Nghiên cứu đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao mức độ an toàn cho công trình hồ chứa nước khe tân khi xảy ra với lũ cực hạn PMF

LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập chương trình cao học và nghiên cứu luận văn Nghiên cứu đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao mức độ an toàn của hồ chứa khe Tân khi xảy ra lũ cực hạn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc Kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào tr ước đây

Đà Nẵng, tháng 02 năm 2017

Tác giả luận văn

Lê Văn Tuyến

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập chương trình cao học và nghiên cứu luận văn

Nghiên cứu đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao mức độ an toàn của hồ chứa khe Tân khi xảy ra lũ cực hạn PMF, tác giả đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo Trường Đại học Thủy lợi, Viện Khoa học Thủy lợi Miền Trung

và Tây Nguyên, các chuyên gia và đồng nghiệp

Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TS Phạm Ngọc Quý, TS Hoàng Ngọc Tuấn

và các đồng nghiệp tại Viện Khoa học Thủy lợi miền Trung và Tây Nguyên đã dành nhiều thời gian công sức tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tác giả có được kiến thức để hoàn thành luận văn này

Do trình độ, kinh nghiệm cũng như thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, các chuyên gia và đồng nghiệp để hoàn thiện luận văn./

Đà Nẵng, tháng 02 năm 2017

Tác g iả luận văn

Lê Văn Tuyến

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Về tính cấp thiết của đề tài: 1

2 Mục đích nghiên cứu: 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 3

4 Phương pháp nghiên cứu: 3

5.Kết quả dự kiến đạt được: 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN HỒ CHỨA KHI CÓ LŨ LỚN 4

1.1 Tổng quan về hồ chứa Việt Nam 4

1.1.1 Số lượng hồ chứa nước hiện nay ở Việt Nam 4

1.1.2 Phân loại hồ chứa nước 5

1.1.3 Thực trạng các hồ chứa 9

1.1.4 Sự cố đối với các hồ chứa 10

1.1.5 Hiện trạng hồ chứa trên địa bàn tỉnh Quảng Nam 13

1.2 Tổng quan về an toàn hồ chứa khi có lũ lớn 14

1.2.1 An toàn hồ chứa 14

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn hồ chứa 17

1.2.3 An toàn hồ chứa khi có lũ lớn 18

1.3 Các kết quả nghiên cứu về nâng cao mức độ an toàn cho hồ đập khi gặp PMF 19

1.3.1 Tình hình nghiên cứu 19

1.3.2 Các kết quả nghiên cứu trên thế giới: 19

1.3.3 Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam 20

1.3.4 Đánh giá các kết quả nghiên cứu 21

1.4 Kết luận chương I 21

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN KHI XẢY RA LŨ CỰC HẠN PMF 23

2.1 Tổng quan chung về khu vực nghiên cứu 23

2.1.1 Đặc điểm tự nhiên 23

2.1.2 Khí tượng thủy văn 27

2.2.1 Vị trí địa lý công trình 34

2.2.2 Quy mô và nhiệm vụ công trình 35

2.3 Đánh giá hiện trạng hồ chứa nước Khe Tân 38

2.3.1 Công trình dâng nước 38

2.3.2 Công trình tháo lũ 43

2.3.3.Công tác quản lý 44

2.4 Tính toán các đặc trưng khí tượng, thủy văn và điều tiết lũ 45

2.4.1 Phương pháp tính và công cụ tính toán 45

2.4.2 Cơ sở dữ liệu phục vụ tính toán 45

2.4.3 Kết quả tính toán 46

2.5 Tính toán, kiểm tra mức độ an toàn của công trình hồ chứa khe Tân 51

2.5.1 Đối với công trình dâng nước 52

2.5.2 Đối với công trình tháo lũ 63

2.6 Kết luận chương 2 72

2.6.1 Đối với đập đất 72

2.6.2 Đối với tràn tháo lũ 72

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO MỨC ĐỘ AN TOÀN CHO HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN KHI XẢY RA LŨ CỰC HẠN PMF 73

3.1 Cơ sở đề xuất giải pháp: 73

3.1.1 Vì sao phải nâng cao mức độ an toàn: 73

3.1.2 Các căn cứ để đề xuất giải pháp: 73

3.1.3 Tiêu chí lựa chọn giải pháp hợp lý 73

3.2 Giải pháp công trình: 74

3.2.1 Nâng cao trình đỉnh đập, giữ nguyên tràn xả lũ: 74

3.2.2 Làm thêm tường chắn sóng, giữ nguyên tràn xả lũ: 75

3.2.3 Mở rộng tràn kết hợp làm thêm tràn xả sâu: 76

3.2.4 Nâng cao trình đỉnh đập kết hợp mở rộng tràn 77

3.2.5 Giữ nguyên tràn cũ, làm thêm tràn mới 78

3.3 Lựa chọn giải pháp khả thi để so sánh 79

3.3.1 Nhận định đánh giá các giải pháp: 79

3.3.2 Phân tích so sánh đối với hai giải pháp khả thi: 80

3.3.3 Lựa chọn giải pháp tối ưu và đề xuất áp dụng: 84

3.3.4 Tính toán kiểm tra sau khi áp dụng giải pháp 84

3.3.5 Đối chiếu với tiêu chí lựa chọn giải pháp 87

3.4 Giải pháp phi công trình 89

3.4.1 Giải pháp trồng và bảo vệ rừng 89

3.4.2 Giải pháp nâng cao nhận thức và tăng hiểu biết 89

3.4.3 Hoàn thiện hệ thống văn bản pháp lý 89

3.4.4 Tăng cường ứng dụng công nghệ mới vào công tác quản lý vận hành, phòng chống lụt bão 90

3.4.5 Đổi mới cơ bản công tác quản lý hồ đập 91

3.5 Kết luận chương 3 91

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ: 92

1 Kết luận 92

2 Kiến nghị 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 96

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Một số hình ảnh về hồ chứa ở Việt Nam 9

Hình 2.1: Vị trí hồ chứa nước Khe Tân 23

Hình 2.2: Bản đồ hệ thống lưới trạm Khí tượng thủy văn tỉnh Quảng Nam 28

Hình 2.3: Lượng mưa trung bình tháng tại các trạm 31

Hình 2.4: Vị trí địa lý hồ Khe Tân trên bản đồ hành chính của huyện Đại Lộc 35

Hình 2.5: Mặt bằng tổng thể bố trí công trình đầu mối hồ Khe Tân 37

Hình 2.6: Một số mặt cắt ngang đại diện hiện trạng đập chính hồ Khe Tân 39

Hình 2.7: Hiện trạng đỉnh đập khe Tân 40

Hình 2.8: Hiện trạng mái đập Khe Tân 40

Hình 2.9: Hiện trạng đập phụ 1 41

Hình 2.10: Mặt cắt ngang hiện trạng đập phụ 1 42

Hình 2.11: Hiện trạng tràn xả lũ hồ khe Tân 43

Hình 2.12: Đường quá trình lũ điển hình tại hồ Việt An 49

Hình 2.13: Đường quá trình lũ thiết kế, kiểm tra và lũ PMF hồ Khe Tân 49

Hình 2.14: Đường đặc trưng địa hình hồ Khe Tân (Z-F-V) 50

Hình 2.15: Mặt cắt đại diện phục vụ tính toán, kiểm tra thấm và ổn định đập chính 57

Hình 2.16: Mặt bằng hiện trạng tràn xả lũ 64

Hình 2.17: Cắt dọc hiện trạng tim tràn xả lũ 65

Hình 2.18: Đường mực nước trên máng bên tràn Khe Tân 67

Hình 2.19: Sơ đồ tính toán đoạn có bề rộng không đổi 70

Hình 2.20: Đường mực nước trên dốc nước tràn Khe Tân 71

Hình 3.1: Mô phỏng phương án nâng cao trình đỉnh đập 75

Hình 3.2: Làm thêm tường chắn sóng trên đỉnh đập 76

Hình 3.3: Mở rộng tràn kết hợp làm thêm tràn xả sâu 76

Hình 3.4: Nâng cao trình đỉnh đập kết hợp mở rộng tràn 77

Hình 3.5: Mặt cắt ngang tràn mới có cửa van điều tiết lũ 78

Hình 3.6: Một số kiểu dạng tường chắn sóng trên đỉnh đập bằng BTCT 80

Hình 3.7: Mặt cắt dọc và cắt ngang tràn mới 81

Hình 3.8: Mặt cắt dọc và cắt ngang tràn mới 82

Hình 3.9: Mặt cắt tính toán, kiểm tra sau khi nâng cao trình đỉnh đập 86

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Thống kê các sự cố thường xảy ra ở hồ chứa 13

