Nghiên cứu đề xuất giải pháp tăng khả năng tháo nhằm đảm bảo an toàn cho hồ chứa trên địa bàn tỉnh bình thuận và áp dụng cho hồ suối đá

Được sự quan tâm của Đảng và Nhà nước về công tác phát triển thủy lợi, đến nay toàn tỉnh đã có hơn 174 công trình thủy lợi lớn nhỏ, trong đó các hồ chứa nước đóng vai trò cực kỳ quan trọ

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận văn

Nguyễn Anh Quý

ii

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô giáo Khoa Công trình, cán bộ phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học trường Đại học Thủy lợi đã giảng dạy, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập tại trường

Đồng thời, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phạm Ngọc Quý, người thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo và toàn thể các đồng nghiệp Công ty TNHH MTV KTCT Thủy lợi Bình Thuận đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ tác giả có thể hoàn thành khóa học và luận văn một cách tốt nhất

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè và người thân đã động viên tinh thần, khích lệ để tác giả hoàn thành tốt luận văn

Với thời gian và trình độ còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, các chuyên gia và bạn bè đồng nghiệp để hoàn thiện luận văn

iii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

5 Kết quả đạt được 2

6 Cấu trúc của luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA NƯỚC VÀ AN TOÀN XẢ LŨ CỦA HỒ ĐẬP

4

1.1 Tổng quan về hồ chứa nước 4

1.1.1 Các bộ phận của hồ chứa: 4

1.1.2 Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới và ở Việt Nam 5

1.2 An toàn hồ đập 7

1.2.1 Thực trạng về an toàn hồ đập 7

1.2.2 Những vấn đề đặt ra đối với hồ chứa [2] 9

1.2.3 Những sự cố thường gặp ở hồ chứa [3] 11

1.3 Khái quát chung về công trình tháo lũ [5] 19

1.3.1 Nhiệm vụ công trình tháo lũ 19

1.3.2 Phân loại công trình tháo lũ 19

1.4 Những kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về nâng cao khả năng tháo 25

1.4.1 Những kết quả nghiên cứu trên thế giới 25

1.4.2 Những kết quả nghiên cứu trong nước 26

1.4.3 Nhận xét các kết quả nghiên cứu 27

1.5 Những vấn đề đặt ra và lựa chọn hướng nghiên cứu 28

1.6 Kết luận chương 1 29

CHƯƠNG 2 HIỆN TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG THÁO LŨ CỦA CÁC HỒ CHỨA Ở BÌNH THUẬN 30

2.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tỉnh Bình Thuận [7] 30

2.1.1 Vị trí địa lý 30

2.1.2 Đặc điểm địa hình 30

iv

2.1.3 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng và thảm phủ thực vật 31

2.1.4 Đặc điểm khí tượng, thủy văn 32

2.1.5 Hiện trạng kinh tế - xã hội 33

2.2 Hiện trạng hồ đập và khả năng tháo lũ của hồ chứa trên địa bàn tỉnh Bình Thuận 34

2.2.1 Hiện trạng hồ đập 34

2.2.2 Hiện trạng năng lực xả lũ của hồ chứa 37

2.2.3 Một số sự cố xảy ra ở công trình tháo lũ 40

2.3 Nghiên cứu các giải pháp làm chậm lũ, tăng khả năng tháo lũ của hồ chứa 41

2.3.1 Lý do phải tăng khả năng tháo của hồ: 41

2.3.2 Giải pháp công trình [6] 42

2.3.3 Giải pháp phi công trình 58

2.3.4 Xây dựng tiêu chí đánh giá an toàn về lũ (tiêu chí lũ)[8] 59

2.4 Kết luận chương 2 62

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ TĂNG KHẢ NĂNG THÁO LŨ CHO HỒ SUỐI ĐÁ 63

3.1 Giới thiệu chung về công trình hồ chứa nước Suối Đá [9] 63

3.1.1 Vị trí công trình 63

3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo: 63

3.1.3 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng: 64

3.1.4 Đặc điểm mạng lưới sông suối: 64

3.1.5 Đặc điểm khí tượng, thủy văn: 64

3.1.6 Nhiệm vụ và quy mô của hồ chứa nước Suối Đá: 65

3.2 Hiện trạng và đánh giá về khả năng tháo lũ của hồ Suối Đá 69

3.2.1 Hiện trạng công trình tháo lũ 69

3.2.2 Đánh giá về khả năng tháo lũ 69

3.3 Các giải pháp công trình tăng khả năng tháo lũ cũa hồ 72

3.3.1 Giải pháp 1: Mở rộng quy mô tràn tự do, giữ nguyên cống xả sâu 72

3.3.2 Giải pháp 2: Mở rộng quy mô cống xả sâu, giữ nguyên tràn tự do 77

3.3.3 Giải pháp 3: Mở rộng quy mô tràn tự do và cống xả sâu 81

3.4 Phân tích và lựa chọn giải pháp công trình hợp lý 85

v

3.4.1 Tiêu chí lựa chọn giải pháp 85

3.4.2 Tổng hợp kết quả các giải pháp 85

3.4.3 Phân tích các giải pháp và lựa chọn giải pháp hợp lý 86

3.5 Xây dựng biểu đồ điều phối phòng lũ cho hồ Suối Đá 88

3.5.1 Xác định lại tiêu chuẩn lũ thiết kế 89

3.5.2 Cập nhật tài liệu khí tượng – thủy văn, địa hình, địa mạo, thảm phủ 89

3.5.3 Tính toán mưa ngày lớn nhất thiết kế 89

3.5.4 Tính toán lưu lượng đỉnh lũ và quá trình lũ thiết kế, lũ kiểm tra 89

3.5.5 Tính toán điều tiết lũ 89

3.5.6 Xây dựng biểu đồ điều phối phòng lũ 90

3.5.7 Hướng dẫn sử dụng biểu đồ điều phối phòng lũ : 92

3.6 Kết luận chương 3 93

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

1 Những kết quả đạt được của luận văn 94

2 Những tồn tại 94

3 Kiến nghị 95

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình1.1 Các bộ phận của hồ chứa 5

Hình1.2 Một số hình ảnh về hồ chứa trên thế giới 6

Hình1.3 Một số hình ảnh về hồ chứa ở Việt Nam 7

Hình1.4 Một số hình ảnh về sự cố hồ Vạn Hội (Bình Định) 12

Hình1.5 Nước tràn qua đỉnh đập gây vỡ đập, điển hình ở đập Phân Lân (Vĩnh Phúc) 13 Hình1.6 Thấm trong phạm vi thân đập, điển hình ở hồ Núi Cốc (Thái Nguyên) 13

Hình1.7 Trượt mái thượng lưu, điển hình như đập Ngàn Trươi (Hà Tĩnh) 14

Hình1.8 Kẹt cửa van tràn xả lũ đập Đầm Hà Động 16

Hình1.9 Nứt gãy cống dẫn đến vỡ đập, điển hình như đập Ia Krel II (Gia Lai) 17

Hình1.10 Thấm dọc theo mang cống gây vỡ đập, điển hình như đập Z20 (Hà Tĩnh) 18

Hình1.11 Nước tràn qua đỉnh đập Đầm Hà Động (Quãng Ninh) do người quản lý không theo dõi diễn biến mực nước về hồ khi đang có mưa lớn 18

Hình1.12 Nước tràn qua đỉnh đập thủy điện Hố Hô (Hà Tĩnh) do sự cố mất điện dẫn đến tràn xả lũ không vận hành được 19

