NGHIÊN cứu PHƯƠNG án bố TRÍ hệ THỐNG QUAN TRẮC THẤM TRONG đập đất áp DỤNG CHO CÔNG TRÌNH hồ tả TRẠCH, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ luan van thac si đại học thủy lợi

Đập đất là loại đập được làm từ vật liệu địa phương (chủ yếu là đất) chắn ngang sông tạo thành hồ chứa. Đập đất được áp dụng rộng rãi, phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam, có lịch sử xây dựng từ rất lâu đời, đã đạt được nhiều thành tựu trong thiết kế cũng như thi công. Nước ta có tổng số trên 6500 hồ chứa thủy lợi với dung tích trữ nước khoảng 11 tỷ m3 đã được xây dựng, trong đó có: 560 hồ chứa có dung tích trữ nước lớn hơn 3 triệu m3 hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ chứa có dung tích từ 0,2 triệu đến 3 triệu m3 nước, còn lại là các hồ có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3 nước. Đa số các công trình đập (hồ chứa) đã được xây dựng đều là đập đất và được xây dựng trước những năm 2000. Để phát huy hiệu quả các công trình đập đất cần đảm bảo yêu cầu an toàn kỹ thuật, không để xảy ra hiện tượng: Sạt trượt mất ổn định, lún nứt thân đập, xói lở, và đặc biệt về hiện tượng mất ổn định do thấm…Theo quá trình sử dụng, vận hành nhiều công trình đã xuống cấp và bị hư hỏng ở nhiều hạng mục. Theo số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn, tính đến năm 2017 có tới 1.150 hồ chứa bị hư hỏng xuống cấp, nhiều công trình hồ chứa, đập bị vỡ trong mùa mưa lũ. Trong số các nguyên nhân gây hư hỏng cho công trình đập đất thì hiện tượng mất ổn định do thấm là một trong số những hiện tượng phổ biến nhất. Chúng ta đều biết, công tác theo dõi dòng thấm trong thân đập là rất quan trọng và cần thiết đối với công trình đập đất. Tuy nhiên việc xây dựng phương án bố trí hệ thống quan trắc trong thân đập, đặc biệt là quan trắc thấm vẫn còn rất hạn chế, chưa được đầu tư đúng mức và bài bản. Chỉ có một số ít các công trình đập lớn, quan trọng được đầu tư hệ thống quan trắc để theo dõi kiểm tra tình hình thấm trong thân đập, số còn lại thường đến khi xảy ra sự cố mới được đầu tư để khắc phục sự cố.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN HỒNG ĐĂNG

“NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ THỐNG QUAN TRẮC THẤM TRONG ĐẬP ĐẤT- ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH HỒ TẢ TRẠCH,

TỈNH THỪA THIÊN HUẾ”

Chuyên ngành: KTXD CÔNG TRÌNH THỦY

Mã ngành: 8580202

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Ngọc Thắng

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên học viên: Nguyễn Hồng Đăng

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các nội dung

và kết quả nghiên cứu cũng như các kết luận trong luận văn là trung thực, không saochép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồntài liệu, kế thừa các nội dung nghiên cứu đã có, được thực hiện trích dẫn và ghi nguồntài liệu tham khảo đúng quy định

Hà Nội, ngày… tháng….năm 2018

Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Đăng

LỜI CÁM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sỹ chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy với

đề tài: “Nghiên cứu phương án bố trí hệ thống quan trắc thấm trong đập đất- áp dụng cho công trình hồ tả trạch, tỉnh thừa thiên huế” tác giả đã nhận được sự giúp

đỡ tận tình của các Thầy giáo, Cô giáo tại Cơ sở 2- Đại học Thủy Lợi, các Thầy giáo,

cô giáo, các trợ lý Khoa trong Khoa Công trình, Trường đại học Thủy lợi, các anh chị

em đồng nghiệp trong Trung tâm công nghệ phần mềm thủy lợi – Viện khoa học thủylợi Việt Nam cùng bạn bè và tập thể lớp CH23C11- CS2-Đại học Thủy Lợi

Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo tại Cơ sở 2- Đạihọc Thủy Lợi, các thầy cô giáo, cán bộ trợ lý Khoa trong Khoa Công trình, Khoa Sauđại học, các anh chị em đồng nghiệp tại Trung tâm công nghệ phần mềm thủy lợi –Viện khoa học thủy lợi Việt Nam Gia đình và Bạn bè, đồng môn đã tạo điều kiện giúp

đỡ hết sức cho tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu, làm việc và thực hiệnluận văn tốt nghiệp Đặc biệt tác giả xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáohướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Thắng, Khoa Công Trình - Trường Đại học Thuỷ lợi

đã luôn động viên giúp đỡ, và hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này

Trong luận văn không thể tránh khỏi những sai sót nhất định do thời gian và trình độcũng như kinh nghiệm nghiên cứu Tác giả kính mong Thầy giáo, Cô giáo, Bạn bè vàĐồng nghiệp góp ý để luận văn được hoàn chỉnh và trọn vẹn hơn

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày… tháng….năm 2018

Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Đăng

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3.1 Đối tượng 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3

4.1 Cách tiếp cận 3

4.2 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Bố cục của luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC TRONG ĐẬP ĐẤT 4

1.1 Tổng quan về đập đất trên thế giới và ở Việt Nam 4

1.1.1 Tổng quan về đập đất trên thế giới 4

1.1.2 Tổng quan về đập đất ở Việt Nam 6

1.1.3 Một số vấn đề an toàn trong đập đất ở Việt Nam hiện nay 11

1.2 Tổng quan về hệ thống quan trắc công trình thủy lợi 16

1.2.1 Trên thế giới 16

1.2.2 Một số vấn đề trong công tác quan trắc tại Việt Nam 19

1.3 Quan trắc thấm và một số tồn tại của quan trắc thấm trong đập đất 22

1.3.1 Hệ thống quan trắc thấm trong đập đất 22

1.3.2 Một số vấn đề của quan trắc thấm trong đập đất 23

1.4 Kết luận chương 1 24

CHƯƠNG 2 HÌNH THỨC QUAN TRẮC VÀ CÁC THIẾT BỊ QUAN TRẮC THẤM TRONG ĐẬP ĐẤT 25

2.1 Cơ sở lý thuyết bố trí hệ thống quan trắc trong đập đất 25

2.2 Một số yêu cầu về quan trắc thấm trong đập đất 28

2.2.1 Quan trắc cao độ mực nước trước và sau công trình 28

2.2.3 Quan trắc áp lực thấm 30

2.2.4 Quan trắc lưu lượng thấm 31

2.3 Các hình thức quan trắc thấm, ưu và nhược điểm 31

2.3.1 Quan trắc thủ công 31

2.2.2 Hình thức quan trắc và lưu số liệu tự động (bán tự động) 32

2.2.3 Hình thức quan trắc tự động và cập nhật số liệu trực tuyến 32

2.3.4 Một số ví dụ về các hình thức quan trắc thấm 33

2.4 Hình thức quan trắc thấm tự động và các thiết bị quan trắc 37

2.4.1 Nguyên lý quan trắc tự động 37

2.4.2 Thiết bị quan trắc áp lực thấm 38

2.5 Kết luận chương 2 41

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG BỐ TRÍ HỆ THỐNG QUAN TRẮC VÀ SỬ DỤNG SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐÁNH GIÁ SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH CỤ

