Nghiên cứu hiện trạng và lựa chọn giải pháp xả lũ hợp lý đảm bảo an toàn hồ chứa nước_unprotected

Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu hiện trạng và lựa chọn giải pháp xả lũ hợp lý đảm bảo an toàn hồ chứa nước Núi Một, tỉnh Bình Định” là công trình nghiên cứu củ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Ninh Thuận - 2016

Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu hiện trạng và lựa chọn

giải pháp xả lũ hợp lý đảm bảo an toàn hồ chứa nước Núi Một, tỉnh Bình Định” là

công trình nghiên cứu của bản thân tôi Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Ninh Thuận, tháng 5 năm 2016

Tác giả luận văn

Hồ Đắc Chương

Tác giả xin cảm ơn chân thành đến Ban Quản lý dự án quản lý thiên tai (WB5), đơn vị trực tiếp quản lý đầu tư xây dựng công trình Núi Một, Công ty TNHH Khai thác công trình thủy lợi Bình Định, đơn vị quản lý khai thác công trình hồ Núi Một đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn này, cùng các cơ quan đơn vị và các cá nhân đã truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố cũng như sự giúp

đỡ cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu vừa qua

Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phạm Ngọc Quý, người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn này Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp

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

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN HỒ ĐẬP VÀ 3

KHẢ NĂNG XẢ LŨ Ở HỒ CHỨA NƯỚC 3

1.1 Tổng quan về tình hình hồ chứa nước 3

1.2 An toàn hồ chứa theo năng lực xả lũ 9

1.3 Các giải pháp nâng cao năng lực tháo lũ ở hồ chứa 11

1.4 Các kết quả nghiên cứu về xả lũ, đảm bảo an toàn hồ đập 19

1.5 Kết luận chương 1 36

Chương 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO NĂNG LỰC THÁO LŨ NHẰM AN TOÀN NHẰM AN TOÀN HỒ ĐẬP Ở 38 2.1 Vị trí địa lý và đặc điểm tự nhiên của tỉnh Bình Định 38

2.2 Yếu tố khí tượng thủy văn 41

2.3 Phương hướng phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Bình Định 48

2.4 Tình hình xây dựng và quản lý, vận hành tràn xả lũ ở Bình Định 49

2.5 Các giải pháp công trình tràn xả lũ ứng phó với lũ cực hạn 57

2.6 Kết luận chương 2 91

Chương 3: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ 93

3.1 Giới thiệu chung công trình hồ chứa nước Núi Một 93

3.2 Hiện trạng công trình hồ chứa và tình hình mưa lũ trong lưu vực 94

3.3 Đánh giá khả năng tháo hiện tại của công trình xả lũ hồ Núi Một 100

3.4 Lựa chọn giải pháp an toàn hồ Núi Một khi xảy ra lũ cực hạn 108

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 119

TÀI LIỆU THAM KHẢO 122

PHỤ LỤC 124

iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân loại theo diện tích lưu vực (F-km2) 4

Bảng 1 2 Phân loại theo diện tích tưới ( - ha) 4

Bảng 1 3 Phân loại theo dung tích hồ (W - 106m3) 4

Bảng 1 4 Thống kê sự cố ở các loại hồ chứa [2] 7

Bảng 1 5 Tiêu chuẩn tính lũ theo các quy phạm qua các thời kỳ 22

Bảng 1 6 Tiêu chuẩn lũ cực hạn áp dụng cho dự án VWRAP 23

Bảng 1 7 Công trình đã được áp dụng 24

Bảng 2 1 Phân loại đất tỉnh Bình Định theo nhóm và loại đất 40

Bảng 2 2 Một số đặc trưng lượng mưa năm tỉnh Bình Định 44

Bảng 2 3 Phân phối dòng chảy các tháng trong năm các sông chính trong tỉnh 46

Bảng 2 4 Phân loại theo cấp công trình (theo QCVN 04:05:2012/BNNPTNT) 50

Bảng 2 5 Phân loại theo diện tích tưới ( - ha) 50

Bảng 2 6 Phân loại theo diện tích lưu vực 50

Bảng 2 7 Phân loại theo dung tích hồ chứa 50

Bảng 2 8 Phân loại theo hình thức tràn xả lũ 51

Bảng 2 9 Đơn vị quản lý, vận hành 52

Bảng 2 10 Thông số các hồ chứa có dung tích từ 5 triệu khối nước trở lên 55

Bảng 2 11 Mực nước lũ lớn nhất đã xảy ra tại các hồ chứa: 56

Bảng 2 12 Bảng tính mực nước lũ cực hạn 57

Bảng 2 13 Hệ số tăng lưu lượng (n) tràn zích zắc kiểu A so với tràn Crigiơ bình thường 78

Bảng 2 14 Hệ số tăng lưu lượng (n) tràn zích zắc kiểu B so với tràn Crigiơ bình thường 78

Bảng 3 1 Thông số hiện trạng của hồ chứa Núi Một 93

Bảng 3 2 Thông số của đập đất hiện trạng 94

Bảng 3 3 Thông số của tràn xả lũ hiện trạng 96

Bảng 3 4 Bảng tổng hợp lượng mưa ngày max lưu vực hồ Núi Một 100

Bảng 3 5 Bảng tổng hợp tính toán mưa gây lũ theo tần suất hồ Núi Một 101

Bảng 3 6: Các chỉ tiêu thiết kế cũ và chỉ tiêu thiết kế được khuyến nghị 102

v

Bảng 3 7 Bảng tổng hợp lũ thiết kế qua các thời kỳ - Hồ Núi Một 104

Bảng 3 8 Đỉnh lũ tại Hồ Núi Một theo tần suất 106

Bảng 3 9 Tổng lượng lũ thiết kế hồ Núi Một (theo mưa gây lũ) 107

Bảng 3 10 Kết quả tính toán điều tiết hồ Núi Một (MNTL=45,2) 107

Bảng 3 11 Kết quả điều tiết lũ cực hạn – giải pháp hạ thấp ngưỡng tràn (45,2m) 108

Bảng 3 12 Kết quả điều tiết lũ với tràn hiện tại + tràn có cửa van 111

Bảng 3 13 Kết quả điều tiết lũ với tràn hiện tại + tràn tự do 112

Bảng 3 14 Kết quả điều tiết lũ với tràn hiện tại + tràn ngưỡng piano 113

Bảng 3 15 Kết quả điều tiết lũ với tràn hiện tại + tràn tự do ngưỡng piano cao trình ngưỡng +47,50m với các phương án khẩu độ khác nhau (MNTL=45,2m) 113

Bảng 3 16 So sánh kinh tế 115

vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Các hồ chứa lớn ở Việt Nam 5

