Nghiên cứu giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông hồng – sông đuống, nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước trên sông hồng về mùa kiệt

i Họ và tên học viên: Đặng Văn Kiên Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu dòng ch ảy sông Hồng – sông

i

Họ và tên học viên: Đặng Văn Kiên

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu

dòng ch ảy sông Hồng – sông Đuống, nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước trên sông H ồng về mùa kiệt”

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm Những kết quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Học viên cao học

Đặng Văn Kiên

ii

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn GS.TS

Trần Đình Hòa đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi về sự giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trường

Cảm ơn các anh chị em trong Trung tâm công trình đồng bằng ven biển và đê điều –

Viện Thủy Công - Viện khoa học Thuỷ lợi Việt Nam là những người đã sát cánh cùng tác giả trong quá trình nghiên cứu Đặc biệt là các đồng nghiệp thuộc Bộ môn phát triển công nghệ mới, nhóm thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng thể giải pháp công trình

đập dâng nước nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước, đảm bảo an ninh nguồn nước cho vùng hạ du Sông Hồng” đã đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến hay và cung

cấp nhiều thông tin bổ ích

Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình

đã luôn quan tâm, động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành

luận văn này

Hà N ội, ngày tháng năm 2016

Tác giả

iii

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài: 4

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu : 4

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: 5

5 Kết quả đạt được của luận văn: 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6

1.1 Tổng quan các giải pháp phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống đã nghiên cứu 6

1.1.1 Các kết quả nghiên cứu đã có : 6

1.1.2 Những nguyên nhân dẫn điến tình tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng về mùa kiệt: 10

1.1.3 Đề xuất định hướng giải quyết vấn đề nghiên cứu 11

1.2 Tổng quan các công trình đập dâng điều tiết trong nước và trên thế giới 12

1.2.1 Tổng quan trên thế giới 12

1.2.2 Tổng quan trong nước 17

1.3 Kết luận chương 22

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP ĐẬP DÂNG 24

2.1 Cơ sở phân tích lựa chọn giải pháp đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống 24

2.1.1 Đánh giá thực trạng dòng chảy về mùa kiệt 24

2.1.2 Phương án điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống về mùa kiệt : 28

2.1.3 Phương án điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống về mùa lũ 32

2.2 Đề xuất giải pháp kết cấu đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống 36

2.2.1 Đập dâng nước bằng hệ thống xà lan cố định có cửa van điều tiết: 36

2.2.2 Đập dângcố địnhđiều tiết bằng cửa van lớn 39

2.3 Phân tích lựa chọn giải pháp và bố trí tổng thể đập dâng 42

2.3.1 Phân tích lựa chọn quy mô, giải pháp đập dâng lựa chọn 42

iv

2.3.2 Bố trí các hạng mục đập dâng điều tiết 43

2.4 Kết luận chương 2 46

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH CHO PHƯƠNG ÁN CHỌN 48

3.1 Cơ sở tính toán ổn đinh giải pháp đập dâng 48

3.1.1 Thông số thiết kế 48

3.1.2 Điều kiện địa chất 48

3.2 Tổ hợp tải trọng 52

3.2.1 Tải trọng và tổ hợp tải trọng 52

3.2.2 Kết quả tổ hợp tải trọng 53

3.3 Tính toán ổn định công trình điều tiết 53

3.3.1 Tính toán ổn định thấm đập dâng 54

3.3.2 Tính toán ổn định đập dâng 57

3.4 K ết luận chương 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 78

HÌNH MINH HO Ạ Hình 1: Bản đồ hệ thống dòng chảy lưu vực sông Hồng 1

Hình 2: Diễn biến mặt cắt ngang sông Hồng tại trạm Thượng Cát qua từng thời kỳ 2 Hình 3: Diễn biến tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng qua sông Đuống 3

Hình 4: Hiện tượng sa mạc hóa trên Sông Hồng 4

Hình 1.1 Phương án kè bãi Bắc Cầu 7

Hình 1.2 Mặt bằng kè bãi Bắc Cầu 7

Hình 1.3 Cắt dọc tuyến kè bãi Bắc Cầu 8

Hình 1.4 Phương án lấp hố xói cửa vào sông Đuống 8

Hình 1.5 Mặt bằng phạm vi lấp hố xói 9

Hình 1.6 Mặt cắt ngang hố xói điển hình 9

Hình 1.7 Quy mô dự án khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc 13

Hình 1.8 02 đập dâng điển hình vùng trung du trên sông Yeongsan – Hàn Quốc 15

v

Hình 1.9 02 đập dâng điển hình vùng trung du trên sông Nakdong – Hàn Quốc 16

Hình 1.10 Một số công trình đập dâng và âu thuyền trên sông Murray 17

Hình 1.11 Một số công trình đập dâng trên sông Dinh 18

Hình 1.12 Đập dâng Văn Phong (Bình Định) 19

Hình 1.13 Công trình Thảo Long – Huế 20

Hình 1.14 Đập dâng Barra Đô Lương – Nghệ An 21

Hình 1.15 Phương án nâng cấp Barra Đô Lương 22

Hình 2.1 Quá trình lưu lượng mùa kiệt tại Sơn Tây khi các hồ vận hành bình thường 25

Hình 2.2 Quá trình lưu lượng tại Sơn Tây khi các hồ thượng nguồn xả nước gia tăng 26

Hình 2.3 Đường quá trình mực nước tại cống Liên Mạc, TV Hà Nội, cống Xuân Quan khi các hồ vận hành bình thường 26

Hình 2.4 Đường quá trình mực nước tại cống Liên Mạc, TV Hà Nội, cống Xuân Qua n khi các hồ xả nước gia tăng 27

Hình 2.5 Vị trí tuyến đập dâng lựa chọn tính toán 29

Hình 2.6 Đường mực nước tại một số vị trí khi có đập dâng Long Tửu và Xuân Quan 29

Hình 2.7 Đường mực nước dọc sông Hồng (từ ngã 3 Lô Hồng đến Ba Lạt) 30

Hình 2.8 Mặt cắt ngang đập dâng 36

Hình 2.9 Kết cấu phao điều tiết 37

Hình 2.10 Kết cấu trụ pin dạng đặc 39

Hình 2.11 Kết cấu trụ pin dạng phao 40

Hình 2.12 Kết cấu dầm van 41

Hình 2.13 Sơ đồ vị trí tuyến dự kiến đập dâng 44

Hình 2.14 Kết cấu trụ pin và dầm van 45

Hình 3.1: Mô hình hóa thấm qua dầm van giữa 2trụ 55

Hình 3.2: Thấm qua dầm van – Tổ hợp cơ bản 2 56

Hình 3.3: GradientXY qua dầm van giữa trụ T1.T2- tổ hợp cơ bản 2 56

Hình 3.4: Gradient XY tại cửa vào và cửa ra dầm van 57

Hình 3.5: Sức kháng ngang của cọc 66

vi

Hình 3.6: Mặt bằng bố trí cọc 68

Hình 3.7: Sơ đồ tính lún 70

B ẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng tỷ lệ phân lưu sông Hồng – sông Đuống của Bộ Tài nguyên và Môi trường 11

