giải pháp kỹ thuật nâng cao đập đất do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và như cầu sử dụng nước

giải pháp kỹ thuật nâng cao đập đất do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và như cầu sử dụng nước

LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài

“Giải pháp kỹ thuật nâng cao đập đất để tăng dung tích hiệu quả do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nhu cầu dùng nước” được hoàn thành với sự giúp

đỡ tận tình của Quý thầy cô giáo trong Khoa Công trình, Khoa Sau đại học, bộ mônThủy công, cán bộ trường Đại học Thủy lợi, cùng các đồng nghiệp, gia đình và bạnbè

Xin chân thành cảm ơn Quý cơ quan, Quý thầy cô, đồng nghiệp, gia đình và bạn

bè đã luôn động viên khích lệ, tạo nhiều thuận lợi cho học viên trong suốt quá trìnhhọc tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp này

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo – PGS.TS Nguyễn Phương Mậu đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện để học viên

vượt qua các trở ngại và hoàn thành luận văn

Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian và trình độ có hạn, luậnvăn này sẽ không tránh khỏi những sai sót Kính mong Quý thầy cô, Quý đồngnghiệp và bạn bè góp ý xây dựng để học viên hoàn thiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn !

Hà nội, ngày 28 tháng 5 năm 2015

Tác giả

Trương Thế Quang

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các nội dung và kếtquả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bốtrong bất kỳ công trình nào khác

TÁC GIẢ

Trương Thế Quang

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA NƯỚC 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA NƯỚC 3

1.1.1 Đặc điểm của hồ chứa nước 3

1.1.2 Ý nghĩa tài nguyên nước với quá trình phát triển kinh tế xã hội 6

1.2 BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC 7

1.2.1 Khái niệm về biến đổi khí hậu 7

1.2.2 Nội dung về kịch bản biến đổi khí hậu 8

1.2.3 Tác động của biến đổi khí hậu đến hồ chứa nước 12

1.2.4 Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu 14

1.3 THỰC TRẠNG LÀM VIỆC CÁC HỒ CHỨA NƯỚC Ở VIỆT NAM 15

1.3.1 Thay đổi nhiệm vụ hồ chứa do dịch chuyển cơ cấu kinh tế 16

1.3.2 Thay đổi nhiệm vụ do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu 16

1.3.3 Thay đổi nhiệm vụ do tăng nhu cầu dùng nước 17

1.4 KẾT LUẬN 17

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỈNH ĐẬP 18

2.1 GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH HỮU ÍCH HỒ CHỨA NƯỚC 18

2.1.1 Nguyên tắc tính toán dung tích hữu ích theo yêu cầu nhiệm vụ mới 18

2.1.2 Giải pháp nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa nước 18

2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC NÂNG CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP 28

2.3 TÍNH TOÁN THẤM ĐỐI VỚI ĐẬP ĐẤT 29

2.3.1 Mục đích tính toán thấm 29

2.3.2 Các phương pháp tính thấm 29

2.3.3 Phương pháp giải bài toán bằng phần tử hữu hạn 31

2.4 TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP ĐẤT 39

2.4.1 Mục đích tính toán ổn định mái 39

2.4.2 Các phương pháp tính toán ổn định mái 40

2.4.3 Tính toán ổn định mái theo phương pháp cân bằng giới hạn 40

2.5 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM GEO-SLOP 45

2.5.1 Giới thiệu về phần mềm Geo - Slope 45

2.5.2 Cơ sở lý thuyết của phần mềm SEEP/W 46

2.5.3 Cơ sở lý thuyết của phần mềm SLOPE/W 49

2.5.4 Ghép đôi SEEP/W – SLOPE/W 52

2.6 KẾT LUẬN 52

CHƯƠNG III ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO TÍNH TOÁN NÂNG CẤP HỒ CHỨA NƯỚC SUỐI DẦU 54

3.1 GIỚI THIỆU VỀ HỒ CHỨA NƯỚC SUỐI DẦU 54

3.1.1 Vị trí địa lý 54

3.1.2 Điều kiện địa hình 55

3.1.3 Quy mô nhiệm vụ và các thông số kỹ thuật chủ yếu 56

3.2 TÍNH TOÁN DUNG TÍCH HỮU ÍCH 57

3.2.1 Tính toán lượng nước yêu cầu 58

3.2.2 Tính toán dòng chảy đến hồ chứa 66

3.2.3 Tính toán dung tích hữu ích hồ chứa 68

3.3 TÍNH CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP 72

3.3.1 Tính điều tiết lũ 73

3.3.2 Tính cao trình đỉnh đập 79

3.4 THIẾT KẾ NÂNG CAO ĐẬP ĐẤT 86

3.4.1 Đập đất hiện trạng 87

3.4.2 Giải pháp nâng cao đập đất 88

3.5 TÍNH TOÁN THẤM VÀ ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT 89

3.5.1 Tài liệu dùng cho tính toán 89

3.5.2 Kết quả tính toán 93

3.6 KẾT LUẬN 94

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 100

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình I-1 Biểu đồ phân bố hồ chứa nước trên toàn quốc 4 Hình I-2 Hiện tượng hiệu ứng nhà kính 8 Hình I-3 Phân vùng nhiệt độ trung bình tăng trong 50 năm qua [3] 9 Hình I-4 Phân vùng thay đổi lượng mưa trong 50 năm qua [3] _11 Hình I-5 Tổng hợp sự biến đổi dòng chảy trung bình năm các mùa tại một số trạm thủy văn vào giữa thế kỷ 21 [4] 14 Hình II-1 Nâng cao cao độ ngưỡng tràn đối với tràn tự do 19 Hình II-2 Giữ nguyên ngưỡng tràn, tăng chiều cao cửa van _19 Hình II-3 Nâng cao ngưỡng tràn, giữ nguyên chiều cao cửa van 20 Hình II-4 Ngưỡng tràn kiểu phím piano(Công trình đập dâng Văn Phong) 20 Hình II-5 Ngưỡng tràn kiểu Zic – Zắc (Công trình thủy lợi Phước Hòa ) _21 Hình II-6 Ngưỡng tràn kiểu máng bên (Công trình thủy lợi Đa My ) _21 Hình II-7 Đắp áp trúc mái thượng lưu đập _23 Hình II-8 Đắp áp trúc mái cho cả mái thượng và hạ lưu đập _24 Hình II-9 Đắp áp trúc mái hạ lưu đập 24 Hình II-10 Xây dựng tường chắn sóng 25 Hình II-11 Xây dựng đập đất mới về phía hạ lưu đập đất cũ _25 Hình II-12 Chống thấm bằng tường hào Bentonite _26 Hình II-13 Chống thấm bằng khoan phụt vữa xi măng 27 Hình II-14 Sơ đồ chống thấm bằng cọc Xi măng đất _28 Hình II-15 Minh họa mặt hàm xấp xỉ H của phần tử. _32 Hình II-16 Sơ đồ thấm qua đập. _34 Hình II-17 Sơ đồ tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp mặt trượt _41 Hình III-1 Bản đồ vị trí vùng dự án hồ chứa nước Suối Dầu _54 Hình III-2 Bản đồ lưu vực hồ chứa nước Suối Dầu 55 Hình III-3 Hình ảnh hồ Suối Dầu chụp trên Google Earth _56 Hình III-4 Biểu đồ so sánh nhu cầu dùng nước cho các kịch bản (Tr.m 3 ) _66 Hình III-5 Biểu đồ so sánh dung tích cho các kịch bản _71 Hình III-6 Đường quá trình lũ đến _78 Hình III-7 Biểu đồ so sánh cao trình đỉnh đập cho các kịch bản 86

Hình III-8 Mặt cắt đập đất hiện trạng _87 Hình III-9 Mặt cắt đập đất thiết kế nâng cao _89 Hình III-10 Mặt cắt vai phải đập (H74) _90 Hình III-11 Mặt cắt lòng sông (C78) _90 Hình III-12 Mặt cắt vai trái đập (C104 91 Hình III-13 Mặt cắt vai phải đập hiện trạng (H74) 91 Hình III-14 Mặt cắt vai phải đập thiết kế nâng cao (H74) _91 Hình III-15 Mặt cắt lòng sông đập hiện trạng (C78) _92 Hình III-16 Mặt cắt lòng sông đập thiết kế nâng cao (C78) 92 Hình III-17 Mặt cắt vai trái đập hiện trạng (C104) 92