Hình 1 2 Tràn có bố trí cửa van điều tiết tự động 13

Hình 1 3 Tràn có bố trí cửa van điều tiết 14

Hình 1 4 Đập tràn cao su 15

Hình 1 5 Cấu tạo đập cầu chì 16

Hình 1 6 Tràn có tuyến bố trí cong 17

Hình 1 7 Tràn có tuyến bố trí zic zac 17

Hình 1 8 Một số hình ảnh tràn Labyrinth đang vận hành 21

Hình 1 9 Công trình bị sự cố ở các nước trên thế giới 22

Hình 1 10 Công trình bị sự cố ở Việt Nam 27

Hình 1 11 Đường tràn dọc 29

Hình 1 12 Đường tràn ngang hồ Fort Smitt (Mỹ) 30

Hình 1 13 Xi phông tháo lũ hồ Xuân Hương Đà Lạt 31

Hình 1 14 Giếng tháo lũ 31

Hình 1 15 Các đại lượng đặc trưng của đập tràn 32

Hình 1 16 Mặt cắt của tràn thực dụng 32

Hình 1 17 Mặt cắt của tràn đỉnh rộng 33

Hình 1.18 Mặt bằng, cắt ngang tràn PK-A (L=W+8H; N=L/W=6) 34

Hình 1.19 Mặt bằng, cắt ngang tràn PK-B (L=W+6H; N=L/W=6) 35

Hình 2 1 Bản đồ tổng thể tỉnh Bình Định 39

Hình 2 2 Bản đồ phân vùng khí hậu- thủy văn Bình Định 42

Hình 2 3 Bản đồ phân bố mưa năm 45

Hình 2 4 Một số công trình hồ chứa ở Bình Định 54

Hình 2 5 Đập tràn đỉnh rộng có P1=0 62

Hình 2 6 Đập tràn đỉnh rộng có P1>0 63

Hình 2 7 Đập tràn đỉnh rộng có đáy kênh thượng hạ lưu khác nhau 63

Hình 2 8 Đập tràn dạng hình thang 64

Hình 2 9 Đập tràn dạng hình chữ nhật 65

Hình 2 10 Đập tràn dạng hình tam giác 65

vii

Hình 2 11 Mặt cắt đập không chân không (wes) 66

Hình 2 12 Các kiểu hình dạng đập không chân không 66

Hình 2 13 Đập tràn thực dụng có chân không đỉnh elip 67

Hình 2 14 Hạ cao trình ngưỡng tràn 68

Hình 2 15 Cửa van tự động 68

Hình 2 16 Cửa van có hệ thống điều khiển 69

Hình 2 17 Đập túi cao su 70

Hình 2 18 Tăng chiều dài đường tràn 71

Hình 2 19 Ngưỡng tràn dạng zic zắc 71

Hình 2 20 Mặt bằng tràn zích zắc kiểu nhiều mỏ vịt 72

Hình 2 21 Các dạng ngưỡng tràn zich zắc 72

Hình 2 22 Mặt bằng, cắt ngang tràn PK-B (L=W+6H; N=L/W=6) 75

Hình 2 23 Tràn ngưỡng thực dụng nối tiếp dốc nước 78

Hình 2 24 Tràn ngưỡng đỉnh rộng 79

Hình 2 25 Tràn zich zăc kiểu mỏ vịt 79

Hình 2 26 Kiểu tràn sự cố không có cửa van 80

Hình 2 27 Tràn kênh đào nền đất 80

Hình 2 28 Tràn sự cố kiểu kênh đào 81

Hình 2 29 Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ 81

Hình 2 30 Tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ 82

Hình 2 31 Tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập đất 84

Hình 2 32 Tràn sự cố kiểu dẫn xói gây vỡ đập đất 85

Hình 2 33 Kiểu đập dạng cầu chì 86

Hình 2 34 Tràn sự cố kiểu tấm gập mở nhanh 87

Hình 2 35 Tràn sự cố kiểu đập tràn cao su 87

Hình 2 36 Tràn sự cố kiểu tràn qua đập đất 88

Hình 2 37 Nâng cao đập về phía thượng lưu 89

Hình 2 38 Nâng cao đập về phía hạ lưu 89

Hình 3 1 Hồ Núi Một 95

Hình 3 2:Vị trí công trình, khu tưới Hồ Núi Một 103

Hình 3.3 Mặt bằng, cắt dọc phương án hạ ngưỡng tràn hiện tại 1A 108

viii

Hình 3 4 Mặt bằng bố trí tràn sự cố 109

Hình 3 5 Cắt dọc, cắt ngang tràn phương án 1B-1 110

Hình 3 6 Cắt dọc, cắt ngang tràn phương án 1B-2 111

Hình 3 7 Cắt dọc, cắt ngang tràn phương án 1B-3 112

Hình 3 8 Cắt ngang đập đất giải pháp nâng cao đỉnh đập 114

Hình PL 1 Đường quá trình lũ hồ Núi Một 137

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hồ chứa chiếm một vị trí quan trọng trong việc điều chỉnh dòng chảy, điều tiết lưu lượng trên sông, từ đó đáp ứng phù hợp các yêu cầu dùng nước Mặt khác hồ còn là công trình phòng chống thiên tai như lũ, hạn, xâm nhập mặn Yêu cầu xây dựng hồ chứa phải đảm bảo an toàn cho bản thân cụm công trình đầu mối, đảm bảo an toàn cho

hạ lưu, thực hiện được nhiệm vụ mà hồ chứa phải đảm nhận, chi phí xây dựng quản lý vận hành là hợp lý

Sau kiểm tra năm 1992, ngành thuỷ lợi chủ trương đánh giá an toàn hồ chứa, đặc biệt

là cụm công trình đầu mối của hồ chứa Một số công trình hư hỏng đã được nghiên cứu tìm nguyên nhân và đề xuất các biện pháp phòng chống, khắc phục sự cố Trong

số những nguyên nhân gây mất an toàn các công trình đầu mối có nguyên nhân do lũ vượt thiết kế Đặc biệt lũ năm 1999 và 2013 ở miền Trung diễn ra ác liệt Rất nhiều hồ chứa có lũ đến với tổng lượng lũ, đỉnh lũ vượt mức thiết kế hoặc sự cố kẹt cửa van làm cho mực nước trong hồ vượt mực nước lũ thiết kế, cá biệt tuy lũ chưa đạt thiết kế nhưng nguy cơ mất an toàn đối với đập chắn đã ở mức cao Thực tế đó đã đưa đến vấn

đề phải tăng khả năng tháo Nhiều giải pháp tình thế tức thời đã được đặt ra Sau đó giải pháp lâu dài đã được nghiên cứu và áp dụng như tăng bề rộng tràn của tràn xả lũ hiện có; hạ cao trình ngưỡng tràn và bố trí cửa van; làm thêm tràn bổ sung, tràn sự cố

Để có cơ sở khoa học phục vụ công tác dự báo, đánh giá, đề ra những biện pháp đảm bảo an toàn hồ chứa nước trên địa bàn tỉnh Bình Định trước mắt cũng như lâu dài, Đề

tài “Nghiên cứu hiện trạng và lựa chọn giải pháp xả lũ an toàn hồ chứa nước Núi Một

tỉnh Bình Định” thực sự có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu lựa chọn được các giải pháp xả lũ an toàn cho hồ chứa nước Núi Một một cách hợp lý, nhằm đảm bảo an toàn hồ chứa ứng phó với biến đổi khí hậu

2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đánh giá tổng quan tình hình an toàn hồ chứa nước trên địa bàn tỉnh Bình Định

Nghiên cứu đề ra giải pháp tổng thể về các giải pháp công trình và phi công trình nhằm đảm bảo an toàn hồ chứa Núi Một tỉnh Bình Định trong thời gian tới

Phạm vi nghiên cứu: Công trình tháo lũ và các vấn đề có liên quan

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1 Cách tiếp cận

- Tổng hợp các số liệu lưu trữ về hồ chứa tại Bình Định

- Tổng hợp, phân loại các dạng công trình tháo lũ đối với hồ chứa có dung tích 30 triệu

m3 trở lên đã xây dựng trên địa bàn tỉnh Bình Định

- Kiểm tra khả năng tháo của tràn khi xảy ra lũ cực hạn

4.2 Phương pháp nghiên cứu

- Tổ chức điều tra, khảo sát, thu thập các tài liệu liên quan đến hồ chứa nước có dung tích từ năm triệu mét khối nước trở lên ở Bình Định (lưu vực hứng nước, thông số hồ chứa, thông số đập đất, thông số tràn xả lũ, dân cư sinh sống, cơ sở hạ tầng vùng hạ lưu…) Phân tích các mối tương quan giữa diện tích lưu vực, khả năng điều tiết hồ chứa và qui mô công trình tháo lũ Phân tích khả năng an toàn hồ chứa khi xảy ra lũ cực hạn

- Áp dụng mô hình lũ cực hạn để kiểm tra khả năng tháo của công trình tháo lũ hồ chứa nước Núi Một, từ đó nghiên cứu đề xuất giải pháp qui mô công trình tháo lũ cụ thể nhằm bảo đảm an toàn hồ chứa và không cho nước lũ tràn qua đập đất