Bảng 2.1: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống (%) ứng với 2 kịch bản vận hành hồ chứa thướng nguồn 27

Bảng 2.2: Mực nước max khi xây dựng hai đập dâng điều tiết 30

Bảng 2.3: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống 31

Bảng 2.4: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống 32

Bảng 2.5: Các trường hợp tính toán ảnh hưởng thoát lũ của đập dâng Long Tửu 33

Bảng 2.6: Kết quả tính toán mực nước với lũ 500 năm 34

Bảng 2.7: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống các trường hợp thiết kế cống Long Tửu, 35

Bảng 3.1: Tổ hợp mực nước tính toán ổn định công trình 48

Bảng 3.2: Tính chất cơ lý của các lớp đất theo bảng sau: 50

Bảng 3.3: Tổ hợp tải trọng tính toán thiết kế 53

Bảng 3.4: Tổ hợp tải trọng tính toán kiểm tra 53

Bảng 3.5: Bảng tính sức chịu tải đất nền 58

Bảng 3.6: Bảng tính áp lực đáy móng 59

Bảng 3.7: Lực tác dụng lên từng đầu cọc ứng với các trường hợp 68

Bảng 3.8: Tổ hợp tải trọng sử dụng tác dụng đáy móng 69

Bảng 3.9: Đặc trưng hình học của đáy khối móng quy ước 71

1

Đồng bằng sông Hồng là vùng kinh tế, chính trị, văn hoá và xã hội quan trọng của đất

nước Trong vùng có nhiều thành phố và công trình quan trọng trong đó có thủ đô Hà

Nội - trung tâm kinh tế, văn hóa, chính trị của đất nước, là nơi tập trung dân cư đông đúc Vì vậy việc quản lý khai thác nguồn nước phục vụ sản xuất, phát triển kinh tế xã

hội có một ý nghĩa cực kỳ quan trọng trong sự phát triển chung của cả nước

Hệ thống sông Hồng là hợp lưu của 3 con sông: Thao, Đà và Lô hợp thành Ở hạ lưu, sông Hồng có các phân lưu: Đáy, Đuống, Luộc, Trà Lý, Đào, Ninh Cơ Trong đó, sông Đuống (dài 64 km), sông Luộc (dài 74 km) chuyển nước từ sông Hồng sang sông Thái Bình; sông Trà Lý (dài 64 km), phân lưu tả ngạn sông Hồng đổ ra biển, sông Đào Nam Định (dài 31,5 km) đưa nước sông Hồng sang sông Đáy, sông Ninh Cơ (dài 51,8 km)

chảy ra biển

Hình 1: Bản đồ hệ thống dòng chảy lưu vực sông Hồng

2

Trong những năm gần đây,hiện tượng xói sâu và mở rộng mặt cắt ướt lòng dẫn trên sông Hồng, sông Lô, sông Đuống diễn biến ngày càng phức tạp Theo tài liệu khảo sát địa hình và tổng hợp số liệu đo đạc mặt cắt sông qua các năm do Viện Quy hoạch thủy

lợi thực hiện năm 2011, cao độ lòng sông Lô, sông Hồng và sông Đuống đều bị xói sâu Trên sông Lô, đáy sông bị hạ thấp từ 6-8m so với địa hình năm 2000, thậm chí có

vị trí bị hạ thấp đến 9-12m, trên sông Đuống cao độ đáy sông hạ thấp từ 4-6m, còn trên sông Hồng tại vị trí Sơn Tây đáy sông hạ thấp đến 5m Mặt cắt ngang sông ở phần nước thấp cũng bị mở rộng do vậy, diện tích mặt cắt ướt tăng cao

Hình 2: Diễn biến mặt cắt ngang sông Hồng tại trạm Thượng Cát qua từng thời kỳ

Theo báo cáo “Đánh giá phân tích thực trạng, nguyên nhân và tác động của sự suy

gi ảm mực nước thời kỳ mùa Kiệt hạ du Sông Hồng” của GS.TS Hà Văn Khối trong

buổi toạ đàm: Hiện trạng suy giảm nước về mùa khô và các giải pháp đảm bảo an

ninh ngu ồn nước hạ du Sông Hồng do Hội đập lớn Việt Nam và Viện Khoa học Thủy

Lợi Việt Nam tổ chức GS.TS Hà Văn Khối đã nêu ra một số nguyên nhân chính dẫn

tới tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng về mùa kiệt:

+ Do tác động của bồ lắng bùn cát tại các hồ chứa trên sông Hồng;

+ Do khai thác cát quá m ức trên sông Lô, sông Hồng và sông Đuống;

+ S ự thay đổi tỷ lệ lượng nước phân sang sông Đuống

3

Căn cứ vào số liệu đo đạc thực tế tại trạm Hà Nội trên sông Hồng và trạm Thượng Cát trên sông Đuống từ năm 1957 đến năm 2011, tiến hành so sánh tỷ lệ giữa trạm Thượng Cát với tổng của trạm Hà Nội và Thượng Cát, dòng chảy mùa kiệt từ tháng 1 đến tháng 4 giai đoạn trước năm 2000 tỷ lệ phân lưu là 25%, đến năm 2010 tỷ lệ phân lưu lên đến 40%-45% Sự thay đổi này sẽ làm suy giảm đáng kể mực nước mùa kiệt từ sau

cửa vào sông Đuống đến Hưng Yên, gây ra tình trạng khó khăn trong việc lấy nước

phục vụ sản xuất nông nghiệp trong đó có công trình lấy nước Xuân Quan

Hình 3: Diễn biến tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng qua sông Đuống

Trước tình hình biến đổi khí hậu, nước biển dâng đang ngày càng cấp thiết, đe dọa đến

ah ninh nguồn nước, Việt Nam được dự báo là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu Các dòng sông chính trong đó có sông Hồng đang bị mặn tấn công, nước mặn đã lấn sâu dọc theo sông Hồng lên phía thượng lưu,

có những thời điểm lên đến vài chục km Ảnh hưởng của mặn làm cho nguồn nước bị

ô nhiễm, độ mặn vượt quá mức cho phép không đảm bảo cho việc lấy nước tưới cho nông nghiệp, đặc biệt là các tỉnh giáp biển như Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình Cùng với việc hạ thấp mực nước và thiếu hụt nguồn nước trên sông Hồng càng làm gia tăng khả năng xâm nhập mặn hiện tại và dự báo càng trầm trọng trong tương lai

Diễn biến tỉ lệ phân lưu dòng chảy mùa cạn sông Hồng qua

4

Có thể thấy rằng, vấn đề hạ thấp mực nước sông Hồng về mùa kiệt, đặc biệt trong điều

kiện biến đổi khí hậu, khan hiếm nguồn nước hiện nay đã và đang là một vấn đề quan

trọng, đặt ra một thách thức lớn, ảnh hưởng tới hầu hết các lĩnh vực của đời sống, kinh

tế xã hội đối với toàn bộ hạ du sông Hồng

Hình 4: Hiện tượng sa mạc hóa trên Sông Hồng

Đề tài:“Nghiên cứu giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy

sông H ồng – sông Đuống, nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước trên sông