Hình III-18 Mặt cắt vai trái đập thiết kế nâng cao (C104) 93

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng I-1 Thống kê một số đập đất, đất và đá lớn ở Việt Nam _4 Bảng III-1 Các thông số hồ chứa nước Suối Dầu 57 Bảng III-2 Thay đổi nhiệt độ và lượng mưa đến năm 2050 do ảnh hưởng BĐKH _58 Bảng III-3 Diện tích, cơ cấu, thời vụ các loại cây trồng _59 Bảng III-4 Các đặc trưng khí hậu trong khu tưới 59 Bảng III-5 Các đặc trưng khí hậu trong khu tưới do ảnh hưởng BĐKH 60 Bảng III-6 Phân phối mưa năm thiết kế _60 Bảng III-7 Tổng hợp lượng nước yêu cầu tưới (Tr.m 3 ) 62 Bảng III-8 Bảng tổng hợp lượng nước yêu cầu công nghiệp (Tr.m 3 ) _63 Bảng III-9 Tổng hợp lượng nước yêu cầu sinh hoạt (Tr.m 3 ) 63 Bảng III-10 Bảng tổng hợp nhu cầu cấp nước môi trường (Tr.m 3 ) 63 Bảng III-11 Bảng tổng hợp nhu cầu dùng nước hiện tại (Tr.m 3 ) 64 Bảng III-12 Bảng tổng hợp nhu cầu dùng nước kịch bản biến đổi khí hậu B2 (Tr.m 3 ) _64 Bảng III-13 Lượng nước đến đập dâng Hội Xương(Tr.m 3 ) _64 Bảng III-14 Bảng tổng hợp lượng nước yêu cầu tại đầu mối Kịch bản hiện tại (Tr.m 3 ) 65 Bảng III-15 Bảng tổng hợp lượng nước yêu cầu tại đầu mối Kịch bản BĐKH (Tr.m 3 ) _65 Bảng III-16 Bảng tổng hợp nhu cầu dùng nước cho các kịch bản nâng cấp hồ _65 Bảng III-17 Quá trình nước đến bình quân tháng hồ chứa nước Suối Dầu xét tới ảnh hưởng của BĐKH _68 Bảng III-18 Tính toán cân bằng nước Kịch bản hiện tại 69 Bảng III-19 Tính toán cân bằng nước Kịch bản biến đổi khí hậu 70 Bảng III-20 Kết quả tính toán dung tích hữu ích hồ Suối Dầu 71 Bảng III-21 Các thông số công trình dùng tính toán điều tiết lũ 75 Bảng III-22 Lượng mưa 1 ngày lớn nhất lưu vực Suối Dầu 75 Bảng III-23 Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất hồ Suối Dầu _76 Bảng III-24 Đường quá trình lũ theo điều kiện hiện tại _77 Bảng III-25 Đường quá trình lũ thiết kế theo Kịch bản BĐKH _77 Bảng III-26 Tổng hợp kết quả tính điều tiết lũ cho các kịch bản 79 Bảng III-27 Tính toán cao trình đỉnh đập theo hiện tại-PA B tr =3x8m 81 Bảng III-28 Tính toán cao trình đỉnh đập theo Kịch bản BĐKH-PA B tr =3x8m _82

Bảng III-29 Tính toán cao trình đỉnh đập theo hiện tại-PA B tr =4x8m 83 Bảng III-30 Tính toán cao trình đỉnh đập theo Kịch bản BĐKH-PA B tr =4x8m _84 Bảng III-31 Cao trình đỉnh đập cho các kịch bản nâng cấp hồ _85 Bảng III-32 Các thông số đập đất hồ Suối Dầu _87 Bảng III-33 Trường hợp tính toán thấm và ổn định đập _89

Bảng III-34 Kết quả tính toán kiểm tra ổn định đập hồ Suối Dầu 93

MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hồ chứa nước có tầm quan trọng đặc biệt lớn đối với công tác phòng chống lũ lụt,chống hạn hán đảm bảo cấp nước tưới cho sản xuất nông nghiệp và các hoạt động củacon người Về mùa mưa hồ chứa góp phần cắt lũ và làm chậm lũ, nước được tích lạitrong lòng hồ để cung cấp nước tưới, nước sinh hoạt, giữ gìn môi trường sinh thái vềmùa kiệt Tác dụng của hồ chứa nước là rất lớn, tuy nhiên do ảnh hưởng của biến đổikhí hậu làm cho chế độ dòng chảy thay đổi, mưa lớn tập trung vào mùa mưa làm giatăng lũ lụt nhưng lại giảm về mùa khô gây ra hạn hán kéo dài dẫn đến các hồ chứa nướckhông còn đảm bảo được mục tiêu như thiết kế ban đầu Mặt khác, cùng với việc pháttriển của xã hội thì nhu cầu dùng nước tăng lên, mức đảm bảo tưới tăng lên trong khidung tích hồ chứa vẫn không tăng Điều đó đặt ra yêu cầu phải nâng cấp hồ chứa đểtăng dung tích hữu ích các hồ nhằm đảm bảo nhu cầu cấp nước

Đập đất là một hạng mục của được xây dựng rất phổ biến do có nhiều ưu điểm nổitrội như: Có thể xây dựng trên nhiều loại nền, dễ thích ứng với độ lún của nền, ít bị nứt

nẻ gây phá hoại đập, dễ sửa chữa tôn cao

Vì vậy đề tài “Giải pháp kỹ thuật nâng cao đập đất để tăng dung tích hiệu quả do

ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nhu cầu dùng nước“ là hết sức cần thiết có ý

nghĩa thực tiễn cao

CHƯƠNG II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

+ Phân tích các ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nhu cầu dùng nước dẫn đếnnhiệm vụ cần tăng dung tích hiệu quả của hồ chứa nước

+ Nghiên cứu các phương án nâng cao dung tích hiệu quả của hồ chứa

+ Nghiên cứu các tác động và đánh giá ổn định công trình khi nâng cao đập đất.+ Đánh giá tính khả thi của phương án nâng cao trình đỉnh đập để tăng dung tíchhiệu quả của hồ chứa nước Suối Dầu tỉnh Khánh Hòa

CHƯƠNG III PHẠM VI NGHIÊN CỨU

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến các thông số dùng trong tính toánxác định quy mô nhiệm vụ của hồ chứa nước như thay đổi lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm,

bốc hơi ảnh hưởng đến nhu cầu dùng nước, lượng nước đến bình quân tháng, đườngquá trình lũ

+ Chỉ nghiên cứu giải pháp nâng cao đập đất để tăng dung tích hữu ích của hồ chứa,không xét đến biện pháp cải tạo tràn xả lũ và các hạng mục công trình liên quan khác

CHƯƠNG IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

+ Sử dụng các phương pháp tổng hợp, thống kê các tài liệu lý thuyết, thực nghiệm,thực tế ứng dụng vào nâng cấp hồ chứa

+ Sử dụng các phần mềm tính toán thấm, ổn định để đánh giá ổn định của đập đấtsau khi nâng cao

+ Áp dụng tính toán cụ thể cho việc nâng cấp hồ chứa nước Suối Dầu tỉnh KhánhHòa

+ So sánh kết quả và đưa ra đánh giá về tính thực tiễn

CHƯƠNG V TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA NƯỚC

V.1 TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA NƯỚC

V.1.1 Đặc điểm của hồ chứa nước

Trên thế giới cũng như ở Việt Nam, đập đất là công trình ngăn nước được sử dụngrất phổ biến Do có nhiều ưu điểm là sử dụng vật liệu địa phương, rẻ tiền, thi công đơngiản, kết cấu tương đối bền chắc và thi công được trên nhiều loại nền địa chất khácnhau Nhờ việc sử dụng các thành quả ngày càng hoàn thiện của các ngành địa kỹ thuật,

lý thuyết thấm, nghiên cứu ứng suất biến dạng công trình và biện pháp thi công cơ giớinên hình thức kết cấu đập vừa hợp lý, vừa kinh tế

Việt Nam là một trong những nước có nhiều kinh nghiệm trong thiết kế và thi công

hồ chứa Theo điều tra của dự án UNDP VIE 97/2002 ở Việt Nam có khoảng 10.000 hồchứa lớn nhỏ trong đó có gần 500 hồ chứa có đập lớn, đứng vào hàng thứ 16 trong cácnước có số liệu thống kê của Hội đập cao thế giới Theo thống kê của Bộ NN&PTNTnăm 2002 cả nước ta đã có 1967 hồ (dung tích mỗi hồ trên 2.105 m3) Trong đó có 10

hồ thủy điện có tổng dung tích 19 tỷ m3 còn lại là 1957 hồ thủy nông với dung tích5,842 tỷ m3 [7]

Các hồ chứa phân bố không đều trên phạm vi toàn quốc Trong số 61 tỉnh thànhnước ta có 41 tỉnh thành có hồ chứa nước tập trung chủ yếu ở các tỉnh miền Bắc vàmiền Trung (xem hình I-1) Các hồ xây dựng không đều trong từng thời kỳ phát triểncủa đất nước Tính từ năm 1960 trở về trước khu vực miền Bắc và miền Trung xâydựng khoảng 6% Từ năm 1960 đến năm 1975 xây dựng được khoảng 44% Từ năm