Bảng 2.1: Phân bố số giờ nắng trung bình mỗi ngày trong tháng 29

Bảng 2.2: Tần suất xuất hiện gió theo 8 hướng 29

Bảng 2.3: Đặc trưng tốc độ gió các trạm lân cận khu vực nghiên cứu 29

Bảng 2.4: Lượng mưa trung bình tháng, năm (mm) 30

Bảng 2.5: Lượng bốc hơi trung bình tháng của các trạm (mm) 31

Bảng 2.6: Phân phối tổn thất bốc hơi trong năm tại hồ Khe Tân 32

Bảng 2.7: Giá trị sản xuất và cơ cấu kinh tế qua các năm 33

Bảng 2.8: Thông số cơ bản hiện trạng công trình hồ chứa Khe Tân 35

Bảng 2.9: Lượng mưa ngày lớn nhất (mm) theo tần suất 46

Bảng 2.10: Lượng mưa ngày lớn nhất (mm) theo tần suất 46

Bảng 2.11: Kết quả tính tổng lượng lũ 47

Bảng 2.12: Kết quả thu phóng lũ theo lũ điển hình hồ chứa Việt An năm 1992 48

Bảng 2.13: Đặc tính lòng hồ hiện trạng 50

Bảng 2.14: Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ Khe Tân 51

Bảng 2.15: Thông số cơ bản của hồ chứa phục vụ tính toán kiểm tra 52

Bảng 2.16: Kết quả tính toán các thông số ảnh hưởng đến cao trình đỉnh đập 55

Bảng 2.17: Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập 55

Bảng 2.18: Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp thân đập và nền đập 56

Bảng 2.19: Các trường hợp tính toán kiểm tra thấm và ổn định đập 58

Bảng 2.20: Tổng hợp kết quả tính toán thấm cho đập đất 61

Bảng 2.21: Tổng hợp kết quả tính toán ổn định cho đập đất 62

Bảng 2.22: Thông số cơ bản phục vụ tính toán khả năng tháo lũ của tràn 63

Bảng 2.23: Kết quả tính toán khả năng tháo lũ của tràn Khe Tân 65

Bảng 2.24: Kết quả tính toán đường mực nước trên máng bên 67

Bảng 2.25: Kết quả tính độ sâu phân giới ứng với các cấp lưu lượng: 69

Bảng 2.26: Kết quả tính toán thủy lực dốc nước tràn Khe Tân 71

Bảng 3.1: Tổng hợp khối lượng xây dựng cho giải pháp 1 83

Bảng 3.2: Tổng hợp dự toán chi phí xây dựng cho giải pháp 1 83

Bảng 3.3: Tổng hợp khối lượng xây dựng cho giải pháp 2 83

Bảng 3.4: Tổng hợp dự toán chi phí xây dựng cho giải pháp 2 84

Bảng 3.5: Trường hợp tính toán kiểm tra an toàn đập sau khi áp dụng giải pháp 85

Bảng 3.6: Kết quả tính toán kiểm tra thấm đập đất với các trường hợp lũ PMF 86

MỞ ĐẦU

1 Về tính cấp thiết của đề tài:

Hiện nay cả nước có 6.648 hồ chứa thủy lợi, trong đó có 560 hồ chứa lớn với dung tích trên 3 triệu m3hoặc đập cao trên 15m, 1.752 hồ chứa có dung tích từ 0,2 triệu m3đến 3 triệu m3

và 4.336 hồ chứa có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3 Cả nước hiện nay còn khoảng 1.150 hồ chứa bị hư hỏng xuống cấp ảnh hưởng đến khả năng xả lũ, cần phải sửa chữa, nâng cấp

Riêng tỉnh Quảng Nam hiện nay có 73 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích hữu ích xấp

xỉ 500 triệu m3 nước (trong đó hồ chứa nước thủy lợi Phú Ninh có dung tích là 344 triệu m3; hồ Khe Tân là 54 triệu m3; hồ Việt An là 22,95 triệu m3) Đa số các hồ chứa được xây dựng từ năm 1990 trở về trước, do nguồn vốn đầu tư hạn chế, tài liệu khảo sát về khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất,… chưa đầy đủ và kinh phí bố trí cho bảo trì, duy tu sửa chữa thường xuyên các công trình thủy lợi còn nhiều hạn chế nên công trình nhanh bị hư hỏng, xuống cấp

Trong thời gian qua, một số công trình đã xảy ra sự cố nghiêm trọng như: Năm 2010,

vỡ đập ở Hà Tĩnh làm ảnh hưởng đường sắt Bắc-Nam Năm 2012, vỡ đập ở Quảng Trị Năm 2013, đập hồ chứa nước Ea Đrăng, dung tích 1,2 triệu m3, lũ vượt đỉnh đập

hồ chứa thủy điện Hố Hô năm 2010 và 2016…

Với những sự cố trên cho thấy tầm quan trọng đặc biệt của công tác đảm bảo an toàn

hồ - đập thủy lợi, nhất là trong mùa mưa lũ lớn là hết sức cần thiết

Hồ chứa nước khe Tân được xây dựng ở huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam không nằm ngoài tình hình trên Hồ khe Tân xây dựng từ năm 1985 hoàn thành năm 1989, như vậy các công trình xây dựng đã lâu, đã có dấu hiệu xuống cấp, nguy cơ mất an toàn đập do không đảm bảo về kỹ thuật với những trận lũ vượt thiết kế, vì khí hậu thời tiết hiện nay ngày càng biến đổi phức tạp theo chiều hướng cực đoan

Xu hướng ngày nay, các nước trên thế giới đều quan tâm đến vấn đề an toàn đập trước khi quyết định xây dựng một hồ chứa nước Các hồ chứa được xây dựng đều phải

kiến được khu vực sẽ bị thiệt hại nặng nề nhất để từ đó có biện pháp phòng tránh giảm thiểu

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, ngày càng nhiều lý thuyết cũng như các phương pháp, công cụ để xử lý các bài toán có độ chính xác cao hơn

Hiện nay ở Việt Nam việc nghiên cứu giải quyết bài toán đảm bảo an toàn hồ chứa nước thủy lợi trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng là ưu tiên hàng đầu trong công tác chỉ đạo điều hành về phòng chống lụt bão, quản lý thiên tai của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn và Chính phủ Các kết quả nghiên cứu đã đạt được là nền tảng cho công tác quy hoạch lũ, nâng cấp đảm bảo an toàn hồ chứa nước

để ổn định đời sống và phát triển kinh tế, xã hội

Việc nghiên cứu vỡ đập và mô phỏng ngập lụt ở hạ du hồ chứa do hiện tượng vỡ đập gây ra có ý nghĩa rất lớn trong việc chuẩn bị và kế hoạch ứng phó với thiên tai do vỡ đập gây ra Các kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở để đưa ra các khuyến cáo cũng như lập các phương án báo động, di dời cho khu vực ở hạ lưu

Từ trước đến nay các nghiên cứu trong nước liên quan đến bài toán mô phỏng ngập lụt

do lũ hay vỡ đập đều đánh giá được mức độ an toàn của hồ chứa nước khi xảy ra sự cố với tần suất lũ thiết kế, lũ kiểm tra, lũ cực hạn PMF nhưng hồ Khe Tân thì chưa Chính

vì vậy luận văn của học viên với tiêu đề: “Nghiên cứu đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao mức độ an toàn cho công trình hồ chứa nước Khe Tân khi xảy ra lũ cực hạn PMF” là rất cần thiết Đây chính là yếu tố mới của luận văn

Trước vấn đề nêu trên, học viên cần phải nghiên cứu:

Bên cạnh đó, việc thiết kế, xây dựng và quản lý vận hành còn tồn tại nhiều bất cập, chưa đồng bộ cùng với sự phát triển dân cư, yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội Do đó, yêu cầu kiểm tra, đánh giá mức độ an toàn hồ chứa khe Tân là cần thiết

Với tầm quan trọng và tính cấp thiết như vậy, cùng với những kiến thức trong quá trình học tập lớp Cao học chuyên ngành Xây dựng công trình thủy của trường Đại học Thủy lợi, vì vậy học viên đã nghiên cứu đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao mức

độ an toàn của hồ chứa khe Tân khi xảy ra lũ cực hạn PMF để làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

3 1 Đối tượng nghiên cứu:

Công trình đầu mối hồ chứa nước Khe Tân, huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam

3 2 Phạm vi nghiên cứu:

Mức độ an toàn của công trình đầu mối hồ chứa khi xảy ra lũ cực hạn PMF

4 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp điều tra, thống kê, tổng hợp và phân tích số liệu;

- Phương pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan;

- Phương pháp sử dụng tiêu chuẩn, quy phạm để tính toán;

- Phương pháp phân tích, đánh giá kết quả;

- Phương pháp nghiên cứu ứng dụng thực tiễn…

5 Kết quả đạt được:

- Tổng quát về hồ đập và an toàn hồ đập hiện nay;

- Kiểm tra, đánh giá hiện trạng mức độ an toàn của hồ chứa nước Khe Tân khi xảy ra

lũ thiết kế, kiểm tra và lũ cực hạn PMF;

- Đề xuất giải pháp để nâng mức độ an toàn đối với hồ chứa nước Khe Tân khi xảy ra

lũ cực hạn PMF

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN HỒ CHỨA KHI CÓ LŨ LỚN 1.1 Tổng quan về hồ chứa Việt Nam

1.1.1 S ố lượng hồ chứa nước hiện nay ở Việt Nam

Theo thống kê của Tổng cục Thủy lợi đến năm 2015, cả nước hiện có 6886 hồ chứa Trong đó hồ có dung tích từ 10 triệu m3 nước có 103 hồ, dung tích từ 3,0 đến cận 10 triệu m3 có 255 hồ, có từ 1÷3 triệu m3 có 459 hồ, từ 0,2÷1 triệu m3 có 1752 hồ và hồ

có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3 có 4182 hồ Ngoài ra ngành thủy điện có hàng chục

hồ chứa lớn

Các địa phương có nhiều hồ chứa là Nghệ An: 752 hồ, Thanh Hóa: 524 hồ, Đắc Lắc:

539 hồ, Hòa Bình: 513 hồ, Tuyên Quang: 478 hồ, Đắc Nông: 173 hồ, Bình Định: 161

hồ, Phú Thọ: 124 hồ, Gia Lai: 99 hồ, Kom Tum: 70 hồ…

Đặc điểm chung của các hồ chứa thủy lợi là đập chính ngăn sông tạo hồ, đại đa số là đập đất, chỉ có một số ít hồ chứa có đập bê tông là: Tân Giang (Ninh Thuận); Lòng Sông (Bình Thuận); Định Bình (Bình Định); Nước Trong (Quảng Ngãi)…

Đến nay, hơn một nửa trong tổng số hồ đã đưa vào sử dụng trên 25-30 năm, nhiều hồ chứa đã bị xuống cấp, có dấu hiệu hử hỏng các hạng mục công trình đầu mối

Các hồ chứa lớn từ 10 triệu m3 trở lên thì phần lớn do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn quản lý vốn, kỹ thuật thiết kế và thi công

Các hồ chứa nhỏ từ 1-10 triệu m3 phần lớn do UBND các tỉnh quản lý vốn, kỹ thuật và thiết kế

Các hồ chứa nhỏ chủ yếu do huyện, xã, hợp tác xã, các nông trường tự bỏ vốn xây dựng và quản lý kỹ thuật

Những hồ chứa lớn thì được đầu tư thiết kế, thi công tương đối bài bản, đảm bảo kỹ thuật, chất lượng xây dựng đạt yêu cầu Còn những hồ chứa nhỏ thì thiếu các tài liệu

cơ bản phục vụ thiết kế, thi công như: Địa hình, địa chất, thủy văn, thiết bị thi công, lực lượng kỹ thuật và nhất là đầu tư kinh phí không đủ nên chất lượng công trình không tốt, mức độ an toàn rất thấp

1.1.2 Phân loại hồ chứa nước

1.1.2.1 Phân lo ại theo nguồn gốc

- Hồ chứa tự nhiên: được hình thành một cách tự nhiên do sự vận động của võ trái đất

có tác dụng giữ cân bằng cho môi trường sinh thái và được con người cải tạo nâng cấp theo hướng phục vụ lợi ích con người và xã hội

- Hồ chứa nhân tạo: do con người chủ động xây dựng để sử dụng tổng hợp nguồn nước

phục vụ sự phát triển dân sinh, kinh tế, quốc phòng, an ninh

1.1.2.2 Phân lo ại theo nhiệm vụ chính

- Hồ chứa xây dựng để tưới là chính (kết hợp nuôi cá, cải tạo môi trường;

- Hồ chứa xây dựng để tưới, phát điện là chính (có phòng lũ);

- Hồ chứa xây dựng để du lịch là chính

1.1.2.3 Phân lo ại theo số liệu thống kê của Cục thủy lợi

a) Phân loại theo cấp công trình:

b) Phân loại theo diện tích lưu vực:

c) Phân loại theo diện tích tưới:

d) Phân loại theo dung tích hồ:

e) Phân loại theo chiều cao đập:

f) Phân loại theo thời gian xây dựng:

Một số hình ảnh về hồ chứa nước ở Việt Nam:

Hình 1.1: Một số hình ảnh về hồ chứa ở Việt Nam

phủ thực vật lưu vực ngày càng nghèo đi do chặt phá rừng

Phần lớn đập sử dụng vật liệu địa phương, đập đất dễ bị tổn thương khi mực nước trước đập vượt thiết kế, khi có sóng đánh mạnh nước tràn qua đỉnh đập gây vỡ đập

Công tác quản lý hồ, đập trên thực tế chủ yếu là khai thác, sử dụng, chưa thực hiện đầy

đủ các nội dung quản lý gồm: sử dụng, duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa, quan trắc các yếu

chưa nề nếp Công tác sửa chữa lớn, đại tu chỉ khi nào hỏng mới tiến hành Công tác quan trắc còn đơn giản Nguồn nhân lực có chuyên môn về công tác quan trắc vừa yếu,

vừa thiếu Quy trình, quy chuẩn, tiêu chuẩn điều chỉnh mọi vấn đề liên quan đến quan

trắc đã có nhưng còn thiếu nhiều Các thiết bị quan trắc hầu hết dùng loại đơn giản

Hiện nay, các hồ đập nhỏ thường giao về cho xã, hợp tác xã quản lý với đội ngũ chuyên môn còn hạn chế

Sự phát triển kinh tế xã hội có những yêu cầu về xây dựng phát triển hồ, đập để phục

vụ cho vấn đề du lịch, cấp nước cho sinh hoạt, cho công nghiệp Hiện nay, ở hạ du đập, mật độ dân cư, hạ tầng cơ sở điện, đường, trường, trạm ngày càng nhiều, vì vậy

nếu xảy ra sự cố hồ, đập thì thiệt hại lớn hơn nhiều so với lúc mới xây dựng hồ, đập

1.1.4 Sự cố đối với các hồ chứa

- S ự cố ở lòng hồ: Do các khối đất sạt lở lớn đổ vào hồ chứa ở vùng gần đập

Hiện tượng này tạo áp lực sóng nước lên công trình do sập lở đột ngột các khối lớn,

sập đổ các đảo có các hang ngầm kastơ gây nước tràn qua đỉnh đập, chỉ nguy hiểm trong thời kỳ hồ chứa giữ ở mực nước cao

- S ự cố đối với đập đất:

+ Lũ tràn qua đỉnh đập: Tính toán thủy văn sai, cửa đập tràn bị kẹt, lũ vượt tần suất thiết kế, không có tràn xả lũ dự phòng, đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế hoặc bị lún trong quá trình hoạt động

+ Sạt mái đập thượng lưu: Do các nguyên nhân sau đây gây ra: Tính sai cấp bão, biện pháp thiết kế gia cố mái không đủ sức chịu đựng sóng do bão gây ra, thi công lớp gia

cố kém chất lượng, đất mái đập thượng lưu đầm nện không chặt

+ Thấm mạnh hoặc sủi nước ở nền đập: Do các nguyên nhân sau đây gây ra: Đánh giá sai tình hình địa chất nền, để sót lớp thấm mạnh không được xử lý; Biện pháp thiết kế

xử lý nền không đảm bảo chất lượng; Chất lượng xử lý nền kém: Khoan phụt không đạt yêu cầu, vệ sinh không sạch lớp bồi tích, thi công chân khay, sân phủ kém dẫn đến

thủng, hỏng thiết bị chống thấm

+ Thấm mạnh hoặc sủi nước ở vai đập, mang công trình: Do các nguyên nhân sau đây gây ra: Thiết kế đập không đề ra biện pháp xử lý hoặc biện pháp xử lý không tốt; Đắp đất ở mang công trình không đảm bảo chất lượng