THỂ-HỒ TẢ TRẠCH 42

3.1 Giới thiệu tổng quan về công trình hồ Tả Trạch 42

3.1.1 Vị trí địa lý và nhiệm vụ công trình 42

3 1.2 Các thông số cơ bản của hồ chứa 43

3.1.3 Quy mô, kết cấu các hạng mục công trình chính 43

3.2 Hiện trạng hệ thống quan trắc thấm trong đập Tả Trạch 47

3.2.1 Hệ thống quan trắc thấm trong đập 47

3.2.2 Các thiết bị quan trắc thấm được sử dụng tại hồ Tả Trạch 51

3.2.3 Kết quả từ hệ thống quan trắc thấm hồ Tả Trạch 52

3.3 Đánh giá hệ thống quan trắc thấm đập Tả Trạch và đề xuất giải pháp 54

3.3.1 Những ưu điểm của hệ thống 54

3.3.2 Một số tồn tại của hệ thống 54

3.3.3 Đề xuất giải pháp 55

3.4 Tính toán thấm cho hồ Tả Trạch 58

3.4.1 Mục đích tính toán thấm 58

3.4.2 Các phương pháp tính toán thấm 58

3.4.3 Giới thiệu về phần mềm Geostudio 61

3.5 Kết quả tính toán thấm, và sử dụng số liệu quan trắc đánh giá sự làm việc của hệ thống 63

3.5.1 Nguyên lý 63

3.5.2 Lựa chọn mặt cắt tính toán 65

3.5.3 Kết quả quan trắc mực nước và quan trắc áp lực thấm trong thân đập 65

3.5.4 Kết quả tính toán thấm từ mô hình 66

3.5.5 Đánh giá sai số và đề xuất phương án 69

3.5.6 Kết quả tính toán mô hình ứng với trường hợp đã kiểm tra lại số liệu và thiết bị 71

3.6 Kết luận chương 3 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

1 KẾT LUẬN 74

1.1 Các kết quả đạt được của luận văn 74

1.2 Một số vấn đề tồn tại 74

2 KIẾN NGHỊ 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Đập Tataragi ở Nhật Bản 6

Hình 1 2 Đập Fort Peck ở Mỹ được hoàn thành vào năm 1940 6

Hình 1 3 Hồ chứa nước Kẻ Gỗ- Đập dâng là đập đất 11

Hình 1 4 Đập Đầm Hà Động, tỉnh Quảng Ninh 11

Hình 1 5 Hiện tượng thấm mạnh ở hồ Núi Cốc- Thái Nguyên 14

Hình 1 6 Hiện tượng sạt trượt mái hạ lưu hồ Triệu Thượng 2- Quảng Trị 15

Hình 1 7 Vỡ đập Tây Nguyên – Xã Quỳnh Thắng, Quỳnh Lưu, Nghệ An 15

Hình 1 8 Phòng điều khiển, hệ thống quan trắc tự động đầu mối Công trình lấy nước trên sông tại Nhật Bản 18

Hình 1 9 Hệ thống giám sát hình ảnh ở đập Kmasa- Nhật Bản 18

Hình 1 10 Cột thủy chí hạ lưu Đập Lòng Sông 19

Hình 1 11 Mốc quan trắc thấm Đập Ayun Hạ 20

Hình 2 1 Cột thủy chí 28

Hình 2 2 Sơ đồ bố trí hệ thống quan trắc đường bão hòa thân đập đồng chất 29

Hình 2 3 Sơ đồ bố trí quan trắc áp lực thấm 30

Hình 2 4 Sơ đồ bố trị quan trắc áp lực thấm đập chống thấm kiểu tường tâm 30

Hình 2 5 Nguyên lý đo lưu lượng thấm qua đập mặt cắt chữ V 31

Hình 2 6 Cột thủy chí 34

Hình 2 7 Minh họa đo mực nước hồ theo phương pháp đo tự động 34

Hình 2 8 Bộ thiết bị quan trắc áp lực thấm thủ công 35

Hình 2 9 Thiết bị cảm biến đo mực nước tự động 35

Hình 2 10 Hệ thống ống đo áp lực thấm trong công trình 36

Hình 2 11 Sơ đồ nguyên lý tổng thể hệ thống quan trắc tự động 37

Hình 2 12 Model 4500S của Geokon 40

Hình 2 13 Thiết bị đo model VWP-3000 40

Hình 3 1 Mặt bằng tổng thể hồ Tả Trạch 42

Hình 3 2 Đập chính hồ Tả Trạch 44

Hình 3 3 Mặt cắt ngang điển hình đập chính 45

Hình 3 4 Tràn xả lũ công trình hồ chứa nước Tả Trạch 46

Hình 3 5 Các tuyến quan trắc áp lực thấm đập Tả Trạch (được đánh màu đỏ) 48

Hình 3 6 Mặt cắt điển hình lòng sông đập Tả Trạch 49

Hình 3 7 Các giếng quan trắc cho một mặt cắt sườn đồi 50

Hình 3 8 Các giếng quan trắc cho mặt cắt lòng sông 50

Hình 3 9 Đầu đo Model 4500S của Geokon 51

Hình 3 10 Mô tả công tác thả đầu đo mực nước xuống ống đo 52

Hình 3 11 Thiết bị RTU 52

Hình 3 12 Thông tin quan trắc hồ Tả Trạch 53

Hình 3 13 Biểu đồ số liệu quan trắc áp lực thấm 53

Hình 3 14 Vị trí giếng quan trắc đề xuất bổ sung phía sau tường tâm chống thấm 56

Hình 3 15 Đo lưu lượng nước thấm bằng đập tràn mặt cắt chữ V 57

Hình 3 16 Minh họa về chia lưới phần tử và sự liên kết các phần tử 62

Hình 3 17 Mô hình tính toán thấm 63

Hình 3 18 Nguyên lý xây dựng mối quan hệ giữa mực nước hồ và áp lực thấm 64

Hình 3 19 Mặt cắt ngang và Sơ đồ bố trí hệ thống quan trắc tuyến số 3 65

Hình 3 20 Mô hình tính toán và điều kiện biên 67

Hình 3 21 Kết quả chạy mô hình TH1 68

Hình 3 22 Kết quả chạy mô hình TH2 68

Hình 3 23 Kết quả chạy mô hình TH3 69

Hình 3 24 Kết quả chạy mô hình TH1A 71

Hình 3 25 Kết quả chạy mô hình TH1B 72

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Bảng tổng hợp một số công trình đập đất ở Việt Nam 7

Bảng 2 1 Thành phần, khối lượng công tác quan trắc trong công trình 27

Bảng 2 2 Bảng thông số kỹ thuật các loại đầu đo 40

Bảng 3 1 Thông số cơ bản các đập phụ 45

Bảng 3 2 Vị trí các tuyến quan trắc 48

Bảng 3 3 Mặt cắt tính toán 65

Bảng 3 4 Bảng quan trắc mực nước hồ và giá trị cột nước áp lực thấm trên tuyến quan trắc tuyến 03 66