Hình1.13 Đập Lòng Sông – Bình Thuận 20

Hình1.14 Bố trí đường tràn dọc ở đầu đập 20

Hình1.15 Đường tràn ngang 21

Hình1.16 Xi phông tháo lũ 22

Hình1.17 Giếng tháo lũ 23

Hình1.18 Đường tràn lũ kiểu gáo 23

Hình1.19 Tràn không có cửa van điều tiết 24

Hình1.20 Tràn có cửa van điều tiết 24

Hình 2.1 Bản đồ hành chính tỉnh Bình Thuận 30

Hình 2.2 Sơ đồ tổ chức quản lý 35

Hình 2.3 Một số hồ chứa ở Bình Thuận 36

Hình 2.4 Hiện trạng hư hỏng một số hồ chứa của tỉnh Bình Thuận 37

Hình 2.5 Hình ảnh một số tràn xả lũ ở Bình Thuận 40

Hình 2.6 Hồ Trà Tân vào mùa lũ 40

Hình 2.7 Các giải pháp công trình chậm lũ, chia lũ của hồ chứa 42

Hình 2.8 Một số dạng tường cánh làm thuận dòng chảy 43

vii

Hình 2.9 Mở rộng khẩu diện tràn 43

Hình 2.10 Hạ thấp ngưỡng tràn và làm cửa van 45

Hình 2.11 Mặt bằng các dạng ngưỡng tràn đặc biệt 46

Hình 2.12 Nâng cao đập chắn để tăng mực nước lũ trong hồ 46

Hình 2.13 Cắt dọc tràn sự cố hồ Truồi – Thừa Thiên Huế 47

Hình 2.14 Cắt dọc Tràn sự cố hồ Easoup Thượng - Đắc Lắc 48

Hình 2.15 Cắt dọc tràn sự cố gây vỡ bằng năng lượng nổ - Hồ Kẻ Gỗ, Hà Tĩnh 49

Hình 2.16 Tràn sự cố có cửa van Hồ Cà Giây, tỉnh Bình Thuận 51

Hình 2.17 Tràn của van tự động 52

Hình 2.18 Cắt dọc tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập đất 53

Hình 2.19 Cắt dọc tràn sự cố kiểu dẫn xói gây vỡ đập đất 54

Hình 2.20 Tràn Labyrinth 55

Hình 2.21 Tràn sự cố kiểu cầu chì 55

Hình 2.22 Tràn sự cố kiểu tấm gập mở nhanh 56

Hình 2.23 Sơ đồ đánh giá an toàn theo tiêu chí lũ 60

Hình 2.24 Biểu đồ điều phối phòng lũ ứng với các mực nước trước lũ và Btr khác nhau 61

Hình 3.1 Vị trí hồ chứa nước Suối Đá 63

Hình 3.2 Công trình đầu mối hồ chứa nước Suối Đá 66

Hình 3.3 Đập chính và đập phụ 1 hồ chứa nước Suối Đá 67

Hình 3.4 Tràn xả lũ hồ chứa nước Suối Đá 68

Hình 3.5 Hiện trạng tràn xả lũ hồ Suối Đá 69

Hình 3.6 Mở rộng quy mô tràn tự do, giữ nguyên cống xả sâu 72

Hình 3.7 Giải pháp 1: Mở rộng quy mô tràn tự do, giữ nguyên cống xả sâu 76

Hình 3.8 Mở rộng quy mô cống xả sâu, giữ nguyên tràn tự do 77

Hình 3.9 Giải pháp 2: Mở rộng quy mô cống xả sâu, giữ nguyên tràn tự do 80

Hình 3.10 Mở rộng quy mô tràn tự do và cống xả sâu 81

Hình 3.11 Giải pháp 3: Mở rộng quy mô tràn tự do và cống xả sâu 84

Hình 3.12 Biểu đồ điều phối phòng lũ hồ Suối Đá trường hợp 1 91

Hình 3.13 Biểu đồ điều phối phòng lũ hồ Suối Đá trường hợp 2 92

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Thống kê số lượng, dung tích và diện tích tưới các hồ chứa thủy lợi 6

Bảng 1.2: Phân loại các nguyên nhân gây vỡ 17 hồ đập của nước ta gần đây 8

Bảng 1.3: Phân loại các nguyên nhân gây sự cố nhưng không vỡ đập 8

Bảng 1.4: Các nguyên nhân gây vỡ 17 hồ đập do chủ quan của con người 9

Bảng 2.1 Thống kê phân loại đất 31

Bảng 2.2 Diện tích thảm phủ (rừng) thay đổi theo thời gian 32

Bảng 2.3 Diện tích lưu vực và chiều dài các sông chính 33

Bảng 2.4 Thống kê theo dung tích hồ chứa 34

Bảng 2.5 Thống kê theo chiều cao đập 34

Bảng 2.6 Thống kê theo năm xây dựng 34

Bảng 2.7 Phân loại theo loại tràn 37

Bảng 2.8 Phân loại tràn theo hình thức có hay không có cửa van 38

Bảng 2.9 Phân loại tràn theo hình thức tiêu năng 38

Bảng 2.10 Phân loại tràn theo hình thức có hay không có tràn sự cố 38

Bảng 2.11 Tiêu chuẩn tính lũ theo các tiêu chuẩn, quy phạm qua các thời kỳ 41

Bảng 3.1 Vận tốc gió ứng với các tần suất thiết kế 65

Bảng 3.2 Thông số dòng chảy lũ ứng với các tần suất 65

Bảng 3.3 Kết quả tính toán điều tiết lũ 70

Bảng 3.4 Kết quả tính toán chiều cao đập 71

Bảng 3.5 Kết quả tính toán về kỹ thuật giải pháp 1 73

Bảng 3.6 Kết quả tính toán mực nước hạ lưu 73

Bảng 3.7 Kết quả tính toán kích thước bể 74

Bảng 3.8 Kết quả tính toán về kinh tế giải pháp 1 75

Bảng 3.9 Kết quả tính toán về kỹ thuật giải pháp 2 78

Bảng 3.10 Kết quả tính toán mực nước hạ lưu 78

Bảng 3.11 Kết quả tính toán kích thước bể 78

Bảng 3.12 Kết quả tính toán về kinh tế giải pháp 2 79

Bảng 3.13 Kết quả tính toán về kỹ thuật giải pháp 3 82

Bảng 3.14 Kết quả tính toán mực nước hạ lưu 82

ix

Bảng 3.15 Kết quả tính toán kích thước bể 82

Bảng 3.16 Kết quả tính toán về kinh tế giải pháp 3 83

Bảng 3.17 Thông số các giải pháp 86

Bảng 3.18 Tổng hợp mực nước hồ lớn nhất trường hợp 1 90

Bảng 3.19 Tổng hợp mực nước hồ lớn nhất trường hợp 2 91

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Bình Thuận là một tỉnh khô hạn nằm ở cực Nam Trung Bộ Được sự quan tâm của Đảng và Nhà nước về công tác phát triển thủy lợi, đến nay toàn tỉnh đã có hơn 174 công trình thủy lợi lớn nhỏ, trong đó các hồ chứa nước đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong sự phát triển kinh tế xã hội của địa phương

Qua rà soát đánh giá toàn bộ 21 hồ chứa trên địa bàn tỉnh chỉ có hai hồ chứa có đập bằng bê tông trọng lực, còn lại toàn bộ các hồ chứa là đập đất Các hồ này phần lớn được xây dựng cách đây đã hơn 20 năm trong thời kỳ đất nước còn khó khăn, nguồn vốn đầu tư còn hạn hẹp, công tác thiết kế thi công còn chưa đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Trải qua quá trình khai thác phần lớn các hồ đã bắt đầu hư hỏng, xuống cấp nhưng do nguồn kinh phí hạn hẹp nên vẫn chưa được tu sửa, nâng cấp một cách phù hợp dẫn đến tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn hồ đập, đặc biệt là về an toàn lũ

Bên cạnh đó, những năm gần đây do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu dẫn đến tình hình thời tiết diễn biến khó lường, mưa lũ lớn liên tục xảy ra với tính chất ngày càng cực đoan đã đe dọa trực tiếp đến an toàn hồ đập Tình trạng lũ lớn vượt thiết kế, công trình tháo lũ không đảm bảo năng lực xả … dẫn đến nước tràn qua đỉnh đập gây vỡ đập, tàn phá cơ sở vật chất ở hạ du thực tế đã xảy ra đối với nhiều hồ chứa

Với những lý do trên, đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp tăng khả năng tháo nhằm đảm bảo an toàn cho hồ chứa trên địa bàn tỉnh Bình Thuận và áp dụng cho hồ Suối Đá” thực sự có ý nghĩa khoa học, nhằm giải quyết các vấn đề mà thực tiễn đang đòi hỏi

2

- Áp dụng tính toán cho hồ Suối Đá

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu: Các hồ chứa trên địa bàn tỉnh Bình Thuận, áp dụng tính

toán cho hồ Suối Đá

 Phạm vi nghiên cứu: Công trình tháo lũ và các giải pháp tăng khả năng tháo.

