Nghiên cứu giải pháp xây dựng tràn sự cố kiểu máng đặt trên đỉnh đập đất áp dụng

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu giải pháp xây dựng tràn sự cố kiểu máng đặt trên đỉnh đập đất - áp dụng cho hồ Khuôn Vố, tỉnh Bắc Giang” là sản phẩm nghiên cứu của riêng c

L ỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Nguyễn Văn Thành

Học viên lớp cao học CH23C11

Chuyên ngành xây dựng công trình thủy khóa 2015-2017

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu giải pháp xây dựng tràn sự cố kiểu máng đặt trên đỉnh đập đất - áp dụng cho hồ Khuôn Vố, tỉnh Bắc Giang” là sản

phẩm nghiên cứu của riêng cá nhân tôi cùng với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn Các thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc Kết quả nêu trong luận văn là khách quan, trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây

Tác giả

Nguyễn Văn Thành

L ỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp, được sự giúp đỡ của các Thầy, Cô giáo trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt là Thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến, sự tham gia đóng góp ý kiến của bạn bè, đồng nghiệp và cùng với sự nỗ lực của bản thân Đến nay, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sỹ với đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp xây dựng tràn sự cố kiểu máng đặt trên đỉnh đập đất – áp dụng cho hồ Khuôn Vố, tỉnh Bắc Giang”

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến đã hướng dẫn,

chỉ bảo tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện

luận văn Xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo thuộc Bộ môn Thủy Công - khoa Công trình cùng các Thầy, Cô giáo phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học trường Đại

học Thủy Lợi, Các đồng nghiệp trong Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Bắc Giang đã tạo

mọi điều kiện thuận lợi để cho tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình Đồng thời xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đã động viên và khuyến khích tác giả trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình

Xin trân trọng cảm ơn./

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả

Nguyễn Văn Thành

M ỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của Đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

4 Các kết quả đạt được 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HỒ CHỨA NƯỚC VÀ TRÀN SỰ CỐ Ở HỒ CHỨA CÓ ĐẬP ĐẤT 3

1.1 Khái quát về xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam 3

1.1.1 Những khái niệm 3

1.1.2 Khái quát về xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam 4

1.2 Sự cần thiết phải xây dựng tràn sự cố cho hồ chứa nước có đập 8

1.3 Các hình thức tràn sự cố cho hồ chứa có đập đất 9

1.3.1 Tràn sự cố kiểu tràn tự do 9

1.3.2 Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ 9

1.3.3 Tràn sự cố kiểu đập đất gây vỡ bằng thuốc nổ (kiểu nổ mìn gây vỡ) 11

1.3.4 Tràn sự cố kiểu có cửa van 12

1.3.5 Tràn sự cố kiểu có cửa van tự động 12

1.3.6 Tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập đất 13

1.3.7 Tràn sự cố kiểu dẫn xói gây vỡ đập đất 14

1.3.8 Tràn tự do kiểu zích zắc (Labyrinth) 14

1.3.9 Tràn sự cố kiểu cầu chì 16

1.3.10 Tràn sự cố kiểu tấm gập mở nhanh 17

1.3.11 Tràn sự cố kiểu tràn qua đập chắn 18

1.4 Tình hình áp dụng tràn sự cố cho hồ chứa nước ở Việt Nam 18

1.5 Một số kết quả nghiên cứu về tràn sự cố và máng thu nước 21

1.5.1 Một số kết quả nghiên cứu về Tràn sự cố 21

1.5.2 Kết quả nghiên cứu về máng thu nước 23

1.6 Đặt nhiệm vụ nghiên cứu 23

1.7 Kết luận chương 1 24

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC TRÀN

NGANG ĐẶT TRÊN ĐỈNH ĐẬP ĐẤT 26

2.1 Bố trí đường tràn bổ sung cho các hồ chứa đã xây dựng 26

2.1.1 Ngưỡng tràn dọc 26

2.1.2 Ngưỡng tràn ngang 26

2.2 Các hình thức bố trí tràn ngang cho các hồ đã xây dựng 27

2.2.1 Vị trí đặt đường tràn ngang 27

2.2.2 Hình thức bố trí máng bên 30

2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán thủy lực tràn ngang 31

2.3.1 Yêu cầu tính toán 31

2.3.2 Các phương pháp tính toán thủy lực máng thu 31

2.3.3 Lựa chọn phương pháp tính toán 35

2.4 Thuật toán và quy trình tính toán thủy lực máng thu 37

2.4.2 Quy trình tính toán thủy lực máng thu nước 38

2.5 Nghiên cứu tổng quát xác định các thông số máng thu nước trên đỉnh đập đất 40

2.5.1 Phạm vi nghiên cứu 40

2.5.2 Các Sêri tính toán 41

2.5.3 Các bước tính toán nghiên cứu tổng quát 41

2.5.4 Kết quả tính toán 42

2.5.5 Nhận xét kết quả tính toán 48

2.6 Đề xuất quy trình bố trí và tính toán tràn sự cố kiểu máng đặt trên đỉnh đập đất 49

2.7 Kết luận chương 2 51

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO HỒ KHUÔN VỐ TỈNH BẮC GIANG 53 3.1 Giới thiệu công trình 53

3.1.1 Vị trí, nhiệm vụ 53

3.1.2 Quy mô, thành phần công trình đầu mối 53

3.1.3 Sự cần thiết phải xem xét bố trí tràn sự cố 54

3.2 Phân tích, lựa chọn phương án bố trí tràn sự cố 55

3.3 Tính toán điều tiết lũ cho con lũ vượt lũ kiểm tra 56

3.3.1 Số liệu đầu vào 56

3.3.2 Phương pháp tính toán 59

3.3.3 Tính toán với trường hợp lũ P=0,1% khi chưa xây dựng tràn sự cố 59

3.3.4 Tính toán với trường hợp lũ P=0,1% khi có làm tràn sự cố 62

3.4 Tính toán thủy lực khi tháo lũ p=0,1% và có tràn sự cố 64

3.4.1 Bố trí phương án đường tháo 64

3.4.2 Tính toán máng thu nước 65

3.4.3 Tính toán thủy lực dốc nước 67

3.4.4 Tính toán tiêu năng 69

3.4.5 Thuyết minh về việc tôn cao tường dốc nước tràn và bể tiêu năng 71

3.5 Tính toán thủy lực dốc nước khi tháo lũ p=0,1% và không có tràn sự cố 72

3.6 Phương án mở rộng tràn chính 73

3.6.1 Tính toán với trường hợp lũ P=0,1% khi mở rộng tràn chính 73

3.6.2 Tính toán đường mặt nước của tràn sau khi mở rộng 76

3.7 Kiểm tra ổn định đập cho các phương án bổ sung 78

3.7.1 Giới thiệu về phần mềm Geo - Slope 78

3.7.2 Chỉ tiêu cơ lý đất đắp và đất nền 79

3.7.3 Phương án máng tràn ngang 80

3.7.4 Phương án làm tường chắn sóng 82

3.8 Phân tích và lựa chọn phương án 84

3.8.1 Tính toán khối lượng 3 phương án 84

3.8.2 Phân tích và lựa chọn phương án 84

3.9 Kết luận chương 3 86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

I Các kết quả đạt được của luận văn 88

II Một số điểm tồn tại và hướng tiếp tục nghiên cứu 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 92

