Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương ở Việt Nam LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn “Nghiên cứu ổn định đập vật liệu địa phương trong đầu mối thủy điện tích năng” học viên đã nhận được[.]
LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn “Nghiên cứu ổn định đập vật liệu địa phương đầu mối thủy điện tích năng” học viên nhận giúp đỡ thầy, cô giáo trường Đại Học Thủy Lợi, đặc biệt hướng dẫn trực tiếp GS-TS Nguyễn Chiến Đến hoàn thành luận văn thạc sỹ theo kế hoạch đề Mong muốn học viên góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu đánh giá ổn định loại đập vật liệu địa phương đóng vai trị đầu mối thủy điện tích Tuy nhiên hiểu biết thân thời gian thực luận văn có hạn nên nội dung luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp, bảo thầy, cô để nâng cao hiểu biết có điều kiện phát triển thêm nội dung nghiên cứu luận văn sau Học viên xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến GS-TS Nguyễn Chiến, người trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình, cung cấp kiến thức khoa học cho suốt thời gian qua Qua gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, cô giáo môn Thủy cơng, Khoa cơng trình, Phịng đào tạo Đại học Sau đại học trường Đại học Thủy Lợi giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Thạc sĩ Hà Nội, ngày…….tháng…… năm 2015 Học viên Nguyễn Đăng Thìn LỜI CAM ĐOAN Tơi Nguyễn Đăng Thìn, học viên cao học lớp 20C21 - Trường Đại học Thủy lợi Tôi tác giả luận văn này, xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các nội dung kết nghiên cứu trung thực, chưa công bố công trình khác Tác giả Nguyễn Đăng Thìn MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Phạm vi nghiên cứu đề tài Cách tiếp cận nghiên cứu Nội dung Luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI TRONG THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Tình hình phát triển thủy điện tích giới 1.1.3 Đặc điểm chức thủy điện tích 1.2 CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG 10 1.2.1 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương Việt Nam 10 1.2.2 Đặc điểm cơng trình thủy điện tích 12 1.2.3 Đặc điểm cơng trình đầu mối 12 1.3 SỰ LÀM VIỆC CỦA CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG 13 1.3.1 Ảnh hưởng bão 13 1.3.2 Ảnh hưởng lũ 14 1.3.3 Ảnh hưởng trượt lở đất 14 1.3.4 Ảnh hưởng trình khai thác 15 1.4 GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU 16 CHƯƠNG 18 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THẤM VÀ ỔN ĐỊNH ĐẬP VLĐP 18 KHI MỰC NƯỚC THAY ĐỔI NHANH 18 2.1 CHẾ ĐỘ THẤM TRONG ĐẬP 18 2.1.1 Thấm ổn định không ổn định 18 2.1.2 Tác hại dịng thấm khơng ổn định 19 2.2 CƠ SỞ GIẢI BÀI TỐN THẤM KHƠNG ỔN ĐỊNH Ở ĐẬP 21 2.2.1 Các phương pháp nghiên cứu thấm không ổn định 21 2.2.2 Cơ sở lý thuyết phương trình vi phân thấm không ổn định 26 2.2.3 Phương trình vi phân dịng thấm khơng ổn định cho đất bão hịa 27 2.2.4 Giải toán thấm theo phương pháp phần tử hữu hạn 30 2.3 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP KHI XÉT ĐẾN THẤM KHÔNG ỔN ĐỊNH 31 2.3.1 Các trạng thái nguy hiểm 31 2.3.2 Phương pháp tính tốn 33 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 33 CHƯƠNG 35 NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐẬP VLĐP TRONG ĐẦU MỐI THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG 35 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 35 3.1.1 Sơ đồ TTĐ tích thường 35 3.1.2 Các thời đoạn tính tốn 35 3.1.3 Tổ hợp tính tốn tính ổn định hồ tích 36 3.2 ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP ĐÁ ĐỔ CÓ LÕI ĐẤT TRONG