1.1 Các loại đập 21

2.1.1.1 Đập đất đá 21

2.1.1.2 Đập đá đầm nén có bản mặt bê tông cốt thép 24

2.1.1.3 Đập bê tông 25

2.1.1.4 Đập bê tông cốt thép 28

2.1.1.5 Đập gỗ 28

2.1.1.6 Đập bằng rọ đá 29

2.1.1.7 Đập cao su 29

2.1.2 Các công trình tháo lũ 30

2.1.2.1 Phân loại công trình tháo lũ 30

2.1.2.2 Đập bê tông tràn nước 31

2.1.2.3 Đường tràn 32

2.1.2.4 Xi phông tháo lũ 34

2.1.2.5 Giếng tháo lũ 35

2.1.2.6 Công trình xả sâu 35

2.1.3 Công trình lấy nước 36

2.1.4 Công trình điều chỉnh dòng chảy 37

2.1.5 Các công trình dẫn nước 38

2.1.6 Các công trình chuyên môn 38

2.2 Đầu mối thủy lợi và hệ thống thủy lợi 38

2.3 Loại và cấp công trình thủy lợi 40

2.3.1 Loại công trình thủy lợi 40

2.3.2 Cấp công trình thủy lợi 40

2.4 Điều kiện làm việc của công trình thủy lợi 41

2.4.1 Tác dụng của nước lên công trình thuỷ lợi 41

2.4.2 Tác dụng tương hỗ của công trình với nền và bờ 42

2.4.3 Điều kiện xây dựng và ảnh hưởng của công trình thuỷ lợi đối với khu vực lân cận 42

2.4.4 Hậu quả tai hại do công trình thuỷ lợi bị hư hỏng 43

Hình 3-11: Lưới thấm dưới đáy công trình 58

Khi vẽ lưới thấm có thể vẽ đường dòng hoặc đường thế trước, thông thường đường dòng được vẽ trước Đường dòng đầu tiên là mặt tiếp xúc giữa bản đáy công trình với nền, đường dòng cuối cùng là mặt tầng không thấm, các đường dòng khác nằm giữa hai đường dòng này Ở lần vẽ ban đầu số lượng đường dòng không nên quá lớn, thông thường chỉ cần 4-6 đường dòng là đủ Sau khi vẽ các đường dòng tiếp tục vẽ các đường đẳng thế, trong quá trình vẽ cần luôn luôn kiểm tra tính chất của lưới thấm là đường thế và đường dòng luôn trực giao nhau Nhìn chung lần vẽ đầu tiên thường xuyên phải vẽ lại với số đường thế được thay đổi để đảm bảo điều kiện ô lưới hình vuông cong Sau khi lưới thấm ban đầu đã đạt yêu cầu mới tiếp tục bổ sung các đường thế và đường dòng để tăng độ chính xác của lưới thấm

58

3.4 Tính thấm qua nền đồng chất dưới đáy công trình thủy lợi 58

3.8.1 Khái niệm chung 81

3.8.1.1 Các mục đích phòng chống thấm 81

3.8.1.2 Các nhận xét định hướng 82

BÀI TẬP CHƯƠNG 3 95

Bài giải ví dụ 3-1 95

Ví dụ 3-2 : 98

Cho sơ đồ cống B có kích thước như hình 3-47, cống là công trình cấp III Nền là đất cát hạt nhỏ (đồng nhất đẳng hướng), hệ số không đều hạt Xét bài toán phẳng 98

Bài giải ví dụ 3-2 99

Ví dụ 3-3: 103

Bài giải ví dụ 3-3 104

Ví dụ 3-4: 106

Bài giải ví dụ 3-4: 106

Ví dụ 3-5: 107

Bài giải ví dụ 3-5: 108

Ví dụ 3-6: 110

Bài giải ví dụ 3-6: 110

Chương 4 112

TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 112

4.1 Các loại tải trọng và tổ hợp tải trọng 112

4.1.1 Phân loại tải trọng 112

4.1.2 Tổ hợp tải trọng 114

4.2 Áp lực thuỷ tĩnh và thuỷ động 114

4.2.1 Áp lực thuỷ tĩnh 114

4.2.2 Áp lực thuỷ động 115

4.2.3 Ảnh hưởng của hiện tượng khí thực 116

4.3 Tác động của sóng do gió 117

4.3.1 Sự hình thành sóng trước công trình 117

4.3.2 Các thông số của sóng 117

4.3.3 Tính các thông số của sóng tác dụng lên công trình có bề mặt thẳng đứng 118

4.3.4 Áp lực của sóng lên công trình có bề mặt thẳng đứng 122

4.3.5 Tác dụng của sóng lên công trình có mặt nghiêng 124

4.4 Áp lực bùn cát 128

4.5 Tác động của động đất 128

4.5.1 Ảnh hưởng của động đất tới công trình và phương pháp tính 128

4.5.2 Tính lực động đất theo phương pháp hệ số động đất 129

4.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm 132

BÀI TẬP CHƯƠNG 4 133

Ví dụ 4-1: 133

Bài giải ví dụ 4-1: 133

Ví dụ 4-2 : 134

Bài giải ví dụ 4-2: 134

Ví dụ 4-3: 135

Bài giải ví dụ 4-3 135

Ví dụ 4-4: 138

Ví dụ 4-5: 139

Chương 5 142

TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CÔNG TRÌNH 142

5.1 Giới thiệu chung 142

5.2 Các phương pháp tính toán 143

5.2.1 Phương pháp ứng suất cho phép 143

5.2.2 Phương pháp tính theo hệ số an toàn 144

5.2.3 Phương pháp trạng thái giới hạn 144

5.2.3.1 Những luận điểm cơ bản 144

5.2.3.2 Biểu thức tính toán 145

5.2.3.3 Xác định giá trị các đại lượng và hệ số 145

5.2.4 Phương pháp tính theo độ tin cậy 147

5.2.5 Mối quan hệ giữa các phương pháp tính ổn định 149

5.3 Ổn định của công trình bê tông xây trên nền đá 149

5.3.1 Tổng quát 149

5.3.2 Phương pháp xét lực ma sát trên mặt phá hoại 151

5.3.2.1 Khi mặt trượt nằm ngang (hình 5-3a) 151

5.3.2.2 Khi mặt trượt nằm nghiêng 151

5.3.3 Phương pháp xét đến lực chống cắt trên mặt phá hoại 152

5.4 Ổn định của công trình xây trên nền đất 153

5.4.1 Những vấn đề chung 153

5.4.1.1 Hình dạng mặt trượt 153

5.4.1.2 Phán đoán khả năng trượt 153

5.4.2 Tính ổn định theo sơ đồ trượt phẳng 155

5.4.2.2 Khi mặt trượt nằm nghiêng 155

5.4.3 Tính ổn định theo sơ đồ trượt hỗn hợp 156

5.4.4 Tính ổn định theo sơ đồ trượt sâu 157

5.4.4 1 Trường hợp nền đồng chất (hình 5-8) 157

5.4.4.2 Trường hợp nền không đồng chất (hình 5-9) 159

BÀI TẬP CHƯƠNG 5 160

Ví dụ 5-1: 160

Ví dụ 5-2: 162

Ví dụ 5-3: 163

Chương 6 166

KHẢO SÁT, THIẾT KẾ, QUẢN LÝ VÀ NGHIÊN CỨU CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 166

6.1 Khái quát 166

6.1.1 Các khái niệm cơ bản 166

6.1.2 Mối quan hệ giữa khảo sát, thiết kế, quản lý và nghiên cứu CTTL 167

6.2 Khảo sát, thiết kế CTTL 168

6.2.1 Các giai đoạn khảo sát, thiết kế 168

6.2.2 Nhiệm vụ khảo sát thiết kế 169

6.2.3 Nội dung khảo sát thiết kế 170

6.2.4 Phương pháp khảo sát thiết kế 171

6.2.5 Thiết kế tổng thể công trình đầu mối 172

6.2.5.1 Lựa chọn vị trí và hình thức đập 172

6.2.5.2 Nguyên tắc bố trí tổng thể công trình đầu mối 173

- An toàn, hiệu ích và đáp ứng sự phát triển trong tương lai 173

- Thuận lợi cho thi công 173

6.2.5.3 Yêu cầu bố trí đối với từng công trình thành phần trong đầu mối 174

a) Công trình đập 174

b) Trạm thuỷ điện 174

c) Công trình lấy nước tưới 174

d) Công trình vận tải thuỷ 175

e) Công trình chuyển gỗ 175

g) Công trình chuyển cá 175

h) Công trình giao thông và các công trình khác 175

6.2.5.4 Bố trí tổng thể cụm công trình đầu mối thuỷ lợi 175

6.2.5.5 So sánh kinh tế kỹ thuật lựa chọn phương án 178

6.3 Quản lý công trình thủy lợi 178

6.3.1 Mục đích, yêu cầu và nội dung công tác quản lý 178

6.3.2 Vận hành sử dụng công trình 179

6.3.2.1 Lập quy trình vận hành 179

6.3.2.2 Lập các quy định 180

6.3.2.3 Vận hành theo các quy trình và quy định 180

6.3.3 Duy tu, bảo dưỡng công trình 180

6.3.3.1 Duy tu bảo dưỡng máy móc và kết cấu thép 180

6.3.3.2 Duy tu bảo dưỡng công trình đất 180

6.3.3.3 Duy tu bảo dưỡng công trình bê tông và bê tông cốt thép 180

6.3.3.4 Duy tu bảo dưỡng kết cấu gỗ 181

6.3.4 Quan trắc công trình thủy lợi 181

6.3.4.1 Mục đích 181

6.3.4.2 Yêu cầu 181

6.3.4.3 Phương pháp và thiết bị quan trắc 181

6.3.4.4 Quan trắc các công trình đầu mối 182

6.3.5 Phòng chống bão, lũ, lụt cho công trình 183

6.3.5.1 Mục đích, yêu cầu và nội dung 183

6.3.5.2 Một số biện pháp tình thế chống lũ 184

6.3.6 Sửa chữa, cải tạo, nâng cấp và mở rộng công trình thủy lợi 184

6.3.6.1 Mục đích, yêu cầu 184

6.3.6.2 Lý do nâng cấp công trình 185

6.3.6.2 Một số công việc cần làm khi thiết kế sửa chữa hoặc mở rộng công trình thủy lợi .185

6.4 Nghiên cứu công trình thủy lợi 186

6.4.1 Mục đích, yêu cầu và nội dung nghiên cứu công trình thủy lợi 186

6.4.2 Phương pháp nghiên cứu công trình thủy lợi 187

6.4.2.1.Nghiên cứu trong phòng 187

6.4.2.2 Nghiên cứu ngoài hiện trường 192

6.4.2.3 Mô hình toán 199

TÀI LIỆU THAM KHẢO 201

LỜI NÓI ĐẦU

“Giới thiệu và cơ sở thiết kế công trình thủy lợi” là sách giới thiệu những khái niêm về thủy lợi, công trình thủy lợi và cơ sở thiết kế công trình thủy lợi Sách gồm 6 chương:

Chương 1: Làm rõ các khái niệm về nguồn nước, khai thác, sử dụng nguồn nước và thủy lợi; khái quát về tình hình phát triển thủy lợi Việt Nam; khái niệm về công trình và thiết kế công trình thủy lợi.

Chương 2: Giới thiệu các loại công trình thủy lợi; khái niệm về đầu mối và hệ thống thủy lợi; cơ sở phân loại, phân cấp công trình và điều kiện làm việc của công trình thủy lợi

Chương 3: Giới thiệu nguyên lí và phương trình cơ bản của dòng thấm, phương pháp tính thấm qua nền đồng chất, nền không đồng chất, tác động cơ học của dòng thấm và độ bền thấm của nền và công trình đất,các biện pháp phòng chống thấm, một số vấn đề thấm qua nền đá và thấm vòng quanh bờ, vai đập

Chương 4: Làm rõ các ảnh hưởng và các tải trọng tác động lên công trình thủy lợi; cách tổ hợp tải trọng trong tính toán thiết kế và cách xác định một số tải trọng tác dụng lên công trình Chương 5: Trình bầy những nội dung cốt lõi và điều kiện ứng dụng của các phương pháp tính ổn định và độ bền dùng trong thiết kế công trình thủy lợi.

