Giải pháp kỹ thuật nâng cao đạp đất để tăng dung tích hiệu quả do ảnh hưởng

TRƯƠNG THẾ QUANGGIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO ĐẬP ĐẤT ĐỂ TĂNG DUNG TÍCH HIỆU QUẢ DO ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NHU CẦU DÙNG NƯỚC Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy... L ỜI C

TRƯƠNG THẾ QUANG

GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO ĐẬP ĐẤT ĐỂ TĂNG DUNG TÍCH HIỆU QUẢ DO ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI

KHÍ HẬU VÀ NHU CẦU DÙNG NƯỚC

Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy

L ỜI CẢM ƠN

Lu ận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài

“Gi ải pháp kỹ thuật nâng cao đập đất để tăng dung tích hiệu quả do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nhu cầu dùng nước” được hoàn thành với sự giúp

đỡ tận tình của Quý thầy cô giáo trong Khoa Công trình, Khoa Sau đại học, bộ môn

Th ủy công, cán bộ trường Đại học Thủy lợi, cùng các đồng nghiệp, gia đình và bạn

bè

Xin chân thành c ảm ơn Quý cơ quan, Quý thầy cô, đồng nghiệp, gia đình và bạn

bè đã luôn động viên khích lệ, tạo nhiều thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình

h ọc tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp này

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo – PGS.TS Nguy ễn Phương Mậu đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện để học viên

vượt qua các trở ngại và hoàn thành luận văn

Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian và trình độ có hạn, luận văn này sẽ không tránh khỏi những sai sót Kính mong Quý thầy cô, Quý đồng nghi ệp và bạn bè góp ý xây dựng để học viên hoàn thiện đề tài

Xin chân thành c ảm ơn !

L ỜI CAM ĐOAN

T ôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các nội dung và kết

qu ả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bố trong b ất kỳ công trình nào khác

MỤC LỤC

M Ở ĐẦU 1

1 TÍNH C ẤP THI ẾT C ỦA ĐỀ TÀI 1

2 M ỤC TIÊU NGHIÊN C ỨU 1

3 PH ẠM VI NGHIÊN C ỨU 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU 2

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA NƯỚC 3

1.1 T ỔNG QUAN V Ề H Ồ CH ỨA NƯỚC 3

1.1.1 Đặc điểm của hồ chứa nước 3

1.1.2 Ý nghĩa tài nguyên nước với quá trình phát triển kinh tế xã hội 6

1.2 BI ẾN ĐỔI KHÍ H ẬU VÀ NH ỮNG TÁC ĐỘNG ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC 7

1.2.1 Khái ni ệm về biến đổi khí hậu 7

1.2.2 N ội dung về kịch bản biến đổi khí hậu 8

1.2.3 Tác động của biến đổi khí hậu đến hồ chứa nước 12

1.2.4 L ựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu 14

1.3 TH ỰC TR ẠNG LÀM VI ỆC CÁC H Ồ CH ỨA NƯỚC Ở VI ỆT NAM 15

1.3.1 Thay đổi nhiệm vụ hồ chứa do dịch chuyển cơ cấu kinh tế 16

1.3.2 Thay đổi nhiệm vụ do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu 16

1.3.3 Thay đổi nhiệm vụ do tăng nhu cầu dùng nước 17

1.4 K ẾT LU ẬN 17

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỈNH ĐẬP 18

2.1 GI ẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH H ỮU ÍCH H Ồ CH ỨA NƯỚC 18

2.1.1 Nguyên t ắc tính toán dung tích hữu ích theo yêu cầu nhiệm vụ mới 18

2.1.2 Gi ải pháp nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa nước 18

2.2 ẢNH HƯỞNG C ỦA VI ỆC NÂNG CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP 28

2.3 TÍNH TOÁN TH ẤM ĐỐI V ỚI ĐẬP ĐẤT 29

2.3.1 M ục đích tính toán thấm 29

2.3.2 Các phương pháp tính thấm 29

2.3.3 Phương pháp giải bài toán bằng phần tử hữu hạn 31

2.4 TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP ĐẤT 39

2.4.1 M ục đích tính toán ổn định mái 39

2.4.2 Các phương pháp tính toán ổn định mái 40

2.4.3 Tính toán ổn định mái theo phương pháp cân bằng giới hạn 40

2.5 ỨNG D ỤNG PH ẦN M ỀM GEO-SLOPE 45

2.5.1 Gi ới thiệu về phần mềm Geo - Slope 45

2.5.2 Cơ sở lý thuyết của phần mềm SEEP/W 46

2.5.3 Cơ sở lý thuyết của phần mềm SLOPE/W 49

2.5.4 Ghép đôi SEEP/W – SLOPE/W 52

2.6 K ẾT LU ẬN 52

CHƯƠNG III ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO TÍNH TOÁN NÂNG C ẤP HỒ CHỨA NƯỚC SUỐI DẦU 54

3.1 GI ỚI THI ỆU V Ề H Ồ CH ỨA NƯỚC SU ỐI D ẦU 54

3.1.1 V ị trí địa lý 54

3.1.2 Điều kiện địa hình 55

3.1.3 Quy mô nhi ệm vụ và các thông số kỹ thuật chủ yếu 56

3.2 TÍNH TOÁN DUNG TÍCH H ỮU ÍCH 57

3.2.1 Tính toán lượng nước yêu cầu 58

3.2.2 Tính toán dòng ch ảy đến hồ chứa 66

3.2.3 Tính toán dung tích h ữu ích hồ chứa 68

3.3 TÍNH CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP 72

3.3.1 Tính điều tiết lũ 73

3.3.2 Tính cao trình đỉnh đập 79

3.4 THI ẾT K Ế NÂNG CAO ĐẬP ĐẤT 86

3.4.1 Đập đất hiện trạng 86

3.4.2 Gi ải pháp nâng cao đập đất 87

3.5 TÍNH TOÁN TH ẤM VÀ ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT 89

3.5.1 Trường hợp tính toán 89

3.5.2 M ặt cắt tính toán 90

3.5.3 K ết quả tính toán 91

3.6 K ẾT LU ẬN 91

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 95

PH Ụ LỤC TÍNH TOÁN 97

DANH M ỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình I-1 Bi ểu đồ phân bố hồ chứa nước trên toàn quốc 4 Hình I-2 Hi ện tượng hiệu ứng nhà kính _ 8 Hình I-3 Phân vùng nhi ệt độ trung bình tăng trong 50 năm qua 9 Hình I-4 Phân vùng thay đổi lượng mưa trong 50 năm qua _ 11 Hình I-5 T ổng hợp sự biến đổi dòng chảy trung bình năm các mùa tại một số trạm thủy văn vào giữa thế kỷ 21 [4] _ 14 Hình II-1 Nâng cao cao độ ngưỡng tràn đối với tràn tự do _ 19 Hình II-2 Gi ữ nguyên ngưỡng tràn, tăng chiều cao cửa van 19 Hình II-3 Nâng cao ngưỡng tràn, giữ nguyên chiều cao cửa van 20 Hình II-4 Ngưỡng tràn kiểu phím piano (Công trình đập dâng Văn Phong) 20 Hình II-5 Ngưỡng tràn kiểu Zic – Zắc (Công trình thủy lợi Phước Hòa ) 21 Hình II-6 Ngưỡng tràn kiểu máng bên (Công trình thủy lợi Đa My ) _ 21 Hình II-7 Đắp áp trúc mái thượng lưu đập _ 23 Hình II-8 Đắp áp trúc mái cho cả mái thượng và hạ lưu đập _ 24 Hình II-9 Đắp áp trúc mái hạ lưu đập _ 24 Hình II-10 Xây d ựng tường chắn sóng _ 25 Hình II-11 Xây d ựng đập đất mới về phía hạ lưu đập đất cũ 25 Hình II-12 Ch ống thấm bằng tường hào Bentonite _ 26 Hình II-13 Ch ống thấm bằng khoan phụt vữa xi măng 27 Hình II- 14 Sơ đồ chống thấm bằng cọc Xi măng đất 28 Hình II-15 Minh h ọa mặt hàm xấp xỉ H của phần tử. 32 Hình II-16 Sơ đồ thấm qua đập 34 Hình II-17 Sơ đồ tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp mặt trượt 41 Hình III-1 B ản đồ vị trí vùng dự án hồ chứa nước Suối Dầu 54 Hình III-2 B ản đồ lưu vực hồ chứa nước Suối Dầu _ 55 Hình III-3 Hình ảnh hồ Suối Dầu chụp trên Google Earth _ 56 Hình III-4 Bi ểu đồ so sánh nhu cầu dùng nước cho các kịch bản (Tr.m3