ĐẦU MỐI THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG 37 3.2.1 Tài liệu để tính toán 37 3.2.2 Mặt cắt tính tốn 38 3.2.3 Sơ đồ tính tốn 38 3.2.4 Kết tính tốn 39 3.2.5 Phân tích kết 42 3.3 ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP ĐẤT TRONG ĐẦU MỐI THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG 45 3.3.1 Tài liệu để tính tốn 45 3.3.2 Mặt cắt tính tốn 46 3.3.3 Sơ đồ tính tốn 46 3.3.4 Kết tính tốn 47 3.3.5 Phân tích kết 50 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 53 CHƯƠNG 54 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHO ĐẬP PHỤ HỒ SÔNG CÁI 54 HỆ THỐNG THỦY LỢI TÂN MỸ - NINH THUẬN 54 4.1 GIỚI THIỆU CƠNG TRÌNH 54 4.1.1 Hệ thống thủy lợi Tân Mỹ 54 4.1.2 Đập phụ đầu mối hồ Sông Cái 55 4.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ĐẬP PHỤ - ĐẦU MỐI HỒ SƠNG CÁI 55 4.2.1 Các thơng số 55 4.2.2 Mặt cắt tính tốn 57 4.2.3 Tiêu chuẩn tính tốn 57 4.3 NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP PHỤ HỒ SÔNG CÁI TRONG ĐẦU MỐI THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG 58 4.3.1 Kết tính toán 58 4.3.2 Phân tích kết 62 4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 63 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 65 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯƠC CỦA LUẬN VĂN 65 HƯỚNG TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU 66 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ cơng trình tuyến lượng TTĐ tích 06 Hình 1.2: Tồn cảnh TTĐ tích Goldisthal (Đức) .07 Hình 1.3: Ảnh hưởng thiên tai tới đập vật liệu địa phương 15 Hình 2-1: Áp lực nước kẽ rỗng thân đập dòng thấm ổn định 18 Hình 2-2: Áp lực nước kẽ rỗng thân đập mực nước thượng lưu rút nhanh 19 Hình 2-3: Xác minh thực nghiệm Định luật thấm Darcy cho dịng thấm nước qua đất khơng bão hịa (theo Chids Collis−Goerge) 27 Hình 2-4: Dòng thấm qua phân tố đất 27 Hình 2-5: Áp lực nước lỗ rỗng thân đập mực nước rút nhanh 32 Hình 3-1: Mặt cắt tính toán 38 Hình 3-2: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=0h) 39 Hình 3-3: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=10.5h) 40 Hình 3-4: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=0h) 40 Hình 3-5: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=10.5h) 41 Hình 3-6: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=0h) 41 Hình 3-7: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=10.5h) 42 Hình 3-8: Diễn biến hệ số an toàn ổn định mái TL nước rút (Hđ=40m) 43 Hình 3-9: Diễn biến hệ số an toàn ổn định mái TL nước rút (Hđ=55m) 43 Hình 3-10: Diễn biến hệ số an toàn ổn định mái TL nước rút (Hđ=70m) 44 Hình 3-11: Diễn biến hệ số an tồn ổn định mái TL nước rút chiều cao đập …………………………………………………………………………………… 44 Hình 3-12: Quan hệ chiều cao đập (Hđ) hệ số ổn định nhỏ (Kmin) 45 Hình 3-13: Mặt cắt tính tốn .46 Hình 3-14: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=0h) 47 Hình 3-15: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=10.5h) 48 Hình 3-16: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=0h) 48 Hình 3-17: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=10.5h) 49 Hình 3-18: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=0h) 49 Hình 3-19: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=10.5h) 50 Hình 3-20: Diễn biến hệ số an toàn ổn định mái TL nước rút (Hđ=40m) 50 Hình 3-21: Diễn biến hệ số an tồn ổn định mái TL nước rút (Hđ=55m) 51 Hình 3-22: Diễn biến hệ số an tồn ổn định mái TL nước rút (Hđ=70m) 51 Hình 3-23: Quan hệ chiều cao đập (Hđ) hệ số ổn định nhỏ (Kmin) 52 Hình 4-1: Đường quan hệ lòng hồ Z~W 57 Hình 4-2: Mặt cắt