H ồng về mùa kiệt.” là cấp thiết trược thực trạng hạ thấp mực nước sông Hồng về mùa

kiệt

Nghiên cứu và lựa chọn giải pháp đập dâng nước điều tiết phân lưu dòng chảy sông

Hồng – sông Đuống, Phân tích tính toán ổn định nền công đập dâng

Đối tương nghiên cứu: Giải pháp đập dâng điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông

Hồng – sông Đuống

Giới hạn khuôn khổ nghiên cứu của luận văn:

- Nghiên cứu tổng quan các loại hình kết cấu đập dâng trong nước và trên thế giới;

- Phân tích, đề xuất giải pháp kết cấu đập dâng;

- Tính toán ổn định nền đập dâng;

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu

+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần mềm ứng dụng + Phương pháp chuyên gia

+ Phương pháp phân tích, tổng hợp

 Tổng quan về các hình loại đập dâng nước;

 Đề xuất một số giải pháp kết cấu đập dâng có thể áp dụng

 Phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu đập dâng phù hợp với điều kiện điều tiết tỷ

lệ phân lưu của sông Hồng – sông Đuống

 Tính toán ổn định nền đập dâng phương án chọn

6

nghiên cứu

Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về các giải pháp điều tiết phân lưu dòng chảy sông

Hồng – sông Đuống trong đó có: Đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước: « Nghiên

c ứu đề xuất giải pháp ổn định tỷ lưu hợp lý tại các phân lưu sông Hồng – sông Đuốngvà sông Hồng, sông Luộc » của PGS.TS.Nguyễn ngọc Quỳnh, phòng thí

nghiệm trọng điểm quốc gia về động lực học sông biển – Viện khoa học thủy lợi Việt nam

1.1.1 Các k ết quả nghiên cứu đã có :

Đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước của PGS.TS.Nguyễn ngọc Quỳnh: « Nghiên

c ứu đề xuất giải pháp ổn định tỷ lưu hợp lý tại các phân lưu sông Hồng – sông Đuống

và sông H ồng, sông Luộc” của phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về động lực học

sông biển – Viện khoa học thủy lợi Việt nam; đề tài đã nghiên cứu, phân tích và đề

xuất tỷ lệ phân lưu hợp lý của sông Hồng – sông Đuống từ đó đưa ra giải pháp công trình để đảm bảo yêu cầu phân lưu Đề tài đã nghiên cứu đã tính toán tỷ lệ phân lưu

của sông Hồng và sông Đuống cho 2 giải pháp công trình bằng mô hình tính toán và

mô hình vật lý thu được kết quả như sau:

1.1.1.1 Giải pháp kè phân lưu ở đầu bãi Bắc Cầu

Giải pháp kè phân lưu ở đầu bãi Bắc Cầu là một trong những giải pháp được đề xuất

để tính toán của đề tài Giải pháp bố trí công trình kè phân lưu (dạng mõm cá) ở đầu bãi Bắc Cầu để ổn định, chống xói lở đầu bãi và góp phần điều chỉnh, ổn định tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống

Tuyến kè có kết cầu lõi bằng đất đắp đầm chặt và được bảo vệ bằng lớp đá lát trong khung bê tông, bên dưới có bố trí tầng lọc ngược và gia cố bằng cọc bê tông cốt thép Tuyến kè mũ hướng về phía luồng của sông Đuống để cắt bớt dòng chảy đổ vào sông Đuống

7

Hình 1.1 Phương án kè bãi Bắc Cầu

Đề tài đã tính toán với 3 phương án chiều dài tuyến kè khác nhau (50m, 150m, 250m) nhưng mà hiệu quả điều tiết tỷ lệ phân lưu không cao chỉ giảm được 1,0% (mùa lũ) và 1,7% (mùa kiệt) Tỷ lệ phân lưu tăng khi chiều dài tuyến kè tăng, nhưng việc tăng chiều dài tuyến kè sẽ dẫn đến co hẹp cửa vào của sông Đuống và kè sẽ nằm vào vị trí

hố xói (giải pháp công trình phức tạp và tốn kém) Sau khi phân tích tác giả lựa chọn phương án chiều dài tuyến kè L=250m

8

Hình 1.3 Cắt dọc tuyến kè bãi Bắc Cầu 1.1.1.2 Giải pháp lấp hố xói đoạn cửa vào sông Đuống

Giải pháp lấp hố xói đoạn cửa vào sông Đuống: Lấp các hố xói ở đoạn sông Đuống từ

cửa vào đến cầu Đông Trù, giải pháp này làm giảm phạm vi diện tích mặt cắt ngang dòng chảy trên đoạn cửa vào sông Đuống theo phương đứng, hạn chế tỷ lệ phân lưu

Hình 1.4 Phương án lấp hố xói cửa vào sông Đuống

M2 mÆt c¾t däc kÌ ph©n l­u (M1- M1)

tû lÖ: 1/250

9

Tại vị trí cửa vào của sông Đuống, địa hình lòng sông tự nhiên vị xói sâu dẫn tới tình

trạng dòng chảy tập trung sang sông Đuống làm mất cân bằng tỷ lệ phân lưu dòng

chảy trên sông Hồng – sông Đuống Giải pháp lấp hố xói đoạn cửa vào sông Đuống để

ứng phó với tình trạng trên Hố xói được lấp đến cao trình +5 bằng bao tải cát và gia

X· Xu©n Canh HuyÖn §«ng Anh

X· §«ng Héi HuyÖn §«ng Anh

Để đảm bảo tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông tác giả đã đề xuất kết hợp cả hai phương án

kè bãi bãi bắc cầu với chiều dài L=250m và lấp hố xói cửa vào sông Đuống đến 5.0m)

(-1.1.2 Những nguyên nhân dẫn điến tình tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng về mùa kiệt:

Theo báo cáo “Đánh giá phân tích thực trạng, nguyên nhân và tác động của sự suy

gi ảm mực nước thời kỳ mùa Kiệt hạ du Sông Hồng” của GS.TS Hà Văn Khối trong

buổi toạ đàm: “Hiện trạng suy giảm nước về mùa khô và các giải pháp đảm bảo an

ninh ngu ồn nước hạ du Sông Hồng” do Hội đập lớn Việt Nam và Viện Khoa học Thủy

Lợi Việt Nam tổ chức GS.TS Hà Văn Khối đã nêu ra một số nguyên nhân chính dẫn

tới tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng về mùa kiệt:

+ Do tác động của bồ lắng bùn cát tại các hồ chứa trên sông Hồng: Với việc xây

dựng các hồ chứa trên thượng nguồn các con sông đã dẫn tới hiện tượng bùn cát được

giữ lại ở các hồ chứa gây ra hiện tượng xói nước trong cho hạ du Hiện tượng xói nước trong đã gây ra tình trạng xói lở và hạ thấp lòng dẫn ở hạ du sông Hồng gây ra tình

trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng

+ Do tình tr ạng khai thác cát quá mức trên sông Lô, sông Hồng và sông Đuống: Thực

trạng quản lý khai thác cát tràn lan trên sông Hồng càng làm cho lòng dẫn trên sông