1975 đến nay xây dựng khoảng 50%

Trong những năm gần đây bằng nguồn vốn vay ADB, AFD, WB, vốn trái phiếuChính phủ hàng loạt các hồ chứa lớn do ngành NN&PTNT quản lý đã và đang đượcxây dựng ở Miền Bắc, miền Trung và Tây Nguyên: hồ Đầm Hà Động (Quảng Ninh); hồCửa Đạt (Thanh Hóa); hồ Tả Trạch (Thừa Thiên Huế); hồ Nước Trong (Quảng Ngãi);

hồ Định Bình (Bình Định); hồ Hoa Sơn (Khánh Hòa); hồ Tân Giang, hồ Sông Sắt(Ninh Thuận); hồ Lòng Sông (Bình Thuận) và rất nhiều các hồ chứa khác đang tronggiai đoạn thiết kế kỹ thuật: Tà Rục, Sông Chò (Khánh Hòa); Mỹ Lâm (Phú Yên)

Hình I-1 Biểu đồ phân bố hồ chứa nước trên toàn quốc

Ở nước ta đập vật liệu địa phương đóng vai trò chủ yếu Đập vật liệu địa phươngtương đối đa dạng Đập đất được đắp bằng các loại đất: Đất pha tàn tích sườn đồi, đấtBazan, đất ven biển miền Trung Phần lớn các đập ở miền Bắc và miền Trung được xâydựng theo hình thức bằng vật liệu địa phương đồng chất hoặc không đồng chất Đậpkhông đồng chất thường xây dựng khối chống thấm (tường tâm, tường nghiêng, chânkhay) bằng vật liệu có hệ số thấm nhỏ như đất sét, bê tông, màng chống thấm HPDEhoặc tường hào Bentonite Ngoài ra đối với vùng Tây Nguyên và Nam Trung Bộ, đấtđắp đập thường có tính trương nở nên thường sử dụng các hình thức đập nhiều khối có

bố trí thiết bị thoát nước kiểu ống khói

Bảng I-1 Thống kê một số đập đất, đất và đá lớn ở Việt Nam

TT Tên hồ Tỉnh Loại Đập Hmax (m) Năm hoàn thành

TT Tên hồ Tỉnh Loại Đập Hmax (m) Năm hoàn thành

V.1.2 Ý nghĩa tài nguyên nước với quá trình phát triển kinh tế xã hội

Tài nguyên nước có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong quá trình hình thành và pháttriển của loài người Nước góp phần thành tạo bề mặt trái đất, hình thành thổ nhưỡng,thảm thực vật, tạo thời tiết, điều hoà khí hậu, phân phối lại nhiệt độ và độ ẩm Ngoài

ra nước cũng là tác nhân của những thảm họa khi quá nhiều nước gây nên lũ lụt haythiếu hụt nước gây nên tình trạng hạn hán

Hồ chứa nước có tầm quan trọng đặc biệt lớn đối với quá trình điều tiết nguồn nước,phát huy những tác dụng to lớn của nguồn nước và giảm thiểu tác hại xấu Về mùa mưa

hồ chứa nước góp phần cắt lũ, chậm lũ cho vùng hạ du Ngược lại về mùa kiệt cấp nướcđáp ứng yêu cầu tưới, cấp nước công nghiệp, sinh hoạt, giao thông thủy, đẩy mặn giữgìn môi trường sinh thái

Những lợi ích kinh tế mà hồ chứa nước mang lại là rất lớn, khẳng định được vai tròquan trọng trong đảm bảo an toàn cuộc sống của người dân và hoạt động sản xuất Tuynhiên ở nước ta hầu hết các hồ chứa nước xây dựng đã khá lâu nên không còn đảm bảoyêu cầu theo thiết kế ban đầu, không đáp ứng được quá trình phát triển kinh tế xã hội.Một mặt do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu làm ảnh hưởng bất lợi lượng nước đến hồ,nhiệt độ tăng cao làm quá trình bốc hơi tăng nhanh, nhu cầu sử dụng nước cho cácngành không ngừng tăng lên so với thiết kế ban đầu Mặt khác mức đảm bảo tưới tănglên P=85% so với mức P=75% theo tiêu chuẩn cũ [1] Vì vậy yêu cầu đặt ra cần phảinghiên cứu, tính toán những hồ chứa có khả năng nâng dung tích hữu ích để đảm bảophục vụ theo yêu cầu nhiệm vụ mới.

V.2 BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC V.2.1 Khái niệm về biến đổi khí hậu.

Biến đổi khí hậu Trái Đất là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thuỷquyển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyên nhân tựnhiên và nhân tạo trong một giai đoạn nhất định tính bằng thập kỷ hay hàng triệu năm

Sự biển đổi có thế là thay đổi thời tiết bình quân hay thay đổi sự phân bố các sự kiệnthời tiết quanh một mức trung bình Sự biến đổi khí hậu có thế giới hạn trong một vùngnhất định hay có thế xuất hiện trên toàn Địa Cầu Trong những năm gần đây, đặc biệttrong ngữ cảnh chính sách môi trường, biến đổi khí hậu thường đề cập tới sự thay đổikhí hậu hiện nay, được gọi chung bằng hiện tượng nóng lên toàn cầu Nguyên nhânchính làm biến đổi khí hậu Trái Đất là do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thảikhí nhà kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ và bể chứa khí nhà kínhnhư hệ sinh thái rừng, hệ sinh thái biển, ven bờ và đất liền khác

Hình I-2 Hiện tượng hiệu ứng nhà kính

V.2.2 Nội dung về kịch bản biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu đang diễn ra ở quy mô toàn cầu, khu vực và ở Việt Nam do các hoạtđộng của con người làm phát thải quá mức khí nhà kính vào bầu khí quyển Biến đổikhí hậu sẽ tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường trên phạm vitoàn thế giới Vấn đề biến đổi khí hậu đã, đang và sẽ làm thay đổi toàn diện, sâu sắc quátrình phát triển và an ninh toàn cầu như lương thực, nước, năng lượng, các vấn đề về antoàn xã hội, văn hóa, ngoại giao và thương mại

Là một trong những nước chịu tác động nặng nề nhất của biến đổi khí hậu, Việt Namcoi ứng phó với biến đổi khí hậu là vấn đề có ý nghĩa sống còn Năm 2011 Bộ Tàinguyên và Môi trường đã xây dựng và công bố kịch bản biến đổi khí hậu, nước biểndâng cho Việt Nam trên cơ sở cập nhật kịch bản năm 2009 có tính kế thừa và chi tiếthóa các số liệu quan trắc, các nghiên cứu trong và ngoài nước đến năm 2010 Theo đó

bộ tài nguyên môi trường đã xây dựng các kịch bản về biến đổi khí hậu và nước biểndâng cho Việt Nam dựa trên các kịch bản phát thải khí nhà kính khác nhau đó là: kịchbản phát thải thấp (kịch bản B1), kịch bản phát thải trung bình (kịch bản B2) và kịchbản phát thải cao (kịch bản A2) Trong đó đã đưa ra những ảnh hưởng của biến đổi khíhậu cho Việt Nam trong thế kỷ 21 như sau [3]:

V.2.2.1 Về nhiệt độ:

Nhiệt độ mùa đông có thể tăng nhanh hơn so với nhiệt độ mùa hè ở tất cả các vùngkhí hậu trên lãnh thổ Việt Nam Nhiệt độ ở các vùng khí hậu phía Bắc có thể tăngnhanh hơn so với các vùng khí hậu phía Nam.

Hình I-3 Phân vùng nhiệt độ trung bình tăng trong 50 năm qua

- Theo kịch bản phát thải thấp (B1): Vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm ởcác vùng khí hậu phía Bắc có thể tăng so với trung bình giai đoạn 1980-1999 khoảng từ1,6 đến 1,90C, nhưng ở các vùng khí hậu phía Nam tăng ít hơn, chỉ khoảng (1,1 -1,4)0C

- Theo kịch bản phát thải trung bình (B2): Vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bìnhnăm có thể tăng lên 2,60C ở Tây Bắc, 2,50C ở Đông Bắc, 2,40C ở Đồng bằng Bắc Bộ,2,80C ở Bắc Trung Bộ, 1,90C ở Nam Trung Bộ, 1,60C ở Tây Nguyên và 2,00C ở Nam

Bộ so với trung bình giai đoạn 1980 - 1999

- Theo kịch bản phát thải cao (A2): Vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm ởcác vùng khí hậu phía Bắc có thể tăng so với trung bình giai đoạn 1980 - 1999 khoảng

3,1 đến 3,6C, trong đó Tây Bắc là 3,3 C, Đông Bắc là 3,2 C, Đồng bằng Bắc Bộ là3,10C và Bắc Trung Bộ là 3,60C Mức tăng nhiệt độ trung bình năm của các vùng khíhậu phía Nam là 2,40C ở Nam Trung Bộ, 2,10C ở Tây Nguyên và 2,60C ở Nam Bộ.