tính tốn đập phụ số 2- hồ đầu mối Sông Cái .57 Hình 4-3: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu thời điểm bắt đầu rút nước (t=0h) 58 Hình 4-4: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu thời điểm bắt đầu rút nước (t=10.5h) 59 Hình 4-5: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu thời điểm bắt đầu rút nước (t=0h) 60 Hình 4-6: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu thời điểm bắt đầu rút nước (t=10.5h) 60 Hình 4-7: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu thời điểm bắt đầu rút nước (t=0h) 61 Hình 4-8: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu thời điểm bắt đầu rút nước (t=10.5h) 62 Hình 4-9: Quan hệ mực mực nước ban đầu hệ số ổn định nhỏ 63 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Thống kê TTĐ tích lớn giới 05 Bảng 1-2: Công suất nguồn điện định hướng đến năm 2020 09 Bảng 1-3 Công suất nguồn điện định hướng đến năm 2030 10 Bảng 1-4 Tổng hợp số lượng hồ chứa nước (đến năm 2002) 11 Bảng 2-1: So sánh tương tự thơng số dịng thấm dịng điện 24 Bảng 3-1: Hệ số an toàn nhỏ hạng mục cơng trình 37 Bảng 3-2: Các kích thước đập đá 37 Bảng 3-3: Các tiêu lý vật liệu đắp đập đá 38 Bảng 3-4: Các tiêu lý vật liệu đắp đập đất 45 Bảng 3-5: Các kích thước đập đất 46 Bảng 4-1: Các kích thước đập phụ số 55 Bảng 4-2: Các mực nước dùng tính tốn 56 Bảng 4-3: Quan hệ lịng hồ đầu mối Sơng Cái 56 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Theo quy hoạch điện VII phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến triển vọng 2030, nhu cầu dùng điện nước ta lớn Cân phát triển nguồn điện cho thấy thiếu hụt điện tương lai nguồn lượng bị cạn kiệt Trong quy hoạch phát triển nguồn điện Việt Nam, để đáp ứng nhu cầu phát triển nguồn điện tương ứng với phát triển kinh tế, dự kiến phát triển thêm nhiều nguồn lượng mới, có xây dựng nhà máy thủy điện tích năng, xem phương án thay có tính kinh tế tốt để đáp ứng nhu cầu cấp điện Trong đó, việc sử dụng hình thức đập vật liệu địa phương làm đầu mối tạo hồ chứa cho cơng trình thủy điện tích trở nên phổ biến chắn lựa chọn số cho đầu mối loại cơng trình thủy điện khai thác theo hình thức này, đặc biệt đập đá đổ Một vấn đề đặt với đặc điểm vận hành thủy điện tích năng, đập vật liệu địa phương đóng vai trị đầu mối chịu ảnh hưởng mực nước thượng lưu thay đổi nhanh liên tục theo chu kỳ ngày đêm Vấn đề có ý nghĩa việc đánh giá an toàn - ổn định đập Chính từ điều kiện này, đề tài sâu nghiên cứu diễn biến dịng thấm khơng ổn định thân đập để đánh giá ổn định thấm, ổn định mái đập, ổn định tổng thể đập vật liệu địa phương đóng vai trị đầu mối thủy điện tích Từ có đánh giá an toàn đập, đề xuất biện pháp xử lý, kiến nghị cho cơng trình tương lai Mục tiêu đề tài Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng chế độ mực nước thượng lưu thay đổi đầu mối thủy điện tích đến an toàn ổn định đập vật liệu địa phương Đưa kiến nghị biện pháp xử lý để nâng cao an toàn đập vật liệu địa phương, việc lựa chọn loại đập vật liệu địa phương phù hợp cho đầu mối thủy điện tích Phạm vi nghiên cứu đề tài Phạm vi nghiên cứu đập vật liệu địa phương (đập đất, đập đá) đầu mối thủy điện tích Cách tiếp cận nghiên cứu - Thu thập, nghiên cứu tài liệu công trình thực tế: tiêu lý vật liệu đất, hình dạng kích thước, chiều cao cột nước thượng lưu, địa chất nền, thuỷ văn… - Tiếp cận với lý thuyết phần tử hữu hạn để phân tích giải toán thấm ổn định - Ứng dụng phần mềm: Geo-Slope version 7, tính tốn áp thấm ổn định mái đập - Áp dụng cho cơng trình thực tế, phân tích, đánh giá kết Nội dung Luận văn Mở đầu Chương Tổng quan thủy điện