Chương 6: Giới thiệu những khái niệm và khái quát các nội dung về khảo sát, thiết kế, quản

lí và nghiên cứu công trình thủy lợi.

GS.TS Nguyễn Văn Mạo, chịu trách nhiệm chủ biên và viết các chương 1, 2 và 5; PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái viết chương 3; PGS.TS Nguyễn Quang Hùng viết chương 4; GS.TS Phạm Ngọc Quý viết chương 6; ThS Nguyễn Lan Hương tham gia biên tập các ví dụ của các chương 3,

4, 5 và phụ trách chế bản, trình bầy sách.

Trong quá trình biên tập các tác giả đã sử dụng giáo trình thủy công Trường Đại Học Thủy Lợi làm tài liệu chính để cập nhật vào đó các thông tin về kết quả nghiên cứu, về xây dựng thủy lợi ở Việt Nam và các tiến bộ về khoa hoc, công nghệ trong lĩnh vực thủy lợi ở các nước tiên tiến.

Để hệ thống được quá trình phát triển thủy lợi Việt Nam, chương 1 của sách đã sử dụng nhiều

tư liệu lịch sử trong cuốn”Sơ thảo lịch sử Việt Nam” tập 1, chủ biên Phan Khánh, nhà xuất bản khoa học xã hội, Hà nội 1981 Hai cuốn sách nước ngoài “Đập và các công trình phụ trợ”của Liubomir Tancev, nhà xuất bản A.A Balkema (bản tiếng Anh) được nhiều trường đại học ở Anh,

Mỹ và Singapore sử dụng và cuốn “Nhập môn công trình thủy lợi” của A.L Mojevitinov nhà xuất bản Năng lượng Matxcơva năm 1984 (bản tiếng Nga) dùng cho sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy ở Nga hiện nay, các tác giả đã chọn làm sách tham khảo chính để cập nhật thông tin.

Sách “Giới thiệu và cơ sở thiết kế công trình thủy” dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên ngành thủy lợi, đồng thời là tài liệu tham khảo cho người làm thiết kế và nghiên cứu công trình thủy lợi.

Xin chân thành cám ơn các tác giả của các sách mà chúng tôi đã dùng để cập nhật thông tin

và tham khảo Trong quá trình biên tập không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của bạn đọc và đồng nghiệp để tiếp tục hoàn thiện

CÁC TÁC GIẢ

Fw - áp lực đẩy ngược thủy động lực học đơn vị.

G - trọng lượng bản thân công trình

g - gia tốc trọng trường

H – chênh lệch cột nước giữa thượng lưu và hạ lưu

Hgh - độ sâu giới hạn sóng vỡ

h - cột nước thấm, chiều cao sóng trung bình.

ho - khoảng cách từ đường tâm sóng đến mực nước

tĩnh trong hồ

b

h - độ sâu của bùn cát lắng đọng.

hs - chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo

k1, k2 - hệ số phụ thuộc độ nhám tương đối và đặc trưng gia cố mặt đập

k3 - hệ số phụ thuộc tốc độ gió và hệ số mái nghiêng

k4 - hệ số phụ thuộc mái nghiêng và chiều caosóng

kα - hệ số phụ thuộc vào góc giữa hướng gió

và pháp tuyến với trục đập

Ltt - chiều dài đường viền thấm tính toán

Lđ - chiều dài đoạn đường viền thẳng đứng

Ln - chiều dài đoạn đường viền nằm ngang

Ls - chiều dài sân phủ

L

∆ - kích thước trung bình một mắt lưới theophương dòng thấm

Mcl - mô men chống lật

Mcl - mô men gây lật

Mmax - mô men sóng lớn nhất

m - số ống dòng, hệ số điều kiện làm việc, hệ

hslp% - chiều cao sóng leo ứng với mức đảm bảo p%.

∆ - kích thước trung bình của dòng thấm theo

phương vuông góc với dòng thấm

T - chiều dày tầng thấm

To - chiều dày thực tế của tầng thấm

Ttt - chiều dày tính toán của tầng thấm

t - chiều dày bản đáy; thời gian gió thổi liên tục

Nσ - chuẩn số không thứ nguyên

p - áp lực nước lỗ rỗng, áp suất tăng thêm, xácsuất

ptc - xác suất tin cậy tiêu chuẩn

q - lưu lượng thấm đơn vị

q

∆ - lưu lượng đơn vị qua một ống dòng

qr - lưu lượng thấm dẫn suất

R - độ bền của công trình hay nền

r - hệ số xác định trạng thái chảy của dòng thấm

τ - ứng suất tiếp giới hạn

λ: chiều dài của bước sóng

λ- chiều dài trung bình của bước sóng

ηch - độ hạ thấp của chân sóng so với mực nước tĩnh

ηd - độ dềnh của sóng khi áp lực ngang của sóng là lớn nhất

ηs - độ dềnh của đỉnh sóng so với mực nước tĩnh

y

σ - độ lệch chuẩn của hàm tin cậy y.

Chương 1 KHÁI NIỆM VỀ THỦY LỢI VÀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 1.1 Thủy lợi

1.1.1 Nguồn nước và khai thác sử dụng nguồn nước

Nước là yếu tố quyết định tới sự sống của con người, động vật và thực vật Sự định cư củacon người tại những vùng lãnh thổ khác nhau trên trái đất phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước,cùng với những điều kiện về thức ăn, nơi ở, khí hậu… Có thể nói: nước đóng một vai trò đặc biệtquan trọng đối với nền kinh tế và sự sống trên tất cả các quốc gia Sự gia tăng dân số và sự pháttriển kinh tế của loài người hiện nay dẫn đến tình trạng một số nơi việc sử dụng nước để cung cấpcho dân cư, công nghiệp, nông nghiệp, phát điện… đã đạt mức tới hạn

Trữ lượng nước trên trái đất rất lớn, khoảng 1.5 tỷ km3 trong đó 90% khối lượng là nước

ở các đại dương và biển, còn lại 10% thuộc các hồ, sông, nước ngầm và các dòng sông băng, hơinước trong tầng khí quyển Lượng nước ngọt, loại nước thích hợp cho cuộc sống và các hoạtđộng của con người chỉ chiếm khoảng 20% lượng nước ở trong lục địa Như vậy lượng nước cógiá trị sử dụng là rất hạn chế

Nguồn nước trong lục địa được cung cấp chủ yếu từ những dòng sông Lượng nước cóđược từ các dòng chảy bình quân năm trên quả đất khoảng 40.000 km3 Lượng nước này phân bốkhông đều trên các lục địa: châu Âu 3,8%, châu Á 26,6%, châu Phi 9,2 %, Bắc Mỹ 11,8%, Nam

Bốc hơi được thấy ở ba loại: bốc hơi chung trên toàn bộ trái đất, bốc hơi từ đại dương vàtrong lục địa (hình 1-1) Ở loại hình đầu tiên có sự góp mặt của luồng gió ẩm không khí và gióbiển trên cả bề mặt địa cầu; loại hai, chuyển động của luồng khí ẩm trong phạm vi đại dương;loại ba, hơi ẩm từ đại dương và đất liền, có một phần tạo thành mưa ngay trong đất liền, còn lại

đa phần lại quay ra biển Như vậy nước từ lục địa ra các đại dương không chỉ từ các dòng sông

mà qua cả bằng đường bốc hơi

Hình 2-1: Vòng tuần hoàn nhỏ của nước trong lục địa [5]

1-Sông; 2-Hồ; 3-Hồ chứa; 4-Biển; 5-Mưa; 6-Sự bốc hơi; 7-Hướng chảy của nước; 8-Lớp đất

thấm; 9-Lớp đất đá không thấm;

Việt Nam có lượng mưa tương đối dồi dào và một mạng lưới sông phong phú Tổnglượng nước sông hàng năm chảy qua nước ta khoảng 845km3 và khoảng 350 triệu m3 phù sa tảitrên 2360 con sông Tổng lưu lượng bình quân năm của các sông là 27500m3/s Nguồn nước chủyếu ở các dòng sông được sinh ra từ mưa Mưa ở nước ta phân bố không đều trong năm, 70 –80% lượng mưa tập trung vào các tháng mùa mưa Mặt khác mạng lưới sông phân bố cũng khôngđều trong cả nước Nguồn nước từ sông suối ở nước ta phân bố rất không đều theo thời gian vàkhông gian Vì vậy hàng năm hạn hán và úng ngập thường xuyên xảy ra ở nhiều nơi

Sự phân bố lượng nước không đều là bất lợi, là khó khăn trong việc khai thác, sử dụngnguồn nước Có thể nói, nước là nguồn tài nguyên vô giá của mỗi quốc gia, không có nước thìkhông có sự sống, nước có thể là người bạn không thể thay thế của loài người, nhưng nó cũng cóthể trở thành kẻ thù nếu chúng ta không sử dụng đúng và không kiểm soát được nguồn nước

Phát triển kĩ thuật khai thác nguồn nước là nhằm khai thác các lợi ích từ nguồn nước vàhạn chế các tác hại từ nguồn nước Các công trình được xây dựng để phân phối lại nguồn nướctheo không gian và điều chỉnh dòng chảy theo thời gian một cách hợp lí cũng như các công trìnhhạn chế tác hại của nước gọi chung là các công trình thủy lợi Các công trình thủy lợi bao gồmcác lĩnh vực sau:

1 Thuỷ điện, lợi dụng nguồn nước, chuyển hóa thế năng thành động năng của dòng chảy

để phát điện Tổng lượng điện năng do thuỷ điện cung cấp trên toàn thế giới khoảng 2100 TWh,chiếm 20% lượng điện năng tiêu thụ, 7% từ tất cả các nguồn, điều đáng chú ý là tỷ lệ này rất khácnhau giữa các quốc gia Những nước có tỷ lệ thuỷ điện cao nhất là Nauy (99,6%), Brazil (90%),

Áo (70%) và Canada (66%) [6]

2 Giao thông thuỷ, lợi dụng dòng nước làm con đường cho tàu thuyền đi lại, là mộtphương pháp lâu đời nhất của vận tải lục địa Vấn đề này rất quan trọng đối với một số nước và làmột phần không thể thiếu trong hệ thống giao thông của họ

3 Cấp thoát nước sinh hoạt, công nghiệp, v.v…một lĩnh vực có tầm quan trọng sống cònđối với cuộc sống và nền kinh tế của mỗi quốc gia

4 Thuỷ nông, là biện pháp tưới nước hoặc tiêu nước cho một khu vực cụ thể Phần lớnlượng nước được sử dụng cho tưới chiếm 3/4 tổng lượng nước sử dụng trên thế giới

5 Các công trình phòng chống lũ như các hồ chứa cắt lũ, hệ thống đê sông, đê biển

6 Các công trình thuộc lĩnh vực khác như nuôi trồng thủy sản, vệ sinh sức khỏe, thể thao,giải trí v.v…

Hầu hết các trường hợp, nguồn nước được sử dụng cho hai hoặc nhiều mục đích Một consông cùng một lúc có thể được sử dụng cho giao thông thuỷ và phát điện Hoặc nguồn nước đồngthời được dùng cho tưới, cấp nước sinh hoạt và phát điện Một nguồn nước, một con sông hoặcmột công trình được khai thác để phục vụ cho nhiều mục đích được gọi là lợi dụng tổng hợp hay

là sử dụng đa mục tiệu Lợi dụng tổng hợp là phương thức đạt được lợi ích và hiệu quả kinh tế

nhất Điều này cần quan tâm không chỉ ở hiện tại mà cả trong tương lai Khai thác lợi dụng nguồnnước luôn phải chú trọng nguyên tắc bảo vệ và phát triển bền vững nguồn nước.

1.1.2.Tình hình phát triển thủy lợi ở Việt Nam.