Hồng (đặc biệt là mùa kiệt)

+ S ự thay đổi tỷ lệ lượng nước phân sang sông Đuống: Căn cứ vào nghiên cứu về tỷ lệ

phân lưu sông Hồng – sông Đuống của Viện khí tượng thủy văn – Bộ Tài nguyên và

Môi trường năm 2012 – 2013, tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống về

11

mùa kiệt trong những năm ngần đây từ 40%-45% Sự thay đổi này sẽ làm suy giảm đáng kể mực nước mùa kiệt từ sau cửa vào sông Đuống đến Hưng Yên, gây ra tình

trạng khó khăn cho việc lấy nước của các công trình đầu mối trong đó có công trình

lấy nước Xuân Quan và một số công trình khác

Bảng 1.1 Bảng tỷ lệ phân lưu sông Hồng – sông Đuống của Bộ Tài nguyên và Môi

trường

Do tác động của bồ lắng bùn cát tại các hồ chứa trên sông Hồng và tình trạng khai thác cát quá mức trên sông Lô, sông Hồng và sông Đuống làm cho điều kiện địa hình lòng sông Hồng ngày càng hạ thấp, Cùng với sự phân lưu dòng chảy sông Hồng sang sông Đuống làm cho tình trạng hạ thấp mực nước sông Hồng về mùa kiệt ngày càng trở lên

khốc liệt Trước thực trạng đó để cân đối với nhu cầu sử dụng nước cho sản xuất nông nghiệp các hồ chứa thượng nguồn đã phải xả xuống hạ lưu một lượng nước lớn hơn rất nhiều so với nhu cầu sử dụng nước, gây áp lức tới yêu cầu sử dụng nước của các hồ

chứa

1.1.3 Đề xuất định hướng giải quyết vấn đề nghiên cứu

1.1.3.1 Mục tiêu và nhiệm vụ

+) Mục tiêu:

12

Đề xuất giải pháp đập dâng tại vị trí cửa sông Đuống nhằm điều tiết phân lưu dòng

chảy sông Hồng – sông Đuống, ứng phó với tình trạng hạ thấp mực nước sông Hồng

về mùa kiệt

+) Nhiệm vụ:

- Đảm bảo tỷ lệ phân chia lưu lượng hợp lý giữa sông Hồng vào sông Đuống;

- Kết hợp dâng nước thượng lưu về mùa kiệt đảm bảo các yêu cầu cho tưới tiêu nông nghiệp, cải thiện môi trường các dòng sông nhánh;

- Đảm bảo giao thông thủy được thông suốt trên sông Đuống;

- Không ảnh hưởng đến khả năng tiêu thoát về mùa lũ

1.1.3.2 Những vấn đề cần nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan các loại hình kết cấu đập dâng trong nước và trên thế giới;

- Nghiên cứu các phương án điều tiết phân lưu sông Hồng – sông Đuống, đề xuất

giải pháp kết cấu đập dâng;

- Tính toán ổn định nền đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống được lựa chọn

1.2.1 Tổng quan trên thế giới

Hiện nay, các công trình đập dâng nhằm cải tạo môi trường, dâng cao mực nước đã được thực hiện rất nhiều, nhằm khai thác một cách hiệu quả đa mục tiêu nguồn nước trên thế giới trước thực trạng biến đổi khí hậu diễn biến phức tạp Tùy thuộc vào điều

kiện tự nhiên, nhiệm vụ công trình cũng như khả năng kinh tế kỹ thuật của mỗi nước,

những công trình đập dâng trên thế giới rất đa dạng về kết cấu và phong phú về giải pháp xây dựng, lắp đặt công trình

1.2.1.1 Dự án khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc

Tại Châu Á trong lĩnh vực quy hoạch, khai thác và bảo vệ nguồn nước cũng như xây

dựng các công trình thủy lợi, Hàn Quốc được biết đến với rất nhiều dự án có quy mô

lớn, mang tầm cỡ thế giới như dự án đê biển Seamangeum hay dự án “khôi phục 4

13

dòng sông chính - 4 Major Rivers Restoration Projects” Nếu như dự án xây dựng đê

biển Seamangeum được triển khai nhằm mục đích chống lũ, nước biển dâng và lấn

biển thì dự án “Khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc lại nhằm mục đích “tăng trưởng xanh – Green Growth”, cải tạo môi trường sinh thái và giảm thiểu thiệt hại, rủi

ro do lũ lụt, hạn hán gây ra hàng năm; nâng cao cột nước trên các sông nhằm phục vụ

sản xuất nông nghiệp; phục hồi hệ sinh thái dọc sông và tạo ra các khu vực, không gian nghỉ dưỡng dọc sông để thúc đẩy phát triển vùng

Hình 1.7 Quy mô dự án khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc

Đây là dự án được thiết lập để giải quyết những thách thức lớn về mặt môi trường của

04 con sông lớn: sông Hàn, Nakdong, Geum và Yeongsan tại Hàn Quốc Sự thiệt hại hàng năm gây nên bởi hạn hán là rất lớn, nghiêm trọng nhất là mất hệ sinh thái và suy thoái môi trường sống Sự thiệt hại được dự báo ngày càng tăng bởi các hiện tượng

thời tiết cực đoạn của biến đổi khí hậu Ở Hàn Quốc, hạn hán được dự kiến sẽ trở nên thường xuyên hơn 3đến 4 lần trong tương lai gần

hành xây dựng tuyến đường thủy và 16 đập dâng tạo hồ chứa nước trên 04 con sông

14

chính Với 16 đập dâng dự kiến để bảo đảm 800 triệu m3 Ngoài ra, 16 đập dâng trên

04 con sông chính sẽ tăng cột nước cho 96 hồ chứa nông nghiệp hiện có để đảm bảo

250 triệu m3 Ngoài ra, việc xây dựng ba đập kích thước vừa và nhỏ dự kiến sẽ mang

lạihơn 250 triệu m3

Những công trình này sẽ giúp cho việc lưu trữ lượng nước cần thiết trong mùa khô Kết hợp với giải pháp nạo vét luồng lạch, nạo vét lòng sông để tăng sức chứa cho các tuyến sông, giảm mực nước lũ,… làm cho lưu lượng lũ đổ về

hạ lưu giảm xuống, kết hợp khả năng lưu trữ nước cho mùa khô được an toàn hơn Điều này sẽ làm giảm đáng kể lũ lụt, hạn hán hàng năm và các thiệt hại mà chúng gây

ra

xuất là mở rộng các cửa sông của các sông nhánh, cho phép giảm nhanh mực nước và tăng lưu lượng tiêu thoát lũ ở các cửa sông Ngoài ra, để làm chậm dòng lũ, các vùng đất trũng được quy hoạch làm các vùng chậm lũ hoặc kiểm soát lũ, trữ lượng chứa lũ lên đến 920 triệu m3

dòng chính đã được cải thiện với mức trung bình của mức hai (Biochemical Oxygen Demand ít hơn 3ppm) bằng cách mở rộng các cơ sở xử lý nước thải và thiết lập các cơ

sở giảm tảo xanh Hơn nữa, cố gắng để khôi phục lại dòng sông sinh thái, tạo ra vùng

hệ sinh thái ven sông

một khu vực đa năng để cải thiện lối sống, giải trí, du lịch, các hoạt động văn hóa, và tăng trưởng xanh, làn đường xe đạp (1,728km) sẽ được phát triển, các chương trình tour du lịch sẽ được đẩy mạnh, và các môn thể thao sẽ được mở rộng tại đây