V.2.2.2 Về lượng mưa:

Lượng mưa mùa khô có thể giảm ở hầu hết các vùng khí hậu trên lãnh Việt Nam, đặcbiệt là các vùng khí hậu phía Nam Lượng mưa mùa mưa và tổng lượng mưa năm cóthể tăng ở tất cả các vùng khí hậu

- Theo kịch bản phát thải thấp (B1): Vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa năm có thể tăngkhoảng 5% ở Tây Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và khoảng (1-2)%

ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ so với trung bình giai đoạn 1980-1999 Lượngmưa trong các tháng từ tháng III đến tháng V sẽ giảm từ (3-6)% ở các vùng khí hậuphía Bắc; lượng mưa vào giữa mùa khô ở các vùng khí hậu phía Nam có thể giảm tới(7-10)% so với giai đoạn 1980-1999 Lượng mưa trong các tháng cao điểm của mùamưa sẽ tăng (6-10)% ở cả bốn vùng khí hậu phía Bắc và Nam Trung Bộ, còn ở TâyNguyên và Nam Bộ chỉ tăng khoảng 1% so với giai đoạn 1980-1999

- Theo kịch bản phát thải trung bình (B2): Vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa năm có thểtăng khoảng (7-8)% ở Tây Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và từ (2-3)% ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ so với trung bình giai đoạn 1980-1999.Lượng mưa trong các tháng từ tháng III đến tháng V sẽ giảm (4-7)% ở Tây Bắc, ĐôngBắc và Đồng bằng Bắc Bộ, khoảng 10% ở Bắc Trung Bộ, lượng mưa vào giữa mùa khô

ở các vùng khí hậu phía Nam có thể giảm tới (10-15)% so với giai đoạn 1980-1999.Lượng mưa các tháng cao điểm của mùa mưa sẽ tăng từ 10% đến 15% ở cả bốn vùngkhí hậu phía Bắc và Nam Trung Bộ, còn ở Tây Nguyên và Nam Bộ chỉ tăng trên dưới1%

Hình I-4 Phân vùng thay đổi lượng mưa trong 50 năm qua

- Theo kịch bản phát thải cao (A2): Vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa năm có thể tăng

so với trung bình giai đoạn 1980-1999, khoảng (9-10)% ở Tây Bắc, Đông Bắc, 10% ởĐồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, (4-5)% ở Nam Trung Bộ và khoảng 2% ở TâyNguyên, Nam Bộ (bảng 4.10) Lượng mưa trong giai đoạn từ tháng III đến tháng V sẽgiảm từ (6-9)% ở Tây Bắc, Đông Bắc và Đồng bằng Bắc Bộ, khoảng 13% ở Bắc Trung

Bộ, lượng mưa vào giữa mùa khô ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ có thể giảmtới (13-22)% so với giai đoạn 1980-1999 Lượng mưa các tháng cao điểm của mùa mưa

sẽ tăng từ 12% đến 19% ở cả bốn vùng khí hậu phía Bắc và Nam Trung Bộ, còn ở TâyNguyên và Nam Bộ chỉ vào khoảng (1-2)%

V.2.2.3 Về mực nước biển dâng:

- Theo kịch bản phát thải thấp (B1): Vào cuối thế kỷ 21, mực nước biển dâng caonhất ở khu vực từ Cà Mau đến Kiên Giang trong khoảng từ 54 đến 72cm; thấp nhất ởkhu vực từ Móng Cái đến Hòn Dấu trong khoảng từ 42 đến 57cm Trung bình toàn ViệtNam, mực nước biển dâng trong khoảng từ 49 đến 64cm

- Theo kịch bản phát thải trung bình (B2): Vào cuối thế kỷ 21, nước biển dâng caonhất ở khu vực từ Cà Mau đến Kiên Giang trong khoảng từ 62 đến 82cm; thấp nhất ởkhu vực từ Móng Cái đến Hòn Dấu trong khoảng từ 49 đến 64cm Trung bình toàn ViệtNam, mực nước biển dâng trong khoảng từ 57 đến 73cm.

- Theo kịch bản phát thải cao nhất (A1FI): Vào cuối thế kỷ 21, nước biển dâng caonhất ở khu vực từ Cà Mau đến Kiên Giang trong khoảng từ 85 đến 105cm; thấp nhất ởkhu vực từ Móng Cái đến Hòn Dấu trong khoảng từ 66 đến 85cm Trung bình toàn ViệtNam, mực nước biển dâng trong khoảng từ 78 đến 95cm

V.2.3 Tác động của biến đổi khí hậu đến hồ chứa nước

V.2.3.1 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy năm.

Tác động của BĐKH đến dòng chảy năm là rất khác nhau giữa các vùng/hệ thốngsông Xu thế biến đổi của dòng chảy năm của các sông là trái ngược nhau giữa hai phầnphía bắc (Bắc Bộ và phần phía bắc của Bắc Trung Bộ - Thanh Hóa và Nghệ An) vàphần phía nam (phần phía nam của Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên vàNam Bộ) Dòng chảy năm trên các sông ở Bắc Bộ, phần phía bắc của Bắc Trung Bộ có

xu thế tăng phổ biến dưới 2% vào thời kỳ 2040-2059 và lên đến (2-5)% vào thời kỳ2080-2099; không có sự chênh lệch nhiều giữa hai kịch bản A2 và B2

Trái lại, dòng chảy năm của các sông ở phần phía nam từ Hà Tĩnh trở vào lại có xuthế giảm Với kịch bản B2, mức giảm của dòng chảy năm thường dưới 4,0% vào thời

kỳ 2040-2059 và dưới 7,0% vào thời kỳ 2080-2099, giảm tương đối ít (dưới 2,0%) ởcác lưu vực sông La, Thu Bồn và thượng nguồn sông Ba, giảm tương đối nhiều ở lưuvực sông Đồng Nai, nhất là hạ lưu sông Bé, có thể tới 7,0% vào thời kỳ 2040-2059 và10,0% vào thời kỳ 2080-2099 ở hạ lưu sông Bé tại trạm Phước Hòa [4]

V.2.3.2 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lũ

Dưới tác động của biến đổi khí hậu, dòng chảy mùa lũ của phần lớn các sông, đều có

xu thế tăng, chỉ riêng sông Đồng Nai giảm so với thời kỳ 1980-1999, và không có sựchênh lệch đáng kể giữa hai kịch bản B2 và A2 Với kịch bản B2, vào thời kỳ 2040-

2059, dòng chảy trung bình mùa lũ tăng khoảng (2,04,0)% ở hai hệ thống sông Hồng Thái Bình và Cả, nhưng chỉ khoảng (0,9-1,5)% ở hai hệ thống sông Thu Bồn và Ba;

-vào thời kỳ 2080-2099 có thể tăng (5,0-10,0)% ở sông Hồng và sông Cả và (2,0-4,0)%

ở hai hệ thống sông Thu Bồn, Ba; riêng sông Thao tăng khá nhiều, vào khoảng 8,7% tạiYên Bái Trong khi đó, dòng chảy mùa lũ của các sông trong hệ thống sông Đồng Nailại giảm khoảng (3,5-6,7)%, giảm nhiều nhất ở hạ lưu sông Bé tại trạm Phước Hòa [4]

V.2.3.3 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy mùa kiệt

Dưới tác động của biến đổi khí hậu, khác với dòng chảy năm và dòng chảy mùa lũ,dòng chảy mùa kiệt trong tương lai của tất cả các sông trong lãnh thổ Việt Nam đềugiảm, nhưng mức giảm là khác nhau khá lớn giữa các sông, thậm chí giữa thượng,trung và hạ lưu trên cùng triền sông và kịch bản B2 có mức giảm nhiều hơn so với kịchbản A2

Vào thời kỳ 2040-2059, mức độ giảm của dòng chảy trung bình mùa kiệt dao độngtrong phạm vi từ dưới 1,5% ở các sông: Đà, Gâm, Hiếu, đến trên 10% tại sông Ba; còncác sông khác thường giảm (3,0-10,0)% [4]

Nhìn chung, biến đổi khí hậu sẽ làm thay đổi các đặc trưng dòng chảy của tất cả cácsông trên lãnh thổ Việt Nam, xu thế biến đổi cũng như mức độ biến đổi là khác nhaugiữa các hệ thống sông trong các vùng cũng như giữa các đặc trưng dòng chảy trêncùng dòng sông (hình I-5) Do vậy các hồ chứa nước xây dựng trên các lưu vực sôngkhác nhau cần tính toán lại để có biện pháp nâng cấp sửa chữa cho phù hợp với mụctiêu nhiệm vụ trong tương lai

Hình I-5 Tổng hợp sự biến đổi dòng chảy trung bình năm các mùa tại một số trạm

thủy văn vào giữa thế kỷ 21 [4]

V.2.4 Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu.