1.1.2.1 Sơ lược về tình hình phát triển thủy lợi Việt nam từ thời dựng nước đến trước 1945

Lịch sử 4000 năm dựng nước và giữ nước của Việt Nam gắn liền với sự phát triển của nềnvăn minh lúa nước Khoa học khảo cổ cũng như các nghiên cứu về lịch sử đã cho thấy nghề lúanước ở nước ta đã có cách đây 7000 đến 8000 năm “Để trồng được lúa đủ nuôi sống số dân sốngtrên những dải đất bồi tụ tự nhiên nhờ nước lũ hàng năm của sông Hồng, sông Cả, sông Mã,người Việt cổ đã phải có các biện pháp trị thủy và thủy nông để vượt qua những khó khăn do lũlụt và hạn hán Công tác thủy lợi đã được ra đời từ đó và được phát triển qua từng thời kì lịch sửcủa dân tộc” [3]

Tổng hợp các tư liệu lịch sử Việt Nam, đặc biệt là các tư liệu trong cuốn “Sơ thảo lịch sửthủy lợi Việt Nam” tập 1, Chủ biên Phan Khánh, Nhà xuất bản Khoa học Xã hội, Hà Nội 1981[3], có thể khái quát sự phát trỉển thủy lợi ở nước ta từ thời dựng nước đến trước 1945 như sau:

- Sự phát triển về quy mô và thể loại đê

- Sự phát triển về biện pháp phòng chống lũ

- Sự tiến bộ về kĩ thuật đê điều

- Sự tiến bộ của nhà nước trong quản lí đê điều

- Sự phát triển về quy mô và thể loại công trình thủy nông

- Thủy lợi đóng vai trò quan trọng trong khai khẩn đất đai

a/ Sự phát triển về quy mô và thể loại đê.

Theo các tư liệu lịch sử, vào thời kì vài ba thế kỉ trước và đầu Công nguyên, ở nước ta đã

có những con đê như đê sông Đáy, đê Long Biên ở quận Giao Chỉ Đến thời Lý- Trần, đã thấyxuất hiện nhiều tuyến đê với quy mô lớn hơn như đê sông Cầu, đê sông Lô, sông Phó Đáy, sôngHồng, sông Ninh Cơ…

Công việc đắp đê qua các triều đại không chỉ dừng ở đồng bằng Bắc bộ mà còn phát triển

cả ở vùng Thanh Hóa, Nghệ An Công việc đắp đê không chỉ được chú trọng để bảo vệ đất canhtác ven sông mà còn chú ý đến bảo vệ điền trang ven biển Vì vậy các tuyến đê ngăn thủy triềucũng được ra đời, nhưng mãi đến thời Lê - Trịnh mới xây dựng được các tuyến đê biển có qui môlớn như đê Hồng Đức Từ thời kì Lê - Trịnh đê ở nước ta đã được phân loại thành đê sông lớn, đêsông nhỏ, đê biển và được phát triển dần qua từng thời kì “Đến năm 1829 chỉ riêng Bắc Bộ đã cókhoảng 954km đê sông và đê ngăn mặn loại lớn cùng với 50 cống dưới đê loại lớn.” [3]

Đuống đã được khơi thông và mở rộng để thoát lũ sông Hồng, đào sông Nghĩa Trụ để phân lũsông Đuống sang phía Hưng Yên….

Sang thời thuộc Pháp hệ thống phòng lũ cho đê sông Hồng đã được phát triển và hìnhthành biện pháp tổng hợp bao gồm phân lũ sông Hồng qua sông Đáy và biện pháp chậm lũ bằngcách xây hồ như hồ Vĩnh Yên… Cũng trong thời kì này, các kĩ sư nhận thấy sông Đáy đóng vaitrò quan trọng trong việc phân lũ sông Hồng nhưng lại gây cản trở việc tiêu úng lưu vực sôngĐáy nên đã đề xuất xây dựng đập Đáy có nhiệm vụ chỉ mở để phân lũ sông Hồng khi mực nước ở

Hà Nội là 11,5m Đập Đáy gồm 7 cửa, mỗi cửa rộng 33,75m, cao 5,5m, van kiểu mái nhà, đóng

mở tự động bằng sức nước được xây dựng từ 1934 đến năm 1937 thì hoàn thành Cả hai lần vậnhành vào năm 1940 và năm 1945 đều xẩy ra sự cố Do sai sót về kĩ thuật, đập Đáy đã không làmđược nhiệm vụ thiết kế Kết cấu đập Đáy chúng ta thấy ngày nay đã được sửa chữa và cải tạo lạisau lũ 1971 để đảm bảo được nhiệm vụ trong hệ thống phòng lũ cho sông Hồng

c/ Sự tiến bộ trong kĩ thuật đê điều

Theo dòng lịch sử, các triều đại đều chú trọng đắp đê mới, củng cố đê cũ bằng cách tôncao mở rộng mặt cắt Triều Nguyễn có nhiều tiến bộ hơn các vương triều khác, biết kết hợp giaothông trên các tuyến đê, các cống dưới đê đã có kết cấu chắc chắn, nhiều cống đã đóng mở tựđộng bằng sức nước… Kĩ thuật đắp đê cũng có những bước tiến bộ mới, đã có những quy định vềkích thước mặt cắt cho từng loại đê cũng như kĩ thuật xử lí móng và đầm nện Việc trồng tre chắnsóng cho đê và chuẩn bị vật liệu để hộ đê như sọt đất, tre, gỗ đã được chú trọng thực hiện từ thời

kì này Kiến thức trị thủy đã trở thành phổ biến trong dân chúng Triều đình đã có những cuộctrưng cầu ý dân về nguyên nhân vỡ đê và lợi hại của các tuyến đê Tuy nhiên công tác đê điều ởthời kì nhà Nguyễn chưa có khả năng thực hiện theo những kế hoạch lớn, vẫn mang tính tự phát,cục bộ địa phương Đến thời thuộc Pháp công tác đê điều mới đuợc nghiên cứu và thực hiện theonhững kế hoạch và với quy mô lớn như: kế hoạch đắp đê sông Hồng từ năm 1918 đến 1937, kếhoạch củng cố đê hệ thống sông Thái Bình, tranh luận về kế hoạch trị thủy sông Hồng…

d/ Sự tiến bộ của quản lí nhà nước trong công tác đê điều.

Việc đắp đê khoanh vùng từ thời dựng nước đến trước thời Lý - Trần là công việc tự phátcủa dân địa phương Đến thời nhà Lý đắp đê chống lụt đã trở thành công việc của quốc gia Năm

1103, nhà Lý đã ban hành đạo luật đầu tiên về đê điều Đến đời nhà Trần, từ thời Trần Thái Tôngtrở đi (1218), nhà nước trực tiếp quản lí và chỉ huy việc đắp đê phòng lụt Thời nhà Lê chẳngnhững duy trì tổ chức có từ thời nhà Trần mà còn đặt thêm chức quan các cấp để trông coi côngviệc đê điều và giao phó cho chính quyền cấp huyện phải thực hiện kiểm tra đê hàng năm trướckhi mùa lũ tới Đến thời nhà Nguyễn vẫn tiếp tục các chính sách đê điều của các Vương triềutrước, đồng thời phân đê thành hai loại đê công và đê tư để phân biệt về chính sách đầu tư vàtrách nhiệm Thời nhà Nguyễn đã có những quy định kĩ thuật chi tiết như quy định kích thướcmặt cắt các loại đê, kỹ thuật làm cống dưới đê…

e/ Sự phát triển về quy mô và thể loại công trình thủy nông

Trước thời Lý - Trần, các công trình phục vụ tưới tiêu như kênh, ngòi, giếng tưới, guồngcọn… do dân tự phát xây dựng lẻ tẻ với qui mô nhỏ.

Thời Lý - Trần, cả hai triều đại đều rất chú ý đến phát triển nông nghiệp nên rất chú trọngphát triển công trình phục vụ tưới tiêu Công trình được xem là điển hình thời kì này là sông TôLịch, con sông đóng vai trò quan trọng trong việc tưới tiêu cho vùng Thăng Long được Lý CaoTông cho đào vào năm 1192, được Trần Thái Tông cho khơi thông vào năm 1256 và 35 năm sauTrần Nhân Tông lại cho khơi thông dòng sông này Thời nhà Trần, công việc đào sông ngòi phục

vụ tưới tiêu không chỉ phát triển ở Bắc bộ mà còn được tiến dần về phía nam đèo Ngang Từ đờiTrần Dụ Tông (1355) trở đi, các vua Trần đã tập trung đào sông ngòi từ Thanh Hóa trở vào.Sông Tân Bình và Thuận Hóa thuộc đất Thừa Thiên và Quảng Nam hiện nay được vua Trần Phế

Đế cho đào năm 1382

Thời kì Lê - Trịnh kế thừa truyền thống phát triển thủy lợi cả về mặt trị thủy và tưới tiêuphục vụ nông nghiệp, nhưng vai trò nhà nước nổi bật hơn các vương triều trước Từ năm 1498,các tổ chức thủy lợi đã được hình thành từ trung ương đến xã

Đến thời nhà Nguyễn, công việc đào sông, xây cống đập phục vụ tưới tiêu, ngăn mặnđược đẩy mạnh trên những vùng đất từ Quảng Trị trở vào, đặc biệt ở Nam Bộ “Những di tíchmạng lưới kênh rạch chằng chịt ở Nam Bộ là dấu ấn về thủy lợi trong công cuộc khai khẩn đấtđai cuối thế kỉ XVII và đầu thế kỉ XVIII của nhà Nguyễn ở khu vực này” [3] Sự kiện nổi bậttrong công cuộc đào kênh ở Nam Bộ thời nhà Nguyễn là đào kênh Vĩnh Tế dài trên 90 km từChâu Đốc, dọc biên giới Căm Pu Chia đến vịnh Hà Tiên Đây là trục tưới tiêu chính cho hàngtriệu ha đất nông nghiệp, kết hợp giao thông thủy đồng thời là hào nước phòng thủ việc tấn côngcủa nước láng giềng từ phía Tây Nam Tuyến kênh qua vùng địa hình hiểm trở, chưa có người ở,nhiều thú dữ, rắn độc, cá sấu, mùa lũ không thi công được, mùa khô thiếu nước ăn Phải đào khốilượng hàng chục triệu m3 đất đá bằng các công cụ thô sơ như cuốc xẻng, xà beng, hàng ngàychính quyền đã phải huy động khoảng một vạn người trên công trường Kĩ thuật phóng tuyếnkênh cũng rất thô sơ Để ngắm tuyến kênh cho thẳng, ban đêm phải đốt lửa trên các sào làm cọctiêu Mặc dù gặp rất nhiều khó khăn, điều kiện làm việc cực nhọc, nhưng chỉ trong thời gian nămnăm (1819-1824) việc đào kênh Vĩnh Tế cũng đã hoàn thành

Sau khi chiếm được nước ta, ở Nam Bộ, thực dân Pháp bắt tay ngay vào việc đào và nạovét các kênh nhỏ trên cơ sở những trục kênh chính đã có để mở thêm đất canh tác Từ năm 1905đến 1930, chính quyền thực dân đã thực hiện những kế hoạch đào kênh với quy mô lớn NgườiPháp đã rất cố gắng trong việc đưa tàu cuốc vào việc đào kênh Công trình tiêu biểu thời kì này làkênh Rạch Giá - Hà Tiên đi song song với bờ biển dài 81km và một số hệ thống thủy nông nhưCần Thơ – Sóc Trăng Ở Bắc bộ và Trung bộ chính quyền thực dân Pháp xây dựng một số hệthống thủy nông có quy mô lớn như hệ thống đập Cầu Sơn (1902), đập Liễn Sơn (1923), đậpSông Cầu (1929 ), đập Bái Thượng (1927), đập Đồng Cam (1929), trạm bơm Phù Sa (1932), hệthống Bắc Nghệ An (1937)

f/ Thủy lợi đóng vai trò quan trọng trong khai khẩn đất đai

Lịch sử phát triển thủy lợi qua các triều đại cho thấy, thủy lợi gắn liền với khai hoang cảitạo đất Trong công cuộc đẩy mạnh sản xuất nông nghiệp, thời Lý - Trần đã có các chính sách mởrộng khai hoang và xem thủy lợi là biện pháp hàng đầu để thúc đẩy sản xuất nông nghiệp pháttriển Tuy vậy từ phía nam đèo Ngang trở vào, thủy lợi phục vụ nông nghiệp mãi đến thời nhà Lêmới được phát triển mạnh mẽ Chiến dịch di dân và khai khẩn đất đai ở phía Nam của nhàNguyễn đã để lại những dấu ấn nổi bật về phát triển thủy lợi ở Nam Bộ như đã nêu ở phần trên.