Bảng 3 5 Bảng thông số hệ số thấm các lớp đất, đá đập Tả Trạch 67

Bảng 3 6 Bảng kết quả cột nước áp lực thấm từ mô hình TH1 68

Bảng 3 7 Bảng kết quả cột nước áp lực thấm từ mô hình TH2 68

Bảng 3 8 Bảng kết quả cột nước áp lực thấm từ mô hình TH3 69

Bảng 3 9 Bảng tổng hợp kết quả 69

Bảng 3 10 Bảng giá trị quan trắc áp lực thấm sau khi sửa chữa đầu đo 71

Bảng 3 11 Kết quả cột nước áp lực thấm và sai số TH1A 71

Bảng 3 12 Bảng kết quả cột nước áp lực thấm TH1B 72

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đập đất là loại đập được làm từ vật liệu địa phương (chủ yếu là đất) chắn ngang sôngtạo thành hồ chứa Đập đất được áp dụng rộng rãi, phổ biến trên thế giới và ở ViệtNam, có lịch sử xây dựng từ rất lâu đời, đã đạt được nhiều thành tựu trong thiết kếcũng như thi công Nước ta có tổng số trên 6500 hồ chứa thủy lợi với dung tích trữnước khoảng 11 tỷ m3 đã được xây dựng, trong đó có: 560 hồ chứa có dung tích trữnước lớn hơn 3 triệu m3 hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ chứa có dung tích từ 0,2 triệuđến 3 triệu m3 nước, còn lại là các hồ có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3 nước Đa sốcác công trình đập (hồ chứa) đã được xây dựng đều là đập đất và được xây dựng trướcnhững năm 2000 Để phát huy hiệu quả các công trình đập đất cần đảm bảo yêu cầu antoàn kỹ thuật, không để xảy ra hiện tượng: Sạt trượt mất ổn định, lún nứt thân đập, xói

lở, và đặc biệt về hiện tượng mất ổn định do thấm…Theo quá trình sử dụng, vận hànhnhiều công trình đã xuống cấp và bị hư hỏng ở nhiều hạng mục Theo số liệu thống kêcủa Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn, tính đến năm 2017 có tới 1.150 hồ chứa

bị hư hỏng xuống cấp, nhiều công trình hồ chứa, đập bị vỡ trong mùa mưa lũ Trong

số các nguyên nhân gây hư hỏng cho công trình đập đất thì hiện tượng mất ổn định dothấm là một trong số những hiện tượng phổ biến nhất

Chúng ta đều biết, công tác theo dõi dòng thấm trong thân đập là rất quan trọng và cầnthiết đối với công trình đập đất Tuy nhiên việc xây dựng phương án bố trí hệ thốngquan trắc trong thân đập, đặc biệt là quan trắc thấm vẫn còn rất hạn chế, chưa đượcđầu tư đúng mức và bài bản Chỉ có một số ít các công trình đập lớn, quan trọng đượcđầu tư hệ thống quan trắc để theo dõi kiểm tra tình hình thấm trong thân đập, số còn lạithường đến khi xảy ra sự cố mới được đầu tư để khắc phục sự cố

Xuất phát từ tầm quan trọng của việc quan trắc hiện tượng thấm trong thân đập nhằmkịp thời phát hiện các sự cố để có giải pháp khắc phục đảm bảo an toàn cho công trình

và phát huy hiệu quả sử dụng của công trình, tác giả tiến hành nghiên cứu phương án

bố trí hệ thống quan trắc thấm trong thân đập và áp dụng cho một công trình cụ thể

Trong số các công trình đập đất đã được xây dựng, hồ Tả Trạch là một trong nhữngcông trình đập đất nổi bật của khu vực Bắc Trung Bộ Hồ chứa nước Tả Trạch có vịtrí công trình đầu mối tại tuyến Dương Hoà, xã Dương Hoà, huyện Hương Thuỷ, tỉnhThừa Thiên - Huế Hồ có vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển của tỉnh ThừaThiên Huế, công trình có nhiệm vụ: chống lũ tiểu mãn, lũ sớm; giảm lũ chính vụ cho

hệ thống sông Hương; cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp ở mức 2 m 3 /s Tạonguồn nước tưới ổn định cho 34782 ha đất canh tác thuộc vùng đồng bằng sôngHương Bổ sung nguồn nước ngọt cho hạ lưu sông Hương để đẩy mặn, cải thiện môitrường vùng đầm phá, phục vụ nuôi trồng thuỷ sản với lưu lượng Q = 25 m 3 /s vàphát điện với công suất lắp máy 19,5 MW Hồ Tả Trạch là công trình hồ chứa lớn thứ

2 của khu vực Bắc Trung Bộ, hình thức đập chính là đập đất đồng chất, không tườngchắn sóng Là một công trình quan trọng như vậy, nên vấn đề an toàn đập, an toàncông trình của hồ chứa luôn được đặt lên hàng đầu

Chính vì lẽ đó tác giả đề xuất thực hiện đề tài luận văn “Nghiên cứu phương án bố trí hệ thống quan trắc thấm trong đập đất- Áp dụng cho công trình hồ Tả Trạch, tỉnh Thừa Thiên Huế”.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu phương án bố trí hệ thống quan trắc trong đập đất, các phương pháp quantrắc và thiết bị quan trắc

Tổng hợp, đánh giá hệ thống quan trắc thấm đập đất của công trình cụ thể hồ TảTrạch, tỉnh Thừa Thiên Huế Sử dụng kết quả quan trắc thấm để theo dõi sự làm việccủa đập

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng

Hệ thống quan trắc thấm trong đập đất

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu hệ thống quan trắc thấm trong thân đập đất và sử dụng kết quả quan trắc

để đánh giá sự làm việc của đập

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1 Cách tiếp cận

- Thông qua các tài liệu: Giáo trình thủy công, giáo trình thủy lực, các giáo trìnhchuyên ngành về đập đất và hệ thống quan trắc, các tài liệu chuyên ngành, cáctiêu chuẩn hướng dẫn sách, báo, hệ thống internet

- Nghiên cứu các phương pháp bố trí hệ thống quan trắc và thiết bị quan trắctrong đập đất đã và đang áp dụng ở Việt Nam

- Thông qua hồ sơ thiết kế một công trình cụ thể

4.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng hợp số liệu: Tổng hợp các tài liệu nghiên cứu về hệ thốngquan trắc trong đập đất

- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các nghiên cứu đã có sẵn làm cơ sở tham khảocho đề tài

- Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực

bố trí hệ thống quan trắc

5 Bố cục của luận văn

Phần mở đầu

Chương 1 Tổng quan về đập đất và hệ thống quan trắc trong đập đất

Chương 2 Phương pháp quan trắc và các thiết bị quan trắc đập đất

Chương 3 Áp dụng bố trí hệ thống quan trắc và sử dụng số liệu quan trắc đánh giá sựlàm việc của công trình cụ thể- Hồ Tả Trạch

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC

TRONG ĐẬP ĐẤT

1.1 Tổng quan về đập đất trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1 Tổng quan về đập đất trên thế giới

Các công trình hồ chứa trữ nước nhân tạo, khi được xây dựng trên các khe suối, lòngsông bằng các đập chắn ngang sông thường là các hồ chứa nước đa mục tiêu Tronglĩnh vực khai thác và quản lý nguồn tài nguôn nước, hồ chứa là biện pháp thiết yếutrong hệ thống các công trình điều tiết, nó có khả năng làm thay đổi sâu sắc chế độdòng chảy sông ngòi theo thời gian và không gian Chức năng chính của hồ chứathường là điều tiết dòng chảy tự nhiên nhằm thỏa mãn các nhu cầu khác nhau vềnguồn nước của các đối tượng sử dụng nước Ngoài ra nó còn có vai trò rất quan trọngtrong công tác phòng chống lũ đảm bảo an toàn cho hạ du

Tính đến nay trên thế giới đã xây dựng được ước tính hơn 1.400 hồ có dung tích trên

100 triệu mét khối nước với tổng dung tích các hồ là 4.200 tỷ mét khối Tổng số lượng

hồ chứa có hơn 45.000 hồ Trong đó châu Á có 31.340 hồ (chiếm 70%), Bắc và Trung

Mỹ có 8.010 hồ, Tây Âu có 4.227 hồ, Đông Âu có 1203 hồ, châu Phi 1.260 hồ, châuĐại Dương 577 hồ Đứng đầu danh sách các nước có nhiều hồ là Trung Quốc (22.000hồ), Mỹ (6.575 hồ), Ấn Độ (4.291 hồ), Nhật Bản (2.675 hồ), Tây Ban Nha (1.196 hồ),Nga có hơn 150 hồ với tổng dung tích trên 200 tỷ mét khối nước, Các hồ lớn nhất thếgiới là hồ Boulder trên sông Colorado (Mỹ) dung tích 38 tỷ mét khối nước, hồ GrandCoulle trên sông Columbia (Mỹ) dung tích 24 tỷ mét khối nước, hồ Bownrrat trênsông Angera (Nga) có dung tích gần 20 tỷ mét khối nước