+) Sông theo định hướng phát triển cộng đồng: Dự án cũng sẽ góp phần vào sự phát

triển khu vực thông qua các kế hoạch khác nhau mà sử dụng các cơ sở hạ tầng được quy hoạch trong dự án và cảnh quan

Nh ận xét về mục tiêu nhiệm vụ:

Mục tiêu và nhiệm vụ của "Dự án xanh New Deal", trong đó có khôi phục 04 con sông chính sông Hàn, Nakdong, Geum và Yeongsan tại Hàn Quốc, có nhiều điểm tương

15

đồng với giải pháp đập dâng điều tiếtphân lưu sông Hồng – sông Đuống nhằm nâng cao mực nước sông Hồng về mùa kiệt:

- Đảo bảo an toàn nguồn nước: Giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu dòng

chảy sông Hồng – sông Đuống cũng đặt ra nhiệm vụ về an toàn nguồn nước cho khu

vực đồng bằng Bắc Bộ;

- Nâng cao đầu nước phục vụ sản xuất nông nghiệp: Tương tự "Dự án xanh New

Deal", giải pháp đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng sông Đuống nâng cao được đầu nước phía thượng lưu, cải tạo được nguồn nước chảy vào cho các tuyên sông nhánh như: sông Tích, sông Đáy, sông Nhuệ, sông Bắc Hưng Hải, nâng cao được trữ lượngnước phục vụ sản xuất nông nghiệp cho mùa kiệt và giảm được lượng nước phải xả xuống hạ lưu của các hồ chứa trên thượng nguồn;

- Đảm bảo luồng giao thông thủy: Tương tự "Dự án xanh New Deal", giải pháp đập

dâng cũng đảm bảo yêu cầu giao thông thủy trên sông Đuống;

Dưới đây là một số hình ảnh về các giải pháp đập dâng điều điều tiết dòng chảy trong

dự án cải tạo 4 dòng sông chính sông Hàn, Nakdong, Geum và Yeongsan tại Hàn

Quốc

Hình 1.8 02 đập dâng điển hình vùng trung du trên sông Yeongsan – Hàn Quốc

ra yêu cầu rất lớn cho nguồn nước từ sông Murray Phong trào xây dựng các hồ trữ nước, phân phối nước tự phát bất nguồn từ Kyabram hình thành dọc theo thung lũng Murray để đảm bảo nhu cầu sử dụng nước của các vùng đất và bảo vệ lợi ích của người dân trong khu vực Điều này đặt vấn đề cho việc xây dựng các hồ chứa nước có tính chất hệ thống trên sông Murry đã trở thành nhu cầu hiển nhiên

Trên dòng chính sông Murray hiện tại đã xây dựng 10 công trình đập dâng nước kết

hợp âu thuyền để giữ nước phục vụ sản xuất nông nghiệp Đây là dự án có tính chất và nhiệm vụ tương đối giống với việc nghiên cứu hệ thống đập dâng trên sông Hồng Dưới đây là một số hình ảnh về các giải pháp đập dâng điều điều tiết dòng chảy trên sông Muray nhằm nâng cao mực nước phục vụ sản xuất nông nghiệp

17

Hình 1.10 Một số công trình đập dâng và âu thuyền trên sông Murray

1.2.2 Tổng quan trong nước

Hiện nay ở trong nước đã có nhiều khu vực đối diện với tình trạng hạn hán kéo dài gây thiệt hại nặng về sản xuất nông nghiệp như: Tình trạng hạn hán của các tỉnh miền trung đặc biệt là Ninh Thuận, Bình Thuận; và các tỉnh miền tây nam bộ của nước ta trong năm những năm gần đây Chính vì thế việc xây đựng các đập dâng nhằm bảo vệ

và nâng cao mực nước trên các con sông để phục vụ sản xuất nông nghiệp là hết sức

cần thiết

Một số sự án điển hình:

1.2.2.1 Hệ thống các đập dâng nước trên hệ thống sông Dinh (Ninh Thuận):

Sông Dinh bắt nguồn từ dãy núi cao E Lâm Thông giáp với tỉnh Lâm Đồng ở vùng Phan Rang Sông có chiều dài 130 km, lưu vực 2050 km², lưu lượng trung bình 39m³/s, lưu lượng thấp nhất 3,35 – 8,0m³/s, tại hạ nguồn của thuỷ điện Đa Nhim

Hiện nay bậc thang cuối cùng là đập hạ lưu sông Dinh đang được chuẩn bị xây dựng

Hình 1.11 Một số công trình đập dâng trên sông Dinh

Đập Lâm Cấm: có cao độ +7,4m được xây dựng cách cửa sông Cái 15 km Mặt cắt

ngang của đập trên thượng nguồn là 3 km với trữ lượng nước khoảng 1,5 – 2,0 triệu m3

vào mùa khô và được bổ sung khoảng 12m3/s lưu lượng từ thuỷ điện Song Pha Lưu lượng thấp nhất (vào những tháng mùa khô – tháng tư) tại đập Lâm Cấm sau khi tưới tiêu ước lượng khoảng 2,0 – 3,5m3/s

Đập hạ lưu sông Dinh: Nằm cách cửa biển 2,5km với nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt

đảm bảo cung cấp nước cho các hộ dùng nước TP Phan Rang và huyện Ninh Phước Quy mô công trình gồm đập ngăn mặn 6 khoang, mỗi khoang rộng 37,8m; cửa van

phẳng kéo đứng Âu thuyền rộng 6,2m; Cầu giao thông tải trọng HL93, rộng 18m

1.2.2.2 Đập dâng Văn Phong:

Địa điểm xây dựng thuộc địa phận các huyện Vĩnh Thạnh, Tây Sơn, An Nhơn, Phù Cát và Thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định

19

Mục tiêu chính: Giải quyết nhu cầu nước tưới cho nông nghiệp, dân sinh và các ngành kinh tế, cải thiện đời sông nhân dân, bảo vệ môi trường sinh thái, giữ vững an ninh chính trị xã hội và quốc phòng trong khu vực Nhiệm vụ: Cấp nước tưới để mở rộng

diện tích sản xuất cho 12.545 ha đất canh tác (bao gồm: Khu tưới Văn Phong 10.815 ha; Khu tưới Vĩnh Thạnh 1.017ha; Khu tưới Vĩnh Hiệp 400ha; Khu tưới Hà Thanh

313 ha)