+ Thấm mạnh hoặc sủi nước trong phạm vi thân đập: Gây ra sự cố này là do: Bản thân đất đắp đập có chất lượng không tốt; Kết quả khảo sát sai với thực tế, cung cấp sai các

chỉ tiêu cơ lý, lực học; Chọn dung trọng khô thiết kế quá thấp, nên đất sau khi đầm vẫn tơi xốp, bở, rời

+ Trượt mái đập: Trượt mái thượng lưu do: Bão lớn sóng to kéo dài, đầu tiên phá hỏng

lớp gia cố, tiếp đó phá khối đất ở phần thượng lưu thân đập, nước hồ rút đột ngột ngoài

dự kiến thiết kế, sức bền của đất đắp đập không đảm bảo, thiết kế chọn tổ hợp tải trọng không phù hợp với thực tế, thiết kế chọn sai sơ đồ tính toán ổn định, chất lượng thi công không đảm bảo yêu cầu thiết kế; địa chất nền đập xấu không được xử lý, do tác động của động đất

- S ự cố đối với tràn tháo lũ:

+ Xói hạ lưu công trình tháo lũ: Nguyên nhân chủ yếu là do: Về thiết kế: tính toán

thủy văn, thủy lực chưa chính xác dẫn đến quy mô công trình tiêu năng chưa đảm bảo

an toàn; Về thi công: không được kiểm soát chặt chẽ, chất lượng vật liệu chưa đạt yêu

cầu, chưa đúng kỹ thuật so với thiết kế ; Về quản lý vận hành: không tuân thủ đúng quy trình vận hành tràn xả lũ, không bảo vệ công trình một cách nghiêm ngặt để người dân và gia súc…xâm phạm đến công trình

+ Phát sinh khí thực: Sau một thời gian làm việc có xuất hiện các hố xâm thực, bong tróc bề mặt vật liệu do lưu tốc lớn Nguyên nhân, do chưa tính toán kiểm tra khí thực, chưa được áp dụng các biện pháp đề phòng khí thực, chất lượng thi công không đảm

bảo yêu cầu như thiết kế

+ Mài mòn lòng dẫn công trình tháo lũ: Với các công trình tháo lũ dưới sâu, khi làm

việc xả lũ nếu dòng chảy có nhiều bùn cát và vật thể rắn thì sẽ xảy ra hiện tượng mài mòn lòng dẫn Nguyên nhân chủ yếu do các sản phẩm thi công để lại

+ Không đủ khả năng tháo như thiết kế: Do chọn các hệ số không chính xác khi thiết

kế, do thi công và quá trình sử dụng làm thay đổi các hệ số co hẹp, hệ số lưu lượng + Nước vượt tường bên: Do sóng, do hàm khí hoặc do thu hẹp sau tràn đột ngột mà khi tính toán thiết kế chưa xét đến Hiện tượng này gây ra xói hai bên tràn

khớp nối không hợp lý, thi công khớp nối không đảm bảo chất lượng

+ Gãy cống: Gãy cống là do các nguyên nhân sau: Đánh giá sai địa chất nền cống, nền

cống bị thoái hoá, nền cống bị rỗng, thiết kế không đủ khả năng chịu lực (thành cống

mỏng, bố trí thép không đủ), thi công bê tông không đảm bảo chất lượng, bê tông thân

cống bị thoái hoá, cống chịu những tải trọng lớn bất thường chưa được đề cập khi thiết

kế

+ Đáy cống bị xói: Đáy cống bị xói do các nguyên nhân sau: Tính toán sai chế độ thủy

lực trong cống; khẩu diện ống thông khí không đủ lớn để khử chân không ở vùng sau

cửa cống, thiết kế không có biện pháp chống xói do dòng chảy trong cống có lưu tốc

lớn, chân không trong cống vượt quá giới hạn cho phép, thi công kém chất lượng, quản

lý vận hành sai quy trình

+ Cống bị dột và mục: Thân cống bị dột, mục là do các nguyên nhân sau: Thiết kế thành cống không đảm bảo khả năng chống thấm, thiết kế không có biện pháp chống

thấm ở thành cống; thi công thân cống và thực hiện biện pháp chống thấm không đảm

bảo, vật liệu bị suy thoái dần theo thời gian

+ Kẹt và gãy cửa van: Cửa van cống có thể bị kẹt, gãy do các nguyên nhân: Thiết kế không đảm bảo chất lượng (tính toán thiết kế sai, dẫn đến lựa chọn biến pháp công

trình sai), gia công, chế tạo, lắp đặt không đảm bảo chất lượng; việc bảo dưỡng cửa không đảm bảo chất lượng, vận hành sai quy trình

+ Thấm dọc thành bên ngoài cống: Thấm dọc thành bên của cống do nguyên nhân sau: Cống thiếu tường răng nối tiếp với thân đập, đất đắp xung quanh cống không đảm bảo yêu cầu chống thấm, chất lượng thi công kém, đất xung quanh cống không được đầm chặt, cống đặt trong hào sâu có vách dốc (khi đặt trong nền đá), không có tầng lọc ở

cuối cống để xử lý hiện tượng xói ngầm dọc theo cống

Bảng 1.1: Thống kê các sự cố thường xảy ra ở hồ chứa

(Nguồn: Tổng cục Thủy lợi - năm 2012)

1.1.5 Hiện trạng hồ chứa trên địa bàn tỉnh Quảng Nam

Tỉnh Quảng Nam tính đến năm 2014 có 73 hồ chứa với tổng dung tích khoảng 500 triệu m3

; diện tích tưới thực tế khoảng 22.000 ha, đạt xấp xỉ 60% so với thiết kế

- Đặc điểm các hồ chứa nước trên địa bàn tỉnh:

Trừ một số hồ lớn như hồ Phú Ninh, hồ Khe Tân, hồ Vĩnh Trinh, hồ Việt An, hồ Thái Xuân,… hầu hết các hồ chứa có quy mô nhỏ, diện tích tưới ít, tập trung ở vùng trung

du, miền núi và được xây dựng trong thời kỳ 1975-1990, được thiết kế trong điều kiện tài liệu cơ bản chưa đầy đủ, việc thi công chủ yếu bằng thủ công;

Cơ sở vật chất, trang thiết bị quản lý, thông tin liên lạc của nhiều hồ chứa còn rất thiếu

Đa số các hồ chứa nhỏ, hệ thống đường quản lý đi lại khó khăn, gây trở ngại cho công tác ứng cứu công trình khi bị sự cố, nhất là trong mùa mưa bão

- Nguyên nhân nh ững tồn tại trên là:

Nguồn kinh phí đầu tư nâng cấp các hồ chứa còn ít;

Công tác duy tu bảo dưỡng công trình còn hạn chế, nhiều hư hỏng chỉ được sửa chữa

chắp vá, tạm thời;

Đối với những công trình do đơn vị của nhà nước quản lý tương đối tốt, đội ngũ công nhân quản lý có trình độ chuyên môn được đào tạo cơ bản Tuy nhiên đối với các công trình do địa phương quản lý, hầu hết số cán bộ quản lý công trình không có nghiệp vụ chuyên môn kỹ thuật thủy lợi, công tác quan trắc, đo đạc, lưu trữ tài liệu, hồ sơ quản lý còn yếu kém dẫn đến công tác theo dõi, đánh giá tình trạng hoạt động của công trình chưa chuẩn xác, thiếu kịp thời;

Công tác bảo vệ công trình chưa được quan tâm đúng mức, việc tuyên truyền vận động

và ý thức bảo vệ công trình thủy lợi của nhân dân còn hạn chế Việc xâm phạm hành lang bảo vệ công trình, đập phá lấy cắp vật tư, đào xẻ kênh lấy nước tùy tiện còn xảy

ra phổ biến;

Những hồ đập xây dựng từ những ngày mới giải phóng có kết cấu công trình dẫn nước

bằng đá xây, đến nay hư hỏng và xuống cấp trầm trọng Hiện trạng có một hồ chứa, đập đất bị lún, chiều cao không còn đúng theo thiết kế ban đầu, các kết cấu xây đúc,

cống áp lực, cửa cống và thiết bị đóng mở bị hư hỏng nghiêm trọng, việc khắc phục

hết sức khó khăn và tốn kém;