) 66 Hình III-5 Bi ểu đồ so sánh dung tích cho các kịch bản 71 Hình III-6 Đường quá trình lũ đến 78 Hình III-7 Bi ểu đồ so sánh cao trình đỉnh đập cho các kịch bản _ 85

Hình III-8 M ặt cắt đập đất hiện trạng _ 87 Hình III-9 M ặt cắt thiết kế nâng cao đập đất 89 Hình III-10 M ặt cắt đập đất tại vị trí lòng sông 90 Hình III-11 Mô hình tính toán cho m ặt cắt lòng sông đập hiện trạng _ 90 Hình III-12 Mô hình tính toán cho m ặt cắt lòng sông đập thiết kế nâng cao 90

DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU

B ảng I-1 Thống kê một số đập đất, đất và đá lớn ở Việt Nam 4

B ảng III-1 Các thông số hồ chứa nước Suối Dầu _ 57

B ảng III-2 Thay đổi nhiệt độ và lượng mưa đến năm 2050 do ảnh hưởng BĐKH _ 58

B ảng III-3 Diện tích, cơ cấu, thời vụ các loại cây trồng _ 59

B ảng III-4 Các đặc trưng khí hậu trong khu tưới _ 59

B ảng III-5 Các đặc trưng khí hậu trong khu tưới do ảnh hưởng BĐKH _ 60

B ảng III-6 Phân phối mưa năm thiết kế 60

B ảng III-7 Tổng hợp lượng nước yêu cầu tưới (Tr.m3

) 62 Bảng III-8 Bảng tổng hợp lượng nước yêu cầu công nghiệp (Tr.m3

) 63

B ảng III-9 Tổng hợp lượng nước yêu cầu sinh hoạt (Tr.m3

) 63 Bảng III-10 Bảng tổng hợp nhu cầu cấp nước môi trường (Tr.m3

) _ 63 Bảng III-11 Bảng tổng hợp nhu cầu dùng nước hiện tại (Tr.m3

B ảng III-16 Bảng tổng hợp nhu cầu dùng nước cho các kịch bản nâng cấp hồ _ 65

B ảng III-17 Quá trình nước đến bình quân tháng hồ chứa nước Suối Dầu xét tới ảnh hưởng của BĐKH _ 68

B ảng III-18 Tính toán cân bằng nước Kịch bản hiện tại _ 69

B ảng III-19 Tính toán cân bằng nước Kịch bản biến đổi khí hậu 70

B ảng III-20 Kết quả tính toán dung tích hữu ích hồ Suối Dầu _ 71

B ảng III-21 Các thông số công trình dùng tính toán điều tiết lũ _ 75

B ảng III-22 Lượng mưa 1 ngày lớn nhất lưu vực Suối Dầu _ 75

B ảng III-23 Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất hồ Suối Dầu _ 76

B ảng III-24 Đường quá trình lũ theo điều kiện hiện tại 77

B ảng III-25 Đường quá trình lũ thiết kế theo Kịch bản BĐKH 77

B ảng III-26 Tổng hợp kết quả tính điều tiết lũ cho các kịch bản _ 79 Bảng III-27 Tính toán cao trình đỉnh đập theo hiện tại-PA Btr=3x8m 81

B ảng III-28 Tính toán cao trình đỉnh đập theo Kịch bản BĐKH-PA Btr=3x8m _ 82

B ảng III-29 Tính toán cao trình đỉnh đập theo hiện tại-PA Btr=4x8m 83

B ảng III-30 Tính toán cao trình đỉnh đập theo Kịch bản BĐKH-PA Btr=4x8m _ 84

B ảng III-31 Cao trình đỉnh đập cho các kịch bản nâng cấp hồ 85

B ảng III-32 Các thông số đập đất hồ Suối Dầu 86

B ảng III-33 Trường hợp tính toán thấm và ổn định đập _ 89

B ảng III-34 Kết quả tính toán kiểm tra ổn định đập hồ Suối Dầu 91

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

H ồ chứa nước có tầm quan trọng đặc biệt lớn đối với công tác phòng chống lũ lụt,

ch ống hạn hán đảm bảo cấp nước tưới cho sản xuất nông nghiệp và các hoạt động của con người Về mùa mưa hồ chứa góp phần cắt lũ và làm chậm lũ, nước được tích lại trong lòng h ồ để cung cấp nước tưới, nước sinh hoạt, giữ gìn môi trường sinh thái về mùa ki ệt Tác dụng của hồ chứa nước là rất lớn, tuy nhiên do ảnh hưởng của biến đổi khí h ậu làm cho chế độ dòng chảy thay đổi, mưa lớn tập trung vào mùa mưa làm gia tăng lũ lụt nhưng lại giảm về mùa khô gây ra hạn hán kéo dài dẫn đến các hồ chứa nước không còn đảm bảo được mục tiêu như thiết kế ban đầu Mặt khác, cùng với việc phát tri ển của xã hội thì nhu cầu dùng nước tăng lên, mức đảm bảo tưới tăng lên trong khi dung tích h ồ chứa vẫn không tăng Điều đó đặt ra yêu cầu phải nâng cấp hồ chứa để tăng dung tích hữu ích các hồ nhằm đảm bảo nhu cầu cấp nước

Đập đất là một hạng mục của được xây dựng rất phổ biến do có nhiều ưu điểm nổi

tr ội như: Có thể xây dựng trên nhiều loại nền, dễ thích ứng với độ lún của nền, ít bị nứt

n ẻ gây phá hoại đập, dễ sửa chữa tôn cao

Vì v ậy đề tài “Giải pháp kỹ thuật nâng cao đập đất để tăng dung tích hiệu quả do

ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nhu cầu dùng nước“ là hết sức cần thiết có ý

nghĩa thực tiễn cao

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

+ Phân tích các ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nhu cầu dùng nước dẫn đến nhi ệm vụ cần tăng dung tích hiệu quả của hồ chứa nước

+ Nghiên c ứu các phương án nâng cao dung tích hiệu quả của hồ chứa

+ Nghiên c ứu các tác động và đánh giá ổn định công trình khi nâng cao đập đất + Đánh giá tính khả thi của phương án nâng cao trình đỉnh đập để tăng dung tích

hi ệu quả của hồ chứa nước Suối Dầu tỉnh Khánh Hòa

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

+ S ử dụng các phương pháp tổng hợp, thống kê các tài liệu lý thuyết, thực nghiệm,

th ực tế ứng dụng vào nâng cấp hồ chứa

+ S ử dụng các phần mềm tính toán thấm, ổn định để đánh giá ổn định của đập đất sau khi nâng cao

+ Áp d ụng tính toán cụ thể cho việc nâng cấp hồ chứa nước Suối Dầu tỉnh Khánh Hòa

+ So sánh k ết quả và đưa ra đánh giá về tính thực tiễn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA NƯỚC 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA NƯỚC

1.1.1 Đặc điểm của hồ chứa nước

Trên th ế giới cũng như ở Việt Nam, đập đất là công trình ngăn nước được sử dụng

r ất phổ biến Do có nhiều ưu điểm là sử dụng vật liệu địa phương, rẻ tiền, thi công đơn

gi ản, kết cấu tương đối bền chắc và thi công được trên nhiều loại nền địa chất khác nhau Nh ờ việc sử dụng các thành quả ngày càng hoàn thiện của các ngành địa kỹ thuật,

lý thuy ết thấm, nghiên cứu ứng suất biến dạng công trình và biện pháp thi công cơ giới nên hình th ức kết cấu đập vừa hợp lý, vừa kinh tế