Đập dâng Văn Phong: Công trình cấp III, tổng chiều dài đập 542,20m, chiều cao đập

lớn nhất 19,50m, kết cấu bằng BÊ TÔNG CốT THÉP, kết hợp cầu giao thông rộng 7m, tải trọng H30

Hệ thống kênh tưới: Tổng chiều dài kênh 274,4km và 3.357 công trình trên kênh

Đền bù, di dân, tái định cư và giải phóng mặt bằng cho toàn bộ dự án Hợp phần khu tưới Văn Phong

Hình 1.12 Đập dâng Văn Phong (Bình Định) 1.2.2.3 Đập Thảo Long tỉnh Thừa Thiên Huế

Vị trí công trình: Công trình Thảo Long nằm trên Sông Hương- xã Phú Tân - Huyện Phú Vang - Tỉnh Thừa Thiên Huế

Nhiệm vụ công trình: Ngăn mặn, giữ nguồn nước ngọt của sông Hương phối hợp với

hồ Tả Trạch đảm bảo cung cấp đủ nước cho các nhu cầu nông nghiệp, công nghiệp, môi trường sinh thái, dân sinh vùng đồng bằng sông Hương và cải thiện cảnh quan du

lịch thành phố Huế Không ảnh hưởng tới khả năng thoát lũ của sông Hương so với

hiện trạng đập Thảo Long cũ, Đảm bảo giao thông thủy trên sông Hương với thuyền

20

tải trọng 50T, kết hợp làm cầu giao thông bộ qua sông cho phương tiện tải trọng H13,

mặt cầu rộng 10,0m tải trọng cầu H30-XB80

Hình 1.13 Công trình Thảo Long – Huế

Quy mô công trình: có tổng chiều rộng thoát nước 480,5m, gồm 15 khoang cửa mỗi khoang rộng 31,5m, cửa van Clape trục dưới và một âu thuyền rộng 7,0m nhịp cầu 33m Chênh lệch mực nước 1,2m Có qui mô lớn nhất nước ta hiện nay cũng như trong vùng Đông Nam Á

Đơn vị thiết kế: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam

Xây dựng từ năm 2004 đến 2007

1.2.2.4 Đập dâng nước Đô Lương:

Đây là con đập do Pháp xây dựng trong thời kỳ đô hộ Việt Nam Barra Đô Lương có chiều dài khoảng 350m, nằm chắn ngang sông Lam nhằm làm dâng nước chảy vào con sông Đào (Sông nhân tạo) để cung cấp nước tưới cho những cánh đồng thuộc các huyện Yên Thành, Diễn Châu và Quỳnh Lưu Công trình được thi công từ năm 1936 đến năm 1939;

Đập Barra Đô Lương là công trình đầu mối thuộc hệ thống thủy lợi Bắc Nghệ An là 1

hệ thống thủy lợi quan trọng, đã được đưa vào sử dụng, khai thác nhằm cung cấp nguồn nước tưới phục vụ sản xuất nông nghiệp và cung cấp nước sinh hoạt cho nhân dân trong tỉnh Nghệ An hơn 75 năm qua;

Cao trình đáy cửa van khoang tràn: +9.05m, cao trình đỉnh trụ pin: +11.0m Cao trình đỉnh cửa van ngăn nước là +9.95m (thực tế đo đạc lại thì cao trình đỉnh cửa van hiện

trạng bây giờ chỉ còn +9.714m do chênh lệch hệ cao độ địa hình)

Các khoang đập tràn đang đóng cửa van

để ngăn nước

Khoang tràn số 12 bị bom phá hỏng, được bịt lại bằng bê tông

Cửa xả cát đập dâng Bara Đô Lương

Hình 1.14 Đập dâng Barra Đô Lương – Nghệ An

Cửa xả cát đã được đại tu năm 1993: Cửa van có chiều rộng 21m làm bằng thép, trụ pin bê tông M200, các hộp phao bê tông trong trụ pin của cửa xả cát đã được bọc lại

bằng composite Cửa xả cát vẫn hoạt động bình thường, tuy nhiên do ở thượng lưu cát

bồi lắng quá nhiều, mực nước thượng lưu thay đổi dẫn đến phao hoạt động không đúng thiết kế, cửa van không mở (hạ) hoàn toàn được Đây cũng là lý do làm cho bồi

lắng trước đập ngày càng tăng và khó giải quyết Hàng năm, đơn vị quản lý vận hành

22

phải chi đến trên dưới 2 tỷ đồng để nạo vét, hút xói phần bồi lắng phía thượng lưu của đập, rất tốn kém Cửa xả cát cũng đã được sửa chữa nhiều lần nhưng không hiệu quả

Hiện nay, Barra Đô Lương đang được nghiên cứu thiết kế cải tạo mới bằng cách phá

bỏ trụ pin, bọc lại bản đáy cũ Tổng chiều dài đập 315,4m (không kể trụ pin) , gồm 12

cửa mỗi cửa rộng 24,2m và một cửa xả cát rộng 24m

Hình 1.15 Phương án nâng cấp Barra Đô Lương

Trước thực trạng hạ thấp mực nước về mùa kiệt của sông Hồng đã ảnh hưởng rất lớn đến yêu cầu sử dụng nước của các hệ thống thủy lợi, và giao thông thủy trên sông

Hồng Nguyên nhân gây ra tình trạng hạ thấp mực nức trên sông Hồng:

- Do tác động của bồ lắng bùn cát tại các hồ chứa trên sông Hồng: Với việc xây dựng

các hồ chứa trên thượng nguồn các con sông đã dẫn tới hiện tượng bùn cát được giữ lại

ở các hồ chứa thượng nguồn, hệ quả của hiện tượng đó là gây ra hiện tượng xói nước trong cho hạ du Hiện tượng xói nước trong đã gây ra tình trạng xói lở và hạ thấp lòng

dẫn ở hạ du sông Hồng gây ra tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng

- Do khai thác cát quá m ức trên sông Lô, sông Hồng và sông Đuống: Thực trạng quản

lý khai thác cát tràn lan trên sông Hồng càng làm cho lòng dẫn trên sông Hồng (đặc

biệt là mùa kiệt)

23

- S ự thay đổi tỷ lệ lượng nước phân sang sông Đuống: Căn cứ vào nghiên cứu về tỷ lệ

phân lưu sông Hồng – sông Đuống của Viện khí tượng thủy văn – Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2012 – 2013, tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống về mùa kiệt trong những năm ngần đây từ 40%-45% (so với tỷ lệ phân lưu trung bình 28% của những năm trước năm 2000) Sự thay đổi này sẽ làm suy giảm đáng kể mực nước mùa kiệt từ sau cửa vào sông Đuống đến Hưng Yên, gây tình trạng khó khăn cho

khả năng lấy nước của các công trình đầu mối,trong đó có công trình lấy nước Xuân