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

 Cách tiếp cận: Tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong

việc nâng cao khả năng tháo lũ các hồ chứa nước trên thế giới và ở Việt Nam

 Phương pháp nghiên cứu

- Điều tra, thu thập, tổng hợp các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

- Điều tra, phân tích, đánh giá hiện trạng hồ đập và khả năng tháo lũ của các hồ chứa trên địa bàn tỉnh Bình Thuận

- Nghiên cứu các giải pháp tăng khả năng tháo lũ Phân tích, tính toán và lựa chọn giải pháp hợp lý cho hồ Suối Đá

5 Kết quả đạt được

- Tổng quát về hồ chứa nước và thực trạng về an toàn hồ đập

- Đánh giá hiện trạng xả lũ của các hồ chứa trên địa bàn tỉnh Bình Thuận

- Đề xuất được các giải pháp tăng khả năng tháo lũ cho hồ chứa

- Phân tích, lựa chọn giải pháp tối ưu cho một công trình cụ thể là hồ chứa nước Suối

Đá

6 Cấu trúc của luận văn

Nội dung của luận văn được cấu trúc như sau:

Chương 1: Tổng quan về hồ chứa nước và an toàn xả lũ của hồ đập

4

LŨ CỦA HỒ ĐẬP

1.1 Tổng quan về hồ chứa nước

Trên thế giới, hồ chứa nước được xây dựng và phát triển rất phong phú, đa dạng Vai trò và tầm quan trọng của hồ chứa đối với đời sống con người đã được chứng minh qua thời gian Tùy theo yêu cầu về nhiệm vụ, điều kiện địa hình, địa chất… mà hồ chứa được xây dựng với nhiều quy mô và hình thức khác nhau

Việc xây dựng hồ chứa nhằm điều tiết dòng chảy trên sông, suối để phục vụ cho lợi ích của con người như phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, cấp nước cho công nghiệp, sinh hoạt của nhân dân, phát điện, cải tạo môi trường sinh thái, phòng chống lũ lụt cho

hạ du

1.1.1 Các bộ phận của hồ chứa:

- Lưu vực: là phần diện tích được giới hạn bởi các đường phân thủy, có nhiệm vụ hứng nước cho hồ chứa Nước được hứng trên lưu vực sẽ được tập trung vào dòng chính của các sông, suối rồi đổ vào hồ chứa tạo thành kho nước Diện tích lưu vực càng lớn thì nguồn nước cung cấp cho hồ chứa càng dồi dào

- Lòng hồ: là một phần của diện tích lưu vực, dùng để chứa nước từ dòng chính của các sông, suối tập trung về Lòng hồ càng lớn thì khả năng điều tiết, tích trữ và cung cấp nước của hồ càng lớn

- Đầu mối công trình: là tập hợp các công trình được xây dựng tại một khu vực nào đó

để cùng thực hiện những nhiệm vụ của một giải pháp thủy lợi gọi là đầu mối công trình thuỷ lợi

- Hệ thống công trình: là tập hợp các đầu mối công trình thủy lợi và các công trình thủy lợi trên một phạm vi rộng lớn nhất định để cùng giải quyết những nhiệm vụ của một giải pháp thủy lợi

- Hạ du hồ chứa: là vùng đất phía sau đập bao gồm cả con người, cây trồng, vật nuôi, các công trình dân sinh, kinh tế, xã hội, quốc phòng, an ninh được trực tiếp hưởng lợi

từ hồ chứa hoặc bị ảnh hưởng do các tác động từ hồ chứa gây nên

5

Hình1.1 Các bộ phận của hồ chứa

1.1.2 Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới và ở Việt Nam

1/ Tình hình xây dựng hồ chứa trên thế giới:

Các phát hiện khảo cổ học cho thấy các đập đất đơn giản và mạng lưới kênh rạch đã được con người xây dựng cách đây hơn 4000 năm trước Công nguyên Thời cổ đại, người Trung Quốc, Ai Cập, La Mã và một số nước khác đã biết sử dụng vật liệu tại chỗ để đắp đập ngăn sông tạo thành hồ chứa Điển hình như những đập đất, đập đá đổ được xây dựng khoảng năm 1300 trước Công nguyên ở Syria; đập Marib xây dựng khoảng năm 750 trước Công nguyên ở Yemen hay các hệ thống đập được xây dựng vào năm 2280 trước Công nguyên ở Trung Quốc

Hiện nay thế giới đã xây dựng hơn 1400 hồ có dung tích trên 100 triệu m3nước/hồ với tổng dung tích 4.200 tỷ m3 Theo tiêu chí phân loại của Ủy ban quốc tế về đập lớn (ICOLD) hồ có dung tích từ 3 triệu m3 trở lên hoặc chiều cao đập trên 15m thuộc loại

hồ đập lớn có số lượng hơn 45.000 hồ Trong đó Châu Á có 31.340 hồ (chiếm 70%), Bắc và Trung Mỹ có 8.010 hồ, Tây Âu có 4.227 hồ, Đông Âu có 1.203 hồ, Châu Phi

có 1260 hồ, châu Đại Dương 577 hồ

6

Hồ Oroville (Mỹ) Hồ Glenbawn (Australia)

Hình1.2 Một số hình ảnh về hồ chứa trên thế giới

2/ Tình hình xây dựng hồ chứa ở Việt Nam:

Ở Việt Nam tính đến năm 2013 cả nước đã xây dựng được 6.886 hồ chứa, trong đó có 6.648 hồ chứa thủy lợi và 238 hồ chứa thủy điện với tổng dung tích khoảng 63 tỷ m3nước Với vai trò quan trọng của mình, hồ chứa thủy lợi đã được xây dựng rộng khắp trên cả nước và có xu hướng phát triển ngày càng mạnh mẽ

Hồ chứa xây dựng rộng khắp nhưng phân bố không đều giữa các vùng miền Khu vực

từ Nghệ An trở ra đến các tỉnh miền núi phía Bắc là 4.224 hồ (chiếm 64%), các tỉnh Miền Trung và Tây Nguyên từ Nghệ An tới Bình Thuận là 2.323 hồ, từ Bình Thuận tới các tỉnh Đồng bằng Sông Cửa Long là 101 hồ Các tỉnh có nhiều hồ chứa là Nghệ An:

752 hồ, Thanh Hóa: 526 hồ, Hòa Bình: 513 hồ, Tuyên Quang: 478 hồ…

Hồ chứa thủy lợi tuy nhiều về số lượng nhưng các hồ chứa có quy mô vừa và lớn chỉ chiếm hơn 10%, còn lại chủ yếu là các hồ nhỏ với quy mô từ 1 triệu m3trở xuống Bảng 1.1: Thống kê số lượng, dung tích và diện tích tưới các hồ chứa thủy lợi