Vi ệt Nam là một trong những nước có nhiều kinh nghiệm trong thiết kế và thi công

h ồ chứa Theo điều tra của dự án UNDP VIE 97/2002 ở Việt Nam có khoảng 10.000 hồ

ch ứa lớn nhỏ trong đó có gần 500 hồ chứa có đập lớn, đứng vào hàng thứ 16 trong các nước có số liệu thống kê của Hội đập cao thế giới Theo thống kê của Bộ NN&PTNT năm 2002 cả nước ta đã có 1967 hồ (dung tích mỗi hồ trên 2.105 m3) Trong đó có 10

h ồ thủy điện có tổng dung tích 19 tỷ m3 còn lại là 1957 hồ thủy nông với dung tích 5,842 t ỷ m3 [7]

Các h ồ chứa phân bố không đều trên phạm vi toàn quốc Trong số 61 tỉnh thành nước ta có 41 tỉnh thành có hồ chứa nước tập trung chủ yếu ở các tỉnh miền Bắc và

mi ền Trung (xem hình I-1) Các hồ xây dựng không đều trong từng thời kỳ phát triển

c ủa đất nước Tính từ năm 1960 trở về trước khu vực miền Bắc và miền Trung xây

d ựng khoảng 6% Từ năm 1960 đến năm 1975 xây dựng được khoảng 44% Từ năm

1975 đến nay xây dựng khoảng 50%

Trong nh ững năm gần đây bằng nguồn vốn vay ADB, AFD, WB, vốn trái phiếu Chính ph ủ hàng loạt các hồ chứa lớn do ngành NN&PTNT quản lý đã và đang được xây d ựng ở Miền Bắc, miền Trung và Tây Nguyên: hồ Đầm Hà Động (Quảng Ninh); hồ

C ửa Đạt (Thanh Hóa); hồ Tả Trạch (Thừa Thiên Huế); hồ Nước Trong (Quảng Ngãi);

h ồ Định Bình (Bình Định); hồ Hoa Sơn (Khánh Hòa); hồ Tân Giang, hồ Sông Sắt (Ninh Thu ận); hồ Lòng Sông (Bình Thuận) và rất nhiều các hồ chứa khác đang trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật: Tà Rục, Sông Chò (Khánh Hòa); Mỹ Lâm (Phú Yên)

Hình I-1 Biểu đồ phân bố hồ chứa nước trên toàn quốc

Ở nước ta đập vật liệu địa phương đóng vai trò chủ yếu Đập vật liệu địa phương tương đối đa dạng Đập đất được đắp bằng các loại đất: Đất pha tàn tích sườn đồi, đất Bazan, đất ven biển miền Trung Phần lớn các đập ở miền Bắc và miền Trung được xây

d ựng theo hình thức bằng vật liệu địa phương đồng chất hoặc không đồng chất Đập không đồng chất thường xây dựng khối chống thấm (tường tâm, tường nghiêng, chân khay) b ằng vật liệu có hệ số thấm nhỏ như đất sét, bê tông, màng chống thấm HPDE

ho ặc tường hào Bentonite Ngoài ra đối với vùng Tây Nguyên và Nam Trung Bộ, đất đắp đập thường có tính trương nở nên thường sử dụng các hình thức đập nhiều khối có

b ố trí thiết bị thoát nước kiểu ống khói

B ảng I-1 Thống kê một số đập đất, đất và đá lớn ở Việt Nam

TT Tên h ồ T ỉnh Lo ại Đập Hmax (m) Năm hoàn thành

TT Tên hồ Tỉnh Loại Đập Hmax (m) Năm hoàn thành

15 Yên Lập Quảng Ninh Đất và đá 40,00 1980

TT Tên hồ Tỉnh Loại Đập Hmax (m) Năm hoàn thành

54 Tả Trạch T.T Huế Đất 56,00 Đang xây dựng

1.1.2 Ý nghĩa tài nguyên nước với quá trình phát triển kinh tế xã hội

Tài nguyên nước có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong quá trình hình thành và phát tri ển của loài người Nước góp phần thành tạo bề mặt trái đất, hình thành thổ nhưỡng,

th ảm thực vật, tạo thời tiết, điều hoà khí hậu, phân phối lại nhiệt độ và độ ẩm Ngoài

ra nước cũng là tác nhân của những thảm họa khi quá nhiều nước gây nên lũ lụt hay thi ếu hụt nước gây nên tình trạng hạn hán

H ồ chứa nước có tầm quan trọng đặc biệt lớn đối với quá trình điều tiết nguồn nước, phát huy nh ững tác dụng to lớn của nguồn nước và giảm thiểu tác hại xấu Về mùa mưa

h ồ chứa nước góp phần cắt lũ, chậm lũ cho vùng hạ du Ngược lại về mùa kiệt cấp nước đáp ứng yêu cầu tưới, cấp nước công nghiệp, sinh hoạt, giao thông thủy, đẩy mặn giữ gìn môi trường sinh thái

Nh ững lợi ích kinh tế mà hồ chứa nước mang lại là rất lớn, khẳng định được vai trò quan tr ọng trong đảm bảo an toàn cuộc sống của người dân và hoạt động sản xuất Tuy nhiên ở nước ta hầu hết các hồ chứa nước xây dựng đã khá lâu nên không còn đảm bảo yêu c ầu theo thiết kế ban đầu, không đáp ứng được quá trình phát triển kinh tế xã hội

M ột mặt do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu làm ảnh hưởng bất lợi lượng nước đến hồ, nhi ệt độ tăng cao làm quá trình bốc hơi tăng nhanh, nhu cầu sử dụng nước cho các ngành không ng ừng tăng lên so với thiết kế ban đầu Mặt khác mức đảm bảo tưới tăng lên P=85% so v ới mức P=75% theo tiêu chuẩn cũ [1] Vì vậy yêu cầu đặt ra cần phải nghiên c ứu, tính toán những hồ chứa có khả năng nâng dung tích hữu ích để đảm bảo

ph ục vụ theo yêu cầu nhiệm vụ mới

1.2 BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC 1.2.1 Khái niệm về biến đổi khí hậu

Bi ến đổi khí hậu Trái Đất là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thuỷ quy ển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyên nhân tự nhiên và nhân t ạo trong một giai đoạn nhất định tính bằng thập kỷ hay hàng triệu năm

S ự biển đổi có thế là thay đổi thời tiết bình quân hay thay đổi sự phân bố các sự kiện

th ời tiết quanh một mức trung bình Sự biến đổi khí hậu có thế giới hạn trong một vùng

nh ất định hay có thế xuất hiện trên toàn Địa Cầu Trong những năm gần đây, đặc biệt trong ng ữ cảnh chính sách môi trường, biến đổi khí hậu thường đề cập tới sự thay đổi khí h ậu hiện nay, được gọi chung bằng hiện tượng nóng lên toàn cầu Nguyên nhân chính làm bi ến đổi khí hậu Trái Đất là do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà kính, các ho ạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ và bể chứa khí nhà kính như hệ sinh thái rừng, hệ sinh thái biển, ven bờ và đất liền khác

Hình I-2 Hiện tượng hiệu ứng nhà kính

1.2.2 Nội dung về kịch bản biến đổi khí hậu

Bi ến đổi khí hậu đang diễn ra ở quy mô toàn cầu, khu vực và ở Việt Nam do các hoạt động của con người làm phát thải quá mức khí nhà kính vào bầu khí quyển Biến đổi khí h ậu sẽ tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường trên phạm vi toàn th ế giới Vấn đề biến đổi khí hậu đã, đang và sẽ làm thay đổi toàn diện, sâu sắc quá trình phát tri ển và an ninh toàn cầu như lương thực, nước, năng lượng, các vấn đề về an toàn xã h ội, văn hóa, ngoại giao và thương mại

Là m ột trong những nước chịu tác động nặng nề nhất của biến đổi khí hậu, Việt Nam coi ứng phó với biến đổi khí hậu là vấn đề có ý nghĩa sống còn Năm 2011 Bộ Tài nguyên và Môi trường đã xây dựng và công bố kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Vi ệt Nam trên cơ sở cập nhật kịch bản năm 2009 có tính kế thừa và chi tiết hóa các s ố liệu quan trắc, các nghiên cứu trong và ngoài nước đến năm 2010 Theo đó

b ộ tài nguyên môi trường đã xây dựng các kịch bản về biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Vi ệt Nam dựa trên các kịch bản phát thải khí nhà kính khác nhau đó là: kịch

b ản phát thải thấp (kịch bản B1), kịch bản phát thải trung bình (kịch bản B2) và kịch

b ản phát thải cao (kịch bản A2) Trong đó đã đưa ra những ảnh hưởng của biến đổi khí

h ậu cho Việt Nam trong thế kỷ 21 như sau [3]:

1.2.2.1 Về nhiệt độ:

Nhi ệt độ mùa đông có thể tăng nhanh hơn so với nhiệt độ mùa hè ở tất cả các vùng khí h ậu trên lãnh thổ Việt Nam Nhiệt độ ở các vùng khí hậu phía Bắc có thể tăng nhanh hơn so với các vùng khí hậu phía Nam

Hình I-3 Phân vùng nhiệt độ trung bình tăng trong 50 năm qua

- Theo k ịch bản phát thải thấp (B1): Vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm ở các vùng khí h ậu phía Bắc có thể tăng so với trung bình giai đoạn 1980-1999 khoảng từ 1,6 đến 1,90C, nhưng ở các vùng khí hậu phía Nam tăng ít hơn, chỉ khoảng (1,1 - 1,4)0C

- Theo k ịch bản phát thải trung bình (B2): Vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm có thể tăng lên 2,60

C ở Tây Bắc, 2,50

C ở Đông Bắc, 2,40

C ở Đồng bằng Bắc Bộ, 2,80C ở Bắc Trung Bộ, 1,90C ở Nam Trung Bộ, 1,60C ở Tây Nguyên và 2,00C ở Nam

B ộ so với trung bình giai đoạn 1980 - 1999

- Theo k ịch bản phát thải cao (A2): Vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm ở các vùng khí h ậu phía Bắc có thể tăng so với trung bình giai đoạn 1980 - 1999 khoảng 3,1 đến 3,60C, trong đó Tây Bắc là 3,30C, Đông Bắc là 3,20C, Đồng bằng Bắc Bộ là 3,10C và B ắc Trung Bộ là 3,60

C M ức tăng nhiệt độ trung bình năm của các vùng khí

h ậu phía Nam là 2,40C ở Nam Trung Bộ, 2,10C ở Tây Nguyên và 2,60C ở Nam Bộ

1.2.2.2 Về lượng mưa:

Lượng mưa mùa khô có thể giảm ở hầu hết các vùng khí hậu trên lãnh Việt Nam, đặc

bi ệt là các vùng khí hậu phía Nam Lượng mưa mùa mưa và tổng lượng mưa năm có

- Theo k ịch bản phát thải trung bình (B2): Vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa năm có thể tăng khoảng (7-8)% ở Tây Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và từ (2- 3)% ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ so với trung bình giai đoạn 1980-1999 Lượng mưa trong các tháng từ tháng III đến tháng V sẽ giảm (4-7)% ở Tây Bắc, Đông

B ắc và Đồng bằng Bắc Bộ, khoảng 10% ở Bắc Trung Bộ, lượng mưa vào giữa mùa khô

ở các vùng khí hậu phía Nam có thể giảm tới (10-15)% so với giai đoạn 1980-1999 Lượng mưa các tháng cao điểm của mùa mưa sẽ tăng từ 10% đến 15% ở cả bốn vùng khí h ậu phía Bắc và Nam Trung Bộ, còn ở Tây Nguyên và Nam Bộ chỉ tăng trên dưới 1%

Hình I-4 Phân vùng thay đổi lượng mưa trong 50 năm qua

- Theo k ịch bản phát thải cao (A2): Vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa năm có thể tăng

so v ới trung bình giai đoạn 1980-1999, khoảng (9-10)% ở Tây Bắc, Đông Bắc, 10% ở Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, (4-5)% ở Nam Trung Bộ và khoảng 2% ở Tây Nguyên, Nam B ộ (bảng 4.10) Lượng mưa trong giai đoạn từ tháng III đến tháng V sẽ

gi ảm từ (6-9)% ở Tây Bắc, Đông Bắc và Đồng bằng Bắc Bộ, khoảng 13% ở Bắc Trung

B ộ, lượng mưa vào giữa mùa khô ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ có thể giảm

t ới (13-22)% so với giai đoạn 1980-1999 Lượng mưa các tháng cao điểm của mùa mưa

s ẽ tăng từ 12% đến 19% ở cả bốn vùng khí hậu phía Bắc và Nam Trung Bộ, còn ở Tây Nguyên và Nam B ộ chỉ vào khoảng (1-2)%

1.2.2.3 Về mực nước biển dâng:

- Theo k ịch bản phát thải thấp (B1): Vào cuối thế kỷ 21, mực nước biển dâng cao

nh ất ở khu vực từ Cà Mau đến Kiên Giang trong khoảng từ 54 đến 72cm; thấp nhất ở khu v ực từ Móng Cái đến Hòn Dấu trong khoảng từ 42 đến 57cm Trung bình toàn Việt Nam, m ực nước biển dâng trong khoảng từ 49 đến 64cm

- Theo k ịch bản phát thải trung bình (B2): Vào cuối thế kỷ 21, nước biển dâng cao

nh ất ở khu vực từ Cà Mau đến Kiên Giang trong khoảng từ 62 đến 82cm; thấp nhất ở khu v ực từ Móng Cái đến Hòn Dấu trong khoảng từ 49 đến 64cm Trung bình toàn Việt Nam, m ực nước biển dâng trong khoảng từ 57 đến 73cm

- Theo k ịch bản phát thải cao nhất (A1FI): Vào cuối thế kỷ 21, nước biển dâng cao

nh ất ở khu vực từ Cà Mau đến Kiên Giang trong khoảng từ 85 đến 105cm; thấp nhất ở khu v ực từ Móng Cái đến Hòn Dấu trong khoảng từ 66 đến 85cm Trung bình toàn Việt Nam, m ực nước biển dâng trong khoảng từ 78 đến 95cm

1.2.3 Tác động của biến đổi khí hậu đến hồ chứa nước

1.2.3.1 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy năm

Tác động của BĐKH đến dòng chảy năm là rất khác nhau giữa các vùng/hệ thống sông Xu th ế biến đổi của dòng chảy năm của các sông là trái ngược nhau giữa hai phần phía b ắc (Bắc Bộ và phần phía bắc của Bắc Trung Bộ - Thanh Hóa và Nghệ An) và

ph ần phía nam (phần phía nam của Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam B ộ) Dòng chảy năm trên các sông ở Bắc Bộ, phần phía bắc của Bắc Trung Bộ có

xu th ế tăng phổ biến dưới 2% vào thời kỳ 2040-2059 và lên đến (2-5)% vào thời kỳ 2080-2099; không có s ự chênh lệch nhiều giữa hai kịch bản A2 và B2

Trái l ại, dòng chảy năm của các sông ở phần phía nam từ Hà Tĩnh trở vào lại có xu

th ế giảm Với kịch bản B2, mức giảm của dòng chảy năm thường dưới 4,0% vào thời

k ỳ 2040-2059 và dưới 7,0% vào thời kỳ 2080-2099, giảm tương đối ít (dưới 2,0%) ở các lưu vực sông La, Thu Bồn và thượng nguồn sông Ba, giảm tương đối nhiều ở lưu

v ực sông Đồng Nai, nhất là hạ lưu sông Bé, có thể tới 7,0% vào thời kỳ 2040-2059 và 10,0% vào th ời kỳ 2080-2099 ở hạ lưu sông Bé tại trạm Phước Hòa [4]

1.2.3.2 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lũ

Dưới tác động của biến đổi khí hậu, dòng chảy mùa lũ của phần lớn các sông, đều có

xu th ế tăng, chỉ riêng sông Đồng Nai giảm so với thời kỳ 1980-1999, và không có sự chênh l ệch đáng kể giữa hai kịch bản B2 và A2 Với kịch bản B2, vào thời kỳ 2040-

2059, dòng ch ảy trung bình mùa lũ tăng khoảng (2,0-4,0)% ở hai hệ thống sông Hồng - Thái Bình và C ả, nhưng chỉ khoảng (0,9-1,5)% ở hai hệ thống sông Thu Bồn và Ba;

vào th ời kỳ 2080-2099 có thể tăng (5,0-10,0)% ở sông Hồng và sông Cả và (2,0-4,0)%

