Giáo trình tổ chức sản xuất CDQL phần 2

Cụng tỏc quản lý kỹ thuật cụng trỡnh thuỷ lợi phải đảm bảo cỏc yờu cầu sau: - Đảm bảo an toàn ổn định, độ bền và tuổi thọ của cỏc cụng trỡnh trong hệ thống; - Giỏm sỏt chất lượng kỹ thuậ

Chương III

VẬN HÀNH, BẢO TRè

VÀ QUẢN Lí CễNG TRèNH THUỶ LỢI

3.1 MỤC ĐÍCH, YấU CẦU QUẢN Lí CễNG TRèNH THỦY LỢI

Sau khi được xõy dựng hoàn thành, cụng tỏc quản lý sử dụng là giai đoạn khai thỏc phỏt huy hiệu quả của của hệ thống cụng trỡnh thuỷ lợi

Cụng tỏc quản lý cụng trỡnh thuỷ lợi, theo nghĩa rộng, bao gồm nhiều mặt như quản lý nhõn sự, lao động, quản lý tài sản, phương tiện, thiết bị, vật tư,… và đặc biệt là tổ chức và điều khiển cỏc hoạt động kỹ thuật để đảm bảo

an toàn, vận hành và khai thỏc cụng trỡnh cú hiệu quả cao nhất

Trong quỏ trỡnh quản lý, khai thỏc, cần duy tu, bảo dưỡng cụng trỡnh một cỏch thường xuyờn, sửa chữa cụng trỡnh khi cú hư hỏng, sự cố, hoặc nõng cấp, mở rộng, tụn cao để đỏp ứng yờu cầu khai thỏc một cỏch cú hiệu quả cao

hệ thống thuỷ lợi

Thụng qua quản lý sử dụng chỳng ta cú điều kiện kiểm tra lại mức độ chớnh xỏc của qui hoạch, chất lượng đó thiết kế và thi cụng Cụng trỡnh thuỷ lợi thực tế là mụ hỡnh vật lý tỷ lệ 1/1 chịu tỏc động toàn diện của cỏc yếu tố tự nhiờn một cỏch cụ thể Vỡ vậy, từ cụng trỡnh thuỷ lợi thực tế, chỳng ta cú thể nghiờn cứu để bổ khuyết, nõng cao trỡnh độ qui hoạch, thiết kế, thi cụng và quản lý khai thỏc cụng trỡnh thuỷ lợi

Cụng tỏc quản lý kỹ thuật cụng trỡnh thuỷ lợi phải đảm bảo cỏc yờu cầu sau:

- Đảm bảo an toàn ổn định, độ bền và tuổi thọ của cỏc cụng trỡnh trong hệ thống;

- Giỏm sỏt chất lượng kỹ thuật khi vận hành cỏc cụng trỡnh, khai thỏc chỳng một cỏch cú hiệu quả cao như thiết kế đó đề ra;

- Quan trắc cỏc thụng số kỹ thuật của tự nhiờn và của cụng trỡnh nhằm phục vụ cho cụng tỏc tổng kết, nghiờn cứu;

- Phũng và chống lũ cho cụng trỡnh;

- Đánh giá được năng lực và chất lượng của từng công trình và toàn hệ

thống; Trên cơ sở đó để đề ra nhiệm vụ sửa chữa, nâng cấp, hoặc khi cần thiết

và điều kiện cho phép có thể tôn cao, mở rộng công trình

3.2 NGUỒN NƯỚC VÀ CẤU TẠO CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

3.2.1 Nguồn nước và nhu cầu sử dụng

Nước có trong khí quyển, trên mặt đất, trong các tầng nham thạch dưới

mặt đất, nước tạo nên đại dương bao la, trong các biển trên lục địa, các hồ,

đầm nước, tạo nên mạng lưới sông suối.v.v Tất cả các dạng nước kể trên

đều có nguồn gốc từ nước ngầm sâu trong cấu tạo địa chất của trái đất sinh ra

Chu trình vận động của nước trong thuỷ quyển của trái đất được gọi là

vòng tuần hoàn thuỷ văn là một quá trình liên tục, trong đó nước được vận

chuyển từ mặt đất và các đại dương lên khí quyển rồi lại quay trở lại đại

dương và lục địa Chu trình diễn ra liên tục trên toàn cầu và đây là quy luật vĩ

đại của tự nhiên

M©y & h¬i nuíc

§¹i du¬ng

M M

Hình 1.1: Vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên Trong quá trình hình thành sự sống trên trái đất thì nước và môi trường