(106 m3)

Diện tích tưới (ha)

7

Hồ Núi Cốc (Thái Nguyên) Hồ Sông Quao (Bình Thuận)

Hình1.3 Một số hình ảnh về hồ chứa ở Việt Nam

Phần lớn các hồ chứa ở nước ta đã được xây dựng cách đây 30÷40 năm, trải qua quá trình vận hành khai thác lâu dài đã xuống cấp và xuất hiện các sự cố như: nước tràn qua đỉnh đập, đập bị thấm, hư hỏng lớp gia cố mái thượng lưu, xói lở mái hạ lưu, xuất hiện tổ mối gây sụt lún trong thân đập; tràn không đủ năng lực xả, thấm qua mang tràn, hư hỏng thân tràn; cống lấy nước bị lún sụt, thấm hai bên mang cống, hư hỏng thân cống, tháp cống, dàn van… Trong những nguyên nhân đó, nguyên nhân do khả năng tháo không đảm bảo đã gây ra sự cố mất an toàn hồ chứa chiếm tỷ lệ khá lớn Qua rà soát hiện cả nước có 1.150 hồ chứa cần phải sửa chữa nâng cấp trong thời gian tới Trong đó những hồ dung tích trên 10 triệu m3 có 21 hồ hư hỏng, 10 hồ thiếu khả

8

năng xả lũ; hồ dung tích 3÷10 triệu m3 có 160 hồ hư hỏng, 35 hồ thiếu khả năng xả lũ;

hồ dung tích nhỏ hơn 3 triệu m3 có 924 hồ hư hỏng, phần lớn các hồ xây dựng từ những năm 1960-1970 đều không đảm bảo khả năng xả lũ

Thống kê 17 đập đất bị vỡ ở nước ta trong 30 năm lại đây cho thấy nguyên nhân chủ yếu là do mưa lũ gây ra, một số nguyên nhân khác như do thấm, ổn định…chiếm tỉ lệ

ít hơn (xem bảng 1.2)

Bảng 1.2: Phân loại các nguyên nhân gây vỡ 17 hồ đập của nước ta gần đây

Nguyên nhân Mưa lũ Địa chất,

Bảng 1.3: Phân loại các nguyên nhân gây sự cố nhưng không vỡ đập

bị sự cố

Do mưa lũ

lý hạn chế

Công tác quản lý về kỹ thuật, kiểm tra, quan trắc, kiểm định đập theo Nghị định 72/NĐ-CP của Chính phủ về an toàn hồ không được các chủ hồ thực hiện nghiêm túc, nhất là các hồ chứa vừa và nhỏ Thống kê 17 hồ bị vỡ gần đây ở nước ta do nhận thức

và chủ quan của con người cho thấy phần lớn nguyên nhân là do công tác quản lý vận hành

Bảng 1.4: Các nguyên nhân gây vỡ 17 hồ đập do chủ quan của con người

Nguyên nhân Thiết kế Thi công Quản lý, vận hành Tổng

Nhiều hồ chưa có quy trình vận hành, nhiều hồ có quy trình nhưng không còn phù hợp chưa được bổ sung kịp thời Có hồ khi xả lũ không đúng quy trình đã được duyệt Sự phối hợp vận hành liên hồ trên lưu vực chưa tốt, khi xả lũ gây ngập lụt, thiệt hại cho hạ

du

1.2.2 Những vấn đề đặt ra đối với hồ chứa [2]

1.2.2.1 Về chủ trương đầu tư:

Chủ trương đầu tư còn chưa hợp lý, chỉ chú trọng đầu tư xây dựng mới, đầu tư công trình đầu mối mà chưa quan tâm nhiều đến đầu tư nâng cấp, hiện đại hóa, hoàn chỉnh

hệ thống nên thiếu đồng bộ đã ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác

Về thiết kế: công tác thiết kế hồ chứa đã có những bước tiến dài trong thời gian qua Tuy nhiên hiện nay quy phạm, lý luận tính toán đôi khi còn chưa theo kịp với thực tiễn làm việc của công trình Việc xảy ra sai sót trong tính toán do người thiết kế vẫn còn diễn ra ở nhiều công trình

Công tác quan trắc còn nhiều bất cập như nhận thức còn đơn giản, cán bộ có chuyên môn về quan trắc còn thiếu và yếu, nhiều hồ chưa có thiết bị quan trắc hoặc có nhưng thiết bị quan trắc hầu hết là đơn giản Công tác đo đạc ở các hồ có lắp đặt thiết bị tuy

đã thực hiện nhưng chưa đi vào nề nếp Số liệu đo đạc được chưa có chuẩn đánh giá, chưa sử dụng số liệu quan trắc được vào công tác đảm bảo an toàn đập

11

Hiệu quả hoạt động của các tổ chức quản lý, khai thác vẫn còn thấp Đối với bộ máy quản lý Nhà nước về thuỷ lợi, phân giao nhiệm vụ giữa các cơ quan quản lý nhà nước chuyên ngành còn nhiều bất cập, chồng chéo dẫn đến khó khăn trong điều hành chỉ đạo

1.2.2.5 Về tự động hóa, hiện đại hóa:

Công tác nghiên cứu về tự động hóa, hiện đại hóa trong quản lý vận hành hồ chứa bước đầu đã đạt được những kết quả nhất định, cần đẩy mạnh hơn nữa trong thời gian tới nhằm theo kịp sự phát triển của các nước trên thế giới

Việc ứng dụng tự động hóa, hiện đại hóa ở các hồ chứa những năm gần đây mặc dù đã được quan tâm và triển khai nhưng vẫn còn chậm, mới chỉ thực hiện ở một số ít hồ chứa lớn Còn lại phần lớn các hồ chứa vẫn là các thiết bị lạc hậu, vận hành bằng sức người là chủ yếu

1.2.2.6 Về chống lũ, bão và hạn hán:

Hồ chứa ở nước ta chủ yếu là các hồ có quy mô nhỏ, trải qua quá trình vận hành khai thác lâu dài hầu hết đã xuống cấp nên khả năng chống lũ, chống hạn khá hạn chế Tình trạng chặt phá rừng đầu nguồn, khai thác khoáng sản trong lòng hồ… làm cạn kiệt dòng chảy vào mùa khô và tăng nguy cơ lũ vào mùa mưa vẫn chưa có giải pháp khắc phục

Quy trình vận hành chống bão, lũ ở nhiều hồ vẫn chưa có hoặc có nhưng không còn phù hợp gây khó khăn khi xả lũ Mặt khác sự phối hợp vận hành các hồ chứa trong

mùa lũ, đặc biệt là các hồ thủy điện chưa chặt chẽ dẫn đến ngập lụt gây nhiều thiệt hại cho hạ du

1.2.3 Những sự cố thường gặp ở hồ chứa [3]

1.2.3.1 Về mặt kỹ thuật:

1/ S ự cố ở lòng hồ

12

Hiện tượng đá lở hoặc sạt lở bờ hồ tạo nên những con sóng xung kích tác động trực tiếp vào thân đập gây phá hủy đập, nếu chiều cao sóng tăng lên vượt sóng thiết kế có thể gây ra nước tràn qua đỉnh đập