DANH M ỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Mặt cắt tràn sự cố kiểu tự do _ 9 Hình 1.2: Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ 10 Hình 1.3: Đập tràn sự cố kiểu tự vỡ của hồ Sông Hinh _ 10 Hình 1.4: Tràn sự cố kiểu đập đất gây vỡ bằng năng lượng thuốc nổ [2] _ 11 Hình 1.5: Đập tràn gây vỡ bằng nổ mìn ở hồ A Vĩnh Sơn _ 11 Hình 1.6: Tràn sự cố kiểu cửa van tự động [2] 12 Hình 1.7: Tràn sự cố kiểu cửa van tự động [2] 13 Hình 1.8: Tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập đất [2] 14 Hình 1.9: Tràn sự cố kiểu dẫn xói gây vỡ đập đất [2] _ 14 Hình 1.10: Mặt bằng các dạng ngưỡng tràn zik zăc 15 Hình 1.11: Tràn phím piano Đập dâng Văn Phong - Bình Định _ 15 Hình 1.12: Ngưỡng tràn kiểu Zik zăc ở đập dâng Phước Hòa - Bình Dương _ 16 Hình 1.13: Tràn sự cố kiểu cầu chì _ 16 Hình 1.14: Lắp đặt tràn cầu chì 17 Hình 1.15: Thi công tràn cầu chì tại đập Saloun _ 17 Hình 1.16: Tràn sự cố kiểu tấm gập mở nhanh [2] _ 18 Hình 2.1: Bố trí chung tràn sự cố kiểu máng thu trên đỉnh đập đất 28 Hình 2.2: Máng thu mở rộng dần (Sơ đồ 1) _ 30 Hình 2.3: Máng thu lăng trụ (Sơ đồ 2) _ 31 Hình 2.4: Mặt cắt ngang máng thu nước tràn đỉnh đập đất 38 Hình 2.5: Sơ đồ khối nghiên cứu tổng quát đường mặt nước trong máng thu 42 Hình 2.6: Quan hệ i1 ~ Ht, Bt 46 Hình 2.7: Quan hệ i1 ~ Ht, Bt 47 Hình 3.1: Quan hệ Z~F 58 Hình 3.2: Quan hệ Z~W 58 Hình 3.3: Quan hệ q~t lũ với tần suất P=0,1% chưa có tràn sự cố 61 Hình 3.4: Quan hệ q~t điều tiết lũ với tần suất P=0,1% khi có tràn sự cố _ 64 Hình 3.5: Sơ đồ tính toán cột nước tại vị trí nhập dòng _ 68 Hình 3.6: Quan hệ q~t lũ với tần suất P=0,1% khi mở rộng tràn cũ B=15,5m _ 75

Hình 3.7: Chi tiết đỉnh đập phương án làm tràn ngang 81 Hình 3.8: Chi tiết cấu tạo tràn ngang _ 81 Hình 3.9: Kết quả kiểm tra ổn định mái thượng lưu Kminmin= 1,991 81 Hình 3.10: Kết quả kiểm tra ổn định mái thượng lưu Kminmin= 1,124 _ 82 Hình 3.11: Chi tiết đỉnh đập phương án làm tường chắn sóng 82 Hình 3.12: Cấu tạo tường chắn sóng 83 Hình 3.13: Kết quả kiểm tra ổn định mái thượng lưu Kminmin= 1,864 _ 83

DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Bảng thống kê hồ chứa theo dung tích _ 4 Bảng 1.2: Một số hồ đập lớn ở Việt Nam [10] 5 Bảng 1.3: Thống kê một số công trình đã xây dựng tràn sự cố 20 Bảng 2.1: Tính toán đường mực nước trong máng bên theo phương pháp thử dần 35 Bảng 2.2: Số liệu các Sêri tính toán _ 41 Bảng 2.3: Đường mặt nước trong máng theo seri 1, i1=9% 43 Bảng 2.4: Tính V cho máng theo seri 1, i1=9% 44 Bảng 2.5: Tổng hợp kết quả tính toán lựa chọn i1 và V 45 Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật của hồ Khuôn Vố [6] 53 Bảng 3.2: Quá trình lũ thiết kế P= 1% 56 Bảng 3.3: Quá trình lũ kiểm tra P= 0,2% 57 Bảng 3.4: Quá trình lũ vượt kiểm tra P=0,1% _ 57 Bảng 3.5: Bảng quan hệ địa hình lòng hồ 57 Bảng 3.6: Bảng thông số tràn xả lũ hiện trạng 59 Bảng 3.7: Bảng tính toán điều tiết lũ với tần suất P=0,1% chưa có tràn sự cố _ 59 Bảng 3.8: Kết quả tính toán điều tiết lũ với tần suất P=0,1% chưa có tràn sự cố _ 61 Bảng 3.9: Bảng tính toán điều tiết lũ với tần suất P=0,1% khi có tràn sự cố _ 62 Bảng 3.10: Kết quả tính toán điều tiết lũ với tần suất P=0,1% khi có tràn sự cố 63 Bảng 3.11: Tính toán đường mực nước trong máng bên theo phương pháp thử dần _ 65 Bảng 3.12: Tính toán khối lượng phần gia cố máng 66 Bảng 3.13: Bảng tính đường mặt nước đoạn thu hẹp khi có tràn sự cố _ 67 Bảng 3.14:Bảng tính đường mặt nước đoạn không đổi khi có tràn sự cố 67 Bảng 3.15: Bảng tính đường mặt nước đoạn không đổi khi có tràn sự cố _ 68 Bảng 3.16: Kết quả tính toán theo phương pháp thử dần 71 Bảng 3.17: Bảng tính đường mặt nước đoạn thu hẹp không có tràn sự cố _ 72 Bảng 3.18: Bảng tính đường mặt nước đoạn không đổi không có tràn sự cố _ 72 Bảng 3.19: Bảng tính toán điều tiết lũ với tần suất P=0,1% khi mở rộng tràn chính _ 74 Bảng 3.20: Kết quả tính điều tiết lũ với tần suất P=0,1% khi mở rộng tràn cũ

B=15,5m 75

Bảng 3.21: Bảng tính đường mặt nước đoạn thu hẹp không có tràn sự cố _ 76 Bảng 3.22: Bảng tính đường mặt nước đoạn không đổi không có tràn sự cố _ 77 Bảng 3.23: Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền và đất đắp [7] 80 Bảng 3.24: Bảng tổng hợp khối lượng 3 phương án tràn 84

DANH M ỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

MNDBT Mực nước dâng bình thường MNC Mực nước chết

MNLTK Mực nước lũ thiết kế MNDGC Mực nước dâng gia cường MNLKT Mực nước lũ kiểm tra PPPTHH Phương pháp phần tử hữu hạn

MỞ ĐẦU

1 T ính cấp thiết của Đề tài

Trong những năm qua Nhà nước đã đầu tư nhiều nghìn tỷ đồng để xây dựng các công trình thủy lợi lớn và nhỏ phục vụ cho các mục đích phát điện, tưới tiêu, cấp nước dân

dụng, công nghiệp cải tạo môi trường, phòng chống thiên tai,… đã góp phần to lớn trong việc phát triển kinh tế đất nước, cải thiện đời sống nhân dân Do mức độ quan

trọng và đặc thù của công trình Thủy lợi, những yêu cầu về đảm bảo an toàn và kinh tế trong việc tính toán thiết kế, thi công và quản lý khai thác đặt ra ngày càng cao

Theo thống kê ở Việt Nam hiện nay, gần 50% sự cố hồ đập là do nước tràn đỉnh đập

bởi các lý do khác nhau như lũ vượt thiết kế, lũ tập trung quá nhanh, sự cố kẹt cửa van hay lỗi do công tác quản lý… Điều này càng trở nên trầm trọng hơn trong điều kiện

biến đổi khí hậu, rừng phòng hộ bị phá hoại, các tiêu chuẩn thiết kế công trình, đặc

biệt là tần suất lũ áp dụng hiện nay đã thay đổi theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế QCVN 04-05:2012/ BNNPTNT) Vì vậy trong thiết kế mới hồ chứa, hoặc rà soát năng lực xả lũ của các hồ