nước đóng vai trò quan trọng Nước là người đồng hành và điều kiện cần để

tái sinh thế giới hữu cơ, là nơi sinh ra và phát triển của các sinh vật trên vỏ

trái đất Người ta gọi sinh quyển là vỏ trái đât

Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên là tài nguyên quý giá nhất trên hành tinh của chúng ta

Do nhu cầu đời sống hàng ngày, do nhu cầu phát triển sản xuất, loài người sử dụng nước ngày càng nhiều về lượng và phong phú về loại hình như

sử dụng tưới tiêu trong nông nghiệp, sản xuất công nghiệp, nuôi trồng thuỷ sản, giao thông vận tải, khai khoáng, xây dựng thuỷ điện, phục vụ quốc phòng, du lịch nghỉ ngơi Nguyên tắc chung khi khai thác và sử dụng nguồn nước là : Sử dụng tổng hợp nguồn nước, phối hợp lợi ích của các ngành, phân phối chi phí cho các ngành hợp lý trên cơ sở nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước đến mức cao nhất Nguồn nước là một tài nguyên thiên nhiên, đồng thời là một môi trường sống có quan hệ rất mật thiết đến các dạng môi trường khác như môi trường khí, môi trường đất, thảm thực vật, động vật trong đó có xã hội con người Cần phải bảo vệ rừng, bảo vệ nguồn sinh thuỷ, ngăn chặn chặt phá rừng Bảo vệ nguồn nước là một nghĩa vụ thiêng liêng đối với tất cả chúng ta

Để sử dụng tối ưu nguồn nước phục vụ cho các mục đích của con người, nguyên lý cơ bản sử dụng nguồn nước là tập trung cột nước hoặc tập trung lưu lượng hoặc cả hai Về mặt nguyên tắc bao gồm các phương pháp:

Tập trung cột nước có thể tận dụng độ chênh địa hình tự nhiên hoặc xây dựng đập dâng tạo cột nước, hoặc xây dựng công trình dẫn nước theo chiều dài nhất định tạo dộ chênh so với mực nước hạ lưu Nguyên lý sử dụng nguồn nước này thường dùng cho các trạm thuỷ điện

Xây dựng các hồ chứa nước nhằm tích nước trong mùa nhiều nước để tăng lưu lượng dòng chảy trong mùa ít nước, thực hiện quá trình điều tiết dòng chảy theo mục đích của con người Nguyên lý sử dụng nguồn nước này được dùng phổ biến cho các công trình thuỷ lợi phục vụ nông nghiệp

3.2.2 Thành phần cấu tạo các công trình thuỷ lợi

Hệ thống thuỷ lợi nhỏ hay hệ thống thuỷ lợi nụng thụn được trỡnh bày trong phạm vi bài giảng này là cỏc cụng trỡnh thuỷ lợi nhỏ phục vụ tưới nằm trong phạm vi cỏc huyện, cỏc xó phục vụ trực tiếp cho nụng - lõm - ngư nghiệp và dõn sinh trong vựng Thành phần hệ thống cụng trỡnh thuỷ lợi nhỏ gồm nguồn nước, cỏc cụng trỡnh dõng nước và điều tiết nước, cỏc cụng trỡnh dẫn nước, cỏc khu vực cần tưới

MNHL min MNHL max MNC

MNDBT MNLTK

V hi

Đập dâng (Mực nước lũ thiết kế)

(Mực nước dâng bình thường)

(Mực nước chết) (Dung tích hữu ích)

Hỡnh 1-2: Cỏc thụng số hồ chứa (mực nước và dung tớch)