Công trình hồ chứa đầu tiên có phần đập dâng là vật liệu địa phương chắn ngang sôngsuối được xây dựng từ cách đây hơn 6000 năm bởi người Trung Quốc và Ai Cập.Công nghệ xây dựng đã dần được cải tiến và nhiều công trình hồ chứa, đập lớn đãđược xây dựng vào những năm sau đó Thời kỳ cổ đại, hồ Vicinity tại Menphis thuộcthung lũng sông Nile (Ai Cập) có xây đập đá đổ cao 15m, dài 45m Trong khoảng 4000năm trước công nguyên, cùng với sự phát triển rực rỡ của các nền văn minh cổ đại Ai Cập,Trung Quốc, Hi Lạp, La Mã, Ấn Độ…kỹ thuật xây dựng hồ đập trên thế giới cũng không

ngừng phát triển Người Nam Tư xây dựng đập Mardook ở thung lũng sông Tigris.NgườiSaba xây dựng đập đá đổ Marib cao 32,5m dài 3.200m Đến nay, thực tế phát triển xâydựng các hồ chứa nước lớn trên thế giới đã được khẳng định mục đích và yêu cầu sử dụngcủa mỗi hồ trong từng khu vực đối với từng quốc gia là khác nhau

Trong số các hồ chứa đã được xây dựng trên thế giới, đa số các hồ chứa có phần đậpdâng được làm từ vật liệu địa phương (đập đất) Theo thống kê năm 1996 từ 63 nướcthành viên của ICOLD (International Commission on Large Dams - Hội Đập lớn Thếgiới) thì 80% đập lớn (cao trên 15m) là đập đất

 Các công trình đập đất có những ưu điểm nổi bật:

- Sử dụng các loại vật liệu tại chỗ, tiết kiệm chi phí

- Cấu tạo đập đơn giản, dễ thiết kế và thi công

- Dễ dàng quản lý, sửa chữa nâng cấp

- Tuổi thọ công trình không cao

- Dễ bị ảnh hưởng từ thời tiết trong quá trình thi công

- Độ bền chống thấm kém

- Khả năng liên kết giữa các bộ phận công trình trong cụm công trình đầu mối khôngcao

Hình 1 1 Đập Tataragi ở Nhật Bản

Hình 1 2 Đập Fort Peck ở Mỹ được hoàn thành vào năm 1940

1.1.2 Tổng quan về đập đất ở Việt Nam

Việt Nam là quốc gia nằm trong đới khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, có đường bờ biểnkéo dài hơn 3000km (dọc trục của đất nước) Do vị trí địa lý nên nước ta đã nhận đượclượng nhiệt mặt trời lớn, vì vậy nhiệt độ cao quanh năm, trung bình trên 21oC và tăngdần từ Bắc vào Nam Khí hậu nước ta có hai mùa rõ rệt, tuy nhiên khu vực miền Bắc

có chịu thêm sự ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc nên có thêm 3 tháng mùa đông Giómùa đã cho nước ta một lượng mưa lớn trung bình từ 1500 đến 2000mm, độ ẩm không

khí cao trên 80% Do điều kiện mưa nhiều đã tạo ra một số lượng sông suối rất lớn, tớikhoảng 2.360 con sông và kênh lớn nhỏ Dọc bờ biển, khoảng 23 km có một cửa sông

và theo thống kê có 112 cửa sông ra biển.Các sông lớn ở Việt Nam thường bắt nguồn

từ bên ngoài, phần trung du và hạ du chảy trên đất Việt Nam Hầu hết các sông ở ViệtNam chảy theo hướng Tây Bắc-Đông Nam và đổ ra Biển Đông Ngoại lệ có sông KỳCùng và Bằng Giang chảy theo hướng Đông Nam-Tây Bắc

Với mạng lưới sông ngòi dày đặc, việc khai thác hiệu quả nguồn nước đã được các nhàkhoa học nghiên cứu từ rất sớm Hệ thống Hồ chứa nước ở nước ta có thể là hồ tựnhiên hoặc nhân tạo trải dài từ Bắc vào Nam Các hồ chứa có thể sử dụng trong tướitiêu nông nghiệp, nuôi trồng khai thác thủy sản, khai thác thủy điện, phát triển dulịch, ngoài ra các hồ chứa còn giữ vị trí quan trọng trong việc điều hòa sinh thái, bảo

vệ môi trường sống của con người Nước ta có tổng số trên 6500 hồ chứa thủy lợi vớidung tích trữ nước khoảng 11 tỷ m3 đã được xây dựng, trong đó có: 560 hồ chứa códung tích trữ nước lớn hơn 3 triệu m3 hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ chứa có dungtích từ 0,2 triệu đến 3 triệu m3 nước, còn lại là các hồ có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu

m3 nước [1] Đa số các công trình hồ chứa ở Việt Nam đều có phần đập dâng là đậpđất và được xây dựng từ khá lâu, giai đoạn trước những năm 2000

Bảng 1 1 Bảng tổng hợp một số công trình đập đất ở Việt Nam [2]

TT Tên hồ Tỉnh Loại đập Hmax

(m)

Năm hoàn thành

TT Tên hồ Tỉnh Loại đập Hmax

(m)

Năm hoàn thành

TT Tên hồ Tỉnh Loại đập Hmax

(m)

Năm hoàn thành

TT Tên hồ Tỉnh Loại đập Hmax

(m)

Năm hoàn thành

Hình 1 4 Đập Đầm Hà Động, tỉnh Quảng Ninh

1.1.3 Một số vấn đề an toàn trong đập đất ở Việt Nam hiện nay

Như đã trình bày ở trên, đập đất là công trình rất dễ bị tổn thương bởi vấn đề về antoàn thấm, xói, ổn định, khả năng liên kết giữa các bộ phận công trình: Đập – Tràn-Cống lấy nước….Ngoài ra, trong những năm gần đây do tình hình thay đổi của thờitiết, ảnh hưởng từ các yếu tố Biến đổi khí hậu môi trường cộng thêm những thiếu sóttrong công tác khảo sát và sự xuống cấp do quá trình vận hành đã gây ra nhiều sự cốliên quan đến an toàn đập Một số sự cố thường gặp ở đập đất: [3]

a) Lũ tràn qua đỉnh đập do:

- Tính toán thuỷ văn sai

- Cửa đập tràn bị kẹt

- Lũ vượt tần suất thiết kế

- Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế

b) Sạt mái đập ở thượng lưu do:

- Tính sai cấp bão

- Biện pháp gia cố mái không đủ sức chịu của sóng do bão gây ra

- Thi công lớp gia cố kém chất lượng

- Đất mái thượng lưu đầm nện không đủ độ chặt

c) Thấm mạnh làm xói nền đập do

- Đánh giá sai địa chất nền đập

- Biện pháp thiết kế xử lý nền không đảm bảo chất lượng

- Thi công xử lý không đúng thiết kế

d) Thấm và sủi nước ở vai đập do

- Thiết kế sai biện pháp tiếp giáp giữa đập và vai

- Thi công không đúng thiết kế, bóc bỏ lớp thảo mộc không hết

- Đầm nện chỗ tiếp giáp không tốt

e) Thấm và xói rỗng ở mang các công trình bê tông do:

- Thiết kế biện pháp tiếp giáp không tốt

- Thi công không đảm bảo chất lượng

- Các khớp nối của công trình bê tông bị hỏng,

f) Thấm mạnh, sủi nước qua thân đập do:

- Vật liệu đắp không tốt

- Khảo sát vật liệu không đúng với thực tế, thí nghiệm sai các chỉ tiêu cơ lý lực họccủa vật liệu đất

- Thiết kế sai dung trọng khô của đập

- Không có biện pháp xử lý thích hợp đối với độ ẩm của đất

- Thi công đầm nén không đảm bảo kỹ thuật

- Thiết bị tiêu nước qua thân đập không làm việc

g) Nứt ngang đập do:

- Nền đập bị lún

- Thân đập lún không đều

- Đất đắp đập bị lún ướt lớn hoặc tan rã nhanh

h) Nứt dọc đập do:

- Nước hồ dâng cao đột ngột do lũ về nhanh

- Nước hồ rút xuống đột ngột gây giảm tải đột ngột ở mái thượng lưu

- Nền đập bị lún theo chiều dài tim đập

- Đất đắp đập khối thượng lưu có tính lún ướt và tan rã nhanh nhưng khảo sát khôngphát hiện ra hoặc thiết kế không có biện pháp đề phòng

i) Trượt mái thượng và hạ lưu đập do:

- Sóng bão kéo dài phá hỏng lớp gia cố

- Nước hồ rút nhanh

- Thiết kế chọn sai sơ đồ tính toán ổn định, tổ hợp tải trọng

- Địa chất nền xấu không xử lý triệt để

- Chất lượng thi công không đảm bảo

- Thiết bị tiêu nước thấm trong thân đập không làm việc, thiết bị tiêu nước mưa trênmái không tốt

Hình 1 5 Hiện tượng thấm mạnh ở hồ Núi Cốc- Thái Nguyên

Hình 1 6 Hiện tượng sạt trượt mái hạ lưu hồ Triệu Thượng 2- Quảng Trị

Hình 1 7 Vỡ đập Tây Nguyên – Xã Quỳnh Thắng, Quỳnh Lưu, Nghệ An

Trong số các nguyên nhân gây hư hỏng cho công trình đập đất thì hiện tượng mất ổnđịnh do thấm là một trong số những hiện tượng phổ biến nhất Để quá trình khai tháccông trình đập đất được hiệu quả, cần có công tác theo dõi kiểm, quan trắc công trìnhnhằm phát hiện các sự cố để kịp thời có giải pháp xử lý tốt nhất

1.2 Tổng quan về hệ thống quan trắc công trình thủy lợi

Khái niệm Quan trắc công trình có nghĩa là theo dõi quá trình làm việc, nắm bắt đượcnhững thay đổi trong bản thân công trình và nền của nó, cũng như những thay đổi củamôi trường xung quanh có ảnh hưởng đến công trình

Quan trắc công trình thủy lợi là quá trình đo đạc các thông số bên ngoài và bên trongcông trình thủy lợi các hạng mục hạng mục như: đo mưa, đo mực nước, dòng chảy đến

hồ, biến dạng mái dốc ven bờ hồ, đo áp lực thấm bên trong thân đập, ứng suất trongcác công trình bê tông, ứng suất nhiệt…Quan trắc có thể thực hiện bằng mắt thường,với các công cụ thủ công thông thường như thước đo, dây dọi, cột thủy chí, máy trắc

đạc…hay bằng các thiết bị đo tự động được đặt sẵn trong công trình như các thiết bịnhiệt kế điện tử, đo ứng suất biến dạng, áp lực thấm…

Quá trình quan trắc công trình thường được thực hiện theo một quy trình cố định khépkín và tổng quát Tuy nhiên cũng tùy thuộc vào đặc thù loại hình quan trắc sẽ có nhữngquy trình quan trắc khác nhau để phù hợp cho đối tượng cần quan trắc

1.2.1 Trên thế giới

Ngay từ thuở sơ khai, việc theo dõi quá trình làm việc của công trình thủy lợi đã đượctính đến với mục đích đảm bảo độ an toàn công trình Tuy nhiên vấn đề quan trắc côngtrình thực sự được chú trọng sau những sự cố gây mất an toàn công trình: Thấm mạnhtrong công trình, vỡ đập…

Giai đoạn đầu những năm 1990, Cục khai hoang của Mỹ đã chỉ ra rằng để đưa ra mộtchương trình quan trắc hợp lý cho đập, có chi phí hiệu quả, trước tiên cần xác định cácmối đe dọa tiềm ẩn đối với đập, hoặc cơ chế hoạt động của các hiểm họa tiềm ẩn, màchương trình quan trắc được thiết kế để giải quyết Theo tổ chức này việc thiết kế hệthống quan trắc cho đập bao gồm 3 bước:

- Xác định hình thức của các hiểm họa tiềm ẩn (Các nguyên nhân dẫn đến đập cóthể bị hư hỏng)

- Đối với từng hiểm họa tiềm ẩn cần xác định chỉ tiêu then chốt có liên quan đến

sự bắt đầu hoặc quá trình phát triển của các hiểm họa tiềm ẩn đối với đập

- Dự kiến biên độ/ phạm vi của giá trị cần quan trắc phù hợp với điều kiện làmviệc của đập

Giai đoạn những năm 2000, Ủy ban Điều hành năng lượng của Mỹ (FERC) đã thôngqua phương pháp “biểu thị của các tham số” cho các công trình mà họ quản lý, vàđược gọi là quá trình “Phân tích hình thức hiểm họa tiềm ẩn- Potential Failure ModeAnalysis (PFMA)”, và sau này đã trở thành tên thường dùng được sử dụng cho quátrình này Quá trình PFMA gắn kết công tác đo đạc với các chế độ hư hỏng cụ thể Tuynhiên, một số quan trắc có thể rơi vào hạng mục “quan trắc tổng quát”, không gắn vớimột chế độ hư hỏng cụ thể Việc quan trắc luôn đòi hỏi tính hiệu quả cao, chi phí thấp,tuy nhiên việc xác định tham số cần quan trắc cho sự an toàn tổng thể của đập luôn là

thách thức đối với công tác thiết kế hệ thống quan trắc vì nó liên quan đến chi phí [4]Tại một số quốc gia phát triển như: Mỹ, Nhật, Pháp, Canada, Hàn…việc theo dõi hệthống quan trắc trong đập, trong công trình thủy lợi luôn được chú trọng và hiện đạihóa từng bước Người ta tiến hành hiện đại hóa công tác quan trắc công trình thủy lợibằng cách thay thế bằng hệ thống quan trắc thủ công sang quan trắc tự động

Các hạng mục quan trắc chính: Quan trắc khí tượng thủy văn trên lưu vực hồ chứa,quan trắc mực nước hồ, hệ thống giám sát độ mở cửa tràn, độ mở cửa cống, quan trắcthấm thân đập, quan trắc áp lực thấm nền, quan trắc áp lực nước lỗ rỗng, quan trắc khenứt, ứng suất…

Công tác quan trắc được thực hiện bài bản với sự phối hợp chặt chẽ giữa các bên: Chủđầu tư, đơn vị tư vấn thiết kế và đơn vị thi công Đồng thời quá trình quan trắc còn cho

số liệu làm cơ sở để đánh giá an toàn công trình, và phục vụ cho các bài toán nghiêncứu chuyên sâu

Hình 1 8 Phòng điều khiển, hệ thống quan trắc tự động đầu mối Công trình lấy nước

trên sông tại Nhật Bản

Hình 1 9 Hệ thống giám sát hình ảnh một công trình đập ở Nhật Bản [5]