đã xây dựng, cần xem xét các phương án tràn có năng lực xả lũ cao và làm việc tự động, để hạn chế thấp nhất sự cố hồ do lũ

Sử dụng loại tràn tự động (tức cao trình ngưỡng tràn = MNDBT) và có bề rộng tràn

lớn có những ưu điểm nổi bật như:

- Tràn tự động làm việc khi có lũ về, loại trừ được sự cố do kẹt cửa van, hoặc bất cẩn

của người quản lý

- Do Bt lớn nên giảm được cột nước tràn; đặc biệt khi lũ đến vượt quá lưu lượng thiết

kế thì độ gia tăng mực nước hồ là nhỏ, tránh được khả năng nước tràn đỉnh đập gây

vỡ, đặc biệt là khi đập bằng vật liệu địa phương (đất đá)

Công trình hồ khuôn Vố tỉnh Bắc Giang có điều kiện địa hình, địa chất phức tạp không thuận lợi về mặt kinh tế cho việc mở rộng tràn cũ để thoát lũ với tần suất vượt tần suất

lũ kiểm tra của công trình

Vì vậy luận văn này chọn đề tài “ Nghiên cứu giải pháp xây dựng tràn sự cố kiểu máng đặt trên đỉnh đập đất – Áp dụng cho hồ khuôn Vố, tỉnh Bắc Giang” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu một giải pháp bố trí tràn sư cố cho đập đất của các hồ vừa và nhỏ đã xây

dựng nhằm đảm bảo an toàn cho công trình, giảm chi phí đầu tư và có tính khả thi trong thực tế

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

+ Thu thập, thống kê và tổng hợp tài liệu nghiên cứu liên quan đến đề tài

+ Tham khảo các tài liệu lý thuyết có liên quan đến đề tài để phục vụ mục đích nghiên cứu + Nghiên cứu ứng dụng: đề xuất các tổ hợp bố trí, tính toán và phân tích

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HỒ CHỨA NƯỚC VÀ TRÀN SỰ CỐ Ở HỒ CHỨA CÓ ĐẬP ĐẤT

1.1 Khái quát về xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam

1.1.1 Những khái niệm

1.1.1.1 Hồ chứa nước

Hồ chứa nước là những khu vực chứa nước trên bề mặt trái đất Hồ chứa nước gồm có

hồ tự nhiên và hồ nhân tạo

+ Hồ tự nhiên là loại hồ được hình thành và phát triển một cách tự nhiên sau một quá trình vận động lâu dài của vỏ trái đất mà không do bàn tay của con người tạo nên Hồ

tự nhiên có thể là các hồ kín dạng hồ chứa ví dụ như hồ Baican (Nga), Biển Hồ (Campuchia), hồ Ba Bể (Việt Nam), hoặc dạng hồ đầm ở vùng trũng

+ Hồ nhân tạo là một loại công trình thuỷ lợi đặc biệt có nhiệm vụ biến đổi và điều

tiết nguồn nước phù hợp với yêu cầu dùng nước khác nhau của các ngành kinh tế, xã

hội, an ninh, quốc phòng và phòng chống giảm nhẹ thiên tai Hồ nhân tạo do con người tạo ra để phục vụ cho cuộc sống của chính con người

Trong phạm vi luận văn này chỉ đề cập đến loại hồ chứa nước nhân tạo được xây dựng trên sông, suối nhờ có đập ngăn tạo hồ

Lòng hồ càng lớn thì khả năng điều tiết, khả năng trữ và cấp nước của hồ càng lớn

c Đầu mối công trình

Các công trình được tập hợp ở một khu vực xây dựng để cùng giải quyết những nhiệm

vụ của giải pháp khai thác sử dụng nguồn nước và phòng chống giảm nhẹ thiên tai gọi

là đầu mối công trình thuỷ lợi

Đầu mối công trình hồ chứa nước thường gồm có: đập chắn dâng nước (đập chính và

có thể có một hay nhiều đập phụ), tràn xả lũ (tràn chính, tràn bổ sung, tràn sự cố ), công trình lấy nước và có thể có: nhà máy thuỷ điện, âu tầu, đường chuyển bè gỗ, đường cá đi, công trình du lịch, công trình thuỷ sản, v.v

d Hệ thống công trình

Tập hợp các đầu mối công trình thuỷ lợi, các công trình thuỷ lợi trên một phạm vi rộng

lớn nhất định để cùng giải quyết những nhiệm vụ của một giải pháp thuỷ lợi gọi là hệ

thống công trình

1.1.2 Khái quát về xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam

Theo kết quả rà soát, hoàn thiện Chương trình bảo đảm an toàn hồ chứa nước của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn thực hiện năm 2015, cả nước có 6.648 hồ chứa

thủy lợi đã tích nước, trong đó có 702 hồ chứa lớn (chiều cao đập từ 15m trở lên hoặc

có dung tích hồ chứa từ 3.000.000 m3

trở lên), đặc biệt có 2 hồ dung tích trên 1 tỷ m3

(Cửa Đạt 1,450 tỷ m3, Dầu Tiếng 1,58 tỷ m3); 2.698 hồ có dung tích từ 0,2 triệu m3

đến 3 triệu m3

, còn lại là các hồ có dung tích dưới 0,2 triệu m3

Số lượng hồ chứa theo dung tích thể hiện ở Bảng 1.1:

Bảng 1.1: Bảng thống kê hồ chứa theo dung tích

Bảng 1.2: Một số hồ đập lớn ở Việt Nam [10]

Hồ chứa Tỉnh xây dựng Năm cao đập Chiều

Hmax

Qxả max

Dung tích toàn bộ

Dung tích hữu ích

Hồ chứa Tỉnh xây dựng Năm cao đập Chiều

Hmax

Qxả max

Dung tích toàn bộ

Dung tích hữu ích

Iamơ Gia Lai-Lăk Đăk 2006-2010 32 654 177.8 162.5

Thủy điện Trị An Đồng Nai 1984-1991 40 2765 2547

Thủy điện Ialy Gia Lai 1993-2001 69 137

Thủy điện Thác

Hồ chứa Tỉnh xây dựng Năm cao đập Chiều

Hmax

Qxả max

Dung tích toàn bộ

Dung tích hữu ích

1.2 Sự cần thiết phải xây dựng tràn sự cố cho hồ chứa nước có đập

Ở đầu mối công trình hồ chứa Thủy lợi, Thủy điện đều có tràn xả lũ để xả nước thừa,

xả lũ Quy mô tràn xả lũ được xác định tương ứng với tần suất lũ theo cấp công trình quy định tại tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành (hiện nay thực hiện theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về công trình thủy lợi – Các quy định chủ yếu về thiết kế - QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT) Từ nhiệm vụ hồ chứa, quy mô công trình, điều kiện địa chất công trình và tầm quan trọng của công trình đối với an toàn hạ du, chúng ta xác định được cấp công trình, từ đó xác định tần suất lũ theo quy chuẩn nêu trên Với mỗi tần

suất lũ, qua tính toán thủy văn, có được đỉnh lũ (Qmaxp), tổng lượng lũ (Wp), quá trình

lũ (Q~t)p Từ đây chúng ta xác định được bề rộng tràn (ứng với hình thức tràn và cao trình ngưỡng tràn đã chọn) và một mực nước lũ tương ứng trong hồ Như vậy, tràn xả