Công tác quản lý Nhà nước trong lĩnh vực thủy lợi ở cấp huyện, xã trong còn nhiều bất

cập, nhiều nơi không có cán bộ có trình độ chuyên môn nghiệp vụ thủy lợi

1.2 Tổng quan về an toàn hồ chứa khi có lũ lớn

1.2.1 An toàn hồ chứa

1.2.1.1 Thế nào là an toàn hồ chứa:

Hồ chứa được coi là an toàn, khi nó đảm bảo đầy đủ nhiệm vụ được giao trong trạng thái làm việc ổn định bình thường của cả cụm đầu mối cũng như của từng hạng mục công trình, kể cả khi xảy ra lũ lớn vượt thiết kế

1.2.1.2 Các biểu hiện về mất an toàn hồ chứa:

Các biểu hiện về mất an toàn hồ chứa chủ yếu xảy ra với các hồ chứa hiện nay có các biểu hiện như sau:

- Đập không đủ cao độ để chống lũ, bố trí công trình đầu mối chưa tuân theo các tiêu chuẩn hiện hành, không đảm bảo chắn lũ lớn

- Thấm qua nền, thân đập và vai đập gây xói ngầm hoặc sạt trượt mái hạ lưu, thấm hai bên mang cống lấy nước;

- Thiết bị thoát nước thân đập làm việc không bình thường;

- Có hiện tượng sạt trượt mái thượng lưu, hạ lưu đập, mái đập không được bảo vệ;

- Tràn không đủ khả năng tháo lũ thiết kế và lũ PMF khi hạ du có dân cư đông đúc, cao trình đỉnh tường bên không đảm bảo chiều cao cần thiết để chắn nước;

- Tràn xả lũ và cống lấy nước qua nhiều năm vận hành đã bị xuống cấp, xói mòn, không đủ khả năng điều tiết lũ yêu cầu;

- Công trình bị xâm hại do các tổ mối, hang chuột mà không được phát hiện và xử lý kịp thời, gây ra hư hỏng cho công trình, dẫn đến mất an toàn;

- Phạm vi bảo vệ công trình bị lấn chiếm, đào bới, để người dân chăn thả gia súc làm sạt lở công trình

- Động đất cấp độ mạnh làm mực nước dâng vượt đỉnh đập, rung lắc làm nứt nẻ công trình, đổ vỡ công trình

1.2.1.3 Cách đánh giá an toàn hồ chứa:

Để đánh giá an toàn hồ chứa thì cần phải đưa ra một bộ tiêu chí đánh giá cụ thể cho một công trình hồ chứa nào đó Từ đó kiểm tra, phân tích, đánh giá hồ chứa đó có đảm bảo an toàn theo các tiêu chí đặt ra hay không? Các tiêu chí phải tuân thủ theo các Quy

Các tiêu chí đánh giá bao gồm 2 nhóm: Tiêu chí về kỹ thuật và tiêu chí về quản lý

+ Nhóm tiêu chí kết cấu, ổn định: Ổn định mái đập (mái thượng lưu, mái hạ lưu);

Chuyển vị đứng; Chuyển vị ngang; Ứng suất trong đập; Nứt trong đập; Hư hỏng ở tràn

xả lũ nằm ở vai đập; Hư hỏng của cống ở trong thân đập

Các nhóm tiêu chí ở trên đưa ra các kết quả đánh giá về an toàn đập một cách độc lập theo từng tiêu chí Bằng việc tổ hợp các nhóm tiêu chí, sẽ có kết quả đánh giá chung

về an toàn đập theo các nhóm tiêu chí

- Tiêu chí quản lý:

+ Công tác vận hành đập: Sự tuân thủ của chủ đập trong việc thực hiện quy trình vận hành và khai thác hồ chứa được duyệt; Lập mạng quan trắc khí tượng thủy văn để thu thập số liệu chính xác; Lập sổ nhật ký vận hành đập; Lập và trình duyệt phương án phòng chống bão lũ cho công trình, phương án cứu hộ đập khi xảy ra sự cố; Quản lý vận hành an toàn đập và các công trình phụ trợ theo tiêu chuẩn hiện hành về quy trình vận hành, khai thác và kiểm tra hồ chứa nước, về quản lý an toàn đập

+ Công tác duy tu bảo dưỡng đập: Công tác duy tu bảo dưỡng thường xuyên đập, các công trình phụ trợ, các thiết bị vận hành và thiết bị quan trắc an toàn đập, đảm bảo các

hạng mục công trình và thiết bị luôn ở trạng thái làm việc an toàn Cần chú ý duy tu bảo dưỡng cả những thiết bị, phụ kiện dự trữ, dự phòng; Lập quy trình bảo trì đập và các công trình phụ trợ; Thống kê ghi chép và mô tả đầy đủ tình trạng các hạng mục + Công tác kiểm tra, kiểm định, quan trắc an toàn đập: Kiểm tra, kiểm định đập (cả đập chính, đập phụ) và các công trình xả nước, công trình lấy nước theo chế độ; Quan

trắc an toàn đập theo quy trình vận hành, khai thác và kiểm tra hồ chứa do tư vấn thiết

kế lập; Chỉnh biên, lưu trữ tài liệu kiểm tra, kiểm định, quan trắc

+ Các công trình phục vụ công tác quản lý vận hành: Nhà quản lý; Nhà làm việc, hội trường; Đường quản lý công trình; Phương tiện vật tư, trang thiết bị dự phòng

+ Ngoài ra các tiêu chí đánh giá còn phải dự trên cơ sở đánh giá nhanh sơ bộ hiện trạng công trình bằng quan sát thực tế tại thực địa, nhật ký theo dõi công trình

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn hồ chứa

1.2.2.1 Yếu tố tự nhiên:

Yếu tố tự nhiên gây ra thiên tai khốc liệt ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn của hồ chứa Đó là: dòng chảy lũ đặc biệt lớn, bão to, động đất mạnh, lở núi, sạt mái, hoạt động địa chấn v.v…tạo ra nguy cơ mất an toàn hồ chứa và ảnh hưởng đến tính mạng, tài sản của người dân sống ở hạ du công trình

1.2.2 2 Yếu tố kinh tế xã hội:

Để xây dựng hồ chứa phục vụ lợi ích của con người cần có nguồn kinh phí để thực hiện các bước từ thiết kế đến thi công và duy trì quản lý vận hành một cách đầy đủ và bài bản Kinh tế phát triển thì khoa học kỹ thuật phát triển, nhận thưc con người phát triển theo, từ đó sẽ đầu tư xây dựng hồ chứa theo hướng bền vững hơn, an toàn hơn Cùng với sự phát triển về kinh tế hiện nay thì dân số cũng tăng lên đòi hỏi nhu cầu nguồn nước ngày càng lớn phục vụ phục vụ phát triển các ngành kinh tế của đất nước

Từ thực tế đó đã gia tăng áp lực cấp nước lên các hồ chứa hiện nay, kèm theo là mức

độ an toan hồ chứa phải nâng lên

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 chung

Ngoài ra vấn đề tranh chấp nguồn nước và tiềm ẩn nguy cơ cạnh tranh, chiến tranh từ các nước thù địch có chung lưu vực dòng sông ở thượng nguồn cũng có thể đe dọa vỡ đập ở các hồ chứa thủy điện lớn hiện nay, đe dọa trực tiếp đến tính mạng hàng triệu người dân Việt Nam

1.2.2.3 Yếu tố khảo sát, quy hoạch và thiết kế:

Công tác khảo sát, thiết kế hồ chứa không được tiến hành đầy đủ, bài bản; quyết định chủ trương đầu tư, quy mô đầu tư không đúng; tính toán quy hoạch, thiết kế sai sót không tuân thủ đúng các Quy chuẩn, tiêu chuẩn hiện hành

1.2.2.4 Yếu tố thi công:

Công tác thi công không đúng với 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 đồng nhất; nhật ký thi công, hồ sơ hoàn công làm không chuẩn, không đủ hoặc không bàn giao chi tiết cho quản lý Tất cả các tồn tại đó đã làm giảm chất lượng công trình, làm tăng nguy cơ mất an toàn cho hồ chứa

1.2.2.5 Yếu tố sử dụng và quản lý:

Nhu cầu sử dụng nguồn nước từ các hồ đập hiện nay ngày càng tăng mạnh, trong khi

đó tình trạng khai thác rừng phòng hộ đầu nguồn một cách tận diệt đã làm tăng nguy

cơ gây thiếu nước vào mùa khô, làm cho lũ lên nhanh vào mùa mưa, lũ dồn về tác động trực tiếp vào công trình làm tăng nguy cơ mất an toàn công trình