- Phương pháp chuyên gia: Xin đóng góp ý kiến của giáo viên hướng dẫn, các nhà khoa học, các đồng nghiệp về các vấn đề trong nội dung luận văn

- Áp dụng bài toán tính điều tiết lũ để xác định qui mô tràn chính, tràn sự cố

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN HỒ ĐẬP VÀ

KHẢ NĂNG XẢ LŨ Ở HỒ CHỨA NƯỚC

1.1 Tổng quan về tình hình hồ chứa nước

1.1.1 Tình hình hồ chứa ở Việt Nam:

Đối với nước ta, hồ chứa là loại công trình được xây dựng nhiều, do điều kiện tự nhiên

về địa hình, về địa chất, về khí tượng thủy văn Theo qui hoạch, nhiều hồ chứa nước lớn còn tiếp tục được nghiên cứu đầu tư xây dựng để đáp ứng nhu cầu dùng nước cho các ngành kinh tế

Trong những năm gần đây hồ chứa có dung tích lớn đang phát triển với tốc độ nhanh chóng cả về số lượng cũng như quy mô công trình là do nhu cầu sử dụng nước của các ngành ngày càng tăng để phát triển kinh tế xã hội một cách bền vững

Với những thành tựu nghiên cứu trong các lĩnh vực cơ học môi trường liên tục, cơ học đất, lý luận thấm, trạng thái ứng suất, vật liệu địa phương, bê tông thường, bê tông đầm lăn, bê tông tự lèn, chất dẻo làm vật liệu chống thấm, các phần mềm ứng dụng phục vụ cho tính toán đáp ứng được công tác khảo sát, thiết kế cho ra kết quả gần đúng với thực tế; công nghệ thi công được áp dụng tiên tiến, công trình dễ đạt yêu cầu chất lượng, hệ thống giám sát, quan trắc công trình ngày càng có hiệu quả…, thì việc lựa chọn qui mô công trình hồ chứa là do yếu tố kinh tế kỹ thuật quyết định và được chứng minh một cách rõ ràng, mạch lạc Cụ thể là hồ Hòa Bình tạo ra dung tích chứa 9,45 tỷ khối nước, hồ Sơn La dung tích chứa 9,26 tỷ khối nước, hồ Cửa Đạt 1,5 tỷ khối nước,

hồ Định Bình 226 triệu khối nước, hồ sông Quao 80 triệu khối nước

Do những thành tựu về nghiên cứu và kinh nghiệm xây dựng các loại công trình tháo nước, đặc biệt là do phát triển công nghệ xây dựng đường hầm mà giải quyết được vấn

đề tháo nước ngoài thân đập với lưu lượng lớn

Việt Nam có điều kiện địa hình, địa chất, sông ngòi thuận lợi nên các hồ chứa được xây dựng và phát triển nhanh Nhiều năm qua Nhà nước và nhân dân đã đầu tư nhiều tiền của, công sức để xây dựng nhiều hồ chứa Tính đến năm 2012, cả nước xây dựng 6.648 hồ các loại, đã mang lại hiệu ích to lớn, thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội, đặc

Theo diện tích lưu vực

Bảng 1.1 Phân loại theo diện tích lưu vực (F-km 2 )

Cấp (CT) Tổng số F ≤ 10 10< F ≤ 50 50 < F ≤ 100 100 < F

Theo diện tích tưới

Bảng 1 2 Phân loại theo diện tích tưới ( - ha)

5

Hình 1 1 Các hồ chứa lớn ở Việt Nam

1.1.2 Nhận xét, đánh giá

Hồ chứa là loại công trình chủ yếu cấp nước tưới và phát điện: Việt Nam có lượng

mưa trung bình hàng năm từ 1.800mm ÷ 2.000mm nhưng phân bố không đều; mùa khô kéo dài 6 ÷ 8 tháng, lượng mưa chỉ chiếm 15% ÷ 20% tổng lượng mưa cả năm, còn lại 80% ÷ 85% tập trung trong các tháng mùa mưa Những đặc điểm trên rất thuận lợi và cần thiết để xây dựng các hồ chứa Hồ nhỏ chiếm đa số nhưng chủ yếu xây dựng trong những năm 80 của thế kỷ trước, thời gian gần đây hồ lớn được xây dựng nhiều hơn

Hồ chứa là công trình thủy lợi tổng hợp: Cấp nước nông nghiệp, công nghiệp, sinh

hoạt, phát điện và phát triển các ngành kinh tế khác, cải tạo cảnh quan môi trường sinh thái; điều tiết lũ, giảm nhẹ thiên tai Số lượng hồ nhỏ chiếm tỉ lệ lớn, nguy cơ xảy ra sự

cố cao vì chỉ tiêu thiết kế thấp, ít được quan tâm quản lý, tu sửa

1.1.3.3 Cống lấy nước

Được xây dựng với mục đích lấy nước từ hồ vào kênh, dẫn đến các vùng sử dụng nước: các khu tưới, các vùng dân cư, nhà máy thủy điện Cống lấy nước thường xây dựng ngay trong thân đập

7

1.1.3.5 Công trình khác:

Đập phụ, công trình cho cá đi, âu thuyền, nhà máy thủy điện, cầu giao thông, đường bao lòng hồ, rừng phòng hộ…

1.1.4 Sự cố đối với hồ chứa

Tất cả các công việc, hạng mục công việc, hạng mục công trình tạo nên hồ chứa, công tác quản lý vận hành, bảo trì đều có thể xảy ra sự cố và dẫn đến vỡ đập, gây hư hại bản thân công trình, gây thảm họa vùng hạ du, thảm họa về môi trường, ảnh hưởng đến việc phục vụ cấp nước các ngành kinh tế

Bảng 1 4 Thống kê sự cố ở các loại hồ chứa [2]

(Nguồn: Tổng cục Thủy lợi - năm 2012)

1.1.4.1 Phân tích nguyên nhân gây ra sự cố

a Yếu tố tự nhiên

Toàn bộ hồ chứa, cụm công trình đầu mối cũng như một hạng mục đều chịu tác động trực tiếp của tự nhiên… Đặc điểm địa lý, địa hình, địa chất, thủy văn, khí hậu… đã được kỹ sư thiết kế tính đến trong đầu tư xây dựng hồ chứa theo các qui phạm hiện hành Nhưng sự quan tâm đó ở mức độ nhất định, hơn nữa tự nhiên lại thay đổi ngẫu nhiên Tự nhiên ở vùng này thay đổi ngẫu nhiên lại chịu tác động của sự thay đổi ngẫu

8

nhiên của tự nhiên ở vùng khác Do vậy, hồ chứa có thể chịu ảnh hưởng bất thường, không lường trước đó là: Dòng chảy đặc biệt lớn, bão to, động đất, lở núi, sạt mái, hoạt động địa chất ngấm ngầm

b Yếu tố kinh tế - xã hội

Con người là chủ thể trong việc xây dựng hồ chứa Để chế ngự thiên nhiên, điều chỉnh thiên nhiên phục vụ lợi ích cho nhân loại, con người cần có kiến thức, nhận thức hiện tượng là một quá trình Cho nên lý thuyết xây dựng hồ chứa, tính toán thiết kế, đo đạc khảo sát, kỹ thuật thi công, quy trình khai thác… không phải phản ánh đúng hoặc phù hợp tối ưu với thực tế khách quan