Ở Bắc Bộ, công việc khai hoang, lấn biển cũng được chính quyền nhà Nguyễn khuyếnkhích Hai khu vực khai hoang Tiền Hải và Kim Sơn của Nguyễn Công Trứ được sử sách lưutruyền mãi đến ngày nay cũng là sản phẩm của chính sách khuyến khích khai hoang của vưongtriều Nguyễn thời kì đó Nguyễn Công Trứ đã lấy địa bàn cấp huyện để quy hoạch khai hoang vàlấy thủy lợi làm căn cứ quy hoạch ruộng đất và khu dân cư Tư tưởng quy hoạch này vẫn còn giữnguyên giá trị khoa học đến bây giờ Đánh giá về những khu khai hoang và những công trìnhthủy nông nhỏ nhân dân tự làm cùng thời Nguyễn Công Trứ, một số nhà kĩ thuật châu Âu sau nàyphải thán phục Kĩ sư Đơtetxăng đã từng viết: “Về nghệ thuật tưới nước vào các miền khó khăn

và tháo nước ở các miền nước đọng, người Việt Nam là một bậc thầy, không có sự khó nhọc nàolàm họ quản ngại Để gặt được hạt lúa, biểu hiện cho sự phồn vinh, những công cuộc đào ngòidẫn nước đã được thi hành Các kĩ sư thời nay ở ta (Pháp) cũng phải kinh ngạc.” [3]

Từ những thông tin chính về sự phát triển thủy lợi Việt Nam qua các thời kì lịch sử đã nêu ởtrên cho thấy:

(1) Kĩ thuật thủy lợi đã có ở nước ta từ lâu đời, gắn liền với nền văn minh lúa nước và liên tụcphát triển cùng với lịch sử dựng nước và giữ nước của dân tộc ta

(2) Thành tựu về thủy lợi đã đạt được qua các giai đoạn lịch sử là thành quả lao động cần cùsáng tạo, vô cùng gian khó của dân tộc ta trong cuộc đấu tranh vật lộn với thiên tai lũ lụt và hạnhán

(3) Lịch sử cũng đã chứng tỏ, dù ở thời đại nào sự quan tâm và chính sách của Nhà nước cóvai trò quan trọng trong việc phát triển thủy lợi

1.1.2.2.Thành tựu về phát triển thủy lợi sau 1945

a/ Phục vụ sản suất nông nghiệp

Từ sau năm 1945 nhất là từ khi miền bắc hoàn toàn giải phóng 1954 và thống nhất đấtnước năm 1975, chúng ta đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trong lĩnh vực thủy lợi

Tính đến năm 1945 trong lĩnh vực phục vụ sản xuất nông nghiệp, cả nước mới chỉ có 13

hệ thống thủy nông vừa và lớn tập trung ở các tỉnh Bắc bộ và duyên hải miền Trung cùng với hệthống kênh rạch đồng bằng sông Cửu Long mới làm nhiệm vụ tưới được khoảng 324.000 ha vàtiêu úng khoảng 77.000 ha

Đến năm 2000 cả nước đã xây dựng được trên 80 hệ thống thủy nông vừa và lớn cùnghàng ngàn công trình thủy lợi nhỏ Trong đó gần 500 hồ đập có dung tích trên 1 triệu m3 nước,khoảng 3000 hồ nhỏ khác, 2000 trạm bơm lớn và vừa, khoảng 5000 cống vừa và lớn được xâydựng trên các kênh, lạch, dưới đê sông và đê biển Theo con số thống kê năm 2000, các công

trình thủy lợi nói trên đã đảm bảo được nước tưới cho 6,6 triệu ha lúa và 0,9 triệu ha rau màu, câycông nghiệp và tiêu úng cho 1,4 triệu ha vụ mùa góp phần đưa sản lượng lương thực đạt 35,6triệu tấn [25].

b/ Phục vụ phòng chống bão lụt giảm nhẹ thiên tai.

Về công trình phòng chống giảm nhẹ thiên tai, tính đến 1945, miền Bắc mới chỉ có trên

3000 km đê với mức đảm bảo chống lũ không cao nên năm 1945 đã có tới 79 đoạn đê bị vỡ gâyngập lụt trên diện rộng ở nhiều tỉnh

Từ năm 1945 trở lại đây, chúng ta đã tích cực củng cố và xây dựng mới hệ thống đê sông,

đê biển cùng các kè, cống, đê ngăn mặn và bờ bao chống lũ ở đồng bằng sông Cửu Long Tínhđến năm 2000 cả nước đã có 5700 km đê sông, trên 2000 km đê biển, 590 kè, 3000 cống dưới đê,20.000 km bờ bao chống lũ để bảo vệ lúa hè thu và các điểm dân cư ở đồng bằng sông Cửu Long

Các hồ chứa nước trên các hệ thống sông có tác dụng cắt lũ giảm lũ cho hạ du.Ví dụ theothiết kế khả năng cắt lũ của một số hồ trên hệ thống bậc thang sông Đà và Lô Gâm là 10,5 tỷ m3nước, trong đó hồ Sơn La 4 tỷ, Hòa Bình 5 tỷ, Tuyên Quang 1 tỷ, Thác Bà 0,5 tỷ m3 Khả năngnày của các hồ có ý nghĩa rất lớn trong việc phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng

Hệ thống đê điều đã được củng cố, cùng với khả năng cắt lũ của các hồ chứa trên thượngnguồn nên mức đảm bảo của các hệ thống đê sông được tăng lên Theo các kết quả nghiên cứu từnăm 2000 mức đảm bảo của các tuyến đê đã tăng rất nhiều so với năm 1945: Đê sông Hồng tại

Hà Nội 13,4m (năm 1945 là 12m), đê sông Thái Bình tại Phả Lai 7,2m (năm 1945 là 5,5m), đêmột số sông chính ở Bắc Trung Bộ chống được lũ lớn nhất đã từng xẩy ra Trong tương lai các hệthống đê được hiện đại hóa, các hồ chứa thượng nguồn đã xây xong thì mức đảm bảo chống lũcủa các tuyến đê còn tăng hơn nữa

Hệ thống đê biển cũng thường xuyên được củng cố và nâng cấp, kết hợp với việc trồngcây chắn sóng, đến năm 2000 đã đảm bảo được việc ngăn mặn và chống được bão cấp 8, cấp 9với mức nước triều trung bình Hiện nay chúng ta đang thực hiện dự án nâng cấp đê biển từMóng Cái đến Kiên Giang với mục tiêu đê chịu được bão cấp 12

Ở đồng bằng sông Cửu Long, dần từng bước thực hiện các quy hoạch phòng lũ đã xâydựng được hệ thống đê bao Tính đến năm 2000, các hệ thống đê bao này đã chống được lũ khimực nước Tân Châu dưới 4,5 m, Châu Đốc dưới 4m [25]

c/ Phát triển thủy điện

Theo quy họach phát triển điện lực quốc gia, giai đoạn 2006 - 2015 thì tiềm năng kinh tế

kĩ thuật nước ta khoảng 120tỷ KWh, với công suất lắp máy khoảng 30.000 MW và thủy điện vừa

và nhỏ có sản lượng điện khoảng 8 - 10 tỷ KWh, công suất lắp máy khoảng 3000 MW Chúng ta

đã và đang đẩy mạnh xây dựng các công trình để khai thác nguồn điện năng này Tính đến nayhầu hết các công trình thủy điện lớn trên các bậc thang chính như Lô - Gâm, sông Đà, Vu Gia -Thu Bồn, Sông Ba, Đồng Nai, Sê San đã và sắp hoàn thành đưa vào sử dụng Các công trình này,cùng với các thủy điện nhỏ đã được xây dựng góp phần đáng kể trong việc cung cấp điện năngcho toàn quốc Chỉ tính riêng ba nhà máy trên dòng chính của sông Đà đã có tổng công suất 6500

MW trong đó thủy điện Hòa Bình (1.900 MW ) đã hòa lưới điện 1994, thủy điện Sơn La (2400MW) hoàn thành cuối năm 2012, thủy điện Lai Châu khởi công 2011, kế hoạch hoàn thành vàonăm 2017.

d/ Thành tựu trong một số lĩnh vực khác.

Bên cạnh những thành tựu của thủy lợi trong các lĩnh vực chính như phục vụ sản xuấtnông nghiệp, phòng chống giảm nhẹ thiên tai, phát triển thủy điện như đã nói ở trên, thủy lợitrong những năm gần đây đã đạt được kết quả đáng kể trong cấp nước sinh hoạt - công nghiệp vàđặc biệt đã góp phần quan trọng trong mở mang tài nguyên đất và cải tạo môi trường đất ở đồngbằng sông Cửu Long và hạn chế tình hình thoái hóa đất, sa mạc hóa ở một số tỉnh miền Trung.Ngoài ra thủy lợi đã góp phần tích cực trong phát triển giao thông thủy, làm biến đổi theo hướngtích cực của xã hội qua tác dụng chống lũ, chống úng, giải phóng sức lao động nông thôn, cảithiện môi trường, phục vụ du lịch [25]

Đến nay thủy lợi Việt Nam thực sự đã trở thành một ngành kĩ thuật đóng vai trò quantrọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế của của cả nước Trong quá trình phát triển thủy lợi đãđạt được một số thành tựu về khoa học kĩ thuật Đội ngũ cán bộ khoa học thủy lợi khá đông đảo,

có mặt trên nhiều lĩnh vực Chúng ta đã tự giải quyết những vấn đề khoa học kĩ thuật thủy lợiphức tạp như quy hoạch chống lũ đồng bằng sông Cửu Long, thiết kế thi công những công trìnhthủy lợi, thủy điện có quy mô lớn trong đó ứng dựng những công nghệ tiên tiến.vv

Công tác thuỷ lợi không có điểm dừng, cho đến nay chưa có nước nào trên thế giới giảiquyết xong vấn đề thuỷ lợi, ngay cả những nước phát triển thì hạn hán, lũ lụt vẫn thường xảy ra

và đã gây ra những thiệt hại lớn Vì vậy việc nghiên cứu để phát triển sự nghiệp thủy lợi là sựquan tâm thường xuyên của nhân loại Trong điều kiện khí hậu bị biến đổi như hiện nay, thủy lợicần có những biện pháp thích hợp, tuy nhiên việc phát triển thủy lợi nhiều khi có những ảnhhưởng xấu đến môi trường Để giảm thiểu tác hại do phát triển thủy lợi và khai thác nguồn nướcgây ra, nghiên cứu đánh giá tác động môi trường phải luôn đồng hành với sự nghiệp phát triểnthủy lợi

1.2.Công trình thủy lợi

1.2.1 Khái niệm về công trình thủy lợi

Công trình được xây dựng để sử dụng nguồn nước và phòng chống thủy tai gọi là côngtrình thuỷ lợi Nhiệm vụ chủ yếu của các công trình thuỷ lợi là làm thay đổi, cải biến trạng thái tựnhiên dòng chảy của sông, hồ, biển, nước ngầm để sử dụng nước một cách hợp lý có lợi nhất vàbảo vệ môi trường xung quanh tránh khỏi những tác hại của dòng nước gây nên Công trình thuỷlợi có thể hình thành dòng chảy nhân tạo để thoả mãn nhu cầu dùng nước, khi dòng chảy tự nhiên

ở nơi đó không đủ hoặc không có

Căn cứ vào tính chất tác dụng lên dòng chảy, công trình thủy lợi có thể chia ra: công trìnhdâng nước, công trình điều chỉnh dòng chảy và công trình dẫn nước