Quan

Để giải quyết triệt để tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng, ngoài việc nghiên

cứu các giải pháp công trình nhằm khắc phục tình trạng trên thì cần phải có sự vào

cuộc của các cơ quan lý của nhà nước Một trong những nguyên nhân gây ra tình trạng

hạ thấp mực nước trên sông Hồng là tình trạng phân lưu dòng chảy sông Hồng sang sông Đuống những năm gần đây đang tăng cao Giải pháp đập dâng để điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy trên sông Hồng - sông Đuống là giải pháp giải có tính hiệu quả t

tức thời Chính vì thế việc nghiên cứu giải pháp đập dâng điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng

chảy sông Hồng sông Đuống là một nhiệm vụ cấp thiết và quan trọng, trước thực trạng

biến đổi khí hậu diễn biến phức tạp và cực đoan

24

sông Hồng – sông Đuống

Theo nhiệm vụ đặt ra cho giải pháp đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống phải đảm bảo yêu cầu:

- Đảm bảo tỷ lệ phân chia lưu lượng hợp lý giữa sông Hồng vào sông Đuống;

- Kết hợp dâng nước thượng lưu về mùa kiệt đảm bảo các yêu cầu cho tưới tiêu nông nghiệp, cải thiện môi trường các dòng sông nhánh;

- Đảm bảo giao thông thủy được thông suốt trên sông Đuống;

- Không ảnh hưởng đến khả năng tiêu thoát về mùa lũ

Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về tỷ lệ phân lưu sông Hồng – sông Đuống, dựa trên các số liệu thống kê hàng năm và quy hoạch phòng lũ của sông Hồng, sông Thái Bình

đã đề xuất ra các tỷ lệ phân lưu hợp cho sông Hồng – sông Đuống:

- Tỷ lệ phân lưu hợp lý cho sông Hồng – sông Đuống về mùa kiệt: 34% - 35% ,

- Tỷ lệ phân lưu hợp lý cho sông Hồng – sông Đuống về mùa lũ: 31% - 32% ,

2.1.1 Đánh giá thực trạng dòng chảy về mùa kiệt

Tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống về mùa kiệt trong những năm

ngần đây đã tăng nên 40%-45% Sự thay đổi này sẽ làm suy giảm đáng kể mực nước mùa kiệt trên sông Hồng từ sau cửa vào sông Đuống đến Hưng Yên, gây tình trạng khó khăn cho khả năng lấy nước của các công trình đầu mối,trong đó có công trình lấy nước Xuân Quan

Theo tài liệu tính toán thủy lực của đề tài : ”Nghiên cứu tổng thể giải pháp công trình

đập dâng nước nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước, đảm bảo an ninh nguồn nước cho vùng hạ du Sông Hồng”của GS Trần Đình Hòa – Viện Khoa học Thủy lợi

Việt Nam thì đề tài đã đánh giá thực trạng dòng chảy trên sông Hồng về mùa kiệt theo

25

hai trường hợp: Các hồ chứa thượng nguồn vận hành bình thường và trường hợp các

hồ chứavận hành xả nước gia tăng phục vụ cấp nước

Dòng chảy của các hồ chứa thượng nguồn về hạ du dựa trên kết quả tính toán cân bằng nước do Viện Quy hoạch Thủy lợi tính toán trong đề tài với tần xuất dòng chảy đến 85% theo nhu cầu nước năm 2015:

Trong trường hợp xả bình thường với lượng nước đảm bảo tần xuất tưới p=85%, dòng

chảy trung bình trên sông Đà sau đập Hòa Bình là 850m3

/s, trên sông Lô tại vụ Quang

là 330m3/s và tại Yên Bái trên sông Thao là 230m3/s

Hình 2.1 Quá trình lưu lượng mùa kiệt tại Sơn Tây khi các hồ vận hành bình thường

Trong trường hợp xả gia tăng, dòng chảy trung bình trên sông Đà sau đập Hòa Bình là 2530m3/s, trên sông Lô tại vụ Quang là 1020m3/s và tại Yên Bái trên sông Thao là 230m3/s

26

Hình 2.2 Quá trình lưu lượng tại Sơn Tây khi các hồ thượng nguồn xả nước gia tăng

Biến động mực nước (H-t) tại các vị trí Liên Mạc, thủy văn Hà Nội, Xuân Quan trong trường hợp xả bình thường và xả tăng cường

Đường mực nước từ ngày 08-26 tháng 1/2010 được tính toán với 2 kịch bản dòng

chảy xác định ở trên:

Hình 2.3 Đường quá trình mực nước tại cống Liên Mạc, TV Hà Nội, cống Xuân Quan khi

các hồ vận hành bình thường

27

Hình 2.4 Đường quá trình mực nước tại cống Liên Mạc, TV Hà Nội, cống Xuân Quan khi

các hồ xả nước gia tăng Bảng 2.1: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống (%) ứng với 2 kịch bản vận hành hồ

chứa thướng nguồn

Y ếu tố

TV Hà N ội TV Thượng Cát T ỷ lệ phân lưu (%)

Xả bình thường Xả gia tăng Xả bình thường Xả gia tăng Xả bình thường Xả gia tăng Lưu lượng

so với yêu cầu); Ngoài ra tỷ lệ phân lưu sông Hồng – sông Đuống tăng cao làm tình

trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng về mùa kiệt Để giảm áp lực cho ngành điện, ứng phó trước tình trạng biến đổi khí hậu đang diễn biến ngày càng phức tạp và việc xây dựng quá nhiều các hồ chứa thủy điện ở thượng nguồn Việc xây dựng các đập dâng nhằm điều tiết dòng chảy và bảo vệ nguồn nước là hết sức cần thiết

28

2.1.2 P hương án điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống về mùa kiệt :

Để đáp ứng được yêu cầu lấy nước của các hệ thống thủy lợi và yêu cầu giao thông

thủy trên sông Đuống về mùa kiệt, phương án điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông

Hồng – sông Đuống về mùa kiệt được chia làm hai giai đoạn :

- Đảm bảo yêu cầu cấp nước đổ ải cho nông nghiệp vào tháng 01 hàng năm,

- Đảm bảo yêu cầu giao thông thủy mùa kiệt

2.1.2.1 Điều tiết tỷ lệ phân lưu đảm bảo yêu cầu lấy nước:

Từ kết quả tính toán thủy lực hiện trạng cho hai trường hợp xả bình thường và xả gia tăng của các hồ chứa thượng nguồn, để đảm bảo khả năng lấy nước của các hệ thống

thủy lợi trong trường hợp các hồ chứa thượng nguồn phải xả gia tăng để nâng cao đầu nước, mực nước tại trạm Thượng cát khi các hồ chứa xả gia tănglà +2.17 và tại trạm

29

Hình 2.5 Vị trí tuyến đập dâng lựa chọn tính toán

Biến động mực nước (H-t) tại các vị trí cống Liên Mạc, trạm Hà Nội, cống Xuân Quan trong trường hợp xả bình thường khi có đập dâng

Hình 2.6 Đường mực nước tại một số vị trí khi có đập dâng Long Tửu và Xuân Quan

30

Hình 2.7 Đường mực nước dọc sông Hồng (từ ngã 3 Lô Hồng đến Ba Lạt)

Mực nước lớn nhất trên sông Hồng từ ngày 08-26 tháng 01/2010 khi các hồ chứa thượng nguồn xả bình thường