Hơn nữa, trong quá trình xây dựng và sử dụng con người vô tình do không hiểu biết đã xâm phạm hoặc phá hoại công trình vì lợi ích cục bộ mà quên đi lợi ích toàn cục Địch họa cũng là một yếu tố ảnh hưởng mạnh đến an toàn hồ chứa

c Yếu tố khảo sát, quy hoạch và thiết kế

Điều tra nghiên cứu điều kiện tự nhiên, đặc biệt trong điều kiện biến đổi khí hậu toàn cầu, mưa ngày càng cực đoan; điều kiện phát triển kinh tế xã hội trong tương lai; quyết định chủ trương đầu tư, quy mô đầu tư chưa phù hợp, tính toán quy hoạch, thiết kế sai sót đều có thể dẫn đến làm mất an tòan hồ chứa

d Yếu tố thi công

Làm sai thiết kế, quy cách chất lượng vật liệu không đảm bảo, công nghệ thi công không phù hợp, xử lý phát sinh, xử lý nối tiếp giữa các giai đoạn thi công không chỉnh thể, nhật ký thi công hồ sơ hoàn công làm chưa đủ hoặc không bàn giao cho quản lý

e Yếu tố sử dụng và quản lý

Sử dụng vượt khả năng: Thiếu quan trắc, nghiên cứu thực địa; không thực hiện đúng chế độ, duy tu bảo dưỡng; không kịp thời sửa chữa, bảo vệ những hư hỏng nhỏ; nhân viên không thực hiện theo quy trình; quản lý sử dụng không có quy trình hoặc quy trình không đúng đều ảnh hưởng đến an toàn công trình

9

Đặc biệt một hư hỏng sự cố có thể do một nguyên nhân hoặc cũng do tổ hợp nhiều nguyên nhân Nhưng rõ ràng, không có thiết bị quan trắc khách quan, không phân tích tài liệu quan trắc… Dẫn đến không làm chủ được công trình Không phát hiện và khắc phục sự suy thoái của vật liệu, của kết cấu Không dự báo được những bất trắc trong tương lai…là một loại các khía cạnh, các vấn đề của yếu tố sử dụng và quản lý ảnh hưởng đến an toàn công trình Nếu có dự báo tốt về mưa thì sẽ chủ động trong điều tiết

lũ đối với hồ chứa

1.2 An toàn hồ chứa theo năng lực xả lũ

1.2.1 Điều kiện làm việc của hồ chứa hiện nay

Hồ chứa hiện nay trong điều kiện biến đổi khí hậu đã cho thấy tràn xả lũ rất dễ bị tổn thương Việt Nam và cả thế giới đang phải đối mặt với các vấn đề biến đổi khí hậu, trong đó có hiện tượng mưa lũ vượt ra ngoài các quy luật thông thường Đợt lũ lịch sử năm 2011 ở Hà Tĩnh, Quảng Bình, Nghệ An, là một ví dụ Đã xảy ra hiện tượng lũ chồng lên lũ, cường suất của con lũ sau là rất lớn; lượng mưa 1 ngày tại Chu Lễ (Hương Khê-Hà Tĩnh) đo được là 800mm Tổng lượng mưa 5 ngày lên tới 1300÷1500mm Đợt mưa lũ 23/7 đến 29/7/2015 tại Quảng Ninh có khu vực nhỏ, mưa tập trung lượng mưa 1.500mm, chủ yếu tập trung ở Cửa Ông, Hạ Long, Cô Tô, trong

khi các vùng khác Hòn Dấu, Bạch Long Vĩ mưa không to (Đánh giá của ông Hoàng

Đức Cường Giám đốc Trung tâm Khí tượng, thủy văn quốc gia đăng báo Vietnamnet ngày 04/8/2015) Đợt mưa tháng 11 năm 2013 vùng miền Trung, huyện Vân Canh,

Vĩnh Thạnh lượng mưa 2 ngày đã lên tới gần 800m Trong điều kiện mưa lũ lớn như vậy, các hồ đập thủy lợi rất dễ bị tổn thương bởi các lý do sau đây:

(i) Các hồ đập thường khống chế một lưu vực nhất định Toàn bộ nước mưa trên lưu vực được dồn vào bụng hồ phía trước đập Lưu vực càng lớn, nước dồn về càng nhiều; nước tập trung về nhanh, khả năng tháo lũ của tràn nhỏ hơn lưu lượng lũ đến, nước tràn qua đập

(ii) Hơn 90% số đập tạo hồ ở nước ta hiện nay là đập đất Loại đập này có điểm yếu là khi nước tràn qua thì dễ gây xói, khoét sâu vào thân đập và gây vỡ

10

(iii) Trong thiết kế và xây dựng đập ở nước ta, tiêu chuẩn phòng lũ được xác định theo cấp công trình Như vậy, các đập cấp III, IV khả năng chống lũ thấp, khả năng nước tràn dẫn đến vỡ đập là lớn Ngoài ra, số lượng các đập loại này rất nhiều; việc quản lý, bảo dưỡng các đập nhỏ cũng không được chặt chẽ, bài bản như đối với các đập lớn Thực tế đã xảy ra trong những năm qua là hư hỏng, sự cố và vỡ đập chỉ xảy ra ở đập vừa và nhỏ Trong trận lũ lịch sử ở Hà Tĩnh, đập Khe Mơ bị vỡ là một đập nhỏ, trong khi các đập lớn như Kẻ Gỗ, Bộc Nguyên, Sông Rác … vẫn an toàn

Đập dù lớn hay nhỏ khi bị vỡ đều gây ra tổn thất nặng nề cho bản thân công trình và tính mạng, tài sản nhân dân, cơ sở hạ tầng vùng hạ du Ở các đập mà hạ du là khu dân

cư hoặc kinh tế, văn hóa thì thiệt hại do vỡ đập gây ra ở hạ du lớn hơn gấp nhiều lần so với thiệt hại đối với bản thân công trình và phải mất nhiều năm sau mới có thể khắc phục được

Những đặc điểm trên đây cho thấy tầm quan trọng đặc biệt của công tác đảm bảo an toàn hồ - đập thủy lợi, đặc biệt là tràn xả lũ trong công trình đầu mối trong mùa mưa

lũ

1.2.2 Đánh giá khả năng đảm bảo an toàn tháo lũ hồ chứa

Trên cơ sở khảo sát hiện trạng công trình đầu mối hồ chứa (chất lượng và khả năng điều tiết của hồ), Cục Thuỷ lợi trong báo cáo tại Hội nghị An toàn hồ chứa đã đưa ra 5 nhóm công trình chính theo khả năng đảm bảo an toàn tháo lũ hồ chứa [2]:

Nhóm 1: Các công trình có khả năng đảm bảo an toàn tháo lũ:

Thuộc về nhóm này là các hồ đã qua thử thách với lũ, hiện không có hư hỏng nặng hoặc có hư hỏng nhưng đã được sửa chữa cơ bản; tràn xả lũ đã được mở rộng hoặc làm tràn sự cố Ví dụ các hồ: Kẻ Gỗ, Tuyền Lâm, Khe Chè v.v

Nhóm 2: Các công trình mới xây dựng có chất lượng tốt, khả năng an toàn tháo lũ cao

nhưng chưa kinh qua nhiều thử thách với mực nước cao, lũ lớn Đối với các hồ này cần có quy trình tích nước cụ thể và theo dõi chặt chẽ công trình khi hồ ở mức nước cao

Ví dụ như hồ: Tràng Vinh, hồ Truồi, Núi Cốc v.v

11

Nhóm 3: Các công trình có tràn xả lũ đủ khả năng tháo lũ tốt, song cần đề phòng sự cố

cửa van có thể dẫn đến lũ trong hồ vượt mực nước lũ thiết kế Với các công trình này buộc phải có quy trình tích nước muộn, tích ở mức thấp hơn thiết kế và xem xét mở rộng tràn hoặc làm tràn sự cố Ví dụ các hồ: Yên Lập, Đại Lải, Xạ Hương, Sông Mực, Sông Rác, Vực Tròn, Phú Vinh, Đá Bàn, Đa Tẻ, Vực Mấu, Vĩnh Trinh, Định Bình v.v…

Nhóm 4: Các công trình khả năng tháo lũ bị hạn chế buộc phải mở tràn sự cố hoặc có

phương án dự phòng xử lý cho thoát lũ qua đập phụ khi mưa lớn vượt tần suất thiết kế hoặc chủ động tôn cao đỉnh đập