Trong ba kịch bản đã được xây dựng cho Việt Nam thì kịch bản phát thải thấp (B1)

mô tả một thế giới phát triển tương đối hoàn hảo theo hướng ít phát thải khí nhà kínhnhất, tốc độ tăng dân số rất thấp, cơ cấu kinh tế thay đổi nhanh theo hướng dịch vụ vàthông tin, các thỏa thuận quốc tế nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính được thực hiện

đầy đủ và nghiêm túc trên phạm vi toàn cầu Tuy nhiên, với cơ cấu kinh tế không đồngnhất giữa các khu vực trên thế giới như hiện nay, cộng với nhận thức rất khác nhau vềbiến đổi khí hậu và quan điểm còn rất khác nhau giữa các nước phát triển và các nướcđang phát triển, đàm phán quốc tế về biến đổi khí hậu nhằm ổn định nồng độ khí nhàkính hạn chế mức độ gia tăng nhiệt độ ở mức dưới 20C gặp rất nhiều trở ngại, kịch bảnphát thải thấp (B1) có rất ít khả năng trở thành hiện thực trong thế kỷ 21

Kịch bản phát thải cao (A2) mô tả một thế giới không đồng nhất ở quy mô toàn cầu,

có tốc độ tăng dân số rất cao, chậm đổi mới công nghệ hoặc sử dụng tối đa năng lượnghóa thạch Đây là các kịch bản xấu nhất mà nhân loại cần phải nghĩ đến Với những nỗlực trong phát triển công nghệ thân thiện với khí hậu, đàm phán giảm phát thải khí nhàkính, và sực chung tay chung sức của toàn nhân loại trong “liên kết chống lại biến đổikhí hậu”, có thể hy vọng rằng những kịch bản phát thải cao sẽ có rất ít khả năng xảy ra

Từ những lý do nêu trên, kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng đối với ViệtNam được khuyến nghị sử dụng trong thời điểm hiện nay là kịch bản ứng với mức phátthải trung bình (B2) [19] Vì vậy trong phạm vi luận văn tác giả lựa chọn kịch bản B2

để nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đối với hồ chứa nước

V.3 THỰC TRẠNG LÀM VIỆC CÁC HỒ CHỨA NƯỚC Ở VIỆT NAM

Hồ chứa nước là công trình được xây dựng với mục đích sử dụng tổng hợp và đachức năng Hồ cấp nước cho các ngành sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt,phòng chống lũ lụt, hạn hán, hồ phát điện, du lịch, cải tạo môi trường Khi thiết kế xâydựng hồ chứa nước mới sẽ tạo điều kiện phát triển kinh tế, tạo ra việc làm mới, giảiquyết thất nghiệp giúp đảm bảo an sinh xã hội và trong một số trường hợp còn đảm bảo

an ninh quốc phòng

Ở Việt Nam phần lớn các hồ chứa nước được xây dựng trong những năm 70, 80 củathập kỷ trước, trong điều kiện kinh tế đất nước còn nhiều khó khăn, công tác khảo sátthiết kế và thi công còn nhiều hạn chế Thời gian khai thác sử dụng của các hồ đã lâu,việc quản lý duy tu bảo dưỡng chưa được quan tâm đầy đủ, thiếu kinh phí dẫn đếnnhiều hồ chứa bị xuống cấp, gây mất an toàn công trình và không đảm bảo được mụctiêu đặt ra như thiết kế ban đầu

Hiện nay với sự phát triển của kinh tế xã hội, đất nước đang trong quá trình chuyểndịch cơ cấu kinh tế theo hướng công nghiệp hóa với mục tiêu đến năm 2020 Việt Nam

cơ bản trở thành một nước công nghiệp Cùng với ảnh hưởng của biến đổi khí hậu dẫnđến nhiệm vụ của hồ chứa nước đã có nhiều thay đổi so với thiết kế ban đầu

V.3.1 Thay đổi nhiệm vụ hồ chứa do dịch chuyển cơ cấu kinh tế

Nội dung cơ bản của chuyển dịch cơ cấu kinh tế ở nước ta theo hướng công nghiệphoá, hiện đại hoá là tăng nhanh tỷ trọng giá trị trong GDP của các ngành công nghiệp,xây dựng và thương mại - dịch vụ, đồng thời giảm dần tương đối tỷ trọng giá trị trongGDP của các ngành nông nghiệp, lâm nghiệp và ngư nghiệp Để làm được điều đó,ngành nông nghiệp đã có bước chuyển dịch tích cực theo hướng đẩy mạnh sản xuất cácloại nông sản hàng hóa có giá trị kinh tế cao, quy hoạch các vùng trồng lúa có năng suấtcao hoặc chuyển sang nuôi trồng thủy sản và các cây trồng khác có giá trị cao hơn câylúa

Những nội dung của dịch chuyển cơ cấu kinh tế dẫn đến yêu cầu dùng nước (q) theothiết kế ban đầu của một số hồ chứa nước sẽ không còn phù hợp Diện tích từng loạicây trồng, nhu cầu dùng nước của các loại giống cây trồng vật nuôi thay đổi Vì vậyyêu cầu đặt ra là phải xác định nhu cầu dùng nước cho các loại cây trồng vật nuôi mới,cho các vùng sản xuất hàng hóa tập trung đã được quy hoạch để tính toán điều tiết cấpnước hồ chứa theo nhiệm vụ mới

V.3.2 Thay đổi nhiệm vụ do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

Như đã phân tích ở trên, biến đổi khí hậu sẽ làm nhiệt độ trái đất tăng lên, hạn hánxuất hiện thường xuyên và khắc nghiệt hơn, lượng mưa giảm vảo mùa khô và tăng vàomùa lũ Khi nhiệt độ trung bình tăng, lượng mưa trung bình mùa khô giảm dẫn đến độ

ẩm không khí giảm, tăng nhanh quá trình bốc hơi Yêu cầu đặt ra cần phải tăng hệ sốtưới mặt ruộng để đảm bảo cây trồng sinh trưởng phát triển tốt

Ngoài ra mức đảm bảo tưới tăng lên P=85% so với mức P=75% theo tiêu chuẩn cũtrong khi lượng mưa giảm dẫn đến hệ số tưới dùng cho tính toán lượng nước yêu cầu tạimặt ruộng cũng tăng phải tăng lên Mức tưới của các loại cây trồng tăng dẫn đến nhucầu cần phải tăng dung tích hồ chứa nước để đáp ứng nhiệm vụ tưới như thiết kế banđầu

V.3.3 Thay đổi nhiệm vụ do tăng nhu cầu dùng nước

Do kinh tế xã hội ngày càng phát triển nên lượng nước ngoài phục vụ cho các ngành,các nhiệm vụ theo thiết kế ban đầu thì đã có phát sinh những nhiệm vụ mới đó là:

- Cấp nước cho sinh hoạt: Do ảnh hưởng của quá trình di dân hoặc quá trình đô thịhóa, dân số tăng nhanh dẫn đến yêu cầu cấp nước cho sinh hoạt của nhân dân tăng lên

- Cấp nước cho công nghiệp: Tốc độ công nghiệp hóa, nhà máy, các khu chế xuất,khu công nghiệp ra đời làm cho hồ chữa nước có thêm nhiệm vụ mới cấp nước cho hoạtđộng sản xuất của các nhà máy

- Cấp nước cho môi trường: Theo Nghị Định 112/2008/NĐ-CP, dòng chảy tối thiểuđược quy định phải được tính toán đưa vào cân bằng nước của hồ chứa thủy lợi, thủyđiện đảm bảo sự hoạt động bình thường của hệ sinh thái thủy sinh của lưu vực Vì vậycác hồ chứa thiết kế trước đây chưa xét đến nhiệm vụ này cần được xem xét bổ sungtrong quá trình cải tạo nâng cấp để đảm bảo môi trường sinh thái và phát triển bềnvững

V.4 KẾT LUẬN.