lũ của đầu mối hồ chứa Thủy lợi, Thủy điện chỉ có thể đảm bảo xả lũ với một tần suất

nhất định Song yêu cầu lại phải đảm bảo an toàn cho đập chính, cống, tràn và các công trình khác với lũ đến bất kỳ tần suất nào Hơn nữa theo điều kiện biến đổi khí hậu trong những năm gần đây cộng với nạn chặt phá rừng bừa bãi và một số nguyên nhân khác như đã phân tích ở trên thì các đặc trưng của lũ theo thời gian lại có thể thay đổi (thường là lớn lên) so với thiết kế tính toán ban đầu Cũng có thể do điều kiện vận hành, trình độ quản lý vận hành chưa đáp ứng, trách nhiệm chưa được nâng cao, cơ

chế quản lý chưa phù hợp dẫn đến điều hành không chính xác, không phù hợp với thực

tế xảy ra và thực tế đã xảy ra ở một số hồ chứa ở Việt Nam, làm tăng thêm nguy cơ

mất an toàn cho cụm công trình đầu mối nói riêng và cả hồ chứa nói chung Vì vậy trong tính toán thiết kế hoặc rà soát công trình cần đảm bảo an toàn, không có nước lũ vượt thiết kế và nhất là không có nước lũ tràn qua đập chắn Trong thực tế có nhiều

giải pháp công trình để giải quyết các vấn đề nêu trên như tôn cao đập chính, mở rộng tràn, làm thêm tràn bổ sung, xả trước một phần dung tích hữu ích trước khi lũ về (Nếu

dự báo không đúng thì có thể hồ sẽ không bao giờ đạt được MNDBT thiết kế) Trong các giải pháp đó, giải pháp tràn sự cố sẽ giúp tránh được khả năng nước tràn làm mất

an toàn đập, giảm thiệt hại cho hạ lưu Đây là biện pháp chủ động để tăng khả năng tháo khi khẩn cấp Hơn nữa tràn sự cố còn tham gia vào việc ngắt phần trên của đỉnh

lũ thiết kế (khi lũ đến gần hoặc bằng lũ thiết kế) góp phần giảm quy mô tràn chính

hoặc tăng hiệu quả của tràn chính Rõ ràng tràn sự cố có vị trí quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và phát huy hiệu quả của hồ chứa thuỷ lợi - thuỷ điện

Việc thiết kế tràn sự cố có thể thực hiện trong các trường hợp:

+ Hồ chứa đang được thiết kế (xây dựng mới), khi đó tràn sự cố góp phần làm giảm

bớt quy mô tràn chính, giảm kinh phí đầu tư xây dựng công trình

+ Hồ chứa đã được xây dựng, qua rà soát thấy tràn chính chưa đủ năng lực xả lũ an toàn, khi đó phải nghiên cứu làm tràn phụ hoặc tràn sự cố

tự nhiên và tự tiêu năng

Hình 1.1: Mặt cắt tràn sự cố kiểu tự do

* Điều kiện áp dụng:

Tràn sự cố kiểu tràn tự do được áp dụng với hồ chứa nhỏ hoặc hồ có lũ tính toán thiết

kế tràn xả lũ tràn sự cố chênh không nhiều với lũ thiết kế tràn chính Trong trường hợp này có thể dùng đường tràn không kiên cố hoặc bán kiên cố

1.3.2 Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ

Loại tràn mà trên ngưỡng tràn có bố trí một đập đất tạm, khi lũ về mực nước trong hồ dâng vượt đỉnh đập đất tạm gây xói vỡ đập tạm và tràn thực sự làm việc gọi là tràn sự

cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ, gọi tắt là tràn sự cố kiểu đập đất tự vỡ

* Nguyên lý hoạt động:

Nước tràn qua đỉnh đập, gây xói mái hạ lưu Xói diễn ra từng bước dẫn đến thân đập đất trên ngưỡng tràn vỡ hoàn toàn và tràn sự cố làm việc với khả năng tháo lớn nhất

* Đặc điểm kết cấu:

Trên ngưỡng tràn (có thể được gia cố hoặc không gia cố) có bố trí một đập đất tạm gọi

là đập đất tự vỡ Đỉnh đập đất tự vỡ không cao hơn cao trình mực nước lũ khống chế (MNLKC) ở thượng lưu

Ví dụ Tràn sự cố thuỷ điện Sông Hinh 1.3 Ranh giới giữa 2 khối nghiêng về phía hạ lưu nhằm tạo cho khối thượng lưu nhanh vỡ hoàn toàn khi khối cát hạ lưu bị xói

Hình 1.2: Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ

Hình 1.3:Đập tràn sự cố kiểu tự vỡ của hồ Sông Hinh

211,85 212,00MNLN P= 0,1%

1:2 196,00

* Điều kiện sử dụng:

Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ (tràn sự cố kiểu đập đất tự vỡ) dùng

với nền tương đối tốt và địa hình yên ngựa thấp, nhưng không đủ rộng để làm tràn tự

do (vì khi đó cột nước tràn tương đối lớn và lưu tốc dòng chảy không nhỏ)

1.3.3 Tràn sự cố kiểu đập đất gây vỡ bằng thuốc nổ (kiểu nổ mìn gây vỡ)

Trên ngưỡng tràn có bố trí đập vật liệu địa phương, trong thân đập bố trí hệ thống lỗ mìn hoặc buồng mìn Khi cần tháo xả khẩn cấp sẽ nạp thuốc nổ, kích nổ theo các phương pháp hiện đại để gây vỡ đập

Hình 1.4: Tràn sự cố kiểu đập đất gây vỡ bằng năng lượng thuốc nổ [2]

(Kiểu gây vỡ đập đất bằng năng lượng thuốc nổ)

Hình 1.5: Đập tràn gây vỡ bằng nổ mìn ở hồ A Vĩnh Sơn

* Điều kiện áp dụng:

Tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ dùng với điều kiện địa chất có khả năng chống xói tốt (ngưỡng tràn nằm trên nền đá phong hoá vừa và ít), điều kiện địa hình không có yên

ngựa rộng và thuận lợi, nếu làm các loại tràn sự cố khác khối lượng công tác sẽ rất lớn

Những công trình hồ chứa lớn có yêu cầu an toàn phòng lũ cao, công trình đang nghiên cứu làm tràn bổ sung (hoặc tràn sự cố) với lưu lượng tràn lớn đều có thể áp

dụng hình thức tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ

1.3.4 Tràn sự cố kiểu có cửa van

Loại này thường có quy mô, cấu tạo như đối với tràn chính Nó được dùng khi cần tháo

lũ bổ sung, tháo lũ vượt thiết kế (nếu chỉ có tràn chính thì không xả hết theo yêu cầu)

Cửa van dùng trong trường hợp này có thể là cửa van cung, cửa van hình quạt…vv

1.3.5 Tràn sự cố kiểu có cửa van tự động

Tràn sự cố kiểu có cửa van tự động là tràn trên ngưỡng bố trí cửa van tự động Cửa van tự động thường là tấm phẳng quay xung quanh một trục Trục quay của cửa van tự động có thể bố trí thẳng đứng hoặc nằm ngang (ở trên, ở giữa hoặc ở ngưỡng) Khi có

lũ vượt thiết kế, cửa van tự động lật và việc tháo xả khẩn cấp được thực hiện

Loại này về nguyên lý thì rất hay, song có nhiều nhược điểm về hoạt động, quản lý,

bảo dưỡng nên nó chưa được dùng nhiều

Hình 1.6: Tràn sự cố kiểu cửa van tự động [2]