1.2.2 Công trình dâng nước

Phổ biến nhất của loại cụng trỡnh dõng nước là cỏc đập Đập được xõy dựng ngăn sụngsuối với mục đớch tạo thành hồ chứa nước hoặc với mục đớch dõng cao mực nước Tại những nơixõy đập hỡnh thành nờn độ chờnh mực nước trước và sau cụng trỡnh gọi là độ chờnh mực nướcthượng hạ lưu Ở trước đập, càng gần đến đập, lưu tốc trung bỡnh của dũng chảy càng giảm, cũn

độ sõu của dũng chảy càng tăng Sự tăng mực nước ở trong sụng làm tăng diện tớch ướt của lũngsụng và dẫn đến ngập đất ở thượng lưu (hỡnh 1-2a) Sự thay đổi lưu tốc dũng chảy ở thượng lưulàm thay đổi khả năng vận chuyển bựn cỏt của lũng sụng Lưu tốc theo chiều dũng chảy giảmdần, cỏc hạt bựn cỏt trong nước được lắng xuống đỏy theo thứ tự từ những hạt lớn sau đú nhữnghạt bộ hơn và khi đến gần cụng trỡnh lưu tốc hầu như bằng khụng nờn cỏc hạt cỏt rất bộ cũngđược lắng xuống, nước ở đú rất trong

a)

b)

c)

Hình 1-2: Sơ đồ đập dâng nớc

Sự dõng mực nước cũn làm thay đổi cả trạng thỏi nước ngầm dưới lũng sụng và hai bờn

bờ Do cú độ chờnh cột nước thượng hạ lưu nờn cú hiện tượng thấm qua nền và vũng quanh cụngtrỡnh qua hai bờn bờ từ thượng lưu về hạ lưu (hỡnh 1-2b,c)

Nước ở thượng lưu chảy về hạ lưu khụng mang bựn cỏt, do đú để trở về trạng thỏi cũ củadũng nước, lũng sụng và bờ ở hạ lưu lại bị bào mũn xúi lở

Như vậy cụng trỡnh dõng nước cú ảnh hưởng đến tất cả cỏc yếu tố của dũng chảy, lũngsụng và cả nước ngầm Nhưng nú cú hiệu quả lớn, điều chỉnh lưu lượng ở thượng lưu về hạ lưu,

về mựa lũ nước được giữ lại ở thượng lưu (đối với hồ chứa) và được thỏo về hạ lưu vào thời kỳcần thiết theo nhu cầu dựng nước Cụng trỡnh dõng nước được ứng dụng rộng rói trong tất cả cỏclĩnh vực kinh tế nước Hỡnh 1-3 là ảnh hồ Hũa Bỡnh, một hồ đa mục tiờu

Hình 1-3: Đập Hòa Bình

Hồ Hòa Bình thuộc tỉnh Hòa Bình được xây dựng

từ 1979 -1994, đập cao

128 m, ngăn sông Đà tạo thành hồ chứa có dung tích 9 tỷ m 3 nước, là một

hồ đa mục tiêu: phát điện, giảm lũ cho hạ du, cấp nước tưới và nước sinh hoạt, giao thông thủy.

1.2.3 Công trình điều chỉnh dòng chảy

Các công trình như đê, đập, tường, kè không xây ngăn hết toàn bộ lòng sông, mà chỉ mộtphần theo hướng của mặt cắt ngang hoặc theo hướng dọc dòng sông được gọi là các công trìnhđiều chỉnh dòng chảy

Công trình điều chỉnh để khống chế xói lở dòng sông, có thể làm thay đổi trạng thái dòngchảy, làm thay đổi hướng của dòng chảy trong giới hạn lòng sông theo yêu cầu cần thiết và bảo

vệ lòng sông tránh khỏi các tác hại nguy hiểm của dòng nước Các công trình này không làmdâng nước, mà nó có tác dụng làm thay đổi hướng và lưu tốc dòng chảy, phân bố lại lưu tốc vàảnh hưởng đến hình dạng của lòng sông Các công trình điều chỉnh dòng chảy nhằm phục vụ cácngành khác nhau, có thể để giữ độ sâu, lưu tốc và hình dạng lòng sông cần thiết cho tàu bè qualại, đảm bảo điều kiện bình thường để lấy nước từ sông, giữ ổn định bờ sông để đảm bảo an toàncho dân cư và nhà máy, xí nghiệp ở hai bên bờ

Hình 1-4: Tuyến đê hữu sông Hồng.

Tuyến đê hữu sông Hồng thuộc địa phận Hà Nội dài 45,5 km, từ Đan Phượng đến Thanh Trì, Hà Nội với nhiệm vụ bảo vệ thủ đô Hà Nội và một phần diện tích của tỉnh: Hà Nam, Nam Định, diện tích toàn vùng là 235.500 ha, trong đó có 155.320 ha đất nông nghiệp

1.2.4 Công trình dẫn nước

Công trình dẫn nước bao gồm các loại như kênh mương, đường hầm, cầu máng, đườngống làm bằng các vật liệu khác nhau Các công trình này chuyển nước với các lưu lượng xác định

vào các mục đích khác nhau: dẫn nước vào turbin của nhà máy thuỷ điện, đưa nước vào tướiruộng và đồng cỏ, vào hệ thống cấp nước của thành phố, xí nghiệp, nhà máy… Nó có thể sử dụnglàm đường giao thông thủy cho tàu thuyền đi lại Hình 1-4 và hình 1-5 là hình ảnh kênh chính lấynước từ hồ Phú Ninh, Quảng Nam.

Thuộc loại công trình dẫn nước còn phải kể đến các công trình tháo lũ, đó là những côngtrình tháo nước thừa của hồ chứa từ thượng lưu về hạ lưu qua đập hoặc 2 bên bờ của đập, cáccông trình phân lũ sang khu vực khác nhằm giảm lũ sông chính tránh ngập lụt hạ lưu…

Hình 1-4: Kênh Bắc

Kênh Bắc hồ Phú Ninh dài 47 km, lưu lượng

thiết kế 27 m 3 / s, diện tích tưới 20.000 ha Mặt

cắt ngang hình thang chiều rộng đáy 6m, chiều

sâu 5,25m.

Hình 1-5: Kênh Nam

Kênh Nam hồ Phú Ninh dài 8km, lưu lượng thiết kế 4,5 m 3 / s, diện tích tưới 3.000 ha Mặt cắt ngang hình thang chiều rộng đáy 5m, chiều sâu 3,43m.

1.2.5 Cơ sở thiết kế công trình thủy lợi

Thuỷ lợi là một ngành khoa học được hình thành và phát triển phù hợp với yêu cầu củacon người trong việc sử dụng nguồn nước cùng với sự phát triển của các khoa học như khí tượng,thuỷ văn, địa chất và các lĩnh vực khoa học tự nhiên và xã hội khác

Nhiệm vụ của thiết kế công trình thủy lợi là phải đưa ra được giải pháp kết cấu tối ưunhằm khai thác được tài nguyên nước, đáp ứng được yêu cầu sử dụng nước, thuận tiện cho quản

lí vận hành Người kĩ sư thiết kế công trình thủy lợi cần có các kiến thức thuộc lĩnh vực khoa học

cơ bản và kỹ thuật cơ sở như toán, vật lý, hoá học, thuỷ văn, cơ học đất, thuỷ lực, lý thuyết đànhồi, sức bền vật liệu, kết cấu công trình, vật liệu xây dựng v.v… Kĩ sư thiết kế phải thường xuyêncập nhật các kiến thức về phương pháp tính toán thiết kế, xây dựng, quản lý công trình, đồng thờiphải sử dụng các kiến thức của các bộ môn liên quan như trắc địa, địa chất công trình, môitrường, xã hội học, kỹ thuật thi công, kinh tế xây dựng

Kiến thức về công trình thủy lợi là kiến thức được tổng hợp từ kinh nghiệm được đúc rút

từ thực tế xây dựng có tính truyền thống với khoa học kĩ thuật hiện đại Các hiểu biết về kháiniệm công trình thủy lợi, tính toán các ảnh hưởng và tác động lên công trình, tính toán ổn định và

độ bền công trình, phương pháp thiết kế, nghiên cứu và quản lí công trình là những kiến thức cơ

sở cho người thiết kế công trình thủy lợi

Chương 2 CÔNG TRÌNH THỦY LỢI VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC

2.1.Các loại công trình thủy lợi

2.1.1 Các loại đập

Đập là công trình chắn ngang sông, được xây dựng để dâng cao mực nước hoặc tích nướctạo thành hồ chứa Vật liệu làm đập là đất, đá, bê tông, bê tông cốt thép, gỗ, cao su… Loại đậpđược dùng rộng rãi nhất là đập đất đá và đập bê tông Vật liệu đất, đá thường dùng để đắp đậpbao gồm các loại đất như: đất thịt, đất sét, đất thịt pha cát, và đá các loại… thường được lấy tạichỗ, vì vậy loại đập này còn được gọi bằng một tên chung là đập vật liệu địa phương

2.1.1.1 Đập đất đá

Đập đất đá là đập sử dụng vật liệu đất, vật liệu đá để đắp đập Căn cứ vào tỷ lệ về khốilượng vật liệu đất hoặc đá dùng vào việc đắp đập, các đập loại này lại được phân ra thành đậpđất, đập đá đổ, đập đất đá hỗn hợp.

a) Đập đất

Đập đất là loại đập trong đó chủ yếu là sử dụng vật liệu đất Đập trong đó chỉ sử dụng mộtloại đất để đắp đập gọi là đập đất đồng chất Các đập trong đó sử dụng hai hay nhiều loại đất đểđắp đập gọi là đập đất không đồng chất Đất dùng để đắp đập đồng chất thường là các loại đất ítthấm nước như đất á sét… Mặt cắt ngang của đập đất có dạng hình thang, độ dốc của mái thượng,

hạ lưu từ 1:2 đến 1:4 tùy thuộc vào chiều cao và chất đất đắp đập Đập đất đồng chất là loại đập

có cấu tạo và liên kết với nền đơn giản hơn so với các loại đập khác (hình 2-1a)

Khi đất đắp đập không đủ khả năng chống thấm phải bố trí các thiết bị chống thấm hoặcphải dùng nhiều loại đất đắp vào một đập thì các đập đó được gọi là đập không đồng chất Cácđập có thiết bị chống thấm bằng vật liệu ít thấm nước bao gồm các đập có tường nghiêng nhưhình 2-1b, các đập có tường tâm như hình 2-1c Vật liệu làm tường nghiêng có thể dùng đất sét ítthấm nước, bê tông asphalt, các vật liệu dẻo, vải chống thấm, màng bentonite… Vật liệu dùnglàm tường tâm có thể là đất sét ít thấm nước, bê tông, bê tông cốt thép, bê tông atphal,bentonite… Đập không đồng chất được đắp bằng nhiều loại đất thường phân chia thành từngkhối, đất ít thấm nước đắp vào các khối ở phía thượng lưu hoặc tâm đập, đất thấm nước nhiềuđắp vào các khối ở phía hạ lưu Khối hạ lưu có thể đắp bằng những loại đất đào móng từ các hạngmục công trình khác, trong những trường hợp này giữa hai khối cần nghiên cứu bố trí lớp đệm.Hình 2-1d là đập có hai khối, ở giữa hai khối có lớp đệm bằng cát

Tùy theo từng điều kiện cụ thể đập đất được thi công bằng phương pháp đầm nén, phươngpháp đắp bồi và đổ đất trong nước… Đập đất được xây dựng bằng phương pháp đầm nén là loạiđập phổ biến nhất Khi đắp đập bằng phương pháp đầm nén người ta dùng các biện pháp cơ học

để trải từng lớp đất và đầm nén chặt Trong những trường hợp không đủ diều kiện để đắp bằngphương pháp đầm nén mà ở đó đủ các điều kiện như nước, năng lượng, máy móc và đất thỏa mãncác tính chất cần thiết… người ta có thể sử dụng các phương pháp đắp bồi hoặc đổ đất trongnước Trong thực tế người ta còn gọi tên đập theo phương pháp thi công: đập đất đầm nén, đậpđất bồi, đập đổ đất trong nước

a Đập đất đồng chất; b Đập đất có thiết bị chống thấm tường nghiêng;

c Đập có tường tâm; d Đập đất hai khối b) Đập đá đổ

Đập đá đổ được đắp bằng cách đổ đá theo cấp phối nhất định để đạt độ chặt cần thiết,dùng tường nghiêng hoặc tường tâm bằng vật liệu ít thấm nước để làm thiết bị chống thấm Vậtliệu làm thiết bị chống thấm thường dùng đất sét, bê tông, bê tông cốt thép, bê tông asphalt, chấtdẻo tổng hợp Hình 2-2a là mặt cắt ngang của đập đá đổ tường nghiêng bằng đất sét, hình 2-2b

là mặt cắt ngang của đập đá đổ chống thấm bằng tường tâm đất sét ít thấm nước Giữa lớp đất và