Ví dụ các hồ: Quất Đông, Khe Đá, Cù Lây, Liệt Sơn v.v

Nhóm 5: Công trình có khả năng tháo lũ kém cần sửa chữa khẩn cấp và quản lý

nghiêm ngặt Ví dụ các hồ: Phú Ninh, Hoà Trung, Hội Sơn, Dầu Tiếng v.v

1.3 Các giải pháp nâng cao năng lực tháo lũ ở hồ chứa

Căn cứ vào hiện trạng cụm công trình đầu mối, tràn tháo lũ; căn cứ vào kết quả tính toán dòng chảy lũ đã xuất hiện, dòng chảy lũ theo tần suất thiết kế, lũ kiểm tra và lũ vượt tần suất để kiểm tra khả năng tháo lũ của tràn đã có Nếu tràn đã có không đáp ứng được năng lực tháo lũ thì nghiên cứu xây dựng các giải pháp nâng cao năng lực tháo lũ công trình nhằm bảo đảm an toàn toàn hồ chứa, an toàn cho hạ du và hiệu quả kinh tế

Công thức chung xác định lưu lượng xả lũ qua tràn: Q=ɛm.B 2g Ho3/2 (1.1)

Từ công thức cho thấy, lưu lượng xả lũ luôn tỷ lệ thuận với các thông số: hệ số lưu lượng (m), chiều dài tràn (B) và cột nước xả tràn (H) Do đó để đảm bảo khả năng thoát lũ cũng như không làm tăng cao trình mực nước dâng gia cường của hồ chứa, giải pháp tăng khả năng thoát lũ theo 3 giải pháp chính:

+ Giải pháp 1: Thay đổi hình dạng ngưỡng tràn để tăng giá trị hệ số lưu lượng (tăng m)

+ Giải pháp 2: Tăng cột nước xả lũ (tăng H)

12

+ Giải pháp 3: Tăng chiều dài đường tràn xả lũ (tăng B)

Ngoài ra, còn có một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo của tràn như:

Hệ số co hẹp bên ɛ do hình dạng các trụ pin và tường biên; hệ số co hẹp đứng

Mức độ co hẹp kênh dẫn vào ngưỡng tràn bằng cách chọn đường viền của bờ kênh dẫn

là một cặp đường dòng

Tường cánh trước ngưỡng tràn cần bố trí để hướng nước thuận dòng vào ngưỡng tràn

1.3.1 Thay đổi hình dạng ngưỡng tràn để tăng giá trị hệ số lưu lượng

Thông thường, đối với hồ chứa nước vừa và nhỏ, đập tràn có ngưỡng thấp, cột nước lũ thiết kế không lớn nên việc thay đổi hình dạng ngưỡng tràn không làm hệ số lưu lượng tăng nhiều [10]

Với đập tràn đỉnh rộng, m= 0.3÷0.38;

Đập tràn thực dụng: m= 0.42÷0.49

Đập tràn dạng Wes, dạng có chân không: m=0.45÷0.55

Giải pháp thay đổi hình dạng tràn để tăng khả năng thoát lũ nhờ tăng hệ số lưu lượng chỉ nên áp dụng cho các công trình có nhu cầu tăng khả năng lũ nhỏ so với hiện trạng, khoảng 10%

1.3.2 Tăng cột nước xả lũ (H)

Hạ cao trình ngưỡng tràn kết hợp làm cửa van:

Hình thức này áp dụng từ tràn tự do sang tràn có cửa van, được áp dụng khi ngưỡng tràn có thể hạ thấp được, tránh ngập lụt cho thượng lưu, lồng ghép với tăng dung tích hữu ích, tăng khả năng tháo

Hình thức cửa van điều tiết tự động:

Khi có lũ về, dưới tác động của trọng lực nước, cửa van trục đứng sẽ tự động hạ thấp dần về bằng cao trình ngưỡng tràn, cửa van trục ngang sẽ tự động chuyển dịch dần

- Khả năng tháo lớn, tính chủ động cao

- Tự động tháo lũ khẩn cấp; không phải phục hồi sau xả lũ khẩn cấp

Nhược điểm:

- Kết cấu phức tạp; Yêu cầu kỹ thuật cao; cần bảo dưỡng, sửa chữa thường xuyên; cửa van dễ bị kẹt, bị rung, bị va đập

Cửa van điều tiết có bố trí hệ thống điều khiển:

Khi có lũ về, hệ thống cửa van được điều khiển bằng hệ thống điều khiển theo quy trình vận hành nhằm đảm bảo thoát lũ an toàn và hiệu quả cho hồ chứa

14

Hồ Yên Mỹ: Ban đầu Tràn không cửa van với 3x8m/1 cửa, cao trình ngưỡng ở MNDBT = 18,5m Sau hạ cao trình ngưỡng xuống 2 mét còn ở 16,5m và tràn

có cửa van 3 cửa x 6 m/1 cửa Đã tăng khả năng tháo và tăng dung tích từ 62,5

triệu lên 80,63 triệu

Tràn xả lũ Vực mấu ( Nghệ An), lúc đầu có 3 cửa (có van) mỗi cửa rộng 8 mét, sau thêm 2 cửa liền kề nâng chiều rộng xả lũ từ 24m lên 40 m

Hồ Núi Cốc, năm 1974 xây dựng 1 tràn có 3 cửa Năm 2001 xây thêm tràn

số 2 có 2 cửa

Hình 1 3 Tràn có bố trí cửa van điều tiết

Ưu điểm:

Chủ động điều tiết lũ qua tràn và đóng cửa tràn

Vận hành đơn giản Ít bị sự cố, áp dụng rộng rãi

Nhược điểm:

Khi gặp sự cố mất điện, không vận hành được Cần phải có chi phí đầu tư và vận hành máy phát điện dự phòng

15

Hạ cao trình ngưỡng kết hợp làm túi cao su:

Đập cao su là công trình thủy lợi có chức năng làm việc tương tự như đập tràn hay cống có cửa van, có khả năng ngăn nước, xả lũ, điều tiết mực nước và lưu lượng chảy qua Đập được cấu tạo bởi túi cao su chứa khí (hoặc nước), móng đập bằng BTCT mỏng, bộ phận neo giữ và máy nén khí (hoặc máy bơm nước) Khi bơm khí hoặc nước vào túi cao su, đập cao su sẽ dần phồng lên, tạo thành một đập ngăn nước, làm dâng mực nước trong hồ chứa, nâng dung tích chứa của hồ, đáp ứng nhu cầu tích nước cung cấp cho sinh hoạt, sản xuất của hồ chứa Khi có mưa lũ, khí hoặc nước trong túi cao su

sẽ được tháo ra, đập xẹp xuống trả về nguyên trạng của tràn tháo lũ

Cấu tạo Đập cao su Đập tràn kiểu cao su

Hình 1 4 Đập tràn cao su

Ưu điểm:

Chiều dài đập không bị hạn chế; Trọng lượng đập nhẹ, áp lực đáy móng nhỏ; Kết cấu đập linh hoạt, chịu được chấn động và hiện tượng lún không đều, phù hợp với vùng có địa chất nền mềm yếu; thời gian thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp; Chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp; thay thế túi đập cao su khi hết tuổi thọ một cách dễ dàng Nhược điểm:

Tuổi thọ công trình hạn chế, đập chỉ vận hành tốt trong khoảng thời gian dưới 15 năm dưới điều kiện thời tiết Việt Nam, sau đó phải thay thế túi mới; chiều cao đập cao su bị hạn chế, chỉ dưới 3m, khi cần xây dựng đập cao hơn, kinh phí xây dựng công trình tăng cao và vấn đề kỹ thuật sẽ trở nên phức tạp

16

Hạ cao trình ngưỡng kết hợp làm đập cầu chì:

Đập cầu chì gồm một hệ thống các cấu kiện (block) độc lập nhau, lắp trên đỉnh đập Trong điều kiện bình thường, nó có tác dụng giữ nước tăng khả năng lưu trữ của hồ chứa, nhưng khi có lũ với lưu lượng nước lớn vượt mức thì các cầu chì được lật ngược để xả lũ tự động mà không gây nguy hại đến kết cấu của đập, đảm bảo an toàn cho đập chắn và kiểm soát lưu lượng nước sông ở hạ lưu

Hình 1 5 Cấu tạo đập cầu chì

Ưu điểm:

Tăng khả năng tích nước cho hồ chứa mà không ảnh hưởng tới khả năng thoát lũ thiết

kế ban đầu; Thời gian thi công nhanh, thi công ở nơi khác, lắp ghép và hoàn thiện tại công trình; Chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp; lắp ghép dễ dàng, nhanh chóng, tiết kiệm

Vật liệu đa dạng

Nhược điểm:

Phải lắp lại các khối cầu chì sau mỗi lần xả lũ; Chiều cao khối cầu chì bị hạn chế để đảm bảo có thể lật về hạ lưu khi có cột nước lớn, và đảm bảo công tác thi công, vận chuyển,

17

lắp đặt, an toàn hạ lưu; trọng lượng đập nặng, làm gia tăng áp lực đáy móng; tăng nguy cơ đối với nền công trình mềm yếu Hạn chế khi bố trí trên tuyến cong

1.3.3 Tăng chiều dài đường tràn xả lũ (tăng B)

Thay đổi dạng tuyến tràn nước trên mặt bằng: Với khoảng cách từ hai bờ không

thay đổi, chuyển tuyến ngưỡng tràn thẳng sang tuyến tràn cong, zích zắc, labyrinth, piano Giải pháp này thường áp dụng với tràn tự do, cột nước tràn thấp

Để tăng chiều dài đường tràn xả nước, một số hình thức tuyến tràn được phát triển, cụ thể:

(a) Tuyến tràn bố trí cong thuận hoặc cong ngược

(b) Bố trí tuyến tràn dạng zic zac:

Một số loại tràn được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng trên thế giới và ở Việt Nam như tràn kiểu cúc, tràn kiểu Labyrinth, tràn Piano:

Hình 1 7 Tràn có tuyến bố trí zic zac

18

Ưu điểm:

Dùng cho các tràn đã có thường rất khó mở rộng khẩu diện tràn hoặc mở thêm tràn phụ Để tăng lượng tràn cùng một khẩu độ và không hạ thấp ngưỡng, một trong những giải pháp là đập tràn dạng ziczac có thể tăng lượng xả lũ lên gấp 5 lần tràn thẳng cùng khẩu độ Ngoài ra, để tăng lượng trữ nước cho hồ chứa với công trình tràn không cửa van cần nâng cao cao trình ngưỡng tràn nhưng không giảm lượng lũ tháo thì đập tràn ziczac là tương đối thích hợp Tràn ziczac cũng thích hợp với tràn xả lũ cấp bách của các hồ chứa vừa và nhỏ ở miền núi khi không có cửa van và nếu có cửa van cũng không kịp mở khi lũ tới rất nhanh và đập tràn hoạt động như tràn sự cố

Nhược điểm:

Xả lũ hiệu quả khi mực nước hạ lưu thấp hơn cao trình ngưỡng đập ziczac Nếu mực nước hạ lưu bằng hoặc cao hơn ngưỡng đập thì xem như tháo lũ qua tràn truyền thống Việc vận dụng ngưỡng ziczac vào tháo lũ cần phải tính toán kỹ quan hệ mực nước hạ lưu và lưu lượng tháo lũ

Làm thêm tràn xả lũ:

Trong phạm vi lòng hồ, điều kiện địa hình, điều kiện địa chất cho phép xây dựng tràn

xả lũ (như yên ngựa, vai đập) Tràn này có thể kiên cố hoặc tạm, không kiên cố, đơn giản Nó được xây dựng ở vai đập chính, ở đập phụ hay ở vị trí mà điều kiện địa hình, địa chất cho phép Loại này có thể dùng cửa van (tự động hoặc điều khiển); không cửa van; đập cao su, đập cầu chì, đập tự vỡ Tràn làm thêm có thể là tràn bổ sung hay tràn

1.3.4 Nâng cao đỉnh đập

1.3.5 Nâng cao đỉnh đập kết hợp nâng cao năng lực tháo lũ của tràn

Ứng với một B tràn, xác định mực nước lớn nhất hồ chứa, xác định được chiều cao đập đất cần nâng lên Theo giải pháp này sẽ tính nhiều cặp phương án để chọn phương

án có kinh phí đầu tư thấp nhất trên cơ sở bảo đảm các điều kiện về an toàn đập

1.4 Các kết quả nghiên cứu về xả lũ, đảm bảo an toàn hồ đập

1.4.1 Những kết quả nghiên cứu về an toàn hồ chứa trên thế giới

1.4.1.1 Tiêu chuẩn phòng lũ

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 Tùy theo mức độ phát triển kinh tế xã hội mà các chuẩn về an toàn rất khác nhau ở mỗi quốc gia Phục vụ cho công tác đảm bảo an toàn các hồ chứa, các nghiên cứu về an toàn theo năng lực tháo lũ được thực hiện trên nhiều phương diện, với một số vấn đề chính là:

20

- Tiêu chuẩn phòng lũ và phương pháp tính lũ thiết kế: Đây là vấn đề lớn nhất, được quan tâm sâu sắc nhất Rất nhiều nhà khoa học trên khắp thế giới đã quan tâm nghiên cứu vấn đề lũ thiết kế, lũ kiểm tra (L.Cooper, T Fridolf, P Kovacs, J Cassidy, G Aisiks, E Fahlbusch, P Rissler,…) Các nghiên cứu cho thấy rằng thông thường mỗi quốc gia có tiêu chuẩn tần suất lũ thiết kế riêng Tuy vậy, có hai chiều hướng chọn tần suất lũ cho công trình quan trọng được nhiều nước sử dụng: (i) chọn lũ cực hạn PMF (Probable Maximum Flood) để thiết kế công trình, (ii) chọn lũ có tần suất 0,1% - 0,01% để thiết kế và lũ cực hạn PMF để kiểm tra Các tiêu chuẩn thiết kế lũ khẩn cấp của các nước được thể hiện ở phần phụ lục

- Nghiên cứu dự báo và cảnh báo lũ sớm phục vụ vận hành hồ chứa: Đây là nội dung được coi là rất quan trọng và được nghiên cứu ở nhiều nước, có hiệu quả rất lớn ở những hồ chứa có cửa van tháo lũ Đặc biệt hiện nay, công nghệ tin học phát triển nhanh cùng với hệ thống dự báo khí tượng có độ tin cậy khá cao

1.4.1.2 Các loại công trình tràn tháo lũ

- Công trình đảm bảo an toàn (đập tràn sự cố,…): Đây cũng là một vấn đề được quan tâm (F Lemperiere, P Blanc,…) với hàng loạt nghiên cứu về cấu trúc tràn chính, tràn phụ, tràn sự cố, với nhiều mẫu được đề nghị (Labyrinth, đập cầu chì, tràn piano, cao su…)

Tràn Labyrinth Weir Brazos – Mỹ Tràn Labyrinth Weir Proposed New- Mỹ

21

Tràn Labyrinth Weir Grahamstown– Anh Tràn Piano Etroit – Pháp

Hình 1 8 Một số hình ảnh tràn Labyrinth đang vận hành 1.4.1.3 Các sự cố đã xảy ra đối với các hồ chứa

Trên thế giới, nhiều đập vỡ do mưa lớn, dẫn đến mực nước lũ trong hồ vượt mực nước

lũ thiết kế như:

Đĩ là đập Bản Kiều trên sơng Ru, tỉnh Hà Nam Trung Quốc, được xây dựng năm

1950 Mưa lớn năm 1975 làm các đập phía thượng lưu vỡ dẫn đến mực nước hồ Bản Kiều cách đỉnh đập 2 cm Ngày 8.8.1975 đập bị vỡ Với dung tích 10 tỷ m3 nước, đập

vỡ, nước đổ xuống hạ lưu tạo nên con sĩng cao 10 mét

Đập Gleno (Ý), xây năm 1916-1923, chứa nước đầy sau 40 ngày thì ngày 1/12/1923

Năm 1959 đập Manpatxê (Malpasset) của Pháp bị vỡ

Đập Machchu II ở Ấn Độ xây dựng năm 1972, cao 29m Tháng 8/1979, sau 3 ngày mưa to liên tục tạo đỉnh lũ 14.000m3/s, 3 trong số 18 cửa tràn bị kẹt làm nước tràn qua đập, gây vỡ đập

22

Đập Bản Kiều (Trung Quốc) Đập Stephens Creek (Úc)

Hình 1 9 Công trình bị sự cố ở các nước trên thế giới

1.4.2 Những kết quả nghiên cứu về an toàn đập trong nước

Trong nước, vấn đề an toàn hồ chứa theo năng lực tháo lũ đã được nghiên cứu trên nhiều mặt, theo vùng miền, bởi một số tổ chức và cá nhân khác nhau

1.4.2.1 Tiêu chuẩn phòng lũ

Các qui phạm, qui chuẩn tính lũ qua các thời kỳ

Bảng 1 5 Tiêu chuẩn tính lũ theo các quy phạm qua các thời kỳ

Trong những năm gần đây, dưới sự tài trợ của một số tổ chức quốc tế, việc nghiên cứu

an toàn hồ chứa đã được tiến hành cho một số hồ chứa cụ thể, nhất là các hồ quan trọng lại đang có vấn đề lớn (hồ Dầu Tiếng, hồ Phú Ninh, …) Một số dự án an toàn hồ chứa đã hoàn thành, một số dự án đang được lập dự án đầu tư và sẽ được triển khai trong những năm tiếp theo Nói chung, việc nghiên cứu an toàn hồ chứa trên phạm vi

cả nước vẫn đang từng bước hoàn thiện

Dự án Hỗ trợ Thủy lợi Việt Nam do WB tài trợ đã thực hiện ở Việt Nam, đã sửa chữa nâng cấp đảm bảo an toàn đập cho các công trình: Dầu Tiếng (Tỉnh Tây Ninh), Cấm Sơn (Tỉnh Bắc Giang), Kè Gỗ (Tỉnh Hà Tĩnh), Phú Ninh (Tỉnh Quảng Nam), Đá Bàn (Khánh Hòa), Yên Lập (Quảng Ninh); trong đó tiêu chuẩn lũ thiết kế các công trình ở khu vực miền Trung được chọn như sau:

Bảng 1 6 Tiêu chuẩn lũ cực hạn áp dụng cho dự án VWRAP

TT Số hộ dân bị đe dọa ở hạ lưu Cấp rủi ro Tiêu chuẩn lũ cực hạn

24

- Nghiên cứu về lũ hồ chứa: Vấn đề này được nghiên cứu bởi Ngô Đình Tuấn (trong chương trình kiểm tra hồ chứa, với các tổng kết và kiến nghị về tính toán thủy văn và tiêu chuẩn phòng lũ); Hà Văn Khối (với các thảo luận về tính toán thủy văn)

- Nghiên cứu về tràn sự cố trong đầu mối hồ chứa nước của GS.TSKH Phạm Ngọc Quý và đã áp dụng cho các công trình hồ Vực Tròn, hồ Núi Một, hồ Núi Cốc, hồ Ao Châu…

- Nghiên cứu và ứng dụng tràn xả lũ kiểu Zíchzắc, Labyrinth, tràn piano tại các công trình: Hồ Sông Móng (Bình Thuận), Hệ thống thủy lợi Phước Hòa (Đồng Nai), Hồ Văn Phong (Bình Định)

- Nguyễn Thanh Hải, nnk, 2014, Báo cáo sản phẩm đề tài NCKHCN Nghiên cứu ứng dụng tràn có ngưỡng kiểu phím Piano vào xây dựng công trình thủy lợi ở Việt Nam

- Lê Mạnh Hùng, 2003, Đập cao su – Quá trình phát triển ở Việt nam, Nhà xuất bản Nông nghiệp đã áp dụng cho tràn Nam Thạch Hãn (Quảng Trị), Đập Cát (Bình Định)

- Tăng Đức Thắng, nnk, 2004, Đề tài Nghiên cứu giải pháp đảm bảo an toàn hồ chứa Tây Nguyên và Đông Nam Bộ thuộc chương trình Nâng cấp, hiện đại hóa và đa dạng hóa mục tiêu khai thác công trình thủy lợi

- Tổng kết rút kinh nghiệm từ các sự cố công trình thủy lợi ở Việt Nam: Nổi bật và có giá trị nhất là tổng kết về sự cố các công trình thủy lợi và biện pháp hạn chế sự cố, hư hỏng (trong đó có đầu mối hồ chứa) của GS TS Phan Sĩ Kỳ

Thực tế đã ứng dụng tính toán thiết kế và thi công hoàn thành các công trình thủy lợi lớn có xét đến lũ cực hạn như:

Bảng 1 7 Công trình đã được áp dụng

TT Tên công

trình

F lưu vực (km2)

Dung tích hồ ( 106m3)

Chiều cao đập Hmax (m)

Mức nguy hiểm

Tiêu chuẩn lũ cực hạn (%)

25

TT Tên công

trình

F lưu vực (km2)

Dung tích hồ ( 106m3)

Chiều cao đập Hmax (m)

Mức nguy hiểm

Tiêu chuẩn lũ cực hạn (%)

Như vậy, hầu hết các công trình hồ chứa thủy lợi đều phải tính đến lũ cực hạn Đây là

cơ sở để nghiên cứu về năng lực tháo lũ của tràn khi lũ vượt thiết kế, bảo đảm an toàn

hồ chứa

1.4.2.3 Những sự cố hồ chứa đã xảy ra

Ở nước ta, theo thống kê cho thấy sự cố vỡ đập do tràn xả lũ chiếm 25,39%, chưa kể

do khẩu diện tràn xả lũ không thoát được lũ thực tế dẫn đến nước trong hồ chứa dâng cao hơn mực nước thiết kế và phá hủy đập [14] Một số ví dụ cụ thể về các sự cố này như sau:

Hồ Núi Cốc (Thái Nguyên) xây dựng năm 1974 Tần suất thiết kế ban đầu 1% với lưu lượng đỉnh lũ là 1640m3/s, lũ thực tế đo được là 2700m3

/s Năm 1996 tính lại thì đỉnh

lũ ứng với tần suất 1% là 3030m3/s (tăng 1,85 lần)

Hồ Kè Gỗ xây dựng những năm 1976 – 1979 Tần suất lũ thiết kế là 0,5% Thực tế vận hành xuất hiện lũ lịch sử (9/1978) làm mực nước lũ thực tế trong hồ tăng 1,45m so với thiết kế

Hồ Ao Châu (Phú Thọ) xây dựng năm 1943 Năm 1996 mưa lớn vượt thiết kế, gây vỡ đập phụ

Hồ Sông Truồi (Thừa Thiên Huế) xây dựng năm 1996 - 2000 Tần suất lũ thiết kế 0,5%, lượng mưa thiết kế là 1430mm Nhưng thực tế lượng mưa đo được là 2380mm