Nguyên lý hoạt động: Khi mô men áp lực thủy động lớn hơn mô men trọng lượng của

cửa van với lực ma sát đối với điểm gối tựa, của van tự động mở đến một góc đổ nhất định, tại vị trí góc đổ này mô men áp lực thủy động bằng mô mentrọng lượng cửa van đối với điểm gối tựa, cửa van ở trạng thái cân bằng mới Khi lưu lượng thay đổi góc độ

mở cũng thay đổi Khi lưu lượng thượng lưu giảm nhỏ đến mức độ nhất định, khiến

mô men trọng lượng cửa van lớn hơn mô men áp lực thủy động với lực ma sát đối với điểm gối tựa, cửa van sập tự khống chế thủy lực có thể tự hành quay lại đống đến một góc đổ nhất định, cửa van lại ở trạng thái cân bằng mới khi đạt đến lưu lượng này

Hình 1.7: Tràn sự cố kiểu cửa van tự động [2]

1.3.6 Tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập đất

Tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập là loại tràn trên ngưỡng có bố trí một đập

tạm bằng vật liệu địa phương, thường là đập đất Phần hạ lưu của đỉnh đập có tường

chắn tạo bể chứa nước gia tải Ở đáy đập có lớp kẹp cát tạo mặt trượt Trên đỉnh có bố trí các ống xiphông ăn thông với bể chứa nước gia tải Khi mực nước thượng lưu vượt

miệng ống xi phông, nước theo xiphông chảy vào bể gia tải Bể gia tải đầy nước sẽ gây

mất ổn định mái hạ lưu Từ đó tạo vỡ đập

Hình 1.8: Tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập đất [2]

1.3.7 Tràn sự cố kiểu dẫn xói gây vỡ đập đất

Đặc điểm của loại này là trên ngưỡng tràn có bố trí đập tạm bằng đất, phía hạ lưu đập

có khối đất dễ xói trôi (thường là khối cát); phía trên giáp đỉnh đập có bố trí các ống xiphông Miệng vào của ống ngang mực nước lũ khống chế Cửa ra của ống áp vào mái đập thuộc khối đất dễ xói trôi Khi nước hồ vượt mực nước lũ khống chế, nước sẽ

chảy qua các ống ra mái hạ lưu gây xói mái hạ lưu đập Đến khi đập mất ổn định và

vỡ, thì tràn sự cố bắt đầu làm việc để tháo xả lũ khẩn cấp

Hình 1.9:Tràn sự cố kiểu dẫn xói gây vỡ đập đất [2]

1.3.8 Tràn tự do kiểu zích zắc (Labyrinth)

Trên ngưỡng tràn đỉnh rộng, có thể dùng hình thức zích zắc để tăng chiều rộng thực tếtràn nước Vì vậy mà tăng khả năng tháo, giảm mực nước trong hồ, giảm chiều cao cộtnước tràn Đôi khi cũng dùng hình thức này để cải tạo tràn xả lũ tự do đã có bề rộng tràn cố định để nâng cao mực nước dâng bình thường (cũng chính là nâng cao trình

ngưỡng tràn tự do) mà không muốn nâng cao đập Kiểu ngưỡng tràn Zích zắc có thể là

kiểu phím đàn Piano, kiểu mỏ vịt

Các dạng mặt bằng của tràn Zik zăc:

Hình 1.10: Mặt bằng các dạng ngưỡng tràn zik zăc Chú thích hình 1.10:

a Loại hình thang

b Loại hình tam giác

c Kiểu chữ nhật hay phím đàn piano

d Kiểu mỏ vịt

e Kiểu tràn bên

Hình 1.11: Tràn phím piano Đập dâng Văn Phong - Bình Định

Hình 1.12: Ngưỡng tràn kiểu Zik zăc ở đập dâng Phước Hòa - Bình Dương

1.3.9 Tràn sự cố kiểu cầu chì

Trên ngưỡng tràn bố trí các cấu kiện chắn nước rời rạc nhưng kín nước Các cấu kiện này có kích thước như nhau hoặc khác nhau Khi mực nước lũ trong hồ đến mực nước

lũ khống chế, cấu kiện (cầu chì) này bị lật xuống nhờ đó mà tháo được lũ khẩn cấp

Cầu chì có thể là bê tông, bê tông cốt thép hoặc các thùng

Hình 1.13: Tràn sự cố kiểu cầu chì

Hình 1.14: Lắp đặt tràn cầu chì

Hình 1.15: Thi công tràn cầu chì tại đập Saloun Tràn ‘cầu chì’ đã được xây dựng tại đập Saloun (huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận) dưới sự hướng dẫn của các chuyên gia Pháp – Việt

1.3.10 Tràn sự cố kiểu tấm gập mở nhanh

Trên ngưỡng tràn đặt các tấm phẳng chắn nước có chiều cao nhỏ (không vượt quá 1 m) Khi mực nước lũ trong hồ chứa vượt quá mực nước lũ khống chế, hệ thống tấm

bản và cột đỡ sập xuống, nhờ đó mà tháo được lũ khẩn cấp

Hình 1.16: Tràn sự cố kiểu tấm gập mở nhanh [2]

1.3.11 Tràn sự cố kiểu tràn qua đập chắn

Khi MNL vượt qua MNLKC, nước tràn qua đập chính được gia cố bằng thảm thực

vật, tấm lát, bê tông, đá lát hoặc trải vải nilông ở đỉnh đập và 2 mái Loại này chỉ dùng

với cột nước tràn nhỏ

1.4 Tình hình áp dụng tràn sự cố cho hồ chứa nước ở Việt Nam

Từ điều tra và phân tích số liệu điều tra về tràn sự cố đã xây dựng ở Việt Nam, có thể

tổng hợp như sau:

Tỷ lệ giữa số hồ có xây dựng tràn sự cố so với tổng số hồ đã xây dựng ngày càng tăng cao Trước năm 2000 tỷ lệ này chỉ chiếm 5%, từ năm 2000 trở lại đây chiếm 37,5% ,

do đó tính chung ở thời điểm hiện nay thì tràn sự cố chiếm 18,66% [2] Điều đó chứng

tỏ nhu cầu thực tế đòi hỏi xây dựng tràn sự cố ngày càng cao

Nếu xét theo thời điểm xây dựng so với trong quá trình thiết kế, thi công, quản lý khai thác các hồ chứa nước, thì số tràn sự cố được xây dựng sau khi đã đưa vào sử dụng chiếm 48% Tràn sự cố ra đời sau những biến đổi ngày càng bất lợi của khí hậu thời

tiết, sự giảm tác dụng điều tiết của rừng do hoạt động của con người Số lượng tràn sự

cố được xây dựng ngay từ khi thiết kế ban đầu có tỷ lệ ngày càng tăng Điều đó chứng

tỏ: sự cần thiết phải xem xét nghiên cứu xây dựng tràn sự cố ngay từ đầu là tất yếu

Về vị trí xây dựng tràn sự cố: Đa phần tràn sự cố xây dựng không nằm trong thân đập chính (chiếm tới 96%), trong đó số xây dựng tách biệt hẳn với đập chính (xây dựng ở đập phụ, ở eo núi bên cạnh ) là chủ yếu

Đa phần tràn sự cố có kết cấu không kiên cố (như bán kiên cố, hoặc bằng đập đất tạm) Hình thức này chiếm tới 76% Tràn sự cố loại kiên cố được xây dựng ở hồ chứa lớn

hoặc được xem xét ngay từ đầu khi thiết kế, hoặc khi tràn sự cố bị sự cố (Hồ Vực Tròn)

- Cao trình ngưỡng tràn chọn bằng mực nước dâng bình thường được dùng với loại tràn

tự do, cũng có thể dùng với loại tràn sự cố trên ngưỡng có đắp đập tạm bằng đất, khi lũ vượt thiết kế đập sẽ tự vỡ như hồ Easoup thượng