đá đổ có các lớp đệm đồng thời đóng vai trò tầng lọc ngược là các lớp chuyển tiếp từ đất tới cátrồi tới đá dăm hoặc sỏi có kích thước hạt tăng dần tới khối đá đổ Tầng lọc ngược có tác dụng bảo

vệ thiết bị chống thấm hoặc khối đất đắp trong đập không bị xói ngầm

c) Đập đất đá nhiều khối

Trong thực tế xây dựng, khi không đủ đất để xây dựng đập đất, hoặc không đủ đá để xâydựng đập đá đổ, người ta phải sử dụng cả đất và đá để đắp đập Các loại đất, đá được bố trí thànhtừng khối Các đập như vậy được gọi là đập đất đá nhiều khối Hình 2-2c là mặt cắt ngang đậpđất đá hai khối Đất thấm nước ít hơn bố trí ở khối thượng lưu, đá đổ thấm nước nhiều hơn đấtnên được bố trí ở hạ lưu, giữa hai khối có lớp chuyển tiếp bằng cát

Hình 2-2: Đập đất đá: a Đập đá đổ tường nghiêng bằng đất;

b Đập đá đổ tường tâm bằng đất; c Đập hai khối đất, đá.

Ưu điểm nổi bật của loại đập đất đá là sử dụng vật liệu tại chỗ, là loại đập phát triển sớm nênđược xây dựng nhiều hơn so với các loại đập khác Theo thống kê về thể loại đập trên thế giới(ICOLD- 1986), so với tổng số đập đã được xây dựng, đập đất chiếm 78%, đập đá đổ chiếm 5%.Vật liệu đất có độ bền không cao, khối lượng vật liệu đắp đập lớn, thi công đập đất đá phức tạp vìvậy với các đập cao trên 100 m thì tỷ lệ đập vật liệu tại chỗ giảm đi rõ rệt

Tuy có nhiều khó khăn trong việc xây dựng, nhưng nhờ có sự phát triển về kĩ thuật xâydựng đập, trên thế giới đã xây dựng được những đập vật liệu tại chỗ có chiều cao khá lớn Đập đá

đổ Nurêkxkaia trên sông Vakshe (thuộc Liên Xô cũ ) cao 300m

Sự phát triển đập ở nước ta bắt đầu mạnh mẽ từ thập kỉ 60 của thế kỉ XX trở lại đây Tínhđến nay, trong số các đập đã được xây dựng chủ yếu là đập đất đá Những đập đất có quy môtrung bình được xây dựng như đập Đại Lải, Núi Cốc, suối Hai, Cấm Sơn, Sông Rác, Phú Ninh,

Cà Giây, Ayun Hạ… là các đập đất đồng chất có chiều cao khoảng từ 25m đến 40m Các trườnghợp đất không đủ khả năng chống thấm, hoặc điều kiện lấy đất bị hạn chế phải tận dụng đất đáđào ra ở công trường để đắp đập và một số nơi như ở Tây Nguyên và Nam Trung Bộ, đất rấtkhông đồng đều, đã sử dụng các hình thức kết cấu đập không đồng chất Các đập thuộc loại này

như đập Tràng Vinh ở Quảng Ninh là đập đất cú tường tõm bằng bờ tụng cốt thộp cao 27,5m, đập

Tả Trạch ở Thừa Thiờn Huế là đập đất đỏ ba khối, cao 60m, đập Đăk Yờn ở Kon Tum là đập đất

ba khối, cao 30m…

Trong số cỏc đập đất đỏ đó xõy dựng ở nước ta, phần lớn cỏc đập đỏ đổ cú chiều cao lớnhơn đập đất Đập Thỏc Bà cao 48 m, đập Hũa Bỡnh cao 123m, dập Yaly cao 60m, cỏc đập này cúcựng một hỡnh thức kết cấu là đập đỏ đổ cú thiết bị chống thấm là tường tõm bằng đất sột, hỡnh 2-

Thiết kế 1979 Thiết kế 1980 Khối đá đổ

1 : 1,75

1 : 2,5

1 : 3 1:2,5

Trờn thế giới, nhiều nơi đó xõy dựng loại đập này cú chiều cao khỏ lớn như đập Cethana(Australia) cao 110m, đập Aguamulpa (Mexicụ) cao 187m, đập Sanbasi (Trung Quốc) cao186m… Ở nước ta đó xõy dựng cỏc đập Tuyờn Quang cao 92,2m, Rào Quỏn cao 78m, Cửa Đạtcao 115,3 là loại đập đỏ đầm nộn cú bản mặt bờ tụng cốt thộp

MNDBT 120.00

T êng Bªt«ng MNGC (Q0.02%)= 122.55

MNDBT 120.00

T êng Bªt«ng MNGC (Q0.02%)= 122.55

1:1.5

Hình 2-4: Mặt cắt ngang đập đá đổ bản mặt bê tông Tuyên Quang.

Hình 2-5: Đập đá đổ bản mặt bê tông ở hồ Tuyên Quang đã tích đầy nước.

2.1.1.3 Đập bê tông

Đập bê tông được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng thủy lợi, thủy điện Loại đập này cóthể xây dựng được trong nhiều điều kiện tự nhiên khác nhau và nó có thể dùng để làm đập trànnước, ở các loại đập đất và đập đất đá điều này là không thể thực hiện được Hai kiểu đập phổbiến trong loại đập bê tông là đập bê tông trọng lực và đập vòm trọng lực

a) Đập bê tông trọng lực

Đập bê tông trọng lực duy trì ổn định nhờ trọng lượng của khối bê tông liên kết với nền.Đập có thể được xây dựng cả trên nền đá và trên nền đất Tuy vậy trên nền đất chỉ xây dựng đượcnhững đập thấp Đập bê tông trọng lực không tràn có dạng mặt cắt ngang thường gặp là hìnhthang, mái thượng lưu thẳng đứng, như hình 2-7a Trong thân đập có thể bố trí đường ống dẫn

nước qua đập Đập bê tông trọng lực tràn nước có dạng mặt cắt thường gặp là dạng mặt cong Đểthỏa mãn điều kiện bê tông chỉ làm việc theo điều kiện chịu nén và đập ổn định theo điều kiệntrượt thì chiều rộng đáy đập bê tông trọng lực trên nền đá thường bằng 0,65 – 0,7 chiều cao đập Đập bê tông trọng lực là loại đập được sử dụng khá phổ biến khi xây dựng các đập cóchiều cao từ 100m trở lên Đập bê tông trọng lực cao nhất thế giới là đập Grand-Diksans (ThụySĩ) cao 284m Tiến bộ lớn nhất trong việc phát triển đập bê tông trọng lực ở những thập niên cuốithế kỉ XX là sử dụng vật liệu bê tông đầm lăn để làm đập (bê tông ít xi măng, có độ sụt nhỏ, thicông bằng công nghệ đầm lăn) Sử dụng công nghệ đập bê tông đầm lăn hạn chế những bất lợi vềnhiệt ở bê tông khối lớn, tăng được tốc độ thi công, sớm đưa công trình vào sử dụng

Đập bê tông trọng lực tràn nước như đập Liễn Sơn, đập Bái Thượng… đã được xây dựng

ở nước ta từ những năm 30 của thế kỉ XX, nhưng những đầu mối hồ chứa bao gồm cả đập bêtông không tràn nước với các quy mô vừa như đập Tân Giang, Sê San 3… thì đến những nămcuối của thế kỉ XX mới được xây dựng, Đập Tân Giang cao 37,5m được xem là đập bê tôngtrọng lực đầu tiên được xây dựng trong thời kì này

Vào những năm cuối của thế kỉ XX nước ta mới tiếp thu công nghệ xây dựng đập bê tôngđầm lăn, nhưng nó lại được phát triển tương đối nhanh Tính đến năm 2013 Việt Nam sẽ xâydựng xong 24 đập bê tông trọng lực đầm lăn, đứng vào hàng thứ bẩy của thế giới về tốc độ pháttriển loại đập này Trong đó có nhiều đập có chiều cao lớn hơn 100 mét như đập Sơn La cao138m, đập Bản Vẽ (Nghệ An) cao 137m…

Hình 2-6: Đập bê tông trọng lực đầm lăn Sơn La.

b) Đập vòm

Trong số các loại đập sử dụng vật liệu bê tông là chính còn có đập vòm Cũng như đập bêtông trọng lực, ở đập vòm cũng bố trí được các khoang tràn nước Nhờ tính hợp lí của dạng vòmtrên mặt bằng, độ uốn cong của mặt cắt ngang theo phương đứng, diện tích mặt cắt ngang của đập

được thu nhỏ Tỷ lệ chiều rộng đáy mặt cắt ngang trên chiều cao đập (β) dao động trong khoảng0,1- 0,65 (hình 2-7b) Căn cứ vào tỷ số (β) đập vòm được chia ra đập vòm mỏng, đập vòm trungbình, đập vòm dầy (đập vòm trọng lực) Nhờ tính ưu việt của kết cấu dạng vòm, măt cắt đập vòmđược thu nhỏ nên tiết kiệm được vật liệu bê tông so với đập bê tông trọng lực Đập vòm trọng lựcđược xây dựng bằng công nghệ thi công bê tông truyền thống và cả bằng công nghệ bê tông đầmlăn Trong xây dựng đập vòm, nhất là đập vòm mỏng người ta sử dụng cả vật liệu bê tông cốtthép vì vậy phân chia theo vật liệu thì đập vòm còn có thể gọi là loại đập bê tông và bê tông cốtthép Đập vòm thường được sử dụng để xây dựng ở vị trí lòng sông hẹp có mặt cắt ngang dạngchữ V hoặc chữ U, đồng thời phải có chất nền đá tốt thì mới kinh tế Trong những điều kiện thíchhợp, loại đập này có thể đạt đến những độ cao lớn

Tinh đến 1999 trên toàn thế giới đã xây dựng được 1102 đập vòm, trong đó số đập ở Trungquốc chiếm 46,9% Phần lớn các đập vòm đã xây dựng có chiều cao lớn hơn 100m Đập vòmtrọng lực Inguri ở Gruzia cao 271,5m Trung Quốc mới xây dựng xong đập vòm Tiểu Loan trênthượng nguồn sông MêKông cao 292m Việt Nam đang xây dựng đập vòm trọng lực Nậm Chiếntrên suối Nậm Chiến, thượng nguồn của sông Đà cao 135m Đây là đập vòm đầu tiên được xâydựng ở nước ta

r1

r 2

Hình 2-7: Đập bê tông trọng lực và đập vòm: a-Đập bêtông trọng lực; b-Đập vòm;

1-Chân răng; 2-Màng chống thấm; 3- Giếng tiêu nước;

4-Khe vĩnh cửu (khe lún kết hợp khe nhiệt độ); 5-thiết bị chống rò nước ở khe;

Hình 2-8: Đập vòm Nậm Chiến (đang thi công).