MNLTK là mực nước lớn nhất của hồ chứa khi xả lũ thiết kế, mực nước này chỉ tồn tại trong thời gian ngắn

Vch (dung tích chết) phần dung tích từ MNC trở xuống đáy Dung tích này để bùn cát bồi lắng và đảm bảo môi trường cho các sinh vật trong hồ

B Đập dâng nước

a Đập đất

Đập đất là loại đập sử dụng được vật liệu tại chỗ với giá thành đơn vị

rẻ, có thể xây dựng với bất kỳ điều kiện địa chất nền (xấu và tốt), kỹ thuật thi công đơn giản (có thể thi công bằng thủ công) nên loại đập này được áp dụng rất rộng rãi Chiều cao đập đất có thể xây dựng được trong phạm vi từ 10m đến 100m vì vậy có thể áp dụng đập đất rất tốt cho mọi khu vực có nguồn nước

Đập đất có các loại sau đây: Đập đất đồng chất, đập đất có lõi giữa, đập đất có tường nghiêng (hình 3-3)

mT là hệ số mỏi dốc thượng lưu, ứng với đập cao 10m, thường chọn mT=2,25; 2,5 ; 2,75 và 3,0

mH là hệ số mỏi dốc hạ lưu, ứng với đập cao 10m thường chọn mH=2,0; 2,25; 2,5 và 2,75

Đ ất đồng chất thân đập

Đá đổ vật thoát nước

G ia cố thượng lưu Gia cố hạ lưu

Hỡnh 1-4: Mặt cắt ngang đập đất đồng chất

Mỏi thượng lưu được gia cố bằng đỏ, tấm bờ tụng để chống súng và

lở mỏi, kết cấu gia cố mỏi dốc thượng lưu được mụ tả (hỡnh 3-5) Mỏi hạ lưu được gia cố bằng trồng cỏ theo cỏc ụ cú kớch thước 1,5x1,5m, cú rónh thoỏt nước rộng 0,3m trờn rónh rải sỏi hoặc đỏ dăm.(hỡnh 3-6)

1234

123

Hỡnh 1-5: Gia cố mỏi thượng lưu Hỡnh 1-6: Gia cố mỏi dốc hạ lưu

1- Đỏ đổ ; 2,3 - Tầng lọc ; 4 - Đập 1- Trồng cỏ ; 2- Rónh thoỏt nước ; 3 - Đập

Đỉnh đập được thiết kế tuỳ theo yờu cầu giao thụng, kớch thước B3m, mặt đập rải cấp phối chiều dày từ 15-20cm (hỡnh 3-4)

Để dòng thấm trong thân đập thoát ra phía hạ lưu không gây ảnh hưởng đến an toàn của đập, phía hạ lưu đập có vật thoát nước bằng đá đổ (hình 3-4)

b Đập đá đổ

Giống như đập đất ưu điểm là sử dụng được vật liệu tại chỗ với giá thành đơn vị rẻ, có thể xây dựng với bất kỳ nền nào, và có tính ổn định cao nhất là vùng có động đất, nên đập đá đổ phù hợp bất cứ nơi nào có đá Các loại đập đá đổ có thể được áp dụng bao gồm: Đập đá đổ có lõi giữa, đập đá đổ

có tường nghiêng Dưới đây là mặt cắt ngang một đập đá đổ có lõi giữa (hình 3-7)

từ mT=1,5 đến 2,5; mH được chọn từ mH=1,25 đến 2,0

Mái dốc thượng hạ lưu của đập đá đổ không cần thiết phải gia cố

Lõi chống thấm bằng đất sét hoặc á sét có khả năng chống thấm tốt Chiều rộng đỉnh lõi chống thấm b0,8m, chiều rộng đáy lõi chống thấm B0,1H