Nội dung chương I đã nêu tổng quan về hồ chứa nước ở Việt Nam; ý nghĩa của tàinguyên nước đến quá trình phát triển kinh tế xã hội; khái quát các kịch bản và tác độngcủa biến đổi khí hậu đến cuộc sống con người trên trái đất nói chung, đến quy mônhiệm vụ cũng như hiệu quả khai thác của hồ chứa nước nói riêng Trong đó kịch bảnbiến đổi khí hậu tác giả lựa chọn để nghiên cứu ảnh hưởng đến dung tích hồ chứa nước

là kịch bản ứng với mức phát thải trung bình (B2) Ngoài ra tác giả còn phân tích nhữngthay đổi về nhiệm vụ của hồ chứa nước hiện nay so với thiết kế đặt ra ban đầu

CHƯƠNG VI PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO

ĐỈNH ĐẬP VI.1 GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH HỮU ÍCH HỒ CHỨA NƯỚC

Căn cứ vào nhu cầu sử dụng nước, điều kiện địa hình, địa chất, lượng nước đến hồđảm bảo, kích thước các công trình hiện trạng, khả năng cung cấp vật liệu và giới hạnmặt bằng thi công của từng hồ chứa để có giải pháp phù hợp nhằm nâng cao dung tíchcủa hồ chứa

VI.1.1 Nguyên tắc tính toán dung tích hữu ích theo yêu cầu nhiệm vụ mới

- Từ tài liệu thủy văn đến thời điểm thiết kế xây dựng hồ chứa nước và tài liệu cậpnhật đến thời điểm hiện tại, lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu phù hợp để tính toán lưulượng dòng chảy đến hồ chứa

- Từ tài liệu thủy nông xác định hệ số tưới mới cho từng loại cây trồng cộng vớinhững nhiệm vụ phát sinh mới cho hồ chứa nước, xác định được tổng nhu cầu dùngnước ở hạ du cho các mục đích: tưới tại mặt ruộng và hoa màu, cấp nước cho chăn nuôi

và nuôi trồng thủy sản, cấp nước sinh hoạt, cấp nước cho công nghiệp và nước cho môitrường

- Từ lưu lượng nước đến và nhu cầu dùng nước ở hạ dụ tính toán cân bằng nước xácđịnh dung tích hữu ích của hồ chứa nước trên cơ sở đảm bảo tính kỹ thuật và hiệu quảđầu tư nâng cấp công trình

VI.1.2 Giải pháp nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa nước

VI.1.2.1 Cải tạo nâng cấp tràn xả lũ

Tràn xả lũ liên quan trực tiếp đến cao trình mực nước dâng bình thường Đối với trànchảy tự do cao trình ngưỡng tràn bằng cao trình MNDBT, đối với tràn có cửa van caotrình ngưỡng tràn thấp hơn cao trình MNDBT Vì vậy khi cần nâng cao dung tích hồchứa thì đối với tràn chảy tự do nhất định phải nâng cao trình ngưỡng tràn Đối với tràn

có cửa van có thể nâng cao chiều cao cửa van và giữ nguyên cao trình ngưỡng tràn hoặcvẫn giữ nguyên chiều cao cửa van cũ và nâng cao độ ngưỡng tràn

Ngoài ra biến đổi khí hậu lưu lượng lũ sẽ tăng so với thiết kế ban đầu dẫn đến phảităng khả năng tháo cho tràn để kịp thời xả lũ, giữ an toàn cho đập dâng nói riêng và

công trình đầu mối nói chung Vì vậy thiết kế nâng cấp tràn xả lũ cần giải quyết đượchai vấn đề:

- Thứ nhất: Điều chỉnh cửa van hoặc ngưỡng tràn để nâng cao cao trình MNDBTtheo tính toán điều tiết hồ

- Thứ hai: Tính toán nâng cấp tràn để tháo được Qlũ

TK mới

Cải tạo nâng cấp tràn xả lũ để nâng cao trình MNDBT:

Đối với tràn tự do:

Biện pháp nâng cấp đối với tràn tự do là nâng cao cao trình ngưỡng tràn

Hình II-6 Nâng cao cao độ ngưỡng tràn đối với tràn tự do Đối với tràn có cửa van:

Để nâng cao cao trình MNDBT có thể giữ nguyên cao trình ngưỡng tràn và tăngchiều cao cửa van (hình II-2) hoặc nâng cao trình ngưỡng tràn và giữ nguyên chiều caocửa van (hình II-3)

Hình II-7 Giữ nguyên ngưỡng tràn, tăng chiều cao cửa van

Hình II-8 Nâng cao ngưỡng tràn, giữ nguyên chiều cao cửa van

Nâng cấp tràn để tháo lưu lượng lũ thiết kế mới:

Khi cao trình tràn mới đủ để tích nước đạt mực nước dâng bình thường theo thiết kếcần tính toán lại khả năng tháo của tràn Dựa vào điều kiện địa hình, địa chất, điều kiệnthi công, nguồn vật liệu để có biện pháp mở rộng tràn hoặc làm thêm tràn mới đảm bảokhả năng thoát lũ với lưu lượng lũ mới

Mở rộng khẩu diện tràn:

Chiều rộng tràn xác định theo công thức:

Trong trường hợp địa hình không cho phép kéo dài đường tràn có thể sử dụng hìnhthức tràn phím piano (hình II-4), tràn Zic zắc (hình II-5), tràn máng bên (hình II-6)

Hình II-9 Ngưỡng tràn kiểu phím piano (Công trình đập dâng Văn Phong)

Hình II-10 Ngưỡng tràn kiểu Zic – Zắc (Công trình thủy lợi Phước Hòa )

Hình II-11 Ngưỡng tràn kiểu máng bên (Công trình thủy lợi Đa My )

Tràn mới có thể bố trí cạnh tràn cũ hoặc tại vị trí độc lập với tràn cũ trên nguyên tắccác hạng mục trong cụm công trình đầu mối làm việc độc lập, không ảnh hưởng đếncông trình khác Ưu điểm của phương án này là tăng được đáng kể khả năng tháo lũ,không gây ảnh hưởng đến cụm công trình đầu mối đã xây dựng.

VI.1.2.2 Giải pháp cải tạo, nâng cấp đập dâng

Nâng cao cao trình đỉnh đập

Khi có yêu cầu tăng dung tích của hồ chứa nước, cùng với phương án cải tạo, mởrộng tràn để tăng khả năng tháo, nâng cao mực nước dâng bình thường thì cần phải kếthợp nâng cao cao trình đỉnh đập Nguyên lý thiết kế nâng cao đập đất như sau:

- Căn cứ tài liệu khảo sát địa hình, địa chất, thủy văn và hồ sơ thiết kế cũ của côngtrình hiện trạng, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cũ để kiểm tra ổn định của đập hiện trạng

từ đó có biện pháp gia cố và xử lý trước khi nâng cao đập

- Kiểm tra lại các loại tài liệu trên và hồ sơ thiết kế cũ để quyết định những công việccần phải bổ sung như tài liệu địa hình, địa chất, khí tượng thủy văn v.v…

- Dựa vào kịch bản biến đổi khí hậu để bổ sung, cập nhật như mưa, gió, nhiệt độ, liệtthủy văn kéo dài, phân bố mưa theo thời gian nhằm thu thập, cập nhật đủ số liệu phục

vụ tính toán điều tiết hồ chứa có kể đến biến đổi khí hậu như nhiệt độ, bốc hơi thiết kếmới để tính tổn thất bốc hơi, mưa để tính dòng chảy và phân phối dòng chảy năm thiết

kế Xác định hệ số thấm, hệ số lưu lượng kênh mương và tính các số liệu về nước dùngtheo yêu cầu nhiệm vụ mới

- Xác định lưu lượng nước dùng tăng lên do nhu cầu phát triển kinh tế xã hội (các hộdùng nước hiện tại, tương lai) Thông qua tính toán cân bằng nước để xác định nhiệm

vụ mới của công trình từ đó ta xác định được dung tích hiệu quả Wh

m (theo nhiệm vụmới có xét đến kịch bản biến đổi khí hậu)

- Xác định mực nước dâng bình thường MNDBT khi đã có Wh

m Xác định MNLTK,MNLKT thông qua tính toán điều tiết lũ, giả thiết các kịch bản nâng cấp tràn khác nhautính toán so sánh kinh tế, kỹ thuật tìm được Btr

m kinh tế

- Xác định cao trình đỉnh đập từ 3 điều kiện mực nước: MNDBT, MNLTK,MNLKT Qua tài liệu cập nhật mới về tốc độ gió thổi theo kịch bản biến đổi khí hậu

- Lựa chọn các kích thước (hệ số mái mt, mh, chiều rộng đỉnh đập, cơ đập, bộ phậnthoát nước) và các kết cấu công trình (gia cố mái thượng hạ lưu, bộ phận thoát nước)trên cơ sở có xét đến kích thước và kết cấu của đập hiện trạng.