2.1.1.4 Đập bê tông cốt thép

Đập bê tông cốt thép hay còn gọi là đập bê tông nhẹ xuất hiện sau các đập bê tông trọng lực(hình 2-7a) Loại đập bê tông cốt thép phổ biến nhất hiện nay là đập bản chống Các bộ phậnchính của loại đập này là các trụ chống và các bản mặt bằng bê tông cốt thép tựa lên trụ Khi bảnchắn nước là các tấm phẳng gọi là đập bản phẳng (hình 2-9a), bản chắn nước là các bản congdạng vòm gọi là đập liên vòm (hình 2-9b), phần đầu trụ phình to ra thay thế bản chắn gọi là đập

to đầu (hình 2-9c) Tuy không nhiều nhưng nó cũng đã được ứng dụng vào thực tế Hiện nay trênthế giới đã có những đập khá cao như đập bản phẳng Ecap ở Achentina xây dựng năm 1949 cao88m, đập liên vòm Đaniele Giônxơn ở Canađa xây dựng năm 1970 cao 215m

Hình 2-9: Một số đập bản chống thường gặp

a Đập bản phẳng; b Đập liên vòm; c Đập to đầu 2.1.1.5 Đập gỗ

Đập gỗ là loại công trình dâng nước có từ xa xưa Vật liệu dùng để làm đập chủ yếu là gỗ.Đập duy trì ổn định nhờ hệ thống kết cấu gỗ được liên kết với nền hoặc gia cố bằng đá Hiện naygiá thành các đập gỗ thường đắt hơn so với các đập khác Thực tế người ta mới chỉ xây dựngnhững đập gỗ có cột nước không lớn, từ 2 - 20 m Gọi tên theo hình thức kết cấu có các kiểu đập:

đập cọc gỗ (hình 2-10a, b), đập tường chống (hình 2-10c), đập cũi gỗ (hình 2-10d, e, g, h), từngkiểu đập thích hợp với từng điều kiện cụ thể

có nhiều vật nổi

5,0

0,5

2,0 2,0

1:1,5

Hình 2-11: Một số kiểu đập bằng rọ đá (gabion)

2.1.1.7 Đập cao su

Đập cao su là một loại đập mới được phát triển vào những thập kỉ cuối của của thế kỉ

XX Các bộ phận chính của đập cao su như ở hình 2-12 Bộ phận cốt yếu của đập là túi cao suđược bơm đầy hơi hoặc nước, nó đóng vai trò như một van ở cửa tháo Túi cao su được neo chặtxuống bản đáy xây bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép Khi cần tháo lũ, nước hoặc không khí ởtrong túi được tháo hết ra, túi xẹp xuống, nước chảy tràn tự do trên đó Đập này thích hợp với cộtnước thấp

Việt Nam đã sử dụng loại đập này để nâng cao ngưỡng công trình tràn tăng dung tích cho

hồ chứa như ở đập tràn Krông Buk (Đắc Lắc), các đập dâng nước trên sông như đập Ngọc Khô(Quảng Nam), đập Đầm Chích (Kiên Giang), đập Cầu Hội (Ninh Bình)… Các đập cao su đãđược xây dựng ở nước ta có chiều dài từ 20 - 150m và chiều cao từ 2 - 4m

Hình 2-12: Đập cao su.

a- Mặt cắt ngang đập; b- Đập cao su trên kênh Vêexperkvaart (Hà Lan); 1-Túi; 2-Đáy

bê-tông; 3-Thiết bị neo; 4-Nước; 5-Không khí; 6-Mố bên; 7-Hệ thống máy bơm;

Hình 2-13: Đập cao su Yên Đồng (Ninh Bình).

2.1.2 Các công trình tháo lũ

2.1.2.1 Phân loại công trình tháo lũ

Trong tổng thể các công trình đầu mối, bên cạnh đập dâng nước còn cần có công trìnhlàm nhiệm vụ tháo lũ Các công trình tháo lũ có cửa tháo đặt nông so với mực nước thượng lưuđược gọi là các công trình tháo lũ trên mặt Các công trình có cửa tháo đặt sâu dưới mực nước hạlưu đươc gọi là công trình tháo lũ dưới sâu.

Các công trình tháo lũ trên mặt gồm có: đập tràn, đường tràn dọc, đường tràn ngang, xiphông tháo lũ, tháo lũ kiểu giếng, đường tràn kiểu gáo… Các công trình tháo lũ dưới sâu như:các cống xả sâu, đường hầm tháo lũ… Trong thực tế trên một công trình có thể kết hợp cả côngtrình xả mặt và xả sâu như công trình xả lũ ở hồ Hòa Bình, Sơn La…

Xét vị trí tương đối so với đập có các công trình tháo lũ đặt ở thân đập như đập tràn, cống

xả sâu, xi phông tháo lũ, các công trình tháo lũ đặt ở ngoài thân đập như đường tràn, đường hầmtháo lũ, tháo lũ kiểu giếng… Sơ đồ vị trí đặt công trình tháo lũ được mô tả như trên hình 2- 14

Hình 2-14: Sơ đồ vị trí đặt công trình tháo lũ:1,2 tháo lũ trên mặt; 3 tháo lũ kết hợp trên

mặt và dưới sâu; 4 xả sâu; 5 xả đáy; 6 tháo lũ qua đường hầm; 7 đường tràn ngoài đập 2.1.2.2 Đập bê tông tràn nước

Đập bê tông tràn nước là công trình vừa tham gia ngăn nước và cho nước tràn qua, đồngthời có thể bố trí các công trình tháo qua thân đập Đó là ưu điểm lớn của kiểu đập này

Đập bê tông có thể bố trí tràn xả mặt có cửa van điều tiết (hình 2-15a) hoặc không có cửa

van điều tiết (hình 2-15e) và cũng có thể bố trí công trình xả sâu (hình 2-15b) Trên cùng mặt cắt

ngang có thể bố trí cả cửa xả mặt và cửa xả sâu như hình 2-15d Mặt công trình tràn có dạng trơntru theo các dạng đường cong đã được nghiên cứu để đáp ứng các điều kiện thủy lực Dọc theochiều rộng tràn nước, cửa tràn được chia thành các khoang, ngăn cách giữa các khoang là các mốtrụ Các mố trụ chịu áp lực từ các cửa van và cầu trên mố trụ truyền tới

Hình 2-15: Bố trí các cửa tràn ở đập bê tông: a-Tràn mặt có cửa van; b-Tràn xả sâu;

c-Tràn qua đập vòm; d-Kết hợp xả mặt và xả đáy; e-Tràn mặt có tiêu năng ở hạ lưu.

Dòng nước xả qua đập về hạ lưu có thế năng lớn chuyển hóa thành động năng Để đảmbảo an toàn cho hạ lưu sau các đập tràn hoặc các cửa tràn bố trí ở đập phải có các công trình tiêunăng Các biện pháp tiêu năng chính thường được áp dụng đối với đập tràn là tiêu năng đáy nhưhình 2-15e, tiêu năng mặt như hình 2-15a, d và tiêu năng phóng xa như hình 2-15c

Đập bê tông tràn nước là hình thức tràn được áp dụng khá phổ biến cho các đầu mối hồchứa có đập dâng là các đập vật liệu địa phương có quy mô lớn và các đầu mối có đập dâng làđập bê tông Ở nước ta hình thức này được áp dụng ở các đầu mối là đập vật liệu địa phương như

ở hồ Thác Bà, hồ Hòa Bình Áp dụng ở các đầu mối là đập bê tông như đập Tân Giang, ĐịnhBình, Sơn La, Bản Vẽ…

Hình 2-16: Đập bê tông trọng lực Tân Giang.

2.1.2.3 Đường tràn

Đường tràn là công trình tháo nước mặt ở bên bờ Loại công trình này thường gặp ở cácđầu mối có đập dâng là đập vật liệu tại chỗ và đập bản chống Dạng phổ biến là đường tràn dọc,dòng nước chảy qua ngưỡng tràn xuống đường tháo là dốc nước hoặc bậc nước tùy thuộc vàođiều kiện địa hình và địa chất Cấu tạo của đường tràn dọc gồm các bộ phận chính sau: kênh dẫn,ngưỡng tràn, mố trụ và cửa van (bộ phận này có thể có hoặc không), đường tháo (dốc nước hoặcbậc nước) và bộ phận tiêu năng cuối đường tháo Hình 2-16 là một hình vẽ mô tả đường tràn dọc

Hình 2 -16: Đường tràn dọc.

(1)- kênh dẫn vào tràn;

(2)-ngưỡng tràn; (3)-kênh tháo phần I; (4)- kênh tháo phần II; (5)- bộ phận kết thúc; (6)-đập vật liệu địa phương;

(7)-lòng sông thiên nhiên.

Trường hợp ở đầu mối công trình không có vị trí thích hợp để làm đường tràn dọc, nhất là

ở những nơi địa hình dốc và hẹp, ở đó có thể bố trí đường tràn ngang Đường tràn ngang cũng làloại công trình tháo nước mặt gồm các bộ phận chính: ngưỡng tràn bố trí dọc theo đường đồngmức bên bờ hồ, máng bên trực tiếp sau ngưỡng tràn, cuối máng bên là đường tháo (dốc nướchoặc bậc nước) tương tự như đường tràn dọc, cuối đường tháo là bộ phận tiêu năng (hình 2-17).Đường tràn là loại công trình được sử dụng phổ biến cho các đầu mối hồ chứa loại vừa vànhỏ có đập dâng là đập đất đá Ở nước ta hồ chứa loại vừa, loại nhỏ chiếm đa số, vì thế các côngtrình tràn đã xây dựng ở nước ta hầu hết là đường tràn, trong đó tràn dọc chiếm đa số Chế độthủy lực của tràn ngang phức tạp nên kiểu tràn này thường chỉ được áp dụng ở những nơi không

có điều kiện bố trí tràn dọc Tuy không nhiều nhưng ở một số nơi nước ta cũng đã áp dụng loạitràn này Hình 2-18 là hình ảnh đường tràn ngang ở hồ suối Nước Ngọt tỉnh Ninh Thuận

Hình 2-17: Đường tràn ngang

1 Ngưỡng tràn; 2 Máng bên; 3 Kênh tháo; 4 Kênh dẫn; 5 Đập; 6 Cầu;

Hình 2-18: Đường tràn ngang ở hồ suối Nước Ngọt – Ninh Thuận

2.1.2.4 Xi phông tháo lũ

Xi phông tháo lũ là loai công trình tháo lũ kiểu kín Xi phông được đặt trong đập bê tông

và đập đất có chiều cao không lớn Các bộ phận chính của xi phông như ở hình 2-19 Đặc điểmlàm việc của loại công trình này là: khi lũ về, mực nước hồ dâng lên cao hơn ngưỡng xi phôngchưa ngập ống thông khí thì nuớc bắt đầu tràn tự do qua ngưỡng Nước hồ tiếp tục dâng cao ngập

lỗ thông khi, không khí trong xi phông bị dòng nước kéo theo về hạ lưu, trong xi phông hìnhthành chân không, nước sẽ chảy đầy ống, xi phông thực sự làm việc có áp Khi mực nước trong

hồ rút xuống bằng mực nước dâng bình thường, lỗ thông khí lộ ra tiếp xúc với không khí và dẫnkhí từ ngoài vào làm cho xi phông ngừng làm việc Như vậy xi phông tự vận hành không cần cửavan điều tiết, không cần nhân viên vận hành, đây là ưu điểm nổi bật của loại công trình này Mặtkhác so với các công trình tháo lũ kiểu hở diện tích mặt cắt ướt của xiphông nhỏ hơn

5 1

4

6

2 3

a)

b)

2

4

Hình 2-19: a) Xi phông tháo lũ trong đập bêtông; b) Xi phông trong đập đất.

1 đỉnh ngưỡng tràn; 2 lỗ thông khí; 3 tấm che; 4 cửa vào;

5 lưỡi gà hắt nước; 6 ống dẫn; 7 bể tiêu năng.

Hình 2-20: Giếng tháo lũ.

1-Kênh dẫn nước; 2- Phần miệng giếng tràn với của van; 3- Mố trụ;

4-Giếng tháo nước; 5-Ống tuy-nen tháo nước; 6-Vỏ hầm;

.