C Đập tràn

Đập tràn có nhiệm vụ tháo lũ để đảm bảo an toàn cho công trình Trong các công trình thuỷ lợi nhỏ, nền chủ yếu là nền đất, đập là đập đất nên đập tràn thường có dạng tự tràn (không có cửa van) Hình thức đập tràn sử dụng ở trong các công trình thuỷ lợi có hồ là đập tràn đỉnh rộng, nối tiếp thượng hạ lưu bằng dốc nước, tiêu năng

bằng bể tường tiêu năng

S©n t r ­ í c Ng­ ì ng t r µn

Ls.tn¨ng

S©n t iªu n¨ ng Dèc n­ í c

Ldèc nuíc

Hình 1-8: Kết cấu đập tràn vai đập nối tiếp dốc nước

Kết cấu đập tràn, dốc nước và bể tiêu năng bằng bê tông cốt thép

M200# hoặc đá xây M100#

Các bai ngăn nước trên các suối là công trình tràn toàn tuyến, có mặt

cắt thực dụng hình thang, kết cấu bằng bê tông cốt thép có lõi bằng bê tông đá

hộc (hình 3-9)

S©n t r ­ í c

S©n s a u S©n t iª u n ¨ n g

mÆt c ¾t b a i d ©n g n ­ í c

Hình 1-9: Kết cấu đập tràn toàn tuyến (bai) trên các suối

Trường hợp độ dốc địa hình lớn không nối tiếp thượng hạ lưu bằng dốc

nước thì có thể dùng hình thức tiêu năng bằng bậc nước (hình 3-10)

(a) Cống hở: dòng chảy trong cống là dòng chảy không áp, thường được áp

dụng cho các công trình lấy nước ở các bai dâng nước, lấy nước từ kênh chính

có mức nước dao động thấp H=2-4m Ưu điểm của loại công trình lấy nước kiểu này có cấu tạo đơn giản, thiết bị gọn nhẹ, vận hành thuận tiện Nhược điểm lưu lượng nước phụ thuộc nguồn, không chủ động nhất là mùa kiệt

Kết cấu cống lấy nước sử dụng bê tông M200# hoặc đá xây M100#, thiết bị có van sửa chữa, van công tác, các máy đóng mở V2 hoặc V3 tuỳ theo kích thước và trọng lượng cửa van (hình 3-11)

h0

a) Công lấy nước hở (van cung)

H h

h

0 P

bị cửa van hay hỏng húc, rũ rỉ dẫn đến mất nước hồ chứa

Cấu tạo cống lấy nước kiểu kớn gồm cửa vào, thõn cống và hạ lưu cống Cửa vào cú cao trỡnh trần cống thấp hơn cao trỡnh MNC của hồ chứa tối thiểu 1,0m, ngưỡng cống cao hơn mực nước bồi lắng trong hồ, cú bố trớ lưới chắn rỏc, khe van sửa chữa và van cụng tỏc, thiết bị đúng mở được bố trớ trong nhà van, cú cầu cụng tỏc từ đỉnh đập đến nhà van phục vụ vận hành (hỡnh 3-12) Thõn cống gồm cỏc ống cống cú tiết diện chữ nhật hoặc trũn được đỳc sẵn từ cỏc nhà mỏy chuyển đến lắp rỏp tại hiện trường Hạ lưu cống cú hai trường hợp: trường hợp 1 nếu sau cống là đường ống cú ỏp thỡ nước được dẫn thẳng

từ thõn cống vào ống cú ỏp, trường hợp 2 nếu dẫn vào kờnh hoặc bể phõn phối nước cho hạ du thỡ bố trớ bể tiờu năng nhỏ để giảm vận tốc dũng chảy tiờu hao năng lượng thừa trong dũng chảy

Hình 1-12: Cống lấy nước có áp trong thân đập

(c) Lấy nước kiểu trạm bơm: Trạm bơm là loại công trình lấy nước bằng động

lực (bơm) Thông số cơ bản của trạm bơm là lưu lượng Q, chiều cao cột nước

bơm H và công suất N Trên cơ sở phân tích kinh tế kỹ thuật có thể chọn số

máy bơm và các thông số H,Q của mỗi bơm Trạm bơm lấy nước mặt thường

sử dụng lấy nước tại các sông suối có biên độ dao động mực nước lớn, cao

trình khu tưới hoặc khu vực sử dụng nước có cao độ cao hơn mực nước sông

(hinh 3-13)