Công tác quản lý vận hành chưa được chú trọng quan tâm, nhiều hồ chứa không có cán

bộ quản lý, do đó không phát hiện kịp thời các sự cố gây mất an toàn công trình ngay

từ khi mới có biểu hiện ban đầu

Chưa áp dụng khoa học công nghệ vào việc hỗ trợ quản lý vận hành công trình, thiếu các hệ thống quan trắc, theo dõi, cảnh báo sớm

Quá trình theo dõi và duy tu bảo dưỡng thường xuyên không được thực hiện, thiếu nguồn kinh phí cho việc sửa chữa hư hỏng của công trình

1.2.3 An toàn hồ chứa khi có lũ lớn

Khi có lũ lớn thì hồ chứa đối diện với những nguy cơ có thể xảy ra như nước tràn qua mặt đập hoặc lưu lượng thấm hoặc độ ổn định của đập vượt mức cho phép

An toàn hồ chứa là làm sao giải quyết được các nguy cơ kể trên để hồ chứa luôn đảm bảo an toàn khi có lũ lớn vượt thiết kế, kể cả lũ cực hạn PMF

Hiện nay, ở nước ta các hồ chứa vừa và nhỏ chưa được chú trọng đến công tác kiểm tra, đánh giá mức độ an toàn hồ đập hiện tại, do đó đang tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn hồ đập khi xảy ra lũ lớn, đặc biệt đối với lũ PMF Đó là vấn đề còn tồn tại hiện nay mà chưa thể giải quyết triệt để

Hướng nghiên cứu hiện nay trong bối cảnh biến đổi khí hậu có chuyển biến theo chiều hướng cực đoan, khắc nghiệt việc kiểm định, đánh giá an toàn hồ chứa, xác định các nguy cơ tiềm ẩn rủi ro mất an toàn hồ đập khi xảy ra lũ PMF là rất cần thiết, để kịp thời đề xuất các giải pháp xử lý nhằm nâng cao mức độ an toàn cho công trình

1.3 Các kết quả nghiên cứu về nâng cao mức độ an toàn cho hồ đập khi gặp PMF 1.3.1 Tình hình nghiên cứu

Các nước trên thế giới đã ứng dụng mô hình toán để tính toán thủy văn, thủy lực, mô phỏng các bài toán vở đập nhằm đưa ra các giải pháp ứng phó đảm bảo an toàn cho các công trình hồ chứa và khu vực hạ du công trình Một số mô hình phổ biến đang được áp dụng để nghiên cứu tính toán như: Mô hình Tank, Mike Nam, SSARR, HEC-HMS, HEC-RAS, MIKE 11, MIKE 21, MIKE FLOOD Trong đó, mô hình MIKE cung cấp cái nhìn toàn diện hơn về các sự kiện vỡ đập mô phỏng lũ lụt, kết hợp với đồ họa nâng cao của bản đồ ngập lụt giúp hình dung sự lan truyền của sóng lũ theo thời gian

Trong những năm gần đây, nhà nước đã dành sự quan tâm và đang từng bước hoàn thiện đầu tư thích đáng trong việc đảm bảo an toàn hồ chứa nước, phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai, giảm thiểu ngập lụt hạ du các công trình thủy lợi

Theo đánh giá của học viên thì các nghiên cứu trên giải quyết các vấn đề sau:

- Tính toán thủy văn, điều tiết lũ cho công trình

- Đánh giá được mức độ an toàn cụm đầu mối hồ chứa nước và đưa ra giải pháp nâng cao mức độ an toàn cho công trình

- Đánh giá được mức độ ảnh hưởng, an toàn của các công trình hạ du và đề xuất các giải pháp đảm bảo an toàn

1.3.2 Các kết quả nghiên cứu trên thế giới:

Trên thế giới, an toàn hồ chứa là một trong những vấn đề quan trọng bậc nhất trong quá trình xây dựng và khai thác hồ chứa 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, trong đó có tính đến trường hợp lũ kiểm tra PMF

Một số kết quả nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến lũ PMF như sau:

- 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

Ngoài ra các tiểu chuẩn của các nước trên thế giới có hướng dẫn tính lũ thiết kế và kiểm tra là lũ PMF như: Tiêu chuẩn Úc (hướng dẫn Ancold); Tiêu chuẩn USA (hướng dẫn US Army Corps of engineers); Tiêu chuẩn Anh (hướng dẫn ICE 1978)…

1.3.3 Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam

Hiện nay ở Việt Nam việc nghiên cứu giải quyết bài toán đảm bảo an toàn hồ chứa nước thủy lợi trong bối cảnh xảy ra lũ lớn vượt thiết kế do tác động của yếu tố biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang là ưu tiên hàng đầu trong công tác chỉ đạo điều hành

về quản lý thiên tai của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn và Chính phủ

Các kết quả nghiên cứu đã tính đến trường hợp có lũ PMF làm nền tảng cho công tác quy hoạch lũ, nâng cấp đảm bảo an toàn hồ chứa nước để ổn định đời sống và phát triển kinh tế, xã hội của từng địa phương và cả nước

Một số nghiên cứu về an toàn đập đã tính đến lũ PMF được thực hiện như sau:

- Đánh giá các tác động do lũ xảy ra đối với lưu vực sông Hồng, sông Hương do Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam thực hiện;

- Đánh giá các tác động do lũ xảy ra đối với lưu vực sông Srepok do Viện Quy hoạch

Thủy lợi thực hiện;

- Nghiên cứu, đánh giá mô hình vỡ đập Hàm Thuận - Đa Mi đến hạ lưu sông La Ngà

do viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam thực hiện…

- Trường ĐH Thủy lợi: Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thanh Phong: “Nghiên cứu lũ vượt thiết kế và giải pháp đảm bảo an toàn cho hồ 739- Huyện Easup, tỉnh Đăk Lăk”

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Phạm Ngọc Quý – Năm 2015

Ngoài ra, từ nguồn vốn vay của ngân hàng thế giới (VWRAP) với kinh phí 176 triệu USD, Bộ NN&PTNT đã đầu tư sửa chữa bảo đảm an toàn hầu hết các hồ chứa có dung tích trên 10 triệu m3, trong đó có xây dựng tiêu chuẩn thiết kế lũ khẩn cấp do WB khuyến cáo cho dự án hỗ trợ thủy lợi Việt Nam thì tần suất lũ kiểm tra được tính toán theo lũ cực hạn 1/10.000 hoặc lũ PMF Dự án đã thực hiện nâng cao mức độ an toàn đập ở các hồ chứa: Yên Lập, Bến Châu, Cấm Sơn, Kè Gỗ, Kim Sơn, Hà Thượng, Phú Ninh, Đồng Nghệ, Đá Bàn, Dầu Tiếng…

1.3.4 Đánh giá các kết quả nghiên cứu

Theo đánh giá của học viên thì các nghiên cứu trên đã đề cập đến và hướng dẫn giải quyết các vấn đề như sau:

- Hướng dẫn phân tích lựa chọn tần suất lũ thiết kế, kiểm tra là lũ PMF;

- Tính toán thủy văn, điều tiết lũ cho công trình có tính đến trường hợp PMF;

- Đã đánh giá được mức độ an toàn của cụm công trình đầu mối hồ chứa nước;

- Đã phân tích lựa chọn giải pháp hợp lý nhằm nâng cao mức độ an toàn cho công trình khi xảy ra lũ vượt thiết kế, kể cả lũ PMF;

- Đã đánh giá được mức độ ảnh hưởng ngập lụt hạ du hồ chứa, xây dựng được bản đồ ngập lụt;

- Đã đề xuất được các giải pháp nhằm đảm bảo an toàn cho hồ đập và người dân sống

ở hạ du trong vùng ảnh hưởng của hồ chứa

1.4 Kết luận chương I

* Qua tổng hợp và phân tích, tác giả nhận định các nguyên nhân gây mất an toàn các

hồ chứa nước hiện nay, gồm:

- Do chất lượng khảo sát, thiết kế và thi công công trình: Các tiêu chuẩn khảo sát, thiết

kế đã theo tiêu chuẩn trước đây, thiếu tài liệu tính toán, kỹ thuật thi công đập còn hạn chế

- Do công trình xuống cấp: vật liệu sau thời gian làm việc lâu dài bị lão hóa, suy giảm cường độ chịu lực Sau thời gian khai thác vận hành đến nay nhiều hồ bị xuống cấp, tiềm ẩn các nguy cơ mất an toàn