1.2.2 Một số vấn đề trong công tác quan trắc tại Việt Nam

Ở Việt Nam, việc nhận thức về công tác quan trắc công trình đã có nhưng vẫn còn kháđơn giản Việc nhận thức về sự quan trắc của công trình ở nước ta diễn ra theo xuhướng tiếp cận công trình với quan điểm: Các công trình đập đất thường có kết cấuđơn giản, dễ xử lý và các công trình đập bê tông thường có tuổi thọ cao (vĩnh cửu) vàrất ít hư hỏng do trong quá trình thiết kế thi công đã tính đến các hệ số an toàn Chỉ cómột số ít các công trình lớn, công trình trọng điểm là có sự quan tâm sát sao về vấn đềquan trắc công trình

Việc thiết kế thi công thiết bị quan trắc cũng đã được triển khai, tùy thuộc vào quy mô

và sự quan trọng của công trình sẽ có các hạng mục quan trắc khác nhau Nhưng đa sốcác thiết bị quan trắc vẫn là quan trắc thủ công, chưa áp dụng được nhiều các phươngpháp quan trắc hiện đại, sự đầu tư hiện đại hóa còn chưa tương ứng

Hình 1 10 Cột thủy chí hạ lưu Đập Lòng Sông [5]

Hình 1 11 Mốc quan trắc thấm Đập Ayun Hạ

Công tác quan trắc công trình ở Việt Nam có một số những vấn đề đang tồn tại nhưsau:

a Trong công tác thiết kế

Các đơn vị thiết kế thường chưa có bộ phận chuyên môn về nghiên cứu ứng dụng, lắpđặt và sử dụng các thiết bị quan trắc, đặc biệt là các thiết bị hiện đại, làm việc tự động,nên chất lượng tư vấn về quan trắc công trình thủy lợi chưa cao Nguồn nhân lực chấtlượng cao được đào tạo đúng ngành nghề vừa có chuyên môn về công trình thủy lợi,vừa có chuyên môn về tự động hóa và công nghệ thông tin còn rất hạn chế Các tàiliệu, quy trình, quy phạm trong lĩnh vực quan trắc công trình thủy lợi vẫn còn ít vàchưa cụ thể cho nhiều công trình dạng đặc thù

Trong công tác thiết kế công trình đang có một số vấn đề:

- Các hồ sơ thiết kế chủ yếu là mô tả về nguyên lý bố trí và định hướng lắp đặtthiết bị quan trắc, chưa có chỉ dẫn kỹ thuật; chưa đưa ra phân định thiết bị quantrắc trong quá trình thi công và thiết bị trong quản lý vận hành; chưa đưa ra thờihạn quan trắc, các chỉ số giới hạn đối với từng yếu tố quan trắc để có thể sosánh, đánh giá trạng thái làm việc của công trình; thiếu quy định cụ thể về tầnsuất quan trắc, mẫu biểu ghi chép, lưu trữ cũng như phương pháp xử lý kết quảquan trắc khi có hiện tượng bất thường

- Giải pháp công nghệ ghi đo và truyền số liệu chưa được lựa chọn tối ưu, tínhiệu truyền từ các trạm đo về máy tính trung tâm thường bằng cáp nên dễ bị suygiảm độ chính xác theo thời gian hoặc hư hỏng do tác động của môi trường, vađập cơ học trong quá trình thi công…Tính năng kỹ thuật của một số thiết bịđược lựa chọn chưa thực sự phù hợp (như dải đo, nguyên lý đo, vị trí lắp đặt,cách thức truyền dẫn tín hiệu…); thiết kế bản vẽ thi công, lập biện pháp thicông chưa đầy đủ thông tin phục vụ cho công tác mua sắm thiết bị, thi công vàgiám sát quá trình lắp đặt

b Quá trình thi công, lắp đặt hệ thống quan trắc công trình

Hiện nay ở nước ta, các nhà thầu có năng lực cao trong thi công hệ thống quan trắccông trình thủy lợi còn rất ít Phần lớn các nhà thầu cung cấp, thi công lắp đặt hệ thốngthiết bị quan trắc chưa có nhiều kinh nghiệm dẫn đến có nhiều sai sót trong quá trìnhthi công

Hầu hết thiết bị quan trắc tự động (các đầu đo, đường truyền tín hiệu, bộ xử lý tín hiệu

và phần mềm vận hành) được ngoại nhập, việc chuyển giao công nghệ hoàn toàn phụthuộc vào chuyên gia của hãng thông qua tài liệu, email; một số thiết bị có thể áp dụngcho nhiều đối tượng quan trắc nên không có tài liệu hướng dẫn riêng áp dụng cho côngtrình thủy lợi

c Công tác sử dụng, khai thác hệ thống quan trắc

Tất cả các hệ thống quan trắc công trình thủy lợi đều cần có công tác bảo dưỡng, bảohành định kỳ theo chỉ dẫn kỹ thuật của từng loại thiết bị quan trắc Tuy nhiên đang cómột số những tồn tại sau trong quá trình khai thác sử dụng hệ thống quan trắc:

- Việc chuyển giao kỹ thuật về thu thập, theo dõi và xử lý số liệu quan trắc chocông nhân vận hành chưa kỹ, chưa đầy đủ; nhiều trường hợp công tác chuyểngiao còn mang tính thủ tục, ngay sau khi chuyển giao người nhận chuyển giaochưa thực hiện được; cũng có trường hợp đơn vị quản lý cử người tiếp nhận cóchuyên môn và kỹ năng thực hành chưa đáp ứng được yêu cầu

- Công tác bảo dưỡng định kỳ hằng năm chưa được chú trọng, thường khi có sựhỏng hóc thiết bị thì đơn vị chủ quản mới có ý kiến và tiến hành kiểm tra sửachữa hoặc thay thế

- Các số liệu quan trắc trong quá trình thi công chưa được tư vấn thiết kế sử dụng

để kiểm tra lại kết quả tính toán thiết kế nhằm đưa ra khuyến nghị hay lưu ýtrong quá trình khai thác sử dụng

- Chủ đầu tư, chủ quản lý công trình chưa có nhiều kinh nghiệm hoặc đôi khichưa thấy được vai trò của công tác quan trắc nên việc quan trắc chủ yếu mớidừng ở việc ghi chép các số liệu, chưa sử dụng các số liệu này để phân tích,đánh giá tình trạng làm việc của các công trình, việc tổ chức thực hiện công tácbảo trì định kỳ hệ thống quan trắc chưa theo đúng quy định và hướng dẫn củanhà sản xuất

1.3 Quan trắc thấm và một số tồn tại của quan trắc thấm trong đập đất

1.3.1 Hệ thống quan trắc thấm trong đập đất.

Như đã nêu ở trên, trong số các nguyên nhân gây ra hiện tượng mất an toàn cho đậpđất, vấn đề mất an toàn về thấm trong công trình đập đất là phổ biến nhất Nhằm kịp

thời phát hiện các hư hỏng liên quan đến vấn đề về thấm, người ta tiến hành xây dựng

hệ thống quan trắc thấm trong đập đất

Công tác quan trắc thấm cần được tiến hành thường xuyên trong đó bao gồm cácnhiệm vụ: Quan trắc giá trị cột nước trước và sau công trình; Quan trắc áp lực thấmtrong đập; Quan trắc đường bão hòa thân đập; Quan trắc lưu lượng thấm qua thân đập;Quan trắc các tính chất của dòng thấm đi ra khỏi công trình Thông thường, với cáccông trình đập đất khi xây dựng hệ thống quan trắc thấm sẽ được quan trắc đồng bộđầy đủ các hạng mục