ở hai hệ thống sông Thu Bồn, Ba; riêng sông Thao tăng khá nhiều, vào khoảng 8,7% tại Yên Bái Trong khi đó, dòng chảy mùa lũ của các sông trong hệ thống sông Đồng Nai

l ại giảm khoảng (3,5-6,7)%, giảm nhiều nhất ở hạ lưu sông Bé tại trạm Phước Hòa [4]

1.2.3.3 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy mùa kiệt

Dưới tác động của biến đổi khí hậu, khác với dòng chảy năm và dòng chảy mùa lũ, dòng ch ảy mùa kiệt trong tương lai của tất cả các sông trong lãnh thổ Việt Nam đều

gi ảm, nhưng mức giảm là khác nhau khá lớn giữa các sông, thậm chí giữa thượng, trung và h ạ lưu trên cùng triền sông và kịch bản B2 có mức giảm nhiều hơn so với kịch

b ản A2

Vào th ời kỳ 2040-2059, mức độ giảm của dòng chảy trung bình mùa kiệt dao động trong ph ạm vi từ dưới 1,5% ở các sông: Đà, Gâm, Hiếu, đến trên 10% tại sông Ba; còn các sông khác thường giảm (3,0-10,0)% [4]

Nhìn chung, bi ến đổi khí hậu sẽ làm thay đổi các đặc trưng dòng chảy của tất cả các sông trên lãnh th ổ Việt Nam, xu thế biến đổi cũng như mức độ biến đổi là khác nhau

gi ữa các hệ thống sông trong các vùng cũng như giữa các đặc trưng dòng chảy trên cùng dòng sông (hình I-5) Do v ậy các hồ chứa nước xây dựng trên các lưu vực sông khác nhau c ần tính toán lại để có biện pháp nâng cấp sửa chữa cho phù hợp với mục tiêu nhi ệm vụ trong tương lai

Hình I-5 Tổng hợp sự biến đổi dòng chảy trung bình năm các mùa tại một số trạm thủy

văn vào giữa thế kỷ 21 [4]

1.2.4 Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu

Trong ba k ịch bản đã được xây dựng cho Việt Nam thì kịch bản phát thải thấp (B1)

mô t ả một thế giới phát triển tương đối hoàn hảo theo hướng ít phát thải khí nhà kính

nh ất, tốc độ tăng dân số rất thấp, cơ cấu kinh tế thay đổi nhanh theo hướng dịch vụ và

thông tin, các th ỏa thuận quốc tế nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính được thực hiện đầy đủ và nghiêm túc trên phạm vi toàn cầu Tuy nhiên, với cơ cấu kinh tế không đồng

nh ất giữa các khu vực trên thế giới như hiện nay, cộng với nhận thức rất khác nhau về

bi ến đổi khí hậu và quan điểm còn rất khác nhau giữa các nước phát triển và các nước đang phát triển, đàm phán quốc tế về biến đổi khí hậu nhằm ổn định nồng độ khí nhà kính h ạn chế mức độ gia tăng nhiệt độ ở mức dưới 20C g ặp rất nhiều trở ngại, kịch bản phát th ải thấp (B1) có rất ít khả năng trở thành hiện thực trong thế kỷ 21

K ịch bản phát thải cao (A2) mô tả một thế giới không đồng nhất ở quy mô toàn cầu,

có t ốc độ tăng dân số rất cao, chậm đổi mới công nghệ hoặc sử dụng tối đa năng lượng hóa th ạch Đây là các kịch bản xấu nhất mà nhân loại cần phải nghĩ đến Với những nỗ

l ực trong phát triển công nghệ thân thiện với khí hậu, đàm phán giảm phát thải khí nhà kính, và s ực chung tay chung sức của toàn nhân loại trong “liên kết chống lại biến đổi khí h ậu”, có thể hy vọng rằng những kịch bản phát thải cao sẽ có rất ít khả năng xảy ra

T ừ những lý do nêu trên, kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng đối với Việt Nam được khuyến nghị sử dụng trong thời điểm hiện nay là kịch bản ứng với mức phát

th ải trung bình (B2) [2] Vì vậy trong phạm vi luận văn tác giả lựa chọn kịch bản B2 để nghiên c ứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đối với hồ chứa nước

1.3 THỰC TRẠNG LÀM VIỆC CÁC HỒ CHỨA NƯỚC Ở VIỆT NAM

H ồ chứa nước là công trình được xây dựng với mục đích sử dụng tổng hợp và đa

ch ức năng Hồ cấp nước cho các ngành sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, phòng ch ống lũ lụt, hạn hán, hồ phát điện, du lịch, cải tạo môi trường Khi thiết kế xây

d ựng hồ chứa nước mới sẽ tạo điều kiện phát triển kinh tế, tạo ra việc làm mới, giải quy ết thất nghiệp giúp đảm bảo an sinh xã hội và trong một số trường hợp còn đảm bảo

an ninh qu ốc phòng

Ở Việt Nam phần lớn các hồ chứa nước được xây dựng trong những năm 70, 80 của

th ập kỷ trước, trong điều kiện kinh tế đất nước còn nhiều khó khăn, công tác khảo sát thi ết kế và thi công còn nhiều hạn chế Thời gian khai thác sử dụng của các hồ đã lâu,

vi ệc quản lý duy tu bảo dưỡng chưa được quan tâm đầy đủ, thiếu kinh phí dẫn đến

nhi ều hồ chứa bị xuống cấp, gây mất an toàn công trình và không đảm bảo được mục tiêu đặt ra như thiết kế ban đầu

Hi ện nay với sự phát triển của kinh tế xã hội, đất nước đang trong quá trình chuyển

d ịch cơ cấu kinh tế theo hướng công nghiệp hóa với mục tiêu đến năm 2020 Việt Nam

cơ bản trở thành một nước công nghiệp Cùng với ảnh hưởng của biến đổi khí hậu dẫn đến nhiệm vụ của hồ chứa nước đã có nhiều thay đổi so với thiết kế ban đầu

1.3.1 Thay đổi nhiệm vụ hồ chứa do dịch chuyển cơ cấu kinh tế

N ội dung cơ bản của chuyển dịch cơ cấu kinh tế ở nước ta theo hướng công nghiệp hoá, hi ện đại hoá là tăng nhanh tỷ trọng giá trị trong GDP của các ngành công nghiệp, xây d ựng và thương mại - dịch vụ, đồng thời giảm dần tương đối tỷ trọng giá trị trong GDP c ủa các ngành nông nghiệp, lâm nghiệp và ngư nghiệp Để làm được điều đó, ngành nông nghi ệp đã có bước chuyển dịch tích cực theo hướng đẩy mạnh sản xuất các

lo ại nông sản hàng hóa có giá trị kinh tế cao, quy hoạch các vùng trồng lúa có năng suất cao ho ặc chuyển sang nuôi trồng thủy sản và các cây trồng khác có giá trị cao hơn cây lúa

Nh ững nội dung của dịch chuyển cơ cấu kinh tế dẫn đến yêu cầu dùng nước (q) theo thi ết kế ban đầu của một số hồ chứa nước sẽ không còn phù hợp Diện tích từng loại cây tr ồng, nhu cầu dùng nước của các loại giống cây trồng vật nuôi thay đổi Vì vậy yêu c ầu đặt ra là phải xác định nhu cầu dùng nước cho các loại cây trồng vật nuôi mới, cho các vùng s ản xuất hàng hóa tập trung đã được quy hoạch để tính toán điều tiết cấp nước hồ chứa theo nhiệm vụ mới

1.3.2 Thay đổi nhiệm vụ do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

Như đã phân tích ở trên, biến đổi khí hậu sẽ làm nhiệt độ trái đất tăng lên, hạn hán

xu ất hiện thường xuyên và khắc nghiệt hơn, lượng mưa giảm vảo mùa khô và tăng vào mùa lũ Khi nhiệt độ trung bình tăng, lượng mưa trung bình mùa khô giảm dẫn đến độ

ẩm không khí giảm, tăng nhanh quá trình bốc hơi Yêu cầu đặt ra cần phải tăng hệ số tưới mặt ruộng để đảm bảo cây trồng sinh trưởng phát triển tốt