Sự cố sạt lở lòng hồ hồ chứa nước Vạn Hội tỉnh Bình Định tháng 12/2016 và một ví dụ điển hình Vào lúc 5 giờ sáng ngày 16/12/2016 mưa lớn kéo dài đã gây lở núi phía thượng lưu bờ trái đập, cách tràn xả lũ khoảng 300m gây ra một tiếng nổ lớn tạo nên cột sóng nước cao khoảng 20m tràn qua đỉnh đập và nhà quản lý tràn Sóng nước đánh trực diện vào thân đập và tràn xả lũ đang điều tiết với chiều dài nước tràn qua đập 350m, chiều dài sóng nước đánh trực tiếp vào thân đập là 250m Sóng đánh vào tràn

xả lũ đã làm hư hỏng cửa van tràn xả lũ, máy phát điện dự phòng, hệ thống đường dây điện phía hạ lưu đập; ngoài ra khi nước tràn qua đỉnh đập và nhà quản lý tràn đã làm xói lở thượng hạ lưu đập Sự cố đã gây ra nhiều thiệt hại nhưng may mắn đã không xảy ra vỡ đập [4]

Hình1.4 Một số hình ảnh về sự cố hồ Vạn Hội (Bình Định)

2/ Sự cố ở đập đất

- Lũ tràn qua đỉnh đập: nguyên nhân do tính toán thủy văn sai, cửa đập tràn bị kẹt, lũ

vượt tần suất thiết kế, không có tràn xả lũ dự phòng, đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế hoặc bị lún trong quá trình hoạt động

13

Hình1.5 Nước tràn qua đỉnh đập gây vỡ đập, điển hình ở đập Phân Lân (Vĩnh Phúc)

- Sạt mái đập thượng lưu: nguyên nhân do tính sai cấp bão, biện pháp gia cố mái

không đủ sức chịu đựng sóng do bão gây ra, thi công lớp gia cố kém chất lượng, đất mái đập thượng lưu đầm nện không chặt

- Thấm mạnh hoặc sủi nước:

+ Ở nền đập: do đánh giá sai tình hình địa chất nền, để sót lớp thấm nước mạnh không được xử lý, biện pháp thiết kế xử lý nền không đảm bảo chất lượng, chất lượng xử lý nền kém, xử lý tiếp giáp nền và thân đập không tốt do thiết kế không đề ra biện pháp

xử lý hoặc do thi công thực hiện không tốt

+ Ở vai đập, mang công trình: do thiết kế đập không đề ra biện pháp xử lý hoặc biện pháp xử lý không tốt, đất đắp ở mang công trình không đảm bảo chất lượng, thực hiện biện pháp xử lý không phù hợp với công trình cụ thể, hỏng khớp nối của công trình, cống bị thủng

+ Trong phạm vi thân đập: do chất lượng đất đắp đập không tốt, kết quả khảo sát sai với thực tế, cung cấp sai các chỉ tiêu cơ lý, lực học; chọn dung trọng khô thiết kế quá

thấp, đất được đầm nện không đảm bảo độ chặt theo yêu cầu, thiết kế và thi công không có biện pháp xử lý mối nối thi công do phân đoạn đập, thiết bị tiêu nước bị tắc, hang chuột, tổ mối trong thân đập không phát hiện xử lý kịp thời

Hình1.6 Thấm trong phạm vi thân đập, điển hình ở hồ Núi Cốc (Thái Nguyên)

- Trượt mái đập:

+ Trượt mái thượng lưu: do bão lớn sóng to kéo dài phá hỏng lớp gia cố làm phá hoại khối đất bên trong, nước hồ rút đột ngột, đất dùng để đắp đập không đảm bảo, thiết kế chọn tổ hợp tải trọng không phù hợp với thực tế, thiết kế chọn sai sơ đồ tính toán ổn định, chất lượng thi công không đảm bảo yêu cầu thiết kế, địa chất nền đập xấu không được xử lý, do tác động của động đất

+ Trượt mái hạ lưu: do địa chất nền xấu, đất dùng để đắp đập không đảm bảo, nền đập

bị thái hóa, thiết kế chọn sai sơ đồ hoặc phương án tính toán, chất lượng thi công đất đắp đập không đảm bảo, thiết bị tiêu nước bị tắc, tiêu thoát nước mưa kém, thiết bị chống thấm trong thân đập bị hỏng

Hình1.7 Trượt mái thượng lưu, điển hình như đập Ngàn Trươi (Hà Tĩnh)

và tường cánh hạ lưu không đảm bảo; đối với các công trình tiêu năng phóng xa chưa

+ Phát sinh khí thực: nguyên nhân do chưa quan tâm đúng mức tới việc tính toán kiểm tra khí thực hoặc đưa ra các biện pháp phòng khí thực chưa đảm bảo; chất lượng thi công không đảm bảo

+ Mài mòn lòng dẫn: nguyên nhân do thi công xong không dọn dẹp sạch sẽ vật liệu dư

thừa trên bề mặt công trình, khi xả nước dòng chảy với lưu tốc lớn cuốn theo các vật

liệu này gây mài mòn lòng dẫn

+ Không đủ khả năng tháo như thiết kế: nguyên nhân do thiết kế chọn các hệ số không chính xác, do thi công và quá trình sử dụng làm thay đổi các hệ số lưu lượng, hệ số co

- Sự cố do thiết bị và vận hành: Sự cố do thiết bị và vận hành thường gặp ở các công

trình xả lũ có cửa van điều tiết Các sự cố thường xảy ra ở cửa van, phai, thiết bị vận hành và quá trình vận hành Nguyên nhân do:

+ Về thiết kế: chọn sai sơ đồ kết cấu chịu lực của cửa van-càng van-trụ đỡ, chưa tính

hết các trường hợp chịu lực bất lợi, không thể hiện hết các yêu cầu về vật liệu, liên kết,

cấu tạo của hệ thống bản vẽ, không dự kiến nguồn điện dự phòng cho máy đóng mở;

hệ thống kiểm soát chất lượng sản phẩm thiết kế không làm hết trách nhiệm

+ Về thi công: đơn vị thi công không tuân thủ các yêu cầu trong bản vẽ thiết kế và hướng dẫn thi công; đơn vị giám sát không thực hiện đầy đủ trách nhiệm, để lọt sai sót trong thiết kế và thi công

16

Hình1.8 Kẹt cửa van tràn xả lũ đập Đầm Hà Động

- Sự cố do các nguyên nhân về địa kỹ thuật: các sự cố này tập trung chủ yếu do dòng

thấm ở nền, biến dạng nền, trượt mái đất Nguyên nhân do:

+ Về khảo sát, thiết kế: Công tác khảo sát địa chất không kỹ; tính toán thiết kế chưa đánh giá đúng các nguyên nhân gây xói ngầm, chưa xét hết các trường hợp làm việc

bất lợi của công trình, chưa đánh giá đầy đủ khả năng nền bị lún; tính toán ổn định mái

số liệu đầu vào không đầy đủ và chính xác, sơ đồ tính chưa phản ánh đúng thực tế, chưa xét các trường hợp bất lợi như mưa kéo dài làm giảm khả năng chống trượt của mái

+ Về thi công: thi công mái đào dốc hơn thực tế, không làm hệ thống thoát nước và gia

cố mái theo yêu cầu thiết kế; thi công mái đắp đầm nện không đủ độ chặt, công tác thoát nước và gia cố mái không đảm bảo; trong xử lý nền chưa bóc bỏ hết các lớp đất

yếu, không phát hiện và xử lý hết các khe nứt kiến tạo hoặc có xử lý nhưng không đảm

bảo

- Sự cố do các nguyên nhân về vật liệu, kết cấu: biểu hiện của sự cố như gãy đổ các

tường chắn hai bên lòng dẫn như tường cánh thượng lưu, hạ lưu, tường bên ngưỡng tràn, dốc nước; nứt bản đáy lòng dẫn; bong tróc bê tông… Nguyên nhân do:

+ Các thông số tính toán không đúng, chưa mô phỏng đúng sơ đồ kết cấu, chưa tính

hết các trường hợp làm việc bất lợi, không bố trí ống thoát nước…

+ Khi thi công bố trí cốt thép không đúng theo thiết kế, chiều dày kết cấu không đủ, mác vật liệu không đạt yêu cầu, đắp trả công trình không đầm chặt theo yêu cầu kỹ thuật

+ Công trình suy thoái dần theo thời gian

17

4/ Sự cố ở công trình lấy nước

- Tháp cống nghiêng: nguyên nhân do đánh giá sai địa chất nền, tháp cống đặt trên nền

không thuần nhất, biện pháp xử lý nền không tốt

- Hỏng các khớp nối: nguyên nhân do nền cống lún không đều vì địa chất nền xấu,

phân đoạn cống và bố trí các khớp nối không hợp lý, thiết kế khớp nối không hợp lý, thi công khớp nối không đảm bảo chất lượng

- Gãy cống: nguyên nhân do đánh giá sai địa chất nền cống, nền cống bị thái hóa, bị

rỗng, thiết kế không đủ khả năng chịu lực, thi công bê tông không đảm bảo chất lượng,

bê tông thân cống bị thái hóa, cống chịu những tải trọng lớn bất thường chưa được đề cập khi thiết kế

Hình1.9 Nứt gãy cống dẫn đến vỡ đập, điển hình như đập Ia Krel II (Gia Lai)

- Đáy cống bị xói: nguyên nhân do tính toán sai chế độ thủy lực trong cống, khẩu diện

ống thông khí không đủ lớn để khử chân không ở vùng sau cửa cống, thiết kế không có biện pháp chống xói do dòng chảy trong cống có lưu tốc lớn, chân không trong cống vượt quá giới hạn cho phép, thi công kém chất lượng

- Cống bị dột và mục: nguyên nhân do thiết kế thành cống không đảm bảo khả năng

chống thấm, không có biện pháp chống thấm ở thành cống; thi công thân cống và thực hiện biện pháp chống thấm không đảm bảo, vật liệu bị suy thoái theo thời gian

- Hỏng thiết bị tiêu năng: nguyên nhân do tính toán sai chế độ thủy lực nối tiếp sau

cống, thiết kế biện pháp tiêu năng không tốt, thi công biện pháp tiêu năng không đảm bảo chất lượng, thiếu hạng mục công trình chuyển tiếp để dòng chảy trở về trạng thái bình thường sau khi qua thiết bị tiêu năng

- Kẹt và gãy cửa van: nguyên nhân do thiết kế chọn kết cấu bất hợp lý, chọn sai tổ hợp

tải trọng, chọn sai sơ đồ hoặc phương pháp tính toán, gia công, chế tạo, lắp đặt không

đảm bảo chất lượng

18

- Thấm dọc thành bên ngoài cống: nguyên nhân do cống thiếu tường răng nối tiếp với

thân đập, đất đắp xung quanh cống không đảm bảo yêu cầu chống thấm, chất lượng thi công kém, đất xung quanh cống không được đầm chặt, cống đặt trong hào sâu có vách dốc, không có tầng lọc ở cuối cống để xử lý hiện tượng xói ngầm dọc theo cống

Hình1.10 Thấm dọc theo mang cống gây vỡ đập, điển hình như đập Z20 (Hà Tĩnh)

1.2.3.2 Về quản lý, vận hành:

1/ Sự cố ở lòng hồ: nguyên nhân do không quan trắc hoặc có quan trắc nhưng không

phân tích kịp thời để nắm được diễn biến và có biện pháp xử lý

2/ Sự cố ở đập đất: nguyên nhân do chế độ bảo dưỡng duy tu sửa chữa không được

tuân thủ dẫn tới không phát hiện kịp thời và xử lý phù hợp các ẩn họa trong nền và thân đập, vận hành công trình không theo quy trình, để người dân xâm phạm làm hư

hỏng công trình

Hình1.11 Nước tràn qua đỉnh đập Đầm Hà Động (Quãng Ninh) do người quản lý

không theo dõi diễn biến mực nước về hồ khi đang có mưa lớn

3/ S ự cố ở tràn tháo lũ: nguyên nhân do công tác bảo dưỡng không được thực hiện

thường xuyên, không vận hành thử trước mùa mưa lũ; vận hành không an toàn như không có quy trình vận hành hoặc có quy trình vận hành nhưng không đầy đủ và chặt

19

chẽ, có quy trình vận hành tốt nhưng nhưng người vận hành không tuân thủ đầy đủ; tự

ý thay đổi kết cấu cửa van, để người không có chuyên môn vào vận hành công trình

Hình1.12 Nước tràn qua đỉnh đập thủy điện Hố Hô (Hà Tĩnh) do sự cố mất điện dẫn

đến tràn xả lũ không vận hành được

4/ Sự cố ở công trình lấy nước: nguyên nhân do công tác bảo dưỡng không đảm bảo

chất lượng, vận hành cống sai quy trình

1.3 Khái quát chung về công trình tháo lũ [5]

1.3.1 Nhiệm vụ công trình tháo lũ

Công trình tháo lũ được bố trí ở hồ chứa để tháo xả nước lũ thừa nhằm đảm bảo an toàn cho công trình đầu mối và khu vực hạ du Ngoài nhiệm vụ chính là xả lũ còn có thể đặt dưới sâu để đảm nhận các nhiệm vụ khác như tháo cạn một phần hay toàn bộ

hồ chứa, tháo nước thường xuyên về hạ lưu để đảm bảo dòng chảy môi trường, xả bùn cát, xả lũ trong thời gian thi công…

Để đảm bảo an toàn công trình tháo lũ của hồ chứa cần được tính toán để xả được lũ thiết kế và lũ kiểm tra theo tiêu chuẩn hiện hành (QCVN 04-05:2012/BNNPTNT) Đối với một số hồ chứa lớn người ta còn bố trí thêm tràn phụ, tràn sự cố để hỗ trợ tràn

chính tháo những con lũ vượt quá tần suất thiết kế

1.3.2 Phân loại công trình tháo lũ

Công trình tháo lũ có nhiều cách phân loại khác nhau, sau đây là một số cách phân loại phổ biến:

Đập tràn có khả năng tháo nước lớn, vì vậy thường bố trí đập tràn trên nền đá nhằm đảm bảo cho lòng sông và hai bờ hạ lưu không bị xói lở Ngoài ra để tăng khả năng tháo nước có thể kết hợp giữa hình thức xả mặt và xả đáy (áp dụng ở đập Hòa Bình, Sơn La, Định Bình )

21

Đường tràn dọc là loại công trình tháo lũ kiểu mặt rất thường gặp trong công trình thủy lợi Loại này có ưu điểm là có thể xây dựng được trong nhiều điều kiện địa hình, địa chất khác nhau; công tác thi công cũng như quản lý rất đơn giản; có khả năng tháo nhiều cấp lưu lượng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của công trình cũng như điều kiện địa chất nền…

Các bộ phận của đường tràn dọc bao gồm: kênh dẫn thượng lưu, tường cánh phía thượng lưu, ngưỡng tràn, kênh tháo và bộ phận tiêu năng

Việc lựa chọn tuyến tràn tháo lũ cần phải căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, khả năng thi công….Với các hồ chứa được xây dựng ở vùng trung du, ở các triền đồi núi

bị ngắt quãng thì việc bố trí đường tràn dọc ở các eo núi sẽ rất thuận lợi Đối với các

hồ chứa mà xung quanh công trình không có các eo núi, eo đồi thích hợp thì thường bố trí đường tràn dọc bên cạnh đập

3/ Đường tràn ngang:

1) Máng bên 2) Kênh tháo 3) Công trình nối tiếp 4) Kênh dẫn 5) Đập 6) Cầu 7) Ngưỡng tràn