Từ các dữ liệu quan trắc thấm người ta có thể tiến hành đánh giá được sự làm việc củacông trình Chẳng hạn như sau:

- Khi quan trắc áp lực thấm: Tại mỗi vị trí áp ống đo áp lực, người ta có thể tiếnhành theo quan trắc theo kiểu thủ công (dùng thước dây) hoặc kiểu hiện đại (lắpđặt hệ thống quan trắc tự động) Khi có số liệu quan trắc người ta sẽ tiến hành

so sánh với giá trị lý thuyết đã được tính toán mô phỏng từ trước để đánh giá vềchiều cao cột nước áp lực thấm có nằm trong phạm vi cho phép hay nằm ngoàiphạm vi Trường hợp nếu nằm ngoài phạm vi cho phép thì sẽ tiến hành tìmnguyên nhân và có biện pháp xử lý: Có thể là do quá trình đo đạc, do đập đang

có vấn đề hoặc do thiết bị quan trắc có vấn đề

- Khi quan trắc tính chất dòng thấm qua thân đập: Từ độ đục của dòng thấm, cóthể đánh giá sơ bộ được sự làm việc của các thiết bị thoát nước như lăng trụthoát nước…ngoài ra khi xét nghiệm mẫu nước có thể phân tích được sự phân

rã vật liệu trong thân đập…

Như vậy có thể thấy rằng, hệ thống quan trắc thấm trong đập đất rất quan trọng, nócho phép người quản lý có cơ sở để đánh giá được sự làm việc của công trình liênquan đến vấn đề về thấm

1.3.2 Một số vấn đề của quan trắc thấm trong đập đất

Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam, hệ thống quan trắc thấm trong đập đất cómột số vấn đề tồn tại như sau:

Đối với các công trình đập lớn trọng điểm: Đây là những công trình thường xuyênđược đầu tư nâng cấp, sửa chữa, có đơn vị quản lý và thường trực tại công trình Hệthống quan trắc thấm thường bài bản và có đầy đủ nhật ký ghi chép số liệu

Ở những công trình đập vừa và nhỏ do địa phương quan lý, công tác quan trắc thấmthường ít được đầu tư và có một số vấn đề tồn tại như sau:

- Hệ thống quan trắc thường vẫn là quan trắc theo phương pháp thủ công, rất tốnkém nhân lực và số liệu phụ thuộc nhiều vào chủ quan của người đo đạc và ghichép

- Công tác quan trắc thường không liên tục, không đúng theo yêu cầu của thiết

kế, đặc biệt trong mùa mưa bão, việc quan trắc và ghi chép là rất khó khăn

- Nhiều công trình các ống quan trắc thường không có thiết bị nắp bảo vệ dẫn đếngiếng quan trắc bị tắc, hỏng dẫn đến không thể đo đạc

- Thậm chí nhiều công trình nhỏ do cấp xã quản lý còn không được thiết kế hệthống quan trắc thấm (vì công trình được xây dựng từ lâu đời)

- Hầu như các công trình không có hệ thống quan trắc lưu lượng thấm qua thânđập

- Chi phí đầu tư xây dựng hệ thống quan trắc thấm trong đập đất theo phươngpháp tự động vẫn ở mức cao so với mặt bằng chung của nước ta nên sự đầu tư

1.4 Kết luận chương 1

Đập đất là một loại công trình thủy lợi đã có lịch sử xây dựng từ lâu đời Công nghệthiết kế và thi công đập đất đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trên thế giới cũng như ởViệt Nam Tuy nhiên vấn đề an toàn về thấm, an toàn sạt trượt… luôn đặt trong tìnhtrạng cảnh báo mỗi khi mùa mưa lũ đến

Để theo dõi sự làm việc của công trình, kịp thời phát hiện các hư hỏng, cũng như kiểm

tra sự làm việc của công trình thủy lợi nói chung và đập đất nói riêng, người ta sửdụng các thiết bị quan trắc Trên thế giới, việc sử dụng hệ thống quan trắc công trìnhthủy lợi đã được hiện đại hóa và triển khai ở nhiều quốc gia có nền kinh tế phát triểnnhư: Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc… Ở Việt Nam, đã có những nhận thức vềquan trắc công trình, tuy nhiên đa số các hạng mục quan trắc vẫn là quan trắc thủ công.Chỉ có một số ít những công trình được đầu tư xây dựng hệ thống quan trắc tự độngtiên tiến

Với hệ thống quan trắc thấm, đây là một hạng mục rất quan trọng đối với công trìnhđập đất Việc đánh giá, tổng quát hóa các vấn đề liên quan đến quan trắc thấm và việc

sử dụng số liệu quan trắc phục vụ các bài toán đánh giá sự làm việc của công trình vànghiên cứu là một hướng đi cần phải thực hiện

CHƯƠNG 2 HÌNH THỨC QUAN TRẮC VÀ CÁC THIẾT BỊ

QUAN TRẮC THẤM TRONG ĐẬP ĐẤT

2.1 Cơ sở lý thuyết bố trí hệ thống quan trắc trong đập đất

Công tác quan trắc là một nhiệm vụ không thể thiếu trong quá trình xây dựng, quản lýkhai thác công trình thủy lợi Để tiến hành thiết kế, bố trí hệ thống quan trắc cần xácđịnh rõ ràng được mục đích chính của quan trắc Hệ thống quan trắc trong công trìnhthủy lợi nói chung và trong đập đất nói riêng có mục đích như sau:

- Phục vụ điều tiết, vận hành hồ chứa nước: Các công trình thủy lợi đưa vào khaithác đều phải có quy trình vận hành tương ứng Tuy nhiên do biến động củadòng chảy, của nhu cầu dùng nước và sự thay đổi của bản thân công trình nênquy trình vận hành phải thường xuyên được điều chỉnh để phù hợp với thực tế

- Kiểm soát an toàn công trình: Trong thiết kế, công trình đã được tính toán đảmbảo an toàn theo các tiêu chuẩn kỹ thuật Tuy nhiên trong thực tế làm việc cóthể xảy ra các tình huống bất thường ngoài tính toán Các tình huống này có thể

do các nguyên nhân chủ quan hay khách quan, nhưng đều có thể gây nguyhiểm, mất an toàn cho công trình Thông qua kết quả quan trắc có thể đánh giá

được tình trạng sức khỏe của công trình, từ đó đánh giá được công trình cóđang làm việc an toàn hay không

- Kiểm định các kết quả tính toán thiết kế: Công trình thủy lợi thường có điềukiện địa hình, địa chất đa dạng, hình loại phong phú nên trong tính toán thườngphải áp dụng các giả thiết đơn giản hóa, dẫn đến kết quả tính toán thiết kế có saikhác so với thực tế khách quan Vì vậy sau khi công trình được xây dựng, các

số liệu quan trắc sẽ cho phép người thiết kế kiểm tra lại kết quả tính toán, đưavào các hệ số hiệu chỉnh cần thiết và khái quát hóa, rút kinh nghiệm để thiết kếcho các công trình tương tự

- Phục vụ công tác nghiên cứu công trình: Các kết quả quan trắc nhiều năm đượcphân tích, xử lý một cách có hệ thống sẽ cho biết quy luật diễn biến của các đạilượng bên trong công trình như quá trình cố kết thấm, sự phát triển hang thấmtập trung, sự suy thoái của vật liệu xây dựng công trình…Đây là những tài liệurất quan trọng để phục vụ nghiên cứu công trình, phát hiện những quy luật mới