Ngoài ra m ức đảm bảo tưới tăng lên P=85% so với mức P=75% theo tiêu chuẩn cũ trong khi lượng mưa giảm dẫn đến hệ số tưới dùng cho tính toán lượng nước yêu cầu tại

m ặt ruộng cũng tăng phải tăng lên Mức tưới của các loại cây trồng tăng dẫn đến nhu

c ầu cần phải tăng dung tích hồ chứa nước để đáp ứng nhiệm vụ tưới như thiết kế ban đầu

1.3.3 T hay đổi nhiệm vụ do tăng nhu cầu dùng nước

Do kinh t ế xã hội ngày càng phát triển nên lượng nước ngoài phục vụ cho các ngành, các nhi ệm vụ theo thiết kế ban đầu thì đã có phát sinh những nhiệm vụ mới đó là:

- C ấp nước cho sinh hoạt: Do ảnh hưởng của quá trình di dân hoặc quá trình đô thị hóa, dân s ố tăng nhanh dẫn đến yêu cầu cấp nước cho sinh hoạt của nhân dân tăng lên

- C ấp nước cho công nghiệp: Tốc độ công nghiệp hóa, nhà máy, các khu chế xuất, khu công nghi ệp ra đời làm cho hồ chữa nước có thêm nhiệm vụ mới cấp nước cho hoạt động sản xuất của các nhà máy

- C ấp nước cho môi trường: Theo Nghị Định 112/2008/NĐ-CP, dòng chảy tối thiểu được quy định phải được tính toán đưa vào cân bằng nước của hồ chứa thủy lợi, thủy điện đảm bảo sự hoạt động bình thường của hệ sinh thái thủy sinh của lưu vực Vì vậy các h ồ chứa thiết kế trước đây chưa xét đến nhiệm vụ này cần được xem xét bổ sung trong quá trình c ải tạo nâng cấp để đảm bảo môi trường sinh thái và phát triển bền

bi ến đổi khí hậu tác giả lựa chọn để nghiên cứu ảnh hưởng đến dung tích hồ chứa nước

là kịch bản ứng với mức phát thải trung bình (B2) Ngoài ra tác giả còn phân tích những thay đổi về nhiệm vụ của hồ chứa nước hiện nay so với thiết kế đặt ra ban đầu

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO

ĐỈNH ĐẬP 2.1 GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH HỮU ÍCH HỒ CHỨA NƯỚC

Căn cứ vào nhu cầu sử dụng nước, điều kiện địa hình, địa chất, lượng nước đến hồ đảm bảo, kích thước các công trình hiện trạng, khả năng cung cấp vật liệu và giới hạn

m ặt bằng thi công của từng hồ chứa để có giải pháp phù hợp nhằm nâng cao dung tích

c ủa hồ chứa

2.1.1 N guyên tắc tính toán dung tích hữu ích theo yêu cầu nhiệm vụ mới

- T ừ tài liệu thủy văn đến thời điểm thiết kế xây dựng hồ chứa nước và tài liệu cập

nh ật đến thời điểm hiện tại, lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu phù hợp để tính toán lưu lượng dòng chảy đến hồ chứa

- T ừ tài liệu thủy nông xác định hệ số tưới mới cho từng loại cây trồng cộng với

nh ững nhiệm vụ phát sinh mới cho hồ chứa nước, xác định được tổng nhu cầu dùng nước ở hạ du cho các mục đích: tưới tại mặt ruộng và hoa màu, cấp nước cho chăn nuôi

và nuôi tr ồng thủy sản, cấp nước sinh hoạt, cấp nước cho công nghiệp và nước cho môi trường

- T ừ lưu lượng nước đến và nhu cầu dùng nước ở hạ dụ tính toán cân bằng nước xác định dung tích hữu ích của hồ chứa nước trên cơ sở đảm bảo tính kỹ thuật và hiệu quả đầu tư nâng cấp công trình

2.1.2 Giải pháp nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa nước

2.1.2.1 Cải tạo nâng cấp tràn xả lũ

Tràn x ả lũ liên quan trực tiếp đến cao trình mực nước dâng bình thường Đối với tràn

ch ảy tự do cao trình ngưỡng tràn bằng cao trình MNDBT, đối với tràn có cửa van cao trình ngưỡng tràn thấp hơn cao trình MNDBT Vì vậy khi cần nâng cao dung tích hồ

ch ứa thì đối với tràn chảy tự do nhất định phải nâng cao trình ngưỡng tràn Đối với tràn

có c ửa van có thể nâng cao chiều cao cửa van và giữ nguyên cao trình ngưỡng tràn hoặc

v ẫn giữ nguyên chiều cao cửa van cũ và nâng cao độ ngưỡng tràn

Ngoài ra bi ến đổi khí hậu lưu lượng lũ sẽ tăng so với thiết kế ban đầu dẫn đến phải tăng khả năng tháo cho tràn để kịp thời xả lũ, giữ an toàn cho đập dâng nói riêng và

công trình đầu mối nói chung Vì vậy thiết kế nâng cấp tràn xả lũ cần giải quyết được hai v ấn đề:

- Th ứ nhất: Điều chỉnh cửa van hoặc ngưỡng tràn để nâng cao cao trình MNDBT theo tính toán điều tiết hồ

- Th ứ hai: Tính toán nâng cấp tràn để tháo được Qlũ

TK m ới

C ải tạo nâng cấp tràn xả lũ để nâng cao trình MNDBT:

Đối với tràn tự do:

Bi ện pháp nâng cấp đối với tràn tự do là nâng cao cao trình ngưỡng tràn

Hình II-1 Nâng cao cao độ ngưỡng tràn đối với tràn tự do Đối với tràn có cửa van:

Để nâng cao cao trình MNDBT có thể giữ nguyên cao trình ngưỡng tràn và tăng chi ều cao cửa van (hình II-2) hoặc nâng cao trình ngưỡng tràn và giữ nguyên chiều cao

c ửa van (hình II-3)

Hình II-2 Giữ nguyên ngưỡng tràn, tăng chiều cao cửa van

Hình II-3 Nâng cao ngưỡng tràn, giữ nguyên chiều cao cửa van

Nâng c ấp tràn để tháo lưu lượng lũ thiết kế mới:

Khi cao trình tràn m ới đủ để tích nước đạt mực nước dâng bình thường theo thiết kế

c ần tính toán lại khả năng tháo của tràn Dựa vào điều kiện địa hình, địa chất, điều kiện thi công, ngu ồn vật liệu để có biện pháp mở rộng tràn hoặc làm thêm tràn mới đảm bảo

kh ả năng thoát lũ với lưu lượng lũ mới

M ở rộng khẩu diện tràn:

Chi ều rộng tràn xác định theo công thức:

Trong trường hợp địa hình không cho phép kéo dài đường tràn có thể sử dụng hình

th ức tràn phím piano (hình II-4), tràn Zic zắc (hình II-5), tràn máng bên (hình II-6)

Hình II-4 Ngưỡng tràn kiểu phím piano (Công trình đập dâng Văn Phong)

Hình II-5 Ngưỡng tràn kiểu Zic – Zắc (Công trình thủy lợi Phước Hòa )

Hình II-6 Ngưỡng tràn kiểu máng bên (Công trình thủy lợi Đa My )

Làm tràn ph ụ:

Khi điều kiện mở rộng tràn cũ không cho phép do địa hình chật hẹp có thể nghiên

c ứu phương án thiết kế bổ sung tràn mới để thoát được lưu lượng lũ tăng thêm

Tràn thi ết kế bổ sung mới tính toán trên cơ sở đảm bảo tháo được lưu lượng:

QlũBS= QlũTK - QlũcũTrong đó: Qlũ

TK là lưu lượng lũ cần xả qua tràn có tính đến biến đổi khí hậu

Qlũcũ là lưu lượng xả của tràn cũ sau khi nâng cao trình ngưỡng tràn

Tràn m ới có thể bố trí cạnh tràn cũ hoặc tại vị trí độc lập với tràn cũ trên nguyên tắc các h ạng mục trong cụm công trình đầu mối làm việc độc lập, không ảnh hưởng đến công trình khác Ưu điểm của phương án này là tăng được đáng kể khả năng tháo lũ, không gây ảnh hưởng đến cụm công trình đầu mối đã xây dựng