- Cao trình ngưỡng tràn chọn cao hơn MNDBT nhưng thấp hơn MNLTK được dùng

phổ biến chiếm 48% Loại này thường dùng với tràn sự cố kiểu tràn tự do

- Cao trình ngưỡng tràn chọn cao hơn MNLTK cũng được sử dụng, tuy có ít hơn các trường hợp khác Trong trường hợp này, cao trình ngưỡng tràn thấp hơn mực nước lũ

kiểm tra hoặc không cao hơn mực nước lũ lịch sử

Như vậy việc dùng tràn tự do là phù hợp hơn vì xác suất nước tràn qua tràn sự cố rất

thấp Tương ứng với hình thức này là bề rộng tràn lớn, lưu lượng đơn vị nhỏ, cột nước tràn nhỏ, gia cố trên ngưỡng và sau ngưỡng rất tạm hoặc lợi dụng ngay địa hình, địa

chất tự nhiên Một số công trình có xây dựng tràn sự cố ở Việt Nam bảng 1.2

Bảng 1.3: Thống kê một số công trình đã xây dựng tràn sự cố

trình

Nơi xây dựng

Năm xây dựng

Vùng Cửa

van

Cao trình ngưỡng

Loại tràn

Cao trình ngưỡng

TT Tên Công

trình

Nơi xây dựng

Năm xây dựng

Vùng Cửa

van

Cao trình ngưỡng

Loại tràn

Cao trình ngưỡng

18 Krong Buk Hạ Đắk Lắk 1977 không 465,60m Tràn tự do 465,80m

Tây Nguyên

19 Ea Mroh Đắk Lắk 1983 không 452,60m Tràn tự

do 452,80m

20 Ea Suosp thượng Đắk Lắk 2000 có 211,58m Đập tự vỡ 217,58m

1.5 Một số kết quả nghiên cứu về tràn sự cố và máng thu nước

1.5.1 Một số kết quả nghiên cứu về Tràn sự cố

 Các đề tài đã thực hiện nghiên cứu về tràn sự cố

- Phạm Ngọc Quý, Phạm Văn Quốc “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’ Báo cáo đề tài khoa học cấp Bộ năm 2013 Đã thống kê đựợc các đợt lũ vượt thiết kế năm 1999 Đưa ra một số giải pháp tràn sự cố, từ các khuyến cáo của tác giả, sau năm

1999 bắt đầu có tràn sự cố ở nước ta

- Phạm Ngọc Quý, Đỗ Tất Túc, Phạm Văn Quốc, Đỗ Cao Đàm, Trần thị Hồng

Huệ “Nghiên cứu công nghệ cảnh báo, dự báo lũ và tính toán lũ vượt thiết kế ở các hồ

chứa vừa và nhỏ - Giải pháp tràn sự cố” Báo cáo đề tài khoa học cấp Bộ năm 2005 Đề tài đã giải quyết được các vấn đề sau:

+ Xây dựng công nghệ tính toán và đưa ra phần mềm tính toán lũ vượt thiết kế , áp

dụng cho 3 hồ chứa Ngòi Vần (Phú Thọ), hồ Liệt Sơn (Quảng Ngãi) và hồ Núi Cốc (Thái Nguyên) Đưa ra bản đồ đẳng trị mưa và lưu lượng đỉnh lũ cho một số vùng

+ Xây dựng cơ sở lý luận và đưa ra phần mềm tính toán điều tiết, xác định quy mô tràn sự cố, áp dụng thử cho 2 hồ chứa Ngòi Vần và Liệt Sơn

- Nguyễn Bá Cường “Nghiên cứu thực nghiệm tràn sự cố kiểu tràn đập tự vỡ hồ thuỷ điện Sông Hinh - Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu lựa chọn vị trí xây dựng tràn xả lũ

sự cố Sông Hinh Tiến hành thí nghiệm tràn xả lũ sự cố với hình thức tràn kiểu đập đất

tự vỡ, giả thiết các trường hợp từ đó đưa ra kết cấu đập tràn tự vỡ hợp lý cho tràn sự cố

Hồ thuỷ điện Sông Hinh

- Nguyễn Văn Tuyển “Đánh giá hiện trạng lũ vượt thiết kế và kiến nghị giải pháp tràn sự cố cho các hồ chứa Luận văn thạc sỹ năm 2001

Luận văn đã điều tra, tổng kết về hồ chứa và đập dâng, luận văn đã nêu lên được phần nào bức tranh tổng quát về hiện trạng các hồ chứa, đập dâng ở nước ta Qua đó thấy được nguyên nhân dẫn đến sự cố công trình, để từ đó tìm huớng phòng tránh sự cố cho các công trình đã, đang và sẽ xây dựng Luận văn cũng đã phân tích lý luận về chức năng, nhiệm vụ của các loại tràn xả lũ và kiến nghị tiêu chuẩn thiết kế tràn sự cố Giải bài toán tổng quát xác định quy mô tràn sự cố khi tràn chính và tràn sự cố cùng tháo lũ theo điều kiện: Tràn sự cố chỉ tháo lũ khi mực nước hồ bằng hoặc bắt đầu vượt MNLKT Chương trình QT1- Lập theo ngôn ngữ lập trình Pascal

- Báo cáo kết quả nghiên cứu tràn sự cố Sông Hinh - Viện Năng Lượng, Hà Nội tháng 3-2001

- GS.TS Phạm Ngọc Quý – Tràn sự cố trong đầu mối Hồ chứa nước – Nhà Xuất

bản Nông nghiệp năm 2008

Đã điều tra, đánh giá hiện trạng tràn sự cố ở Việt Nam Xây dựng cơ sở lý luận tính toán tràn sự cố gồm: Bảy bước thiết kế tràn sự cố, chọn vị trí xây dựng tràn sự cố,

chọn hình thức tràn sự cố trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các loại tràn sự cố thường gặp, cách xác định kích thước cơ bản, cách tính toán thẩm và ổn định trên ngưỡng tràn, chọn cấu tạo chi tiết, phục hồi tràn sự cố sau xả lũ Vấn đề kinh tế trong xây dựng tràn sự cố, quản lý, bảo dưỡng tràn sự cố

 Các bài báo

- Cục quản lý nước và công trình thuỷ lợi – Tình hình đảm bảo an toàn các hồ

chứa nước của các tỉnh từ Quảng Ninh đến Bình Định - Tạp chí thuỷ lợi số 331 tháng 12 năm 1999

- Nguyễn Duy Việt, Giả Kim Hùng “Đánh giá ảnh hưởng của BĐKH đến dòng

chảy lũ khu vực Tây Nguyên” - Hội Thảo khoa học - Hội Thuỷ lợi Việt Nam, ngày 11-2012

05-1.5.2 Kết quả nghiên cứu về máng thu nước

Các kết quả nghiên cứu về chế độ thủy lực trong máng thu nước của đường tràn ngang

đã được trình bày trong các sách về công trình tháo lũ ở nước ngoài, cũng như ở Việt Nam [1, 4 ] Theo đó để vẽ đường mặt nước trong máng bên có thể sử dụng các phương pháp khác nhau như phương pháp Zamarin, phương pháp dòng biến lượng…Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng áp dụng phương pháp dòng

biến lượng cho phép đạt được độ chính xác cao hơn do trong phương trình đã xét đầy