- Tính toán ổn định về thấm, ổn định mái theo quy phạm hiện hành để đảm bảo côngtrình làm việc an toàn hiệu quả

Dựa vào tài liệu địa hình, địa chất, điều kiện thi công có thể lựa chọn các hình thứcđắp nâng cao cao trình đỉnh đập đất như sau:

Đắp áp trúc mái thượng lưu:

Th©n ®Ëp cò

Hình II-12 Đắp áp trúc mái thượng lưu đập

Ưu điểm của hình thức này là bằng cách sử dụng vật liệu có tính thấm nhỏ và kiểmsoát tốt quá trình thi công thì sẽ giải quyết được vấn đề thấm qua thân đập (đối vớinhững đập có hiện tượng thấm trong quá trình vận hành) qua đó giúp hồ chứa làm việc

an toàn và hiệu quả hơn Tuy nhiên nhược điểm của biện pháp này là quá trình thi côngchịu ảnh hưởng của mực nước hồ, phải tháo cạn mực nước hồ hoặc đắp đê quây dẫndòng thi công rất phức tạp Biện pháp này thường được áp dụng đối với các hồ chứavừa và nhỏ, khối lượng thi công ít và thời gian thi công nhanh để hạn chế ảnh hưởngđến quá trình cấp nước cho hạ du

Đắp áp trúc cho cả mái thượng và hạ lưu đập:

Hình thức này thường ít được sử dụng do phải cải tạo toàn mái thượng và hạ lưu đập,nối dài cống lấy nước theo cả hai mái, chịu ảnh hưởng của mực nước trong hồ Thườngchỉ áp dụng cho các hồ chứa nhỏ do nhân dân tự đắp chất lượng không đảm bảo, mựcnước hồ có thể tháo cạn

Hình II-14 Đắp áp trúc mái hạ lưu đập

Ưu điểm của hình thức này là thi công không bị ảnh hưởng của mực nước trong hồ,vẫn đảm bảo cấp nước cho hạ du và thường được áp dụng khi nâng cấp các hồ chứa.Hạn chế của phương pháp này đó là không khắc phục được vấn đề thấm qua thân đậpđối với những hồ chứa xuất hiện dòng thấm ở mái hạ lưu mà phải kết hợp biện phápkhoan phụt xử lý chống thấm cho thân đập Ngoài ra còn phải xây dựng lại thiết bị thoátnước mái hạ lưu như đống đá thoát nước

Xây dựng tường chắn sóng:

Th©n ®Ëp

§Ønh ®Ëp cò

Hình II-15 Xây dựng tường chắn sóng

Ưu điểm của hình thức xây dựng tường chắn sóng là thi công đơn giản, chi phí xâydựng thấp Tuy nhiên do tường xây trên đỉnh đập cho nên chiều cao xây tường có hạn,

vì vậy cao trình đỉnh đập được nâng cao không nhiều, chỉ áp dụng được cho hồ chứachưa xây dựng tường chắn sóng và yêu cầu nâng cao mực nước không lớn

Xây dựng đập đất mới:

Một số hồ chứa nước đập hiện trạng thi công không đảm bảo, đã xuống cấp nghiêmtrọng không còn khả năng nâng cao hoặc nâng cao sẽ dẫn đến chi phí xây dựng rất lớn.Khi đó để nâng cao dung tích hồ chứa nước phải xây dựng tuyến đập mới về phía hạlưu đập cũ và đập cũ có tác dụng làm đê quây để thi công đập mới

Th©n ®Ëp

§Ønh ®Ëp míi

Hình II-16 Xây dựng đập đất mới về phía hạ lưu đập đất cũ

Ưu điểm của hình thức này là đập mới thi công có thể kiểm soát tốt chất lượng côngtrình, thi công độc lập không bị gián đoạn bởi mực nước hồ và vẫn đảm bảo cấp nướccho hạ du Tuy nhiên nhược điểm là chi phí đầu tư xây dựng cao

Giảm tổn thất thấm qua đập

Hồ chứa ở Việt Nam phần lớn xây dựng xây dựng trong những năm 70, 80 của thế

kỷ trước khi mà điều kiện ứng dụng khoa học kỹ thuật vào thiết kế và thi công còn hạnchế dẫn đến lưu lượng thấm qua thân và nền đập lớn Khi hồ chứa xuất hiện dòng thấmlớn gây mất nước đáng kể làm giảm dung tích hữu ích của hồ chứa cần phải có biệnpháp gia xử lý chống thấm kịp thời Các giải pháp đó là:

- Chống thấm bằng màng địa kỹ thuật cho mái thượng lưu Khi xây dựng đập đất

trên nền thấm nước mạnh mà chiều dày tầng nền thấm nuớc khá dày và vật liệu làmthân đập có hệ số thấm lớn bằng cách gia cố một lớp màng chống thấm (có hệ số thấmrất nhỏ, chỉ từ 10-9cm/s) trên mái phía thượng lưu sẽ hạn chế rất lớn lưu lượng thấmqua công trình Để bảo vệ lớp vải địa kỹ thuật không bị oxy hóa và lão hóa do ánh sángmặt trời và biến đổi của nhiệt độ thì cần phải phủ lên lớp vải 1 lớp bảo vệ có thể bằngđất dày tối thiểu 1m Một số công trình áp dụng biện pháp này và cho hiệu quả khá tốtnhư: Hồ Dầu Tiếng, hồ Sóc Sơn – Hà Nội, hồ Nhả Đường – Hà Tĩnh

- Chống thấm bằng tường hào Bentonite Tường hào chống thấm là loại tường chống

thấm được thi công bằng biện pháp chung là đào hào trong dung dịch Betonite trước,sau đó sử dụng hỗn hợp các loại vật liệu: Xi măng + Bentonite + Phụ gia, sau thời giannhất định đông cứng lại tạo thành tường chống thấm cho thân và nền đập Hào được thicông trong dung dịch Bentonite hố móng có mái dốc đứng, hẹp, sâu được thi công trongđiều kiện luôn có dung dịch Bentonite Hào thường có chiều rộng 0,5  0,9m, có chiềusâu 5  120m

Hình II-17 Chống thấm bằng tường hào Bentonite

Công nghệ tường hào chống thấm Bentonite hiện nay đã được phổ biến, ứng dụng ởcác công trình hồ Am Chúa (Khánh Hòa), hồ Dương Đông (Phú Quốc) và Dầu Tiếng ởTây Ninh.

- Chống thấm bằng khoan phụt vữa xi măng Trường hợp đất nền còn tồn tại lớp bồi

tích dày, phía dưới là đá phong hóa nứt nẻ mạnh, hoặc trong thân đập có xen kẹp lớpđất có hệ số thấm lớn do sử dụng vật liệu nhiều dăm sạn hay quá trình đầm nện chưađạt công năng đầm Để xử lý thấm trong trường hợp này hiện nay thường dùng biệnpháp khoan phụt vữ ximăng tạo màng chống thấm kết hợp với mạng lưới các hố khoantiêu nước dọc thân đập Căn cứ vào mức độ nứt nẻ của nền đập, chiều dày, chiều sâucủa lớp thấm mạnh yêu cầu về chất lượng của màn chống thấm và áp lực thấm dự kiếntác động để có thể thiết kế số lượng các hố khoan phụt, cũng như chiều sâu của chúng

và cách thức bố trí các hố khoan trên phạm vi cần xử lý Ở Việt Nam công nghệ chốngthấm bằng khoan phụt vữa xi măng đã được ứng phổ biến để xử lý thấm cho nhiều côngtrình, như Hồ Cà Giây (Bình Thuận), hồ Tân Giang (Ninh Thuận), hồ Buôn Joong (ĐắkLắk), hồ Định Bình (Bình Định)

Hình II-18 Chống thấm bằng khoan phụt vữa xi măng

- Chống thấm bằng cọc xi măng đất thi công bằng công nghệ JetGrouting

Công nghệ chống thấm bằng cọc xi măng đất, thi công bằng công nghệ khoan phụt áplực cao Jet - Grouting sử dụng khoan phụt áp lực cao tạo ra cột đất gia cố từ vữa phụt

và đất nền Nhờ tia nước và vữa phun ra với áp suất cao (từ 200 đến 400 atm), vận tốclớn (100m/s), các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hoà trộn với vữaphụt Sau khi đông cứng tạo thành một khối đồng nhất gọi là cọc bê tông đất vừa có tác

dụng chịu lực vừa có tác dụng chống thấm Vật liệu sử dụng tạo cọc bao gồm: Chất kếtdính, nước và phụ gia để ngăn ngừa khỏi bị quá chảy hoặc làm chậm ninh kết

10

4 8

3 7

2 6

1

Hình II-19 Sơ đồ chống thấm bằng cọc Xi măng đất

Công nghệ chống thấm bằng cọc xi măng đất có nhiều ưu điểm như có thể chốngthấm cho nền là cát sỏi rời đến đất bùn sét, có thể xuyên qua các lớp đất cứng, hoặc cáctấm bê tông, khả năng sử lý sâu, thi công được trong điều kiện khó khăn chật hẹp, côngtrình bị ngập nước, xử lý được phần nền nằm dưới bản đáy và giá thành rẻ Ở ViệtNam, công nghệ này đã được ứng dụng để xử lý chống thấm cho một số hồ chứa như:

hồ Đá Bạc (Hà Tĩnh), hồ Cống Trại (Nghệ An), hồ Hao Hao (Thanh Hóa), hồ BôngCanh (Hòa Bình)…