tích làm việc cơng trình đầu mối thủy điện tích Chương Cơ sở lý thuyết tính tốn thấm ổn định đập vật liệu địa phương mực nước thượng lưu thay đổi nhanh Chương Nghiên cứu ổn định đập đất, đá đầu mối thủy điện tích Chương Nghiên cứu áp dụng cho đập phụ hồ Sông Cái – hệ thống thủy lợi Tân Mỹ Kết luận kiến nghị PL- H52: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=7.5h) PL- H53: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=8.5h) PL- H54: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=9.5h) PL- H55: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=10.5h) Sơ đồ 3: Tính tốn cho đập có chiều cao H=70m Diễn biến mực nước hồ rút từ cao trình +65.00 đến cao trình +48.00 (tức 17m) cao điểm đầu (9h30 – 11h30) Sau rút từ cao trình +48.00 đến cao trình +15.00 (tức 33m) cao điểm sau ngày (17h00 – 20h00) Khoảng thời gian thời điểm (5,5h) mực nước không rút PL- H56: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=0h) PL- H57: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=1h) PL- H58: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=2h) PL- H59: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=3.1h) PL- H60: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=4.2h) PL- H61: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=5.3h) PL- H62: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=6.4h) PL- H63: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=7.5h) PL- H64: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=8.5h) PL- H65: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=9.5h) PL- H66: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu (t=10.5h) KẾT QUẢ TÍNH TỐN ĐẬP PHỤ SỐ – HỒ SƠNG CÁI Sơ đồ 1: Mực nước cao Diễn biến mực nước hồ rút từ cao trình MNDBT +192.80 đến cao trình +191.71 (1.09m) trong hai thời đoạn phát điện cao cao điểm ngày (9h30 – 11h30) (17h00 – 20h00) Khoảng thời gian thời điểm (5,5h) mực nước không rút PL- H67: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu thời điểm bắt đầu rút nước (t=0h) PL- H68: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu cuối thời đoạn rút nước thứ (t=2h) PL- H69: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu cuối thời đoạn lần rút nước (t=7.5h) PL- H70: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu cuối thời đoạn rút nước thứ hai (t=10.5h) Sơ đồ 2: Mực nước trung bình Diễn biến mực nước hồ rút từ cao trình +182.78 đến cao trình +181.45 (1.33m) trong hai thời đoạn phát điện cao cao điểm ngày (9h30 – 11h30) (17h00 – 20h00) Khoảng thời gian thời điểm (5,5h) mực nước không rút PL- H71: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu thời điểm bắt đầu rút nước (t=0h) PL- H72: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu cuối thời đoạn rút nước thứ (t=2h) PL- H73: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu cuối thời đoạn lần rút nước (t=7.5h) PL- H74: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu cuối thời đoạn rút nước thứ hai (t=10.5h) Sơ đồ 3: Mực nước thấp Diễn biến mực nước hồ rút từ cao trình +165.40 đến cao trình +161.60 (3.80m) trong hai thời đoạn phát điện cao cao điểm ngày (9h30 – 11h30) (17h00 – 20h00) Khoảng thời gian thời điểm (5,5h) mực nước không rút PL- H75: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu thời điểm bắt đầu rút nước (t=0h) PL- H76: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu cuối thời đoạn rút nước thứ (t=2h) PL- H77: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu cuối thời đoạn lần rút nước (t=7.5h) PL- H78: Sơ đồ kết tính ổn định mái thượng lưu cuối thời đoạn rút nước thứ hai (t=10.5h)