Hình 1-13: Lấy nước kiểu trạm bơm

E Kênh dẫn nước

Kênh dẫn là một loại công trình dẫn nước phổ biến, hình dạng mặt cắt thông thuờng dùng cho kênh dẫn là mặt cắt hình thang, mặt cắt chữ nhật, mặt cắt hình ô van và hình tròn (hình 3-14)

b

b h

Để kênh không bị thấm nước, sụt lở, chủ trương cứng hoá kênh mương

là hoàn toàn hợp lý Hình dạng mặt cắt ngang của kênh cứng có dạng phổ biến là chữ nhật Kênh chữ nhật thường thiết kế là kênh bê tông chiều dày 10cm, hoặc kênh đáy bê tông dày 10cm M150#, tường là gạch xây hoặc đá xây dày từ 20-30cm M100# (hình 3-15)

Bª t«ng M150#

G¹ch x©y M100#

Hình 1-15: Tiết diện mặt cắt kênh xây chữ nhật

a) Gạch xây đáy bê tông ; b) Bê tông ; c) Đá xây

F Các công trình trên kênh

Kênh đi qua các khu vực có địa hình khác nhau, để đảm bảo dẫn được dòng chảy đến nơi yêu cầu phải xây dựng các công trình trên kênh:

- Cầu máng đi qua các khu vực có địa hình thấp, cầu máng có kết cấu

- Xi phông: khi kênh đi qua lòng sông hoặc suối thiết kế cầu máng không phù hợp thì phải thiết kế xi phông (hình 3-16a) là cấu tạo một cống chui qua lòng suối

- Bậc nước: trường hợp lũng kờnh cú độ dốc lớn nờn bố trớ cỏc bậc nước để giảm độ dốc lũng kờnh trỏnh dũng chảy xiết trờn kờnh gõy xúi lở

kờnh và đảm bảo mực nước trong kờnh (hỡnh 2-12)

- Cửa chia nước

Tuỳ từng vị trớ cụ thể mà bố trớ cỏc cụng trỡnh trờn kờnh cho phự hợp

b) Cầu máng

Mặt đất tự nhiên Khớp nhiệt độ

Hỡnh 1-16: Cụng trỡnh vượt chướng ngại trờn tuyến kờnh dẫn

a) Xi phụng dẫn nước b) Cầu mỏng dẫn nước

G Cửa van và cỏc thiết bị

Cửa van và thiết bị đúng mở là một bộ phận quan trọng của hệ thống

thiết bị thuỷ lợi Đối với cụng trỡnh tràn xả nước, cụng trỡnh cống lấy nước

cửa van đảm bảo sự hoạt động bỡnh thường hoặc khụng bỡnh thường của cỏc

cụng trỡnh

(a) Cửa van

Nhiệm vụ của cửa van:

- Đảm bảo vận hành thuận tiện trong mọi điều kiện làm việc của công trình thuỷ lợi

- Lấy đủ lượng nước yêu cầu, rò rỉ ít nhất

- Về cấu tạo cửa van là bộ phận để đóng mở các cửa tháo nước trong công trình tháo hoặc cửa lấy nước, về chức năng đó là bộ phận dùng để điều tiết chế độ nước Cửa van trong các công trình thuỷ lợi nhỏ gồm: Van sửa chữa (hoặc phai), cửa van công tác có thể là van phẳng, van cung (cho công trình tràn) hoặc van côn (cho cống lấy nước) Kết cấu cửa van thường bằng thép, kết cấu phai thường bằng gỗ hoặc bằng các thanh bê tông