Như đã phân tích ở trên, để nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa nước thì cầnthiết phải kết hợp biện pháp cải tạo tràn xả lũ với cải tạo nâng cấp đập dâng Tuy nhiêntrong phạm vi luận văn, tác giả đi sâu nghiên cứu biện pháp nâng cao đập đất để tăngdung tích hữu ích cho hồ chứa nước

VI.2 ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC NÂNG CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP

Đối với hồ chứa nước sau khi đắp nâng cao cao trình đỉnh đập để tăng dung tích hữuích thì mực nước thượng lưu tăng lên, cấu tạo mặt cắt đập thay đổi dẫn đến nguy cơ đập

có thể mất ổn định Các hình thức mất ổn định có thể là:

Mất ổn định về thấm:

- Thấm mạnh gây sủi nước ở vai đập

- Thấm mạnh gây sủi nước ở mang công trình

- Thấm mạnh hoặc sủi nước trong phạm vi thân đập

Các hình thức mất ổn định về thấm ngoài việc làm mất nước trong hồ còn có khảnăng dòng thấm làm trôi đất ở nền đập gây nên biến hình thấm xói ngầm hoặc lở đất

Mất ổn định trượt mái:

- Dòng thấm thoát ra ở mái hạ lưu lớn có thể gây trượt mái.

- Mái đập thiết kế hệ số mái không đủ ổn định gây trượt mái

- Mái thượng lưu bị sạt trượt trong trường hợp mực nước hồ rút nhanh khi cần tháocạn hồ hoặc hồ xả lũ làm mực nước hồ giảm về mực nước dâng bình thường

Mất ổn định lún:

- Chênh lệch lún quá mức cho phép

- Khối đất đắp mới có hiện tượng chuyển vị về phía hạ lưu gây nứt dọc thân đập

- Nứt thân đập: bao gồm các hiện tượng nứt ngang và nứt dọc chỗ tiếp xúc giữa khốiđắp mới và thân đập, nền đập cũ

VI.3 TÍNH TOÁN THẤM ĐỐI VỚI ĐẬP ĐẤT

VI.3.1 Mục đích tính toán thấm

Vấn đề thấm qua thân, nền đập từ thượng lưu về hạ lưu trong quá trình khai thác vậnhành là một trong những vấn đề quan trọng trong việc đánh giá ổn định của đập Thấmgây nên hiện tượng mất nước, xói ngầm, đùn sủi mất đất làm biến dạng đập dẫn đế vỡđập gây thiệt hại người và vật chất nghiêm trọng Vì vậy cần phải nghiên cứu, tính toáncác đặc trưng về dòng thấm như: lưu lượng, đường bão hoà, gradient, áp lực thấm ứngvới các điều kiện biên khác nhau để đánh giá an toàn công trình trong quá trình vậnhành khai thác

VI.3.2 Các phương pháp tính thấm

VI.3.2.1 Phương pháp cơ học chất lỏng

Phương pháp này dùng toán học làm công cụ để xác định những đặc trưng của dòngthấm như lưu lượng, lưu tốc, gradient, áp lực, đường bão hòa tại bất kỳ một vị trí nàotrong môi trường thấm Do khi tính toán không đưa nhiều vào những giả thiết cho nênphương pháp cơ học chất lỏng cho kết quả chính xác

Ưu điểm: Phương pháp cơ học chất lỏng chủ yếu có tầm quan trọng về mặt lý thuyết,trên cơ sở đó người ta có thể đưa ra các giải quyết gần đúng Ứng dụng những lời giảicủa cơ học chất lỏng ta có thể lập được những biểu đồ tính toán để dùng trong thực tế

Nhược điểm: Phương pháp này chỉ sử dụng được trong trường hợp bài toán có sơ đồđơn giản Khi gặp những sơ đồ phức tạp (điều kiện ban đầu và điều kiện biên phức tạp)thì cách giải này gặp nhiều khó khăn về mặt toán học và trong nhiều trường hợp gầnnhư bế tắc Do vậy trong thực tế thiết kế tính toán thấm, phương pháp này ứng dụng rấthạn chế.

VI.3.2.2 Phương pháp thủy lực

Phương pháp thủy lực cho ta kết quả tính toán theo phương pháp thủy lực học là chonhững đặc trưng trung bình của dòng thấm

Ưu điểm: Có thể giải được những trường hợp phức tạp trong thực tế Mặt khác, độchính xác của nó đáp ứng đuợc yêu cầu kỹ thuật, nên được áp dụng rộng rãi

Nhược điểm: Do phải dựa vào một số tiên đề, giả thiết nhất định Nên phương phápnày kém chính xác

VI.3.2.3 Phương pháp thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm là dùng mô hình để xác định những đặc trưng của dòngthấm Phương pháp này bao gồm những loại chính sau:

- Thí nghiệm bằng máng kính: Việc thí nghiệm được tiến hành trên mô hình trongmáng kính để xác định lưu lượng, áp lực, đường bão hòa

- Thí nghiệm khe hẹp: Dựa vào sự tương tự giữa chuyển động của chất lỏng có độnhớt lớn (các loại dầu nhờn) trong khe hẹp vơi sự chuyển động của nước trong môitrường rỗng (chảy tầng) mà xác định những đặc trưng dòng thấm trên cơ sở đo đạcnhững đặc trưng của dòng chảy của dầu trong khe hẹp

- Phương pháp tương tự điện – thủy động (EGDA): Dùng tính tương tự giữa dòngđiện và dòng thấm để giải quyết những bài toán thấm trên mô hình dòng điện

Ưu điểm: Được ứng dụng rộng rãi vì khá tiện lợi, có thể giải quyết được những sơ đồthấm phức tạp

Nhược điểm: Giá thành thí nghiệm cao, kết quả thí nghiệm phụ thuộc vào điều kiệnthí nghiệm cũng như chủ quan của người làm thí nghiệm

VI.3.2.4 Phương pháp số

Phương pháp số là phương pháp gần đúng để giải bài toán Phương pháp này được

đề nghị thấm từ cách đây nửa thế kỷ, tuy nhiên nó mới phát triển và ứng dụng rộng rãitrong 30 năm trở lại đây cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy tính.Hai phương pháp chính đem lại kết quả khá chính xác là phương pháp sai phân vàphương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp số đòi hỏi phải giải một hệ phương trình đại số tuyến tính lớn do đó đểgiải bài toán cần có công cụ máy tính mạnh Hai phương pháp số nêu trên thích hợp cảvới các bài toán thấm phẳng và thấm không gian có điều kiện biên phức tạp trong môitrường thấm đồng nhất và không đồng nhất Trong thực tế, với ưu điểm của việc chialưới phần tử một cách linh hoạt có kích thước thay đổi và hình dạng khác nhau, phươngpháp phần tử hữu hạn có thể giải quyết các bài toán có mặt cắt, điều kiện biên phức tạpnên được dùng rộng rãi trong việc giải quyết bài toán thấm Vì vậy trong phạm vi luậnvăn, tác giả áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán thấm qua đập đất

VI.3.3 Phương pháp giải bài toán bằng phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng sự gần đúng về mặt vật lý của môi trường.Việc giải bài toán chính xác trong môi trường liên tục được xấp xỉ bằng tập hợp hữuhạn các phần tử liên kết với nhau ở các điểm nút Theo phương pháp này, miền thấmđược chia thành những miền con gọi là các phần tử Các phần tử thường được sử dụngtrong bài toán phẳng là phần tử tam giác và phần tử tứ giác Trong miền thấm, các phần

tử có kích thước và hình dạng khác nhau để phù hợp với các điều kiện biên hình học vàtính chất của dòng thấm tại các khu vực khác nhau (khu vực có cường độ thấm mạnhthì chia thành các phần tử có kích thước nhỏ và ngược lại) Giá trị cột nước thấm tạimột vị trí bất kỳ ở trong phần tử được xác định dựa vào giá trị cột nước tại các điểm nútcủa phần tử [15]

VI.3.3.1 Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH

1- Chia miền tính toán thành nhiều miền nhỏ gọi là các phần tử, các phần tử được nốivới nhau bằng một số hữu hạn các điểm nút Các nút này có thể là đỉnh của các phần tử,cũng có thể là một số điểm đuợc quy ước trên cạnh của phần tử

Trình tự tính toán của phương pháp PTHH được nghiên cứu đầy đủ trong bài toánthấm ổn định phẳng Cần phải xác định sự phân bố cột nước áp lực dưới đập, gradient