Hình1.15 Đường tràn ngang Đường tràn ngang là đường tràn mà hướng nước vào ngưỡng gần vuông góc với hướng của đường tháo sau ngưỡng Đường tràn ngang cũng là một công trình tháo lũ kiểu mặt, thường được áp dụng khi điều kiện địa hình là sườn núi dốc và hẹp, sườn núi

là đá… không thể bố trí được đường tràn dọc

22

Các bộ phận của đường tràn ngang bao gồm: ngưỡng tràn, máng tràn bên và đoạn tháo nước tiếp theo Máng tràn bên được bố trí ngay sau ngưỡng tràn; đoạn tháo nước tiếp theo có thể là một đoạn kênh, công trình nối tiếp có thể là dốc nước hay bậc nước phụ thuộc vào điều kiện địa hình

Khi bố trí đường tràn ngang thường bố trí ngưỡng tràn chạy song song với đường đồng mức ven hồ, chiều dài ngưỡng tràn có thể lớn nhưng không ảnh hưởng nhiều đến khối lượng đào đắp Đường tràn ngang có thể dùng cho tất cả các loại công trình lớn, vừa

và nhỏ

4/ Xi phông tháo lũ:

1) Đỉnh ngưỡng tràn 2) Lỗ thông khí 3) Tấm che

4) Cửa vào 5) Bể tiêu năng

Các bộ phận của xi phông bao gồm: đỉnh ngưỡng tràn, lỗ thông khí, tấm che, cửa vào

và bể tiêu năng

Giếng tháo lũ thường được áp dụng ở những công trình có bờ hồ là đá, dốc, không thuận lợi để xây dựng các kiểu công trình tháo lũ khác Ngoài ra giếng tháo lũ cũng được bố trí kết hợp với các công trình có đường hầm dẫn dòng thi công

6/ Đường tràn lũ kiểu gáo:

a) Mặt bằng cửa vào b) Mặt bằng tuyến đập c) Mặt cắt dọc đường tràn

Hình1.18 Đường tràn lũ kiểu gáo

6

2

I I

I I

5 3

4

I I

1

2 3

6

4 3

7 2 6

H

c)

Hình1.19 Tràn không có cửa van điều tiết

* Cấu tạo, nguyên lý làm việc: Loại này có cao trình ngưỡng tràn bằng với mực nước dâng bình thường Khi mực nước hồ vượt quá mực nước dâng bình thường, tràn sẽ tự động làm việc cho đến khi mực nước hồ rút xuống đến mực nước dâng bình thường

* Ưu điểm: Kinh phí xây dựng không lớn, công tác quản lý cũng như vận hành đơn giản

* Nhược điểm: Nếu khẩu diện tràn nhỏ thì mực nước lũ trong hồ cao dẫn đến vùng ngập lòng hồ cũng như chiều cao đập lớn; còn nếu tăng khẩu diện tràn thì gây tốn kém cho công trình nối tiếp phía sau Ngoài ra khi hồ xảy ra sự cố thì tràn không thể tham gia tháo cạn một phần dung tích để khắc phục sự cố

* Điều kiện áp dụng: Áp dụng cho các công trình nhỏ, các công trình có lũ tập trung nhanh, các công trình ở vùng sâu vùng xa

2) Tháo nước có điều tiết

Hình1.20 Tràn có cửa van điều tiết

25

* Cấu tạo, nguyên lý làm việc: Loại này có cao trình ngưỡng tràn thấp hơn MNDBT, phía trên ngưỡng tràn có bố trí cửa van Khi mực nước hồ vượt quá MNDBT thì mới vận hành cửa van xả lũ về hạ lưu

* Ưu điểm: Có thể chủ động điều tiết lưu lượng xả về hạ lưu, hạ thấp được mực nước

hồ, giảm diện tích ngập lụt thượng lưu, giảm chiều cao đập và có thể tháo cạn một phần dung tích hồ chứa khi xảy ra sự cố

* Nhược điểm: Vốn đầu tư cho hệ thống van và thiết bị đóng mở lớn, công tác quản lý vận hành phức tạp

* Điều kiện áp dụng: Áp dụng cho các hồ chứa vừa và lớn

1.3.2.3 Phân theo chức năng trong đầu mối hồ chứa:

1) Tràn chính

Tràn chính là tràn xả lũ được tính toán với phần chính chủ yếu của lũ tính toán hoặc với lũ thiết kế lấy theo tiêu chuẩn phòng lũ do Quy phạm quy định hoặc là với lũ có tần suất xuất hiện lớn [6]

2) Tràn sự cố

Là công trình tháo xả lũ khẩn cấp được tính toán cùng tràn chính, với lũ đến vượt tiêu

chuẩn thiết kế hoặc với mực nước lũ tính toán trong hồ vượt mực nước lũ thiết kế do nhiều nguyên nhân khác nhau nhằm đảm bảo cho hồ chứa được an toàn, tránh rủi ro sự

cố [6]

1.4 Những kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về nâng cao khả năng tháo

1.4.1 Những kết quả nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới, an toàn hồ chứa là một trong những vấn đề quan trọng bậc nhất trong quá trình xây dựng và khai thác hồ chứa Phục vụ cho công tác đảm bảo an toàn các hồ chứa, các nghiên cứu về nâng cao năng lực tháo lũ tập trung vào một số vấn đề chính như sau:

26

- Nghiên cứu các dạng mặt cắt ngang của tràn xả lũ với các khả năng tháo khác nhau: Đây là một nội dung được các nhà khoa học rất quan tâm nghiên cứu Từ thế kỷ 19 các nhà khoa học Liên Xô, Mỹ… đã tìm tòi nghiên cứu ra các dạng mặt cắt tràn như đập tràn thành mỏng, đập tràn đỉnh rộng, đập tràn thực dụng…Các dạng mặt cắt này được

sử dụng rộng rãi ở rất nhiều nước, trong đó phổ biến nhất là đập tràn đỉnh rộng, đập tràn thực dụng dạng Cơrigiơ - Ôphixêrốp và dạng WES

- Nghiên cứu của F Lempérière (Pháp) và nhóm cộng sự: tác giả đã nghiên cứu đề xuất dạng đập tràn ngưỡng răng cưa cho lưu lượng xả lớn hơn nhiều lần so với ngưỡng tràn truyền thống Ngưỡng răng cưa ở đập tràn được coi như gồm 2 kiểu: ngưỡng răng cưa kiểu truyền thống và ngưỡng răng cưa kiểu phím Piano (PK-piano keys)

Với ngưỡng răng cưa truyền thống, tỷ số N=L/W thường bằng 4 (L là chiều dài ngưỡng theo tuyến răng cưa và W là bề rộng khoang tràn) cho lưu lượng xả tràn lớn gấp đôi so với ngưỡng tràn Cơrigiơ

Với ngưỡng răng cưa kiểu phím Piano phân thành 2 loại A (PKA) và B (PKB) So sánh tràn PKA cho thấy lưu lượng trên 1m bề rộng khoang tràn PKA tăng gấp 3 lần so với tràn Cơrigiơ, còn nếu dùng tràn PKB thì lưu lượng tăng thêm 10% so với PKA

- Hội thảo quốc tế ‘Tràn Labyrinth & Phím đàn Piano’ (International Workshop on Labyrinth & Piano Key Weirs) tổ chức lần đầu tiên ở Liège (Bỉ) năm 2011, lần thứ hai tại Paris (Pháp) năm 2013 và lần thứ 3 tại Quy Nhơn (Việt Nam) năm 2017 đã thu hút

sự tham gia của rất nhiều chuyên gia, nhà khoa học đến từ các quốc gia trên thế giới

1.4.2 Những kết quả nghiên cứu trong nước

Những năm gần đây, Nhà nước đã dành rất nhiều kinh phí cho việc nghiên cứu, cũng như tiếp nhận các nguồn viện trợ của nước ngoài cho việc nghiên cứu vấn đề này Có thể kể đến một số đề tài nghiên cứu nổi bật:

- Phạm Ngọc Quý, Phạm Văn Quốc và nnk “Nghiên cứu tổng quan lũ vượt thiết kế ở các hồ chứa nước và đề xuất giải pháp tràn sự cố thích hợp cho an toàn công trình đầu mối” Đề tài cấp Bộ (2003) Đề tài đã nêu lên cơ sở lý luận về tràn sự cố, các bước tính

- GS.TS Phạm Ngọc Quý “Tràn sự cố trong đầu mối hồ chứa nước” Nhà xuất bản Nông nghiệp (2008) Tác giả đã có những phân tích, đánh giá chung về hồ chứa; nêu các cơ sở lý luận về tràn sự cố, các bước thiết kế tràn sự cố, cách xác định quy mô tràn

sự cố, giới thiệu một số hình thức kết cấu tràn sự cố và có ví dụ tính toán cho một công trình cụ thể

- GS.TS Phạm Ngọc Quý “Tiêu chí đánh giá an toàn đập đất” Nhà xuất bản Xây dựng (2016) Tác giả đã có những phân tích, đánh giá về hiện trạng an toàn đập đất; xây dựng tiêu chí đánh giá an toàn đập đất (nhóm tiêu chí lũ, nhóm tiêu chí thấm, nhóm tiêu chí địa chất - địa chấn, nhóm tiêu chí kết cấu - ổn định, nhóm tiêu chí quản lý), quy trình đánh giá an toàn đập đất theo từng nhóm tiêu chí và đánh giá tổng hợp,

có ví dụ tính toán cho một công trình cụ thể

- Nghiên cứu thí nghiệm mô hình: với các công trình tháo lũ quan trọng, khi tính toán thiết kế phải được đối chiếu lại với số liệu của thí nghiệm mô hình, từ đó đưa ra được những hiệu chỉnh cần thiết Ví dụ như tính toán thiết kế tràn xả lũ công trình thủy điện Đăk Mi 2 (Quảng Nam) do Công ty CP Tư vấn xây dựng Điện 2 thiết kế, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam làm thí nghiệm mô hình thủy lực

1.4.3 Nhận xét các kết quả nghiên cứu

Qua phân tích các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước tác giả nhận thấy các nghiên cứu này tập trung giải quyết một số vấn đề:

- Tăng khả năng tháo thông qua các hình dạng mặt cắt tràn khác nhau như tràn đỉnh rộng, tràn thực dụng, tràn răng cưa

1.5 Những vấn đề đặt ra và lựa chọn hướng nghiên cứu

Một số vấn đề đặt ra liên quan đến an toàn hồ đập, đó là:

- Biến đổi khí hậu gây ra những tình hình thời tiết cực đoan làm cho mưa lớn gây nên những nguy cơ mất an toàn về lũ: những năm gần đây do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu dẫn đến tình hình thời tiết diễn biến khó lường Mưa lũ lớn liên tục xảy ra với tính chất ngày càng khắc nghiệt, cực đoan hơn đã đe dọa trực tiếp đến an toàn hồ đập Tình trạng lũ lớn làm nước tràn qua đỉnh đập gây xói lở mái đập và vỡ đập, hồ xả lũ với lưu lượng lớn làm hư hỏng thân tràn và tàn phá cơ sở vật chất ở hạ du, mực nước lũ dâng cao làm tăng thấm qua thân đập gây mất ổn định thực tế đã xảy ra đối với nhiều hồ chứa ở nước ta

- Sự phát triển kinh tế xã hội ở hạ du công trình đã khác xa so với khi xây dựng công trình: khi mới xây dựng công trình dân cư sinh sống ở hạ du còn thưa thớt, tuyến tiêu thoát lũ hạ lưu còn đảm bảo nên khi xả lũ không gây ảnh hưởng đến hạ du Kinh tế ngày càng phát triển, dân cư tập trung ngày càng đông, mặt cắt thoát lũ hạ du ngày càng bị thu hẹp do xây dựng các khu dân cư, khu công nghiệp… dẫn đến công trình xả

lũ chưa đạt thiết kế đã gây ngập lụt nặng cho hạ du, nếu công trình xảy ra sự cố sẽ gây nên thảm họa Từ những vấn đề về hạ du đã tác động trở lại công trình, buộc công trình phải điều chỉnh quy trình vận hành, mở rộng tràn, tăng dung tích phòng lũ nhằm vừa đảm bảo an toàn cho công trình, vừa đảm bảo an toàn cho hạ du

- Tiến bộ về khoa học công nghệ trong quản lý vận hành, sửa chữa nâng cấp đòi hỏi sử dụng vào công trình mà khi xây dựng trước đây chưa có: trước đây khi xây dựng hồ chứa chưa có các hệ thống quan trắc, giám sát Ngày nay khoa học công nghệ ngày

29

càng phát triển, yêu cầu an toàn đập được nâng cao đòi hỏi phải lắp đặt các hệ thống quan trắc tự động, cảnh báo tự động, giám sát vận hành hồ chứa nhằm đảm bảo an toàn hồ chứa

- Sự phát triển kinh tế xã hội đòi hỏi sử dụng hiệu quả đa mục tiêu của hồ chứa: khi mới xây dựng nhiệm vụ chủ yếu của hồ chứa là cấp nước phục vụ sản xuất nông nghiệp chứ chưa có yêu cầu về tạo cảnh quan du lịch, yêu cầu về kiến trúc, mỹ thuật Kinh tế phát triển, đời sống người dân được nâng lên dẫn đến nhu cầu vui chơi du lịch trở thành yêu cầu tất yếu và hồ chứa trở thành một điểm đến hấp dẫn Từ đó đòi hỏi phải nâng cấp hồ đập, phải có những công trình phù hợp để phục vụ du lịch

An toàn hồ đập có nhiều vấn đề đặt ra, trong đó an toàn về lũ chiếm vị thế quan trọng Trong vấn đề an toàn về lũ lại đặt ra nhiều vấn đề như an toàn cho lòng hồ, an toàn cho công trình đầu mối, an toàn trong công tác quản lý vận hành Trong luận văn này tác giả quan tâm đến vấn đề an toàn lũ cho công trình đầu mối, trong đó tập trung đi sâu nghiên cứu vào vấn đề nâng cao khả năng tháo lũ của hồ chứa là vấn đề gặp phải ở rất nhiều hồ chứa của nước ta

30

2.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tỉnh Bình Thuận [7]

2.1.1 Vị trí địa lý

Bình Thuận nằm trong vùng duyên hải cực Nam Trung Bộ, có tọa độ địa lý từ

10o33’42’’ đến 11o33’18’’ vĩ độ Bắc, 107o23’41’’ đến 108o52’42’’ kinh độ Đông Phía Đông và Đông Nam giáp biển Đông, phía Tây giáp tỉnh Đồng Nai, phía Tây Nam giáp tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, phía Bắc giáp tỉnh Lâm Đồng – Ninh Thuận Ngoài khơi có đảo Phú Quý cách thành phố Phan Thiết 120km Tỉnh Bình Thuận có 10 đơn vị hành chính được bố trí như hình 2.1

Hình 2.1 Bản đồ hành chính tỉnh Bình Thuận

2.1.2 Đặc điểm địa hình

Tỉnh Bình Thuận trải dọc biển Đông theo hướng Đông Bắc – Tây Nam có chiều dài khoảng 160km, chiều rộng 95km, nơi hẹp nhất 32km Chiều dài bờ biển 192km Địa hình có dạng chuyển tiếp từ Tây Nguyên xuống đồng bằng ven biển nên biến đổi rất

đa dạng và phức tạp