đủ các thành phần năng lượng tiêu hao để tạo dòng chảy dọc trong máng

Về bố trí độ dốc dọc của máng bên, gần đây có một số nghiên cứu của GS.TS Nguyễn Chiến và Lê Thanh Hùng [11], Hoàng Đình Giáp [12] Các nghiên cứu này thực hiện với máng bên của đường tràn ngang bố trí bên bờ hồ, có ngưỡng tràn dạng đỉnh rộng (tràn hồ nước ngọt), hoặc thực dụng (tràn hồ Ông Lành) Một số kết quả đạt được như sau:

- Độ sâu khống chế ở mặt cắt cuối máng trong khoảng (1-:-1,33) hklà hợp lý [11]

- Với Bt > 50m, bố trí máng có 1 độ dốc; với Bt< 50m, bố trí máng có 2 độ dốc với

nửa đầu có i0 = 2i1 [12]

Các nghiên cứu này chưa đề cập đến máng bố trí trên đỉnh đập đất (mép thượng lưu),

có mặt cắt chữ nhật và ngưỡng tràn dạng đập thành mỏng

1.6 Đặt nhiệm vụ nghiên cứu

Theo thống kê ở Việt Nam hiện nay, gần 50% sự cố hồ đập là do nước tràn đỉnh đập

bởi các lý do khác nhau như lũ vượt thiết kế, lũ tập trung quá nhanh, sự cố kẹt cửa van hay lỗi do công tác quản lý… Điều này càng trở nên trầm trọng hơn trong điều kiện

biến đổi khí hậu, rừng phòng hộ bị phá hoại, các tiêu chuẩn thiết kế công trình, đặc

biệt là tần suất lũ áp dụng hiện nay đã thay đổi theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN 04-05:2012/BNNPTNT)

Các hồ chứa đã xây dựng ở tỉnh Bắc Giang chủ yếu có quy mô nhỏ và vừa, lũ tập trung nhanh Việc rà soát năng lực xả lũ của các hồ đã xây dựng, cần xem xét các phương án tràn có năng lực xả lũ cao và làm việc tự động, để hạn chế thấp nhất sự cố hồ do lũ

Với những lý do trên thì áp dụng tràn sự cố cho các hồ chứa ở tỉnh Bắc Giang nên sử

dụng loại tràn tự động (tức cao trình ngưỡng tràn ≥ MNDBT) và có bề rộng tràn lớn

bởi có những ưu điểm nổi bật như:

- Tràn tự động làm việc khi có lũ về, loại trừ được sự cố do kẹt cửa van, hoặc bất cẩn

của người quản lý

- Do Bt lớn nên giảm được cột nước tràn; đặc biệt khi lũ đến vượt quá lưu lượng thiết kế thì độ gia tăng mực nước hồ là nhỏ, tránh được khả năng nước tràn đỉnh đập gây vỡ, đặc

biệt là khi đập bằng vật liệu địa phương (đất đá)

Với các hồ chứa đã xây dựng thì việc tìm kiếm vị trí để xây mới tràn phụ hoặc tràn sự cố

là rất khó khăn, đặc biệt là trong điều kiện kinh phí đầu tư hạn hẹp, điều kiện giải phóng

mặt bằng khó khăn Do đó trong Luận văn này nghiên cứu theo hướng bố trí tràn sự cố

kiểu tràn ngang trên đỉnh đập đất và kết nối với đường tháo của tràn chính đã có

2 Biện pháp tràn xả lũ sự cố cũng là giải pháp hữu hiệu để phòng tránh và ngăn chặn

sự cố xảy ra với các hồ chứa nước

3 Với hồ chứa nước có đập vật liệu địa phương, có rất nhiều hình thức bố trí tràn sự

cố để lựa chọn Trong thiết kế, cần nghiên cứu kỹ nhiệm vụ cụ thể của tràn, quy mô hồ

chứa, điều kiện địa hình, địa chất và dân sinh tại khu vực công trình để phân tích và

lựa chọn hình thức tràn sự cố phù hợp Với các hồ vừa và nhỏ, lũ tập trung nhanh thì nên ưu tiên chọn tràn sự cố loại tự động, có bề rộng tràn nước lớn để chủ động đối phó trong mọi trường hợp, giảm nhanh mực nước dâng cao trong hồ

4 Với định hướng nghiên cứu bố trí tràn sự cố cho các hồ vừa và nhỏ đã xây dựng,

Luận văn đề xuất nghiên cứu về bố trí và tính toán cho tràn sự cố loại tràn ngang, có máng thu nước đặt dài theo đỉnh đập đất và kết nối với tràn chính đã xây dựng

C HƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC TRÀN NGANG ĐẶT TRÊN ĐỈNH ĐẬP ĐẤT

2.1 Bố trí đường tràn bổ sung cho các hồ chứa đã xây dựng

Với các hồ chứa đã xây dựng thì việc tìm kiếm vị trí để xây mới tràn phụ hoặc tràn sự

cố là rất khó khăn, đặc biệt là trong điều kiện kinh phí đầu tư hạn hẹp, điều kiện giải phóng mặt bằng khó khăn

Việc chọn vị trí, loại đường tràn (tràn dọc hoặc tràn ngang) tùy thuộc vào quan hệ giữa hướng nước vào ngưỡng và hướng của đường tháo sau ngưỡng mà phân biệt hai loại

2.1.1 Ngưỡng tràn dọc

Loại này có hướng nước vào ngưỡng trùng với hướng của đường tháo sau ngưỡng, chế

độ thủy lực của dòng chảy sau ngưỡng là thuận, tính toán đơn giản Hình thức này là

phổ biến nhất, có thể gặp ở hầu hết các hồ chứa vừa và nhỏ ở các khu vực khác nhau Tuy nhiên khi bố trí ngưỡng tràn dọc bổ sung cho các hồ chứa đã xây dựng sẽ gặp một

số khó khăn như khối lượng xây dựng tràn lớn (Do bề rộng tràn Bt thường lớn) dẫn đến kinh phí đầu tư cao

2.1.2 Ngưỡng tràn ngang

Đặc điểm chủ yếu của đường tràn ngang là sau khi chảy qua ngưỡng tràn vào máng bên, dòng nước sẽ chuyển theo phương vuông góc hoặc gần vuông góc với phương dòng chảy trên ngưỡng tràn Dòng chảy trong máng bên là dòng biến lượng, xoắn ốc khá phức tạp (kết hợp dòng chảy hướng ngang và hướng dọc)

Trong điều kiện địa hình dốc, sườn núi đá, làm đường tràn ngang có nhiều ưu điểm: có

thể bố trí ngưỡng tràn theo đường đồng mức của sườn núi, chiều dài ngưỡng tràn bảo đảm tháo hết lưu lượng lũ cần thiết với cột nước trên ngưỡng thấp mà khối lượng đào đất đá hợp lý (so với ngưỡng tràn dọc) Cũng do cột nước trên ngưỡng tràn thấp mà có

thể giảm độ cao của đập và giảm được tổn thất ngập lụt thượng lưu Đường tràn ngang

có thể dùng cho tất cả các loại công trình lớn, vừa và nhỏ

2.2 Các hình thức bố trí tràn ngang cho các hồ đã xây dựng

2.2.1 Vị trí đặt đường tràn ngang

Việc chọn vị trí đặt đường tràn ngang phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện địa hình, địa

chất của từng hồ cụ thể, trong đó càn xem xét cả vị trí đặt ngưỡng và máng bên lẫn vị trí và hướng của đường tháo sau máng bên