Bảng 2.2: Mực nước max khi xây dựng hai đập dâng điều tiết

(m)

H (XD đập) (m)

∆H (m)

9 Cống Long Tửu

Đuống

31

Bảng 2.3: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống

Y ếu tố Hà N ội Thượng Cát T ỷ lệ phân lưu (%)

Hiện trạng XD đập Hiện trạng XD đập Hiện trạng XD đập

Lưu lượng (m3/s) 610 729 530 407 46.5 35.8

Mực nước (m) 1.54 3.29 1.39 1.52

Nh ận xét:

+ Phạm vi ảnh hưởng làm dâng mực nước lên đến ngã 3 Lô Hồng (khoảng 78km tính

từ vị trí đập Xuân Quan) Mực nước tại cống Xuân Quan lớn nhất là 3,27m (tăng 1,78m so với hiện trạng), đảm bảo cấp nước tưới cho hệ thống Bắc Hưng Hải (mực nước thiết kế là 1,85 m) Tại cống Liên Mạc mực nước lớn nhất là 3,34 m (tăng 1,61 m

so với hiện trạng), cơ bản đảm bảo tưới (mực nước thiết kế là 3,77m)

+ Mực nước lớn nhất tại thủy văn Hà Nội là 3,29 m (tăng 1,75m so với hiện trạng và cao hơn đáng kể trong cả kịch bản các hồ vận hành xả lũ tăng cường) Trong khi đó theo quy trình vận hành chứa 2015, chỉ cần các hồ xả đảm bảo tối thiểu mực nước tại

Hà Nội là 2,2m

+ Mực nước hạ lưu đập Xuân Quan tăng nhưng không lớn, phạm vi ảnh hưởng đến ngã 3 Hồng-Trà Lý (do lưu lượng nước sang sông Đuống giảm và tăng trên sông

Hồng)

+ Trên sông Đuống, mực nước lớn nhất tại cống Long Tửu là 3,26m (tăng 1,77m so

với hiện trạng), đảm bảo tưới khi mực nước thiết kế của cống là 2,58 m

Như vậy nếu muốn đảm bảo yêu cầu dâng đầu nước phục vụ cho các công trình đầu

mối của các hệ thống thủy lợi dọc trên sông Hồng, tỷ lệ phân lưu từ sông Hồng sang sông Đuống đã giảm từ 46,5% hiện trạng xuống 35,8% tiệm cận với tỷ lệ phân lưu hợp

lý mà các nghiên cứu đã đề ra

2.1.2.2 Điều tiết tỷ lệ phân lưu đảm bảo yêu cầu giao thông thủy:

Tuyến giao thông đường thủy Việt trì – Quảng Ninh đi qua cửa sông Đuống là một trong những tuyến giao thông huyết mạch của giao thông đường thủy khu vực Bắc bộ,

32

việc duy trì mực nước phục vụ yêu cầu lấy nước cho vụ đông xuân sẽ gây cản trở giao thông thủy trên tuyến đường thủy này Để đảm bảo yêu cầu giao thông thủy tính toán

thử dần với cao trình ngưỡng -3.0, -5.0 và cao trình ngưỡng -7.0m:

Bảng 2.4: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống

Theo yêu cầu giao thông thủy của tuyến vận tải thủy Việt Trì – Quảng Ninh đi qua cửa sông Đuống, thiết kế luồng tầu cấp II phải đảm bảo yêu cầu tối thiểu về chiều sâu mớn nước h=3,5m Nếu chọn cao trình ngưỡng là -3.0m thì trong trường hợp cực đoan nhất

về mực nước (mực nước thấp nhất đã xuất hiện tại ~ 0.04m tại Hà Nội) sẽ không đảm

bảo yêu cầu thiết kế tuyến luồng, do đó chọn cao trình ngưỡng là -3.0m là không đảm

bảo yêu cầu giao thông thủy

Việc lựa chọn cao trình ngưỡng từ -7.0m đến -0.5m sẽ không phải gặp các vấn đề giao thông thủy, tuy nhiên tỷ lệ phân lưu về mùa kiệt chưa đạt tới tỷ lệ phân lưu hợp lý Tuy nhiên với cao trình ngưỡng -5.0 sẽ tốt hơn và đây cũng là cao trình đáy sông thấp

nhất tồn tại và ổn định trong một thời gian dài trong các thời kỳ trước năm 2000, chính

vì thế việc lựa chọn ngưỡng đảm bảo yêu cầu giao thông thủy là -5.0 là hợp lý

Nh ận xét: Việc lựa chọn cao trình ngưỡng đảm bảo giao thông thủy là -5.0m

2.1.3 Phương án điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống về mùa lũ

Về nguyên tắc, đập dâng chỉ vận hành điều tiết về mùa kiệt; mùa lũ các đập dâng được

mở cửa van hoàn toàn để hạn chế tối đa ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ của hệ thống sông Tuy nhiên việc xây dựng đập dâng trên sông với bất kỳ hình thức bố trí thiết kế công trình dạng nào đều sẽ can thiệp vào mặt cắt lòng sông thông qua các yếu tố như: cao độ đáy công trình cao trên cao độ đáy sông, chiều rộng thoát lũ bị co hẹp do trụ

hoặc các công trình vận hành…

33

- Tổng hợp và mô tả các trường hợp tính toán ảnh hưởng của đập dâng Long Tửu tới

khả năng thoát lũ trong bảng dưới đây:

Bảng 2.5: Các trường hợp tính toán ảnh hưởng thoát lũ của đập dâng Long Tửu

- Âu thuyền: bao gồm 2 âu ở giữa; mỗi âu rộng 15m; dài 145m; cao trình ngưỡng: -5,0m

1.2 Trường hợp 2 - Bố trí cả đập và Âu thuyền trên sông Đuống

- Đập gồm 3 khoang cống, có chiều rộng B = 3 x 40m= 120m; cao trình ngưỡng: -5.0m; đỉnh cửa van +2,0m (mùa lũ mở hoàn toàn),

- Âu thuyền: bao gồm 2 âu ở giữa; mỗi âu rộng 15m; dài 145m; cao trình ngưỡng:-5m

1.3 Trường hợp 3 - Đập bố trí trên Sông Đuống, Âu thuyền bố trí trên

eo Bắc Cầu

- Đập gồm 3 khoang cống, có chiều rộng B = 3 x 40m= 120m; cao trình ngưỡng: -10.0m; đỉnh cửa van +2,0m ( mùa lũ mở hoàn toàn),

1.4 Trường hợp 4 - Đập bố trí trên Sông Đuống, Âu thuyền bố trí trên

eo Bắc Cầu

- Đập gồm 3 khoang cống, có chiều rộng B = 3 x 40m= 120m;cao trình ngưỡng:-5.0m; đỉnh cửa van +2,0m ( mùa lũ mở hoàn toàn)

Ghi chú: Hht - Mực nước lũ hiện trạng với chu kỳ 500 năm

HLT – Mục nước lũ với các trường hợp thiết kế cống Long Tửu

∆HLT – chênh lệch mực nước giữa trường hợp có cống Long tửu và hiện trạng