Hình 2-21: Giếng tháo lũ đập Globochina (Macedonia)

2.1.2.6 Công trình xả sâu

Công trình xả nước sâu hoặc xả đáy nằm ở cao trình gần với đáy Chúng được xây dựng vớicác mục đích xả nước trong thời kì thi công, xả một phần hay tháo cạn hồ Các công trình thuộcloại này là đường hầm (tuy nen) hoặc cống ngầm Đường hầm xả nước đào xuyên qua núi ở cáctầng đá, mặt cắt đường hầm xả nước thường được sử dụng dạng hình chữ nhật có đỉnh vòm hoặchình tròn Cống ngầm xuyên qua đập, cách đặt và cấu tạo cống tùy thuộc vào hình thức của đập.Trường hợp là đập bê tông thì thân cống nằm ngay trong đập dẫn nước từ thượng lưu về hạ lưu,lưu lượng được điều chỉnh bằng cửa van Trường hợp cống đặt ở đập vật liệu tại chỗ thì thâncống được đặt trên nền đập, cửa ra ở phía hạ lưu xa chân đập và phải có biện pháp tiêu năng hoặcbảo vệ để tránh xói lở ảnh hưởng đến đập Điều tiết lưu lượng xả nhờ các cửa van đặt trong cáctháp lấy nước được bố trí ở cửa vào của ống cống (hình 2-22).

Hình 2-22: Cống xả sâu.

a-Mặt cắt ngang đập; b- Mặt cắt qua ống;

1- Giếng xả; 2-Lớp đá bảo vệ mái thượng lưu; 3-Lõi chống thấm nước; 4-Lớp lọc ngược;

5-Hệ thống thoát nước; 6-Phần đất thấm; 7-Tường chắn; 8-Ống xả.

2.1.3 Công trình lấy nước

Nhiệm vụ chính của công trình lấy nước là lấy nước từ dòng chảy tự nhiên như sông suốihoặc từ hồ chứa nước Công trình lấy nước phải tính toán sao cho khi mực nước trong sông, trong

hồ biến đổi từ mực nước thấp nhất đến mực nước thiết kế trên sông hoặc mực nước dâng bìnhthường trong hồ công trình vẫn làm việc được bình thường

Theo phương thức lấy nước trên sông hiện nay các công trình lấy nước được chia ra làm hailoại: công trình lấy nước không đập và công trình lấy nước có đập Các cửa lấy nước có cốngđiều tiết hoặc không có cống điều tiết lấy nước trực tiếp từ sông hay từ suối gọi là công trình lấynước không đập (hình 2-23) Các cửa lấy nước ở các đầu mối đập dâng trên sông và ở hồ chứa làcác cửa lấy nước có đập (hình 2-24) Chế độ mực nước và dòng chảy ở dòng sông không đập và

có đập dâng tràn khác nhau vì vậy chế độ thủy lực của dòng chảy qua các cửa này cũng khácnhau Cách bố trí và hình thức kết cấu của hai loại cửa này khác nhau

Hình 2-23: Sơ đồ mặt bằng cống lấy nước Liên Mạc (lấy nước không đập)

1.Sông Hồng; 2 Sông Nhuệ; 3 Đê sông Hồng; 4 Bãi sông Hồng; 5 Cống Liên Mạc

Hình 2-24: Sơ đồ mặt bằng tổng thể đầu mối công trình lấy nước Thạch Nham (lấy nước có đập).

1 Sông Trà Khúc; 2 Đập dâng tràn bê tông trọng lực; 3 Cống lấy nước bờ Nam; 4 Cống xả cát

bờ Nam; 5 Cống lấy nước bờ Bắc; 6 Cống xả cát bờ Bắc; 7 Khe lún của đập.

2.1.4 Công trình điều chỉnh dòng chảy

Các công trình điều chỉnh dòng chảy bao gồm:

- Hệ thống đê dọc các bờ sông để chống nước lũ tràn vào đồng ruộng, vào các khu dân cưhoặc các khu kinh tế

- Các đập mỏ hàn, các tường hướng dòng để lái dòng chảy trong sông theo hướng có lợicho lấy nước, chống xói lở bờ

- Các ngưỡng đáy để điều khiển bùn cát, chống bồi lấp cửa lấy nước và chống xói bờsông

- Các kè để bảo vệ bờ sông, mái đê khỏi bị xói do sóng đánh hay do dòng chảy mặt thúcvào trong mùa lũ.

- Các hệ thống lái dòng đặc biệt dùng để hướng dòng chảy mặt vào cửa lấy nước, xói trôicác bãi bồi, cải tạo luồng lạch phục vụ giao thông thuỷ

Các loại công trình này được giới thiệu cụ thể trong giáo trình chỉnh trị sông

2.1.5 Các công trình dẫn nước

Bao gồm các loại sau đây:

- Kênh: là một dạng sông nhân tạo, được đào, đắp hoặc nửa đào nửa đắp hay xây màthành Mặt cắt ngang thường có dạng hình thang, hình chữ nhật, nửa hình tròn

- Máng nước, dốc nước, bậc nước, cầu máng: là kênh nhân tạo được xây trên mặt đất hoặc caohơn mặt đất, làm bằng bê tông cốt thép, thép, gỗ, gạch, đá xây… Các công trình này được sử dụng khiđiều kiện địa hình, địa chất không cho phép làm kênh

- Đường hầm: được xây dựng dưới đất, trong núi Khi các đường dẫn nước gặp núi caokhông thể đào kênh được thì người ta phải làm đường hầm để nối tiếp các kênh chuyển nước.Trong xây dựng thủy lợi, thủy điện, đường hầm còn được sử dụng để dẫn nước vào nhà máy thuỷđiện, hoặc tháo lũ từ hồ chứa…

- Đường ống: là những ống dẫn nước làm bằng thép, bê tông cốt thép được đặt trên mặthoặc đặt dưới đất, hoặc bố trí trong thân đập, dưới kênh mương, đê… để dẫn nước

2.1.6 Các công trình chuyên môn

Là những công trình được dùng cho một số mục đích kinh tế thuỷ lợi nhất định như:

- Trạm thuỷ điện: nhà máy, buồng xoắn, bể áp lực, tháp điều áp…

- Công trình giao thông thuỷ: âu tàu, máy nâng tàu, công trình chuyển gỗ, bến cảng …

- Công trình thuỷ nông: cống điều tiết, hệ thống tưới tiêu, hệ thống thoát nước…

- Công trình cấp nước và thoát nước: công trình lấy nước, dẫn nước, trạm bơm, công trìnhcho vệ sinh, thoát nước…

- Công trình thủy sản: đường cá đi, đường chuyển cá, hồ nuôi cá…

- Các công trình lắng cát: các loại bể lắng cát

2.2 Đầu mối thủy lợi và hệ thống thủy lợi

Các công trình thuỷ lợi được bố trí tập trung trong một phạm vi nhất định để giải quyếtnhững nhiệm vụ thuỷ lợi xác định gọi là đầu mối công trình thuỷ lợi

Các đầu mối thường gặp là đầu mối hồ chứa, ở đó tập hợp các công trinh đầu mối như đậpdâng, công trình tháo lũ, cửa lấy nước, các công trinh chuyên mộn như nhà máy thủy điện, côngtrình đảm bảo giao thông thủy, đường cho cá đi… (xem hình 2-24) Đây là loại đầu mối thường

có quy mô lớn và cũng là đầu mối phổ biến ở nước ta Hình 2-26 là đầu mối hồ chứa nước SôngQuao ở tỉnh Bình Thuận

5

3

Hình 2-25: Sơ đồ đầu mối công trình thuỷ lợi (đầu mối hồ chứa)

1- đập tràn ; 2,3,4 - đập; 5 - âu thuyền; 6 – nhà máy thuỷ điện.

Hình 2-26: Đầu mối hồ chúa nước Sông Quao

Loại đầu mối thứ hai là loại đầu mối công trình lấy nước trên sông theo phương thức lấynước có đập như đập Liễn Sơn (Vĩnh Phúc), Thác Huống (Thái Nguyên), Bái Thượng (ThanhHóa), Đô Lương (Nghệ An), Đồng Cam (Phú Yên)… (xem hình 2-23) Các cụm đầu mối nhưLiên Mạc (Hà Nội), cống Xuân Quan (Hưng Yên) và hàng trăm đầu mối hệ thống thủy nông lấynước bằng các cống dưới đê là các đầu mối lấy nước không đập

Tập hợp nhiều đầu mối công trình thủy lợi hoặc tập hợp nhiều công trình thủy lợi phân bốtrên một khu vực lớn để cùng nhau giải quyết các nhiệm vụ thủy lợi đặt ra gọi là hệ thống thủylợi Ví dụ hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, hệ thống thủy lợi Cầu Sơn, Liễn Sơn, hệ thống thủylợi Bắc Nghệ An, hệ thống thủy nông Đồng Cam…

Hệ thống thủy nông Đồng Cam thuộc địa phận tỉnh Phú Yên có nhiệm vụ tưới cho19.800ha đất canh tác của huyện Tuy Hòa, một phần huyện Tuy An tỉnh Phú Yên và cung cấpnước sinh hoạt cho dân cư sống trong khu vực Các công trình đầu mối bao gồm 1 đập dâng bằng

đá xây dài 663m, 2 cống xả cát ở hai bờ, mỗi cống có 3 cửa (1,2x2,2m) và hai cống lấy nước ởhai bờ, cống bờ Bắc ba cửa (1,25x1,95m), cống bờ Nam ba cửa (1,5x2,2m) và một hệ thống kênhdài 77,67km

2.3 Loại và cấp công trình thủy lợi

2.3.1 Loại công trình thủy lợi

Căn cứ vào vai trò của công trình đối với hệ thống, các công trình trong đầu mối thuỷ lợiđược chia thành từng loại công trình chủ yếu, thứ yếu, hỗ trợ và tạm thời

Công trình chủ yếu là công trình đảm bảo cho đầu mối thuỷ lợi luôn luôn làm việc bìnhthường, tức là những công trình khi sửa chữa hoặc bị hư hỏng thì làm cho đầu mối thuỷ lợi ngừnglàm việc hoặc giảm sút năng lực làm việc Ví dụ như đập, công trình tháo lũ, công trình lấy nước,

bể áp lực, tháp điều áp, đường ống dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện, kênh chính, trạm bơm…

Công trình thứ yếu là những công trình khi sửa chữa hoặc bị hư hỏng không gây hậu quảnhư trên Ví dụ như tường chắn đất, thiết bị bảo vệ bờ kênh, cửa, phai…

Công trình hỗ trợ là công trình dùng trong việc quản lý và xây dựng các công trình chủyếu; ví dụ như nhà ở, nhà quản lý, nhà hành chính, hệ thống ánh sáng, đường đi lại trong côngtrình…

Công trình tạm thời là công trình chỉ sử dụng trong thời gian thi công hoặc sửa chữa cáccông trình khác như đê quai, công trình tháo nước thi công, âu thuyền tạm thời…

2.3.2 Cấp công trình thủy lợi

Tuỳ theo loại công trình, nhiệm vụ, tầm quan trọng, quy mô, các công trình thuỷ lợi đượcphân ra thành từng cấp Phân cấp công trình phụ thuộc vào hệ thống quy chuẩn và tiêu chuẩn kĩthuật hiện hành Việc phân cấp công trình thuỷ lợi tùy thuộc vào trình độ khoa học kỹ thuật vàphát triển nền kinh tế quốc dân của mỗi nước, cho nên đối với các nước có sự quy định khônggiống nhau và ngay cả đối với một nước, sự quy định đó cũng thay đổi theo thời gian

Ví dụ: theo quy chuẩn xây dựng Việt Nam: QCVN 04-05:2012 BNNPTNT Công trìnhthủy lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế Công trình thủy lợi được phân làm năm cấp: Cấp đặcbiệt, Cấp I, Cấp II, Cấp III và Cấp IV

Tuổi thọ và các chỉ tiêu thiết kế công trinh phụ thuộc vào cấp công trình và được quy địnhtrong quy chuẩn của nhà nước và các các tiêu chuẩn kĩ thuật của ngành

Khi thiết kế, tuỳ theo cấp công trình ta xác định được các chỉ tiêu thiết kế tương ứng nhưtần suất lưu lượng và mực nước thiết kế, hệ số tin cậy, tuổi thọ công trình… các chỉ tiêu này cóảnh hưởng đến ổn định, cường độ và độ bền của mỗi một công trình cũng như toàn bộ hệ thống

Vì vậy việc phân cấp công trình có ý nghĩa quan trọng về kinh tế và kĩ thuật trong thiết kế và xâydựng công trình