2.1.2.2 Giải pháp cải tạo, nâng cấp đập dâng

Nâng cao cao trình đỉnh đập

Khi có yêu c ầu tăng dung tích của hồ chứa nước, cùng với phương án cải tạo, mở

r ộng tràn để tăng khả năng tháo, nâng cao mực nước dâng bình thường thì cần phải kết

h ợp nâng cao cao trình đỉnh đập Nguyên lý thiết kế nâng cao đập đất như sau:

- Căn cứ tài liệu khảo sát địa hình, địa chất, thủy văn và hồ sơ thiết kế cũ của công trình hi ện trạng, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cũ để kiểm tra ổn định của đập hiện trạng

t ừ đó có biện pháp gia cố và xử lý trước khi nâng cao đập

- Ki ểm tra lại các loại tài liệu trên và hồ sơ thiết kế cũ để quyết định những công việc

c ần phải bổ sung như tài liệu địa hình, địa chất, khí tượng thủy văn v.v…

- D ựa vào kịch bản biến đổi khí hậu để bổ sung, cập nhật như mưa, gió, nhiệt độ, liệt

th ủy văn kéo dài, phân bố mưa theo thời gian nhằm thu thập, cập nhật đủ số liệu phục

v ụ tính toán điều tiết hồ chứa có kể đến biến đổi khí hậu như nhiệt độ, bốc hơi thiết kế

m ới để tính tổn thất bốc hơi, mưa để tính dòng chảy và phân phối dòng chảy năm thiết

k ế Xác định hệ số thấm, hệ số lưu lượng kênh mương và tính các số liệu về nước dùng theo yêu c ầu nhiệm vụ mới

- Xác định lưu lượng nước dùng tăng lên do nhu cầu phát triển kinh tế xã hội (các hộ dùng nước hiện tại, tương lai) Thông qua tính toán cân bằng nước để xác định nhiệm

v ụ mới của công trình từ đó ta xác định được dung tích hiệu quả Wh

m (theo nhi ệm vụ

m ới có xét đến kịch bản biến đổi khí hậu)

- Xác định mực nước dâng bình thường MNDBT khi đã có Wh

m Xác định MNLTK, MNLKT t hông qua tính toán điều tiết lũ, giả thiết các kịch bản nâng cấp tràn khác nhau tính toán so sánh kinh t ế, kỹ thuật tìm được Btr

m kinh t ế

- Xác định cao trình đỉnh đập từ 3 điều kiện mực nước: MNDBT, MNLTK, MNLKT Qua tài li ệu cập nhật mới về tốc độ gió thổi theo kịch bản biến đổi khí hậu

- L ựa chọn các kích thước (hệ số mái mt, mh, chi ều rộng đỉnh đập, cơ đập, bộ phận thoát nước) và các kết cấu công trình (gia cố mái thượng hạ lưu, bộ phận thoát nước) trên cơ sở có xét đến kích thước và kết cấu của đập hiện trạng

- Tính toán ổn định về thấm, ổn định mái theo quy phạm hiện hành để đảm bảo công trình làm vi ệc an toàn hiệu quả

D ựa vào tài liệu địa hình, địa chất, điều kiện thi công có thể lựa chọn các hình thức đắp nâng cao cao trình đỉnh đập đất như sau:

Đắp áp trúc mái thượng lưu:

Th©n ®Ëp cò

Hình II-7 Đắp áp trúc mái thượng lưu đập

Ưu điểm của hình thức này là bằng cách sử dụng vật liệu có tính thấm nhỏ và kiểm soát t ốt quá trình thi công thì sẽ giải quyết được vấn đề thấm qua thân đập (đối với

nh ững đập có hiện tượng thấm trong quá trình vận hành) qua đó giúp hồ chứa làm việc

an toàn và hi ệu quả hơn Tuy nhiên nhược điểm của biện pháp này là quá trình thi công

ch ịu ảnh hưởng của mực nước hồ, phải tháo cạn mực nước hồ hoặc đắp đê quây dẫn dòng thi công r ất phức tạp Biện pháp này thường được áp dụng đối với các hồ chứa

v ừa và nhỏ, khối lượng thi công ít và thời gian thi công nhanh để hạn chế ảnh hưởng đến quá trình cấp nước cho hạ du

Đắp áp trúc cho cả mái thượng và hạ lưu đập:

Hình th ức này thường ít được sử dụng do phải cải tạo toàn mái thượng và hạ lưu đập,

n ối dài cống lấy nước theo cả hai mái, chịu ảnh hưởng của mực nước trong hồ Thường

ch ỉ áp dụng cho các hồ chứa nhỏ do nhân dân tự đắp chất lượng không đảm bảo, mực nước hồ có thể tháo cạn

Hình II-9 Đắp áp trúc mái hạ lưu đập

Ưu điểm của hình thức này là thi công không bị ảnh hưởng của mực nước trong hồ,

v ẫn đảm bảo cấp nước cho hạ du và thường được áp dụng khi nâng cấp các hồ chứa

H ạn chế của phương pháp này đó là không khắc phục được vấn đề thấm qua thân đập đối với những hồ chứa xuất hiện dòng thấm ở mái hạ lưu mà phải kết hợp biện pháp khoan ph ụt xử lý chống thấm cho thân đập Ngoài ra còn phải xây dựng lại thiết bị thoát nước mái hạ lưu như đống đá thoát nước

Xây d ựng tường chắn sóng:

Th©n ®Ëp

§Ønh ®Ëp cò

Hình II-10 Xây dựng tường chắn sóng

Ưu điểm của hình thức xây dựng tường chắn sóng là thi công đơn giản, chi phí xây

d ựng thấp Tuy nhiên do tường xây trên đỉnh đập cho nên chiều cao xây tường có hạn,

vì v ậy cao trình đỉnh đập được nâng cao không nhiều, chỉ áp dụng được cho hồ chứa chưa xây dựng tường chắn sóng và yêu cầu nâng cao mực nước không lớn

Xây d ựng đập đất mới:

M ột số hồ chứa nước đập hiện trạng thi công không đảm bảo, đã xuống cấp nghiêm

tr ọng không còn khả năng nâng cao hoặc nâng cao sẽ dẫn đến chi phí xây dựng rất lớn Khi đó để nâng cao dung tích hồ chứa nước phải xây dựng tuyến đập mới về phía hạ lưu đập cũ và đập cũ có tác dụng làm đê quây để thi công đập mới

Th©n ®Ëp

§Ønh ®Ëp míi

Hình II-11 Xây dựng đập đất mới về phía hạ lưu đập đất cũ

Ưu điểm của hình thức này là đập mới thi công có thể kiểm soát tốt chất lượng công trình, thi công độc lập không bị gián đoạn bởi mực nước hồ và vẫn đảm bảo cấp nước cho h ạ du Tuy nhiên nhược điểm là chi phí đầu tư xây dựng cao

Gi ảm tổn thất thấm qua đập

H ồ chứa ở Việt Nam phần lớn xây dựng xây dựng trong những năm 70, 80 của thế

k ỷ trước khi mà điều kiện ứng dụng khoa học kỹ thuật vào thiết kế và thi công còn hạn

ch ế dẫn đến lưu lượng thấm qua thân và nền đập lớn Khi hồ chứa xuất hiện dòng thấm

l ớn gây mất nước đáng kể làm giảm dung tích hữu ích của hồ chứa cần phải có biện pháp gia x ử lý chống thấm kịp thời Các giải pháp đó là:

- Ch ống thấm bằng màng địa kỹ thuật cho mái thượng lưu Khi xây dựng đập đất

trên n ền thấm nước mạnh mà chiều dày tầng nền thấm nuớc khá dày và vật liệu làm thân đập có hệ số thấm lớn bằng cách gia cố một lớp màng chống thấm (có hệ số thấm

r ất nhỏ, chỉ từ 10-9cm/s) trên mái phía thượng lưu sẽ hạn chế rất lớn lưu lượng thấm qua công trìn h Để bảo vệ lớp vải địa kỹ thuật không bị oxy hóa và lão hóa do ánh sáng

m ặt trời và biến đổi của nhiệt độ thì cần phải phủ lên lớp vải 1 lớp bảo vệ có thể bằng đất dày tối thiểu 1m Một số công trình áp dụng biện pháp này và cho hiệu quả khá tốt như: Hồ Dầu Tiếng, hồ Sóc Sơn – Hà Nội, hồ Nhả Đường – Hà Tĩnh