- Do công tác quản lý, khai thác hồ chứa: Hiện nay quản lý, khai thác các hồ chứa nhỏ thường giao cho cấp huyện, xã quản lý với những cán bộ công nhân chưa được đào tạo bài bản, một số thực hiện kiêm nhiệm, buông lỏng quản lý Hầu hết đều thiếu cán bộ chuyên ngành thuỷ lợi, không đủ năng lực về quản lý vận hành bảo đảm an toàn hồ chứa Ngoài ra, các trang thiết bị hỗ trợ quan trắc trong quản lý dẫn đến không phát hiện được và kịp thời xử lý các hư hỏng

- Ảnh hưởng của thiên tai mưa lũ: Do yếu tố biến đổi khí hậu ngày càng có xu hướng cực đoan, lượng mưa tăng, lưu lượng lũ tăng, mực nươc lũ có thể vượt thiết kế

* Để khắc phục các nguyên nhân nêu trên, cần thực hiện các giải pháp sau:

- Để khắc phục chất lượng khảo sát, thiết kế và thi công công trình thì công tác khảo sát, thiết kế, thi công công trình phải theo các Quy chuẩn, tiêu chuẩn hiện hành

- Để khắc phục trình trạng công trình xuống cấp cần tập trung đầu tư sửa chữa, nâng cấp các hồ chứa một cách thích đáng, kể cả các hồ chứa nhỏ

- Để nâng cao công tác quản lý, khai thác hồ chứa qua công tác tuyển dụng, tập huấn cán bộ công nhân khai thác công trình Đầu tư đầy đủ trang thiết bị phục vụ, hỗ trợ cho công tác quản lý các hồ chứa

- Để đảm bảo an toàn đối với các công trình quan trọng cần phải cập nhật mới số liệu mới, tính toán, kiểm tra độ an toàn của hồ chứa theo các tần suất lũ thiết kế, lũ kiểm trra và lũ cực hạn

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN KHI XẢY RA LŨ CỰC HẠN PMF

2.1 Tổng quan chung về khu vực nghiên cứu

2.1.1 Đặc điểm tự nhiên

2.1.1.1 Vị trí địa lý:

Hồ chứa nước Khe Tân thuộc xã Đại Chánh, Huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam, cách

trung tâm thành phố Tam Kỳ 70km về phía Bắc

Khu tưới nằm trong địa phận các xã: Đại Chánh, Đại Thạnh, Đại Thăng, Đại Tân, Đại Phong, Đại Minh và Đại Cường

Toạ độ địa lý tuyến công trình như sau:

cắt theo các lưu vực sông Vu Gia, Thu Bồn, Tam Kỳ có mối quan hệ bền chặt về kinh

tế, xã hội và môi trường sinh thái đa dạng với các hệ sinh thái đồi núi, đồng bằng, ven

biển

Hồ chứa nước Khe Tân nằm trong khu vực dạng thung lũng lòng chảo giữa núi Các dãy núi xung quanh cao, độ dốc lớn

2.1.1.3 Đặc điểm sông suối:

Các suối dẫn từ các sườn núi bao quanh tập trung dẫn về hồ chứa Nước tràn ra từ hồ được chảy dẫn về sông Thu Bồn với hướng chảy Tây Nam - Đông Bắc, sông có độ dốc dọc lớn nên uốn lượn ít Hiện tại Hồ có nước quanh năm phục vụ tốt cho nông, lâm nghiệp và sinh hoạt của nhân dân trong vùng

Căn cứ theo các yếu tố hình thái và nguồn gốc thì địa mạo của vùng khảo sát chủ yếu gồm các bề mặt nghiêng nguồn gốc bóc mòn tổng hợp phân bố rộng rãi trên các sườn núi Trên bề mặt địa hình phát triển các quá trình xâm thực, trượt lở hình thành lớp phủ dày thành phần eluvi-deluvi, dân cư địa phương đang canh tác trên bề mặt này

2.1.1.4 Điều kiện địa chất công trình đầu mối:

a) Điều kiện địa chất công trình Đập chính:

Địa hình, địa mạo: Đập chính đắp chặn ngang qua lòng thung lũng sông, giữ nước cho

hồ Đập có dạng hình thang bề rộng đỉnh 6-7m Hai mái đập có độ dốc 1/2.5 đến 1/2.7, cấu tạo là đập đất Lòng hồ và bề mặt sau đập đa số đều bằng phẳng, hơi dốc khoảng

1ođến 2otheo hướng ra xa đập Lòng suối và hai bờ, hoàn toàn không lộ đá gốc Địa tầng, thạch học: Theo kết quả khoan thăm dò từ trên đỉnh đập xuống cho thấy cấu tạo địa chất khu vực đập được mô tả từ trên xuống như sau:

- Lớp 1: Sét pha cát, màu xám vàng, nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng

Lớp này chính là lớp đắp đập hiện tại, có bề dày biến đổi nhiều từ 7.80m (LK2) đến 26m (LK3) Qua thí nghiệm đổ nước hố khoan trong lớp này cho thấy đất đắp đập cũ

có tính thấm yếu, có hệ số thấm thay đổi từ 0.0089m/ngđ(LK4) đến 0.0479m/ngđ (LK1)

- Lớp 2: Cát hạt bụi, màu xám xanh, lẫn sạn, ổ sét, hữu cơ dạng gỗ mục, trạng thái bão hoà, kết cấu chặt vừa

Lớp này được gặp tại lỗ khoan LK3 tại độ sâu 26.0m, cao độ mặt lớp 0.18m Lớp này

là đất bồi tích cùa dòng sông cổ, bề dày lớp 4.00m

- Lớp 3: Cuội sỏi sạn kẹp cát hạt thô, màu xám ghi , trạng thái bão hoà, kết cấu chặt vừa Lớp này được gặp tại lỗ khoan LK3 tại độ sâu 26.0m, cao độ mặt lớp 3.82m Lớp này là đất bồi tích cùa dòng sông cổ , bề dày lớp 4.00m

- Lớp 4: Sét pha cát, màu xám vàng, nâu đỏ, trạng thái nửa cứng

Lớp này có nguồn gốc sườn, tàn tích từ đá bột kết xen cát kết, phân bố dạng dải trải dọc theo chiều dọc đập Đỉnh lớp của lớp này gần như thể hiện bề mặt đất thiên nhiên trước khi đắp đập Lớp được gặp ở các lỗ khoan LK2 & LK4 với độ sâu gặp là 7.80m(LK2) và 13.0m(LK4) Bề dày lớp ở hai lỗ khoan như sau: 3.70m (LK2) và

7.00m (LK4)

- Lớp 5: Sét pha cát, màu xám vàng, vân trắng, trạng thái nửa cứng

Lớp này có nguồn gốc tàn tích từ đá bột kết xen cát kết, phân bố dạng dải phía đầu tuyến đập Lớp chỉ được gặp ở lỗ khoan LK4 với độ sâu gặp là 20.0m, cao độ đỉnh lớp

là 6.25m, bề dày lớp 8.50m

- Lớp 6a: Sét pha cát, màu xám vàng, nâu đỏ, trạng thái cứng

Lớp này có nguồn gốc tàn tích từ đá bột kết xen cát kết, phân bố dạng dải, chỉ được gặp ở lỗ khoan LK2 với độ sâu gặp là 11.50m, cao độ đỉnh lớp là 14.89m, bề dày lớp 5.50m

- Lớp IB: Đá bột kết xen cát kết, phong hoá vừa, nứt nẻ rất mạnh, dạng dăm cục, tảng, màu đỏ tía, độ cứng cấp 4-5 TCR = 75% - 82 %; RQD = 27 % - 40%

Lớp này nằm sâu so với mặt địa hình ở đoạn đầu tuyến và nằm nông ở đoạn cuối tuyến đập Lớp được gặp ở lỗ khoan LK1, LK2 & LK4 với cao độ mặt lớp thay đổi từ -2.25m (LK4) đến 13.33m (LK1) Chiều sâu khoan lớn nhất vào lớp này 6.70m tại lỗ khoan LK1

b) Điều kiện địa chất công trình Tuyến đập phụ 1:

Địa hình, địa mạo: Đập phụ 1 nằm cách đập chính khoảng 1.50Km địa hình sau đập tương đối bằng phẳng, thấp hơn đỉnh đập trung bình khoảng 2.50m Độ dốc mái đập bên hồ khoảng 1/2.5 Bên sau đập có góc dốc không lớn, nhìn chung hầu như nằm ngang Địa tầng, thạch học: Theo kết quả khoan thăm dò từ trên đỉnh đập xuống cho thấy đá gốc trong khu vực đập nằm nông, địa tầng địa chất khu vực đập được mô tả từ trên xuống như sau:

- Lớp 1a: Sét pha cát, lẫn dăm sạn, màu xám vàng, nâu đỏ, trạng thái dẻo mềm

Lớp này chính là một phần của lớp đắp đập hiện tại, có hệ số rỗng lớn, đã bị bão hoà nước lâu ngày Lớp có tính nén lún trung bình, sức chịu tải thấp Lớp chỉ được gặp tại

lỗ khoan LK6 với bề dày 3.20m Diện phân bố trong khoảng từ Km0+359.5 đến Km0+575.3 Qua thí nghiệm đổ nước hố khoan LK6 trong lớp này cho thấy lớp có tính thấm yếu, hệ số thấm K = 0.0927m/ngđ (LK6)

- Lớp 1b: Sét pha cát màu xám vàng, nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng

Lớp này chính là một phần của lớp đắp đập hiện tại, phân bố dạng dải phía cuối đập Lớp được gặp tại lỗ khoan LK7 với bề dày 2.80m Diện phân bố trong khoảng từ Km0+575.30 đến Km0+ 900.10 Qua thí nghiệm đổ nước hố khoan trong lớp này cho thấy đất có tính thấm yếu, hệ số thấm K= 0.088m/ngđ(LK7)

- Lớp 6a: Sét pha cát, màu xám vàng, nâu đỏ, trạng thái cứng

Lớp này có nguồn gốc tàn tích từ đá bột kết xen cát kết, phân bố dạng dải, phía đầu đập phụ, chỉ được gặp ở lỗ khoan LK5 với bề dày lớp 3.50m Qua thí nghiệm đổ nước

hố khoan trong lớp này cho thấy đất có tính thấm yếu, hệ số thấm K = 0.0013m/ngđ(LK5)

- Lớp IB: Đá bột kết xen cát kết, phong hoá vừa, nứt nẻ rất mạnh, dạng dăm cục, tảng, màu đỏ tía, độ cứng cấp 4-5 TCR = 75% - 85 %; RQD = 32 % - 45%

Lớp này nằm nông so với mặt địa hình, tại độ sâu từ 2.80 đến 3.50m, cao độ mặt lớp thay đổi từ 22.59m (LK5) đến 23.12m(LK7) Chiều sâu khoan lớn nhất vào lớp này 4.30m tại lỗ khoan LK6

c) Điều kiện địa chất công trình Tuyến đập phụ 2:

Địa hình, địa mạo: Đập phụ 2 nằm cách đập chính khoảng 2.70Km địa hình sau đập tương đối bằng phẳng, thấp hơn đỉnh đập trung bình khoảng 1.0m đến 1.50m, nhìn chung địa hình khu vực đập hầu như nằm ngang

Địa tầng, thạch học: Theo kết quả khoan thăm dò từ trên đỉnh đập xuống cho thấy đá gốc trong khu vực đập nằm nông, địa tầng địa chất khu vực đập được mô tả từ trên xuống như sau:

- Lớp 6b: Sét pha cát, màu xám vàng, trạng thái cứng

Lớp này một phần là đất đắp đập, một phần là đất nền có nguồn gốc sườn, tàn tích từ

đá bột kết xen cát kết, phân bố dạng dải, nằm ngang, trải rộng trong khu vực đập, được gặp ở lỗ khoan LK8 với bề dày lớp 3.40m Qua thí nghiệm đổ nước hố khoan trong lớp này cho thấy đất có tính thấm yếu, hệ số thấm K = 0.0035m/ngđ (LK8)

- Lớp IB: Đá bột kết xen cát kết, phong hoá vừa, nứt nẻ rất mạnh, dạng dăm cục, tảng, màu đỏ tía, độ cứng cấp 4-5 TCR = 85 %; RQD = 30%

Lớp này nằm nông so với mặt địa hình, gặp ở lỗ khoan LK8 tại độ sâu từ 3.40m, cao

độ mặt lớp 20.98m Chiều sâu khoan lớn nhất vào lớp này là 1.60m (LK8)

2.1.2 Khí tượng thủy văn

2.1.2.1 Tình hình lưới trạm quan trắc

Trên địa bàn tỉnh Quảng Nam có các trạm khí tượng, thủy văn như sau:

Tại khu vực hồ chứa nước Khe Tân không có trạm đo khí tượng thủy văn nên chúng tôi sử dụng số liệu quan trắc của các trạm lân cận sau:

- Trạm đo mưa Vĩnh Trinh (Tọa độ 15o48’ vĩ độ Bắc, 108o10’ kinh độ Đông) dùng để vận hành điều tiết hồ chứa nước Vĩnh Trinh, số liệu đủ tin cậy, đo từ năm 1980 đến nay

- Trạm thủy văn Thành Mỹ: (Tọa độ 15o46’ vĩ độ Bắc, 107o50’ kinh độ Đông), cách

- Trạm thủy văn Nông Sơn: (Tọa độ 15o42’ vĩ độ Bắc, 108o02’ kinh độ Đông), cách lưu vực 8km về phía Tây Nam thuộc lưu vực sông Thu Bồn có tài liệu đo mưa, độ đục, mực nước và lưu lượng từ 1977 đến nay

Hình 2.2: Bản đồ hệ thống lưới trạm Khí tượng thủy văn tỉnh Quảng Nam

vùng núi cao bị che khuất, do đó mức độ ẩm ướt có xu thế cao hơn Các số liệu quan trắc cho thấy độ ẩm lớn nhất trong các tháng X -XII, độ ẩm nhỏ nhất vào tháng IV - VII

c Số giờ nắng

- Trung bình nhiều năm : 2270 giờ

- Trung bình mỗi ngày : 6,22 giờ;

Bảng 2.1: Phân bố số giờ nắng trung bình mỗi ngày trong tháng

số lớn vuông góc với thân đập tạo nên chiều cao sóng leo và áp lực lớn ảnh hưởng đến

ổn định đập chính Kết quả tính toán về gió thực đo trong bảng :

Bảng 2.2: Tần suất xuất hiện gió theo 8 hướng

e Mưa

Mùa mưa trên lưu vực sông Vu Gia -Thu Bồn từ tháng V đến tháng XII Trong mùa mưa có 3 tháng mưa chính từ tháng IX-tháng XI, lượng mưa trong ba tháng này chiếm hơn 50% lượng mưa toàn năm, đỉnh mưa lớn nhất xuất hiện vào tháng X hoặc tháng

XI

Một số đặc trưng lượng mưa tháng, năm và lượng mưa ngày lớn nhất của một số trạm đại biểu trong và ngoài lưu vực nghiên cứu như sau:

Bảng 2.4: Lượng mưa trung bình tháng, năm (mm)

Ghi chú:X nam - lượng mưa năm, ngay

Xmax - lượng mưa ngày max, nam

Xmax - lượng mưa max năm Dựa trên bản đồ đường đẳng trị lượng mưa (mm), khu vực dự án thay đổi trong

khoảng 2000 - 2800mm; nên đặc trưng lượng mưa trung bình năm khu vực Khe Tân được lấy là trung bình 3 trạm gần nhất (Thành Mỹ, Nông Sơn và Vĩnh Trinh)

3

4,23682

,29193

,22633

++

=+

+

VT o TM o KT o

X X

Bảng 2.5: Lượng bốc hơi trung bình tháng của các trạm (mm)

Tháng Đà Nẵng Nam Đông Trà My Tỉ lệ phân phối (%)

XI 63,4 32,7 28,7 5,0

Bảng 2.6: Phân phối tổn thất bốc hơi trong năm tại hồ Khe Tân

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

∆Z(mm) 27,3 28,7 39,4 46,2 48,9 50,7 53,8 48,4 34,1 27,3 22,4 21,1 448,5

2.1.2.4 Các đặc trưng thủy văn

Đối với hồ chứa nước, các đặc trưng thủy văn cần xác định bao gồm: Dòng chảy chuẩn, (bình quân nhiều năm), dòng chảy năm và phân phối dòng chảy năm; Dòng chảy lũ Do tài liệu đo đạc thủy văn trong lưu vực không có vì vậy ta xác định gián tiếp từ mưa, công thức kinh nghiệm, tài liệu tham khảo về thủy văn lân cận trong khu vực Quảng Nam

9,1645

Q

e) Hệ số biến sai C v và hệ số thiên lệch C s

Vẽ đường tần suất lưu lượng trung bình năm trạm Nông Sơn có C s = 3×C v Tham số

Cv được tính trực tiếp từ mưa của trạm thủy văn Nông Sơn