để đóng góp cho khoa học và thực tiễn

Sau khi xác định được mục đích quan trắc, việc thứ hai là giải quyết bài toán kinh tế

kỹ thuật Ở nước ta, các công trình đập đất đa số được xây dựng từ lâu đời, nên khôngphải công trình nào cũng có đầy đủ các tài liệu cần thiết để thiết kế chi tiết hệ thốngquan trắc Đồng thời có những thiết bị quan trắc rất đắt tiền, chính vì vậy tương ứngvới tầm quan trọng của công trình sẽ lựa chọn phương án quan trắc phù hợp Hiện nayviệc bố trí thiết bị quan trắc được quy định trong một số văn bản và tiêu chuẩn:

- Luật Thủy lợi số 08/2017/QH14 ngày 19/06/2017 [6]: Điều 18 quy định: Khiđầu tư xây dựng đập, hồ chứa nước phải lắp đặt hệ thống giám sát vận hành,thiết bị thông tin, cảnh báo an toàn đập và vùng hạ du đập, thiết bị quan trắcKTVT chuyên dùng trên lưu vực hồ chứa nước; Điều 20: Nội dung quản lý khaithác công trình thủy lợi gồm 2) đo đạc, quan trắc, giám sát, kiểm tra, kiểm định,đánh giá an toàn công trình thủy lợi; Quản lý, tổ chức thực hiện bảo trì, đầu tưnâng cấp, xây dựng mới, hiện đại hóa, xử lý khắc phục sự cố công trình, máymóc, thiết bị; cắm mốc chỉ giới phạm vi bảo vệ công trình thủy lợi; Điều 45: Tổchức cá nhân khai thác đập, hồ chứa nước phải có trách nhiệm quan trắc đập,KTVT, lưu trữ hồ sơ theo quy định

- Trong thiết kế xây dựng: Quy chuẩn quốc gia QCVN 04-05:2012 [7] quy địnhloại công trình và cấp công trình bắt buộc phải xây dựng hệ thống quan trắc.Việc thiết kế cụ thể thực hiện theo TCVN 8215-2009 – Công trình thủy lợi- Cácquy định chủ yếu về thiết kế bố trí thiết bị quan trắc cụm công trình đầu mối [8]Nhằm đảm bảo chất lượng quan trắc phục vụ cho các mục đích nêu trên, việc bố trí hệthống quan trắc trong công trình đập đất cần đảm bảo tính thống nhất giữa các yếu tốliên quan và cần tuân thủ một số nguyên tắc như sau:

- Quan trắc đồng thời các yếu tố liên quan: Các yếu tố bên ngoài và bên trongcông trình đập đất có mối liên hệ mật thiết với nhau theo quy luật cơ học hoặchóa học Trong điều kiện công trình làm việc bình thường không có nhiều sựthay đổi so với sơ đồ thiết kế thì các mối quan hệ này đã được làm sáng tỏ mộtphần trong tính toán thiết kế Ngược lại, nếu trong công trình đã có những biếnđổi bất thường, không còn phù hợp với sơ đồ thiết kế thì giá trị của các đạilượng bên trong (đường bão hòa thấm, áp lực nước lỗ rỗng…) cũng thay đổi, vàviệc quan trắc toàn diện các yếu tố sẽ giúp làm sáng tỏ được thực chất nhữngbiến đổi này Ví dụ như quan trắc đường bão hòa thân đập thì cần phải đồngthời quan trắc mực nước thượng hạ lưu hồ chứa

- Quan trắc song hành các yêu tố: Mỗi yếu tố bên trong công trình có thể đượcquan trắc bằng các phương pháp và thiết bị khác nhau Mỗi phương pháp đều

có những ưu nhược điểu và điều kiện áp dụng nhất định Vì vậy với những yếu

tố quan trắc cần có độ tin cậy cao thì nên được quan trắc bằng các phương pháp

và thiết bị khác nhau

- Tần số quan trắc: Căn cứ vào quy luật biến thiên của từng yếu tố để định ra rần

số quan trắc phù hợp nhằm nắm bắt được các đặc trưng thay đổi của nó Chẳnghạn việc quan trắc đường bão hòa thân đập, áp lực thấm nền cần được gia tăngvào mùa mưa lũ

Như vậy, việc bố trí hệ thống quan trắc trong đập đất thực chất là việc xác địnhmục đích quan trắc, các loại hình quan trắc và mối liên hệ giữa các loại hình quan trắc

Từ đó tương ứng với mỗi cấp công trình khác nhau sẽ bố trí hệ thống quan trắc khácnhau

Bảng 2 1 Thành phần, khối lượng công tác quan trắc trong công trình [8]

S.T.T Nội dung quan trắc Cấp công trình

phận bê tông cốt thép nằm

trong đập

2.2 Một số yêu cầu về quan trắc thấm trong đập đất

Các nội dung quan trắc thấm:

- Quan trắc độ cao mực nước thượng lưu của đập hồ chứa và công trình chắnnước bằng vật liệu có tính thấm; trước sau mặt cắt bố trí thiết bị đo; trước saucông trình xả, cống lấy nước, v.v ;

- Quan trắc đường bão hoà;

- Quan trắc áp lực nước thấm lên công trình;

- Quan trắc lưu lượng thấm;

2.2.1 Quan trắc cao độ mực nước trước và sau công trình

Cao độ mực nước trước và sau công trình là một nhiệm vụ cần được thực hiện thườngxuyên đối với công trình Việc quan trắc này không chỉ phục vụ cho các bài toán liênquan đến vấn đề thấm mà còn phục vụ nhiều các bài toán liên quan đến: Dự báo lũ,tính toán dòng chảy đến hồ, và bài toán vận hành…Tuy nhiên việc phục vụ cho bàitoán liên quan đến thấm cũng hết sức quan trọng Mực nước trước và sau công trìnhchính là hai điều kiện biên không thể thiếu trong việc mô phỏng bài toán thấm trong lýthuyết

Hiện nay có nhiều cách để quan trắc mực nước trước và sau công trình, nhưng thôngthường người ta sẽ tiến hành quan trắc tự động hoặc xây dựng các cột thủy chí có vạch

đo

Hình 2 1 Cột thủy chí

2.2.2 Quan trắc đường bão hòa thân đập

Đường bão hòa thân đập là một thông số rất quan trọng với bài toán liên quan đếnthấm và ổn định trong đập đất Vị trí đường bão hòa ảnh hưởng rất lớn đến sự antoàn của công trình

Để quan trắc đường bão hoà trong đập, bố trí các ống đo áp (Observation well).Cao trình đặt ống đo áp cũng như chiều dài đoạn thu nước của ống đo áp đượcxác định bằng tính toán nhưng phải thấp hơn giá trị tính toán đường bão hoà mộtđoạn tối thiểu từ 1 m đến 2 m Các ống đo áp bố trí trong mặt cắt ngang của đậpgọi tuyến đo áp Tuyến đo áp được quy định như sau:

- Ở phần thềm sông, các tuyến bố trí cách nhau từ 150 m đến 250 m;

- Ở phần lòng sông, các tuyến đo áp cách nhau từ 100 m đến 150 m;

- Khi bố trí tuyến đo áp chú ý đặt ở những vị trí có sự thay đổi về địa chấtnền hoặc kết cấu đập Số lượng tuyến đo áp cho mỗi đập không ít hơn 3.Khi bố trí tuyến đo áp chú ý đặt ở những vị trí có sự thay đổi về địa chất nền hoặckết cấu đập Số lượng tuyến đo áp cho mỗi đập không ít hơn 3

Số lượng ống đo áp trong một tuyến tuỳ thuộc chiều cao đập, hình thức và kết cấuđập nhưng không được ít hơn 4, trong đó bố trí một ống ở mái thượng lưu trênmực nước dâng bình thường (MNDBT); từ 1 ống đến 2 ống trên đỉnh đập nhưng