- Ch ống thấm bằng tường hào Bentonite Tường hào chống thấm là loại tường chống

th ấm được thi công bằng biện pháp chung là đào hào trong dung dịch Betonite trước, sau đó sử dụng hỗn hợp các loại vật liệu: Xi măng + Bentonite + Phụ gia, sau thời gian

nh ất định đông cứng lại tạo thành tường chống thấm cho thân và nền đập Hào được thi công trong dung d ịch Bentonite hố móng có mái dốc đứng, hẹp, sâu được thi công trong điều kiện luôn có dung dịch Bentonite Hào thường có chiều rộng 0,5 ÷ 0,9m, có chi ều sâu 5 ÷ 120m

Hình II-12 Chống thấm bằng tường hào Bentonite

Công ngh ệ tường hào chống thấm Bentonite hiện nay đã được phổ biến, ứng dụng ở các công trình h ồ Am Chúa (Khánh Hòa), hồ Dương Đông (Phú Quốc) và Dầu Tiếng ở Tây Ninh.

- Ch ống thấm bằng khoan phụt vữa xi măng Trường hợp đất nền còn tồn tại lớp bồi

tích dày, phía dưới là đá phong hóa nứt nẻ mạnh, hoặc trong thân đập có xen kẹp lớp đất có hệ số thấm lớn do sử dụng vật liệu nhiều dăm sạn hay quá trình đầm nện chưa đạt công năng đầm Để xử lý thấm trong trường hợp này hiện nay thường dùng biện pháp khoan ph ụt vữ ximăng tạo màng chống thấm kết hợp với mạng lưới các hố khoan tiêu nước dọc thân đập Căn cứ vào mức độ nứt nẻ của nền đập, chiều dày, chiều sâu

c ủa lớp thấm mạnh yêu cầu về chất lượng của màn chống thấm và áp lực thấm dự kiến tác động để có thể thiết kế số lượng các hố khoan phụt, cũng như chiều sâu của chúng

và cách th ức bố trí các hố khoan trên phạm vi cần xử lý Ở Việt Nam công nghệ chống

th ấm bằng khoan phụt vữa xi măng đã được ứng phổ biến để xử lý thấm cho nhiều công trình, như Hồ Cà Giây (Bình Thuận), hồ Tân Giang (Ninh Thuận), hồ Buôn Joong (Đắk

L ắk), hồ Định Bình (Bình Định)

Hình II-13 Chống thấm bằng khoan phụt vữa xi măng

- Ch ống thấm bằng cọc xi măng đất thi công bằng công nghệ JetGrouting

Công ngh ệ chống thấm bằng cọc xi măng đất, thi công bằng công nghệ khoan phụt áp

l ực cao Jet - Grouting sử dụng khoan phụt áp lực cao tạo ra cột đất gia cố từ vữa phụt

và đất nền Nhờ tia nước và vữa phun ra với áp suất cao (từ 200 đến 400 atm), vận tốc

l ớn (≥100m/s), các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hoà trộn với vữa

ph ụt Sau khi đông cứng tạo thành một khối đồng nhất gọi là cọc bê tông đất vừa có tác

d ụng chịu lực vừa có tác dụng chống thấm Vật liệu sử dụng tạo cọc bao gồm: Chất kết dính, nước và phụ gia để ngăn ngừa khỏi bị quá chảy hoặc làm chậm ninh kết

10

4 8

3 7

2 6

1

Hình II-14 Sơ đồ chống thấm bằng cọc Xi măng đất

Công ngh ệ chống thấm bằng cọc xi măng đất có nhiều ưu điểm như có thể chống

th ấm cho nền là cát sỏi rời đến đất bùn sét, có thể xuyên qua các lớp đất cứng, hoặc các

t ấm bê tông, khả năng sử lý sâu, thi công được trong điều kiện khó khăn chật hẹp, công trình b ị ngập nước, xử lý được phần nền nằm dưới bản đáy và giá thành rẻ Ở Vi ệt Nam, công ngh ệ này đã được ứng dụng để xử lý chống thấm cho một số hồ chứa như:

h ồ Đá Bạc (Hà Tĩnh), hồ Cống Trại (Nghệ An), hồ Hao Hao (Thanh Hóa), hồ Bông Canh (Hòa Bình)…

Như đã phân tích ở trên, để nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa nước thì cần thi ết phải kết hợp biện pháp cải tạo tràn xả lũ với cải tạo nâng cấp đập dâng Tuy nhiên trong ph ạm vi luận văn, tác giả đi sâu nghiên cứu biện pháp nâng cao đập đất để tăng dung tích h ữu ích cho hồ chứa nước

2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC NÂNG CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP

Đối với hồ chứa nước sau khi đắp nâng cao cao trình đỉnh đập để tăng dung tích hữu ích thì m ực nước thượng lưu tăng lên, cấu tạo mặt cắt đập thay đổi dẫn đến nguy cơ đập

có th ể mất ổn định Các hình thức mất ổn định có thể là:

M ất ổn định về thấm:

- Th ấm mạnh gây sủi nước ở vai đập

- Th ấm mạnh gây sủi nước ở mang công trình

- Th ấm mạnh hoặc sủi nước trong phạm vi thân đập

Các hình th ức mất ổn định về thấm ngoài việc làm mất nước trong hồ còn có khả năng dòng thấm làm trôi đất ở nền đập gây nên biến hình thấm xói ngầm hoặc lở đất

M ất ổn định trượt mái:

- Dòng th ấm thoát ra ở mái hạ lưu lớn có thể gây trượt mái

- Mái đập thiết kế hệ số mái không đủ ổn định gây trượt mái

- Mái thượng lưu bị sạt trượt trong trường hợp mực nước hồ rút nhanh khi cần tháo

c ạn hồ hoặc hồ xả lũ làm mực nước hồ giảm về mực nước dâng bình thường

M ất ổn định lún:

- Chênh l ệch lún quá mức cho phép

- Kh ối đất đắp mới có hiện tượng chuyển vị về phía hạ lưu gây nứt dọc thân đập

- N ứt thân đập: bao gồm các hiện tượng nứt ngang và nứt dọc chỗ tiếp xúc giữa khối đắp mới và thân đập, nền đập cũ

2.3 TÍNH TOÁN THẤM ĐỐI VỚI ĐẬP ĐẤT

2.3.1 Mục đích tính toán thấm

V ấn đề thấm qua thân, nền đập từ thượng lưu về hạ lưu trong quá trình khai thác vận hành là m ột trong những vấn đề quan trọng trong việc đánh giá ổn định của đập Thấm gây nên hi ện tượng mất nước, xói ngầm, đùn sủi mất đất làm biến dạng đập dẫn đế vỡ đập gây thiệt hại người và vật chất nghiêm trọng Vì vậy cần phải nghiên cứu, tính toán các đặc trưng về dòng thấm như: lưu lượng, đường bão hoà, gradient, áp lực thấm ứng

v ới các điều kiện biên khác nhau để đánh giá an toàn công trình trong quá trình vận hành khai thác

2.3.2 Các phương pháp tính thấm

2.3.2.1 Phương pháp cơ học chất lỏng

Phương pháp này dùng toán học làm công cụ để xác định những đặc trưng của dòng

th ấm như lưu lượng, lưu tốc, gradient, áp lực, đường bão hòa tại bất kỳ một vị trí nào trong môi trường thấm Do khi tính toán không đưa nhiều vào những giả thiết cho nên phương pháp cơ học chất lỏng cho kết quả chính xác

Ưu điểm: Phương pháp cơ học chất lỏng chủ yếu có tầm quan trọng về mặt lý thuyết, trên cơ sở đó người ta có thể đưa ra các giải quyết gần đúng Ứng dụng những lời giải

c ủa cơ học chất lỏng ta có thể lập được những biểu đồ tính toán để dùng trong thực tế