- Cửa van thường dùng ở các công trình thuỷ lợi nhỏ là cửa van phẳng bằng thép, cửa van côn bằng gang Kích thước được chọn theo kích thước của

miệng cống lấy nước

(b) Thiết bị đóng mở

Để vận hành cửa van phải bố trí các thiết bị đóng mở phù hợp với trọng lượng và kích thước cửa van Thiết bị đóng mở van được thiết kế gồm nhiều loại: thiết bị đóng mở bằng thuỷ lực, thiết bị đóng mở bằng điện - cơ và đóng

mở bằng thủ công thông qua hệ thống truyền động bằng trục vít

- Đóng mở bằng thuỷ lực và điện-cơ khí được sử dụng cho những cửa van có kích thước lớn, trọng lượng lớn, các hồ chứa lớn có nhiệm vụ quan trọng

- Đóng mở bằng thủ công sử dụng cho các công trình thuỷ lợi nhỏ, mức độ quan trọng không cao, vận hành đơn giản Loại thiết bị thông thường dùng trong các công trình thuỷ lợi nhỏ là các máy đống mở V2, V3, V5…dùng để mở các van cống lấy nước

3.3 VẬN HÀNH AN TOÀN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

3.3.1 Đặc điểm và quy trình chung vận hành công trình thuỷ lợi

Đặc điểm chung của công trình thuỷ lợi phục vụ tưới: Các hồ chứa

thường có dung tích nhỏ, các công trình này chỉ đảm bảo tưới cho các cánh đồng có diện tích <30ha, tưới các ruộng bậc thang hoặc tưới cho các khu vực

riêng rẽ, manh mún… lượng nước có hạn, vị trí ở xa khu vực dân cư và thường chỉ vận hành vào thời gian mùa vụ, không thường xuyên nên công tác vận hành, bảo dưỡng và quản lý gặp nhiều khó khăn Đặc biệt trong thời gian gần đây do nhân dân tận dụng lượng nước trong hồ để nuôi cá nên việc sử dụng nước cho mùa vụ gặp nhiều khó khăn Các công trình tháo lũ hầu hết là

tự tràn, gặp nhiều vấn đề phức tạp trong công tác quản lý vận hành do người dân thường xuyên đắp cao ngưỡng tràn lên để tăng dung tích hồ chứa thêm nước hoặc sử dụng nuôi cá, đến mùa mưa không phá kịp sẽ không đảm bảo tháo lũ, nước sẽ tràn qua mặt đập gây hư hỏng công trình Các công trình lấy nước trên suối và hệ thống kênh dẫn tưới có liên quan mật thiết đến nguồn hưởng lợi của người dân từ đầu nguồn đến cuối nguồn Đầu nguồn thường sử dụng nước lãng phí trong khi đó cuối nguồn lại thiếu nước vào mùa kiệt, chưa

kể đến vận hành không an toàn gây rò rỉ nước từ cống lấy nước, từ kênh và quản lý sử dụng không đúng mục đích thường xuyên xảy ra Kênh mương và các công trình kênh mương vận hành tuỳ tiện theo nhu cầu của người dân thích thì ngăn kênh lại, đục kênh đã xây lấy nước vào ruộng riêng Công tác bảo vệ nguồn nước không được chú ý Tất cả những đặc điểm trên sẽ ảnh hưởng đến lợi ích cộng đồng và hiệu quả chung của công trình thuỷ lợi

Để đảm bảo phát huy hiệu quả của các công trình thuỷ lợi phục vụ tưới cần thiết phải xuất phát từ nguyên lý và lập thành quy tắc vận hành đối với các thành phần công trình

Căn cứ vào đặc điểm điều kiện tự nhiên, đặc điểm và nhiệm vụ của công trình để lập qui trình vận hành cho mỗi công trình Qui trình vận hành đặc biệt cần thiết đối với các cửa thuỷ lực điều tiết dòng chảy, như đập tràn tháo lũ có cửa van, các cửa cống điều tiết, các đường hầm, cống ngầm …

Qui trình vận hành cần nêu rõ:

- Đặc điểm, nhiệm vụ, các mực nước và lưu lượng đặc trưng (mực nước thấp nhất, mực nước dâng bình thường, mực nước báo động lữ ở các cấp, mực nước cao nhất và các lưu lượng tương ứng), các biểu đồ quan hệ giữa độ mở cửa van và lưu lượng xả, các thông số thể hiện năng lực của công trình;