26

Hồ Thanh Lanh (Vĩnh Phúc) Hồ xây dựng từ năm 1999 Lũ thiết kế có lưu lượng đỉnh

lũ là 464m3/s (ứng với tần suất 1%) Lũ lịch sử có Q = 496m3/s lớn hơn lũ thiết kế Đập Lòng Sông (xã Phú Lạc huyện Tuy Phong tỉnh Bình Thuận) xây dựng năm 2007 Năm 2009 mưa tập trung ở thượng nguồn về quá nhanh với lưu lượng lớn, các cửa tràn chưa kịp vận hành hết nên nước lũ tràn qua đỉnh đập 0,5m tràn về hạ lưu, gây xói lở bờ sông Lòng Sông nhiều đoạn, chìm tàu thuyền tại các cửa sông, làm chết người, thiệt hại rất lớn Do là đập Bê tông trọng lực nên không bị vỡ

Hồ chứa Buôn Komleo (Buôn Mê Thuộc) đã bị vỡ đập do xuất hiện mưa lũ vượt tần suất thiết kế, khả năng tháo của tràn không đảm bảo làm cho mực nước hồ cao hơn thiết kế, vượt qua đỉnh đập 0,58m năm 1992

Khu vực nhà máy thủy điện Bình Điền (Thừa Thiên Huế) bị ngập nước làm thiệt hại máy móc thiết bị hàng chục tỷ đồng năm 2009 do sự cố hư hỏng 2 trong số 5 cửa van, tràn không thoát đủ lưu lượng theo thiết kế

Đập tràn Dầu Tiếng (Tây Ninh) do có sự cố xảy ra ở cửa số 3 và số 4, khi đang vận hành bộ phận đòn gánh đỡ càng van bị đứt nước cuốn trôi 2 cửa van và hai nhịp cầu công tác gây ngập lụt ở hạ lưu với thiệt hại khá lớn

Đập dâng nhà máy thủy điện Hố Hô bị nước tràn qua đỉnh đập (2010) mà nguyên nhân chính là do mưa lũ quá lớn, đỉnh lũ xuất hiện bất ngờ, tăng lên 6m chỉ trong hai tiếng đồng hồ Mặc khác, do mất điện trên diện rộng nên công tác vận hành mở cửa van cung xả lũ không thể thực hiện Nước tràn qua đập, gây thiệt hại hư hỏng toàn bộ nhà máy, cuốn trôi hết thiết bị

Hồ Đầm Hà Động (Quảng Ninh), mưa lớn lũ tập trung về nhanh, cửa van tràn không

mở kịp, nước dâng cao tràn qua đỉnh đập đất và gây xói nghiêm trọng mái hạ lưu đập chính và vỡ đập phụ; nhiều công trình cơ sở hạ tầng ở hạ du bị thiệt hại nghiêm trọng

27

Đập phụ Đầm Hà Động (Q Ninh) Đập tràn Hoàng Tân (Tuyên Quang)

Hình 1 10 Công trình bị sự cố ở Việt Nam 1.4.2.4 Những nguyên nhân gây sự cố

Qua nghiên cứu cho thấy có 4 nguyên nhân chính sau:

Do tính toán thủy văn trước đây chưa phù hợp với thực tế, nên tràn không đủ năng lực

xả lũ, phải khắc phục bằng cách làm thêm tràn phụ, tràn sự cố như hồ Phú Ninh (Quảng Nam), hồ Núi Cốc (Thái Nguyên), hồ Vệ Vừng (Nghệ An), hồ Vực Tròn (Quảng Bình), hồ Tà Kèo (Lạng Sơn), hồ Núi Một (Bình Định), hồ Liệt Sơn (Quảng Ngãi)

Do cửa van hoặc thiết bị đóng mở cửa van bị kẹt, gãy (tràn hồ Yên Lập trong trận lũ

1994 cả 03 cửa van bị kẹt Tràn Dầu Tiếng trận lũ 1986 có 2 cửa van giữa bị sự cố, đứt

vỡ tai cửa van Tràn Vực Tròn bị đứt cáp, gãy cửa van Tràn Xạ Hương cửa van bị nứt gãy Tràn Hố Hô do mất điện cửa van bị kẹt xả không đáp ứng được làm cho nước tràn qua đập

Do tính toán thuỷ lực không chuẩn xác, dẫn đến có sự sai khác lớn giữa cột nước thiết

kế và thực tế, hậu quả là tràn bị hư hỏng Công trình Nam Thạch Hãn (Quảng Trị), mực nước trong thực tế lũ năm 1983 là 8,10m, trong khi đó số liệu tính toán thiết kế là 2,55m, chỉ bằng 31,5% cột nước thực tế

Do chất lượng vật liệu và chất lượng thi công chưa đạt yêu cầu hoặc chưa hợp lý, dẫn đến các hư hỏng như xói tróc mặt dốc nước, nứt đổ tường, nứt thân tràn, xói vỡ bể tiêu năng Ví dụ: Đổ tường dốc nước tràn hồ La Ngà, xói ngưỡng đổ tường bên tràn hồ

Tràn sự cố: Công trình tháo xả lũ khẩn cấp được tính toán cùng với 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 [14]

Cùng mục tiêu là dùng để xác định quy mô công trình xả lũ đảm bảo an toàn cho hồ chứa Tuy nhiên:

+Tần suất lũ kiểm tra thuộc nhóm thiết kế (để kiểm tra thiết kế) Tần suất lũ tính toán tràn sự cố thuộc nhóm vượt thiết kế

+ Lũ thiết kế, lũ kiểm tra để thiết kế tràn chính với mức độ kiên cố cao, thường xuyên

xả lũ, sử dụng lâu dài và đầu tư lớn Tần suất lũ tính toán tràn sự cố dùng để thiết kế tràn sự cố (có trừ đi phần cho tràn chính đảm nhận) là loại tràn tạm thời, đơn giản, rất

ít khi hoạt động, đầu tư thấp

Cũng có thể nói không thể thay tần suất lũ tính toán tràn sự cố cho tần suất lũ kiểm tra được Vì vậy, cần có sự phân biệt này để vừa đảm bảo yêu cầu an toàn tránh sự cố, vừa

có mức đầu tư thấp hơn so với gộp chung vào một tràn để xả lũ tần suất nhỏ hoặc lũ cực hạn (PMF)

Như trên đã trình bày thì liên quan đến xả lũ có thêm một tần suất ngoài tần suất thiết

kế và tần suất kiểm tra Có thể lấy tần suất lũ tính toán thiết kế tràn sự cố thay cho tần suất kiểm tra và như vậy chỉ có 2 tần suất lũ để tính toán xả lũ là tần suất thiết kế và tần suất tính toán tràn sự cố

Đập tràn: Vừa làm nhiệm vụ chắn dâng nước và tháo nước; chiều dài đoạn tràn nước

có thể bằng chiều dài toàn đập dâng hoặc nhỏ hơn Để tăng khả năng tháo nước có thể

bố trí thêm các lỗ xả sâu

Đường tràn dọc: Có hướng vào ngưỡng trùng với đường tháo sau ngưỡng; đường tháo

có thể là bậc nước hoặc dốc nước

Hình 1 11 Đường tràn dọc

Đường tràn ngang: Có hướng nước vào ngưỡng có hướng vuông góc với hướng của đường tháo sau ngưỡng; đường tháo có thể là bậc nước hoặc dốc nước

30

Hình 1 12 Đường tràn ngang hồ Fort Smitt (Mỹ)

Ngưỡng tràn là loại đập tràn thành mỏng, đỉnh rộng hay thực dụng, ngưỡng dạng ano, lyberinth, zic zac

pi-1.4.4.2 Công trình tháo lũ kiểu kín

Xi phông tháo lũ: Làm việc tự động tháo lũ nhanh do sử dụng chân không để hút nước làm đầy ống

a) Xi phông tháo lũ trong đập bê tông; b) Xi phông trong đập đất

1 Đỉnh ngưỡng tràn; 2 Lỗ thông khí; 3 Tấm che; 4 Cửa vào; 5 Lưỡi gà hắt nước;

6 Ống dẫn; 7 Bể tiêu năng

Hình 1 13 Xi phông tháo lũ