2.2.1.1 Vị trí đặt ngưỡng và máng bên

a Đặt ngưỡng tràn và máng bên dọc theo đường đồng mức ở bờ hồ

Nếu bờ hồ tại vị trí gần đập có các đường đồng mức tương đối trơn và chạy song song

với mép nước, đồng thời đầu đập có vị trí thích hợp để làm đường tháo sau máng bên thì chọn vị trí máng thu đặt bên bờ hồ gần đầu đập hoặc eo núi thích hợp để đào đường tháo là hợp lý nhất Việc đặt máng thu dọc đường đồng mức làm cho khối lượng đào không tăng nhiều khi mở rộng khẩu diện tràn, kinh phí làm tràn bổ sung sẽ không lớn

Do đó đây là phương án cần được ưu tiên xem xét

b Đặt ngưỡng tràn và máng bên ngay trên đỉnh đập

Khái niệm, cấu tạo và điều kiện làm việc của máng tràn:

- Khái niệm máng: Là máng bằng BTCT đặt trên đỉnh đập đất (sát mép thượng lưu đỉnh) để thu nước tràn từ hồ chứa khi mực nước hồ vượt quá ngưỡng tràn

- Cuối máng có đường tháo nước về hạ lưu

- Cao trình ngưỡng tràn: Có thể luận chứng trong phạm vị từ MNDBT đến MNLKT + Nếu đặt ngang MNLKT: Tràn chỉ tham gia tháo khi lũ đến vượt lũ kiểm tra Khi đó

phần máng thu nước cần phải xây dựng kiên cố để không gây mất an toàn đập Còn

phần nối tiếp hạ lưu có thể làm ít kiên cố do tràn rất ít khi làm việc

+ Nếu đặt ngưỡng thấp hơn MNLKT: Tràn còn có tham gia tháo cả các con lũ thấp hơn

lũ kiểm tra, do đó cần được thiết kế kiên cố từ phần đầu cho đến phần nối tiếp hạ lưu + Chọn trị số cao trình ngưỡng theo kết quả luận chứng (so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án)

- Mặt bằng máng thu nước: Do lưu lượng tháo nước tăng dần theo chiều dài máng (dòng biến lượng) nên bố trí hợp lý mặt bằng là máng có bề rộng tăng dần theo chiều dòng chảy (mặt bằng máng là hình thang)

- Mặt cắt: Do máng bố trí trên đỉnh đập nên cần bố trí sao cho mặt bằng chiếm chỗ của máng là gọn nhất, do đó chọn mặt cắt ngang của máng là hình chữ nhật có đỉnh của

cạnh phía trước bằng chính cao trình ngưỡng tràn; đỉnh của cạnh phía sau bằng cao trình đỉnh đập Bố trí mặt bằng và mặt cắt máng như trên hình 2.1

Hình 2.1: Bố trí chung tràn sự cố kiểu máng thu trên đỉnh đập đất

Trường hợp hồ không có vị trí thích hợp để đặt máng thu bên bờ như nêu ở mục a thì khi làm tràn bổ sung có thể xem xét đặt ngường tràn và máng bên trên đỉnh đập đất

Ưu điểm của cách bố trí này thì khối lượng đào đắp để làm tràn bổ sung không lớn Nhược điểm là không thích hợp với các đập có đỉnh kết hợp làm đường giao thông Ngoài ra việc đặt máng bên trên đỉnh đập (phía mép thượng lưu) cũng ảnh hưởng đến

ổn định của mái đập thượng lưu, do đó trong thiết kế cần kiểm tra kỹ ổn định mái

thượng lưu khi có chất tải bổ sung (máng tràn) đặt trên đỉnh Trong luận văn này tập trung nghiên cứu trường hợp ngưỡng tràn và máng thu đặt trên đỉnh đập đất

2.2.1.2 Vị trí đặt đường tháo nước sau máng bên

Tuỳ theo điều kiện địa hình cụ thể, có thể xem xét các sơ đồ sau:

a Lợi dụng đưòng tháo nước của tràn chính

Nếu vị trí tràn bổ sung đặt gần vị trí tràn chính đã có thì có thể xem xét phương án lợi

dụng đường tháo nước của tràn chính để tháo nước cho cả tràn bổ sung Các vấn đề

cần xem xét là:

- Chọn vị trí để cho đường tháo của tràn bổ sung nhập vào đường tháo của tràn chính

để việc nhập dòng này không ảnh hưởng đến khả năng tháo của tràn chính

- Tính toán lại chế độ chảy trên đường tháo của tràn chính (thường là dốc nước) để đảm bảo nước không tràn ra khỏi thành bên và lưu tốc trong dốc không vượt quá trị số cho phép Trường hợp không đạt các yêu cầu này thì cần thiết kế biện pháp xử lý

- Tính toán lại chế độ tiêu năng ở hạ lưu tràn chính để đảm bảo an toàn, không gây xói

bổ sung ở hạ lưu

b Làm đường tháo riêng của tràn bổ sung

Trường hợp tràn bổ sung đặt cách xa tràn chính hoặc khi tràn bổ sung đặt gần tràn chính nhưng qua tính toán thấy việc nhập dòng của tràn bổ sung vào tràn chính không đảm bảo an toàn thì cần xem xét làm đường tháo riêng cho tràn bổ sung Khi đó khối lượng và kinh phí làm tràn bổ sung phải tăng lên nhiều, cần được luận chứng thông qua so sánh kinh tế - kỹ thuật với các phương án khác

Do tần suất làm việc của tràn bổ sung rất nhỏ nên khi tràn bổ sung không đặt trên thân đập đất thì có thể xem xét giảm mức độ kiên cố của đường tháo nước và bộ phận tiêu năng của tràn bổ sung Nếu sau một lần làm việc mà tràn bổ sung bị xói thì việc khôi

phục lại cũng dễ dàng và ít tốn kém

Trường hợp tràn bổ sung đặt trên thân đập đất thì cần phải gia cố đường tháo nước và

bộ phận tiêu năng để đảm bảo không bị hư hỏng, đảm bảo an toàn của đập đất

2.2.2 Hình thức bố trí máng bên

Tràn ngang bao gồm ngưỡng tràn, máng thu nước sau ngưỡng (máng bên) và đường tháo sau máng bên Việc bố trí mặt bằng máng thu phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa hình, địa chất của từng công trình cụ thể Sau đây đề xuất một số sơ đồ đại biểu để nghiên cứu

2.2.2.1 Máng thu mở rộng dần

Sơ đồ máng thu mở rộng dần như trên hình 2.2

Bề rộng Bc của mặt cắt cuối máng thường lấy theo bề rộng dốc nước (được xác định theo lưu lượng đơn vị khống chế q; trị số của q phụ thuộc vào điều kiện địa chất của

dốc nước và bể tiêu năng sau dốc)

Bề rộng Bđ của mặt cắt đầu máng xác định theo điều kiện đủ không gian để tia dòng

nhập vào khối nước trong máng, không chảy vọt sang bờ đối diện Trị số của Bđ phụ thuộc vào cột nước lớn nhất trên ngưỡng tràn (H) theo quan hệ đồng biến (H lớn thì

Bđ lớn)

Về mặt thủy lực đây là cách bố trí thuận nhất, vì mặt cắt ngang của máng tăng dần theo chiều dòng chảy, phù hợp với quy luật tăng của lưu lượng Ngoài ra lưu tốc nhập dòng cũng đóng góp một phần năng lượng trong việc đẩy khối nước chảy xuôi dọc theo trục máng (làm tăng khả năng tháo của máng)

Hình 2.2: Máng thu mở rộng dần (Sơ đồ 1)

2.2.2.2 Hình thức máng thu kiểu lăng trụ

Việc bố trí bề rộng máng không đổi theo chiều dài máng là thuận lợi cho thiết kế và thi công máng.Tuy nhiên cách bố trí này không lợi dụng được hướng của lưu tốc nhập