Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội 1 Luận văn thạc sỹ LỜI CẢM ƠN Luận văn “Đánh giá ổn định đập Định Bình khi gặp lũ cực hạn và giải pháp đảm bảo an toàn khi công trình gặp sự cố” được hoàn thành với sự giúp đỡ[.]
LỜI CẢM ƠN Luận văn “Đánh giá ổn định đập Định Bình gặp lũ cực hạn giải pháp đảm bảo an tồn cơng trình gặp cố” hồn thành với giúp đỡ nhiệt tình Thầy, Cơ, quan, bạn bè gia đình Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:Thầy giáo hướng dẫn 1: GS.TS Phạm Ngọc Quý Thầy giáo hướng dẫn 2: TS Nguyễn Mai Đăng tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo Phòng đào tạo đại học Sau đại học, khoa Cơng trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi tận tình giảng dạy giúp đỡ tác giả suốt trình học tập, trình thực luận văn Để hoàn thành luận văn, tác giả cịn cổ vũ, động viên khích lệ giúp đỡ nhiều mặt gia đình bạn bè Hà Nội, ngày 19 tháng 08 năm 2013 Tác giả luận văn Lê Nguyên Trung LỜI CAM KẾT Tên là: Lê Nguyên Trung Học viên lớp: 19C12 Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học Tác giả Lê Nguyên Trung MỤC LỤC MỞ ĐẦU T T TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI T T MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI T T 3 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU T T KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC T T CHƯƠNG TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN ĐẬP T T 1.1 Khái quát đập hồ chứa T T 1.1.1 Khái quát đập T T 1.1.2 Khái quát hồ chứa T T 1.2 Lũ cực hạn cố cơng trình T T 1.2.1 Khái quát lũ cực hạn T T 1.2.2 Khái quát cố cơng trình T T 1.2.3 Tổng quan việc sử dụng lũ cực hạn để đánh giá ổn định đập T T 1.3 Tổng quan ổn định an toàn đập giới Việt Nam 10 T T 1.3.1 Tổng quan ổn định an toàn đập Việt Nam 10 T T 1.3.2 Tổng quan ổn định an toàn đập giới 13 T T CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐỊNH BÌNH KHI T GẶP LŨ CỰC HẠN 21 T 2.1 Tổng quan hồ Định Bình 21 T T 2.2 Tính tốn lũ cực hạn đến đập Định Bình 24 T T 2.2.1 Các liệu đầu vào 25 T T 2.2.2 Kết tính tốn 28 T T 2.3 Tính tốn điều tiết lũ qua cơng trình 31 T T 2.3.1 Cơ sở lý thuyết 31 T T 2.3.2 Xây dựng phần mềm tính toán điều tiết lũ với mực nước vượt đỉnh T đập chắn 32 T 2.3.3 Kết tính tốn 38 T T 2.4 Đánh giá ổn định đập Định Bình 41 T T 2.4.1 Mặt cắt trường hợp tính tốn 41 T T 2.4.2 Các tài liệu cơng trình 43 T T 2.4.3 Trình tự kết tính tốn 44 T T 2.4.4 Phân tích đánh giá kết tính tốn ổn định 55 T T 2.5 Phân tích đánh giá kết 56 T T CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN T TỒN ĐẬP ĐỊNH BÌNH 58 T 3.1 Đánh giá ngập lụt cơng trình gặp cố 58 T T 3.1.1 Đánh giá ngập lụt sau tuyến đập 58 T T 3.1.2 Đánh giá ngập lụt hạ du đập Định Bình bị vỡ 60 T T 3.2 Nghiên cứu tính tốn đề xuất giải pháp đảm bảo an toàn đập 65 T T 3.2.1 Giải pháp cơng trình 65 T T 3.2.2 Giải pháp phi cơng trình 85 T T 3.3 Phân tích đánh giá kết 86 T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 T T Kết luận 87 T T Kiến nghị 88 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 T T DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các loại đập đất T T Hình 1.2 Đập đất đá T T Hình 1.3 Đập bê tơng bê tông cốt thép T T Hình 1.4 Các đặc trưng hình thái kho nước[7] T T Hình 1.5 Một số vẽ cố lần đập Suối Trầu [6] 12 T T Hình 1.6 Một số vẽ cố đập Suối Hành [6] 13 T T Hình 1.7 Sơ đồ tính ổn định với mặt trượt phẳng[16] 14 T T Hình 1.8 Sơ đồ tính ổn định dạng mặt trượt gãy phức hợp[16] 15 T T Hình 1.9 Vị trí hợp lực trường hợp tính ổn định lật[16] 16 T T Hình 1.10 Phân bố đập lớn giới (tính đến năm 2000) [22] 17 T T Hình 1.11 Tỷ lệ loại đập xây dựng giới [25] 17 T T Hình 1.12 Đập Francis hoàn thành 18 T T Hình 1.13 Đập Francis sau bị vỡ 18 T T Hình 1.14 Đập Malpasset hồn thành 20 T T Hình 1.15 Đập Malpasset sau bị vỡ 20 T T Hình 1.16 Đập Teton bị vỡ 20 T T Hình 2.1 Mặt tổng thể đập Định Bình 22 T T Hình 2.2 Vị trí trạm khí tượng thủy văn lưu vực sông Côn[5] 26 T T Hình 2.3 Phân phối mưa điển hình trạm Quy Nhơn 27 T T Hình 2.4 Phân phối mưa PMP hồ Định Bình 28 T T Hình 2.5 Đường trình lũ PMF đến đập Định Bình 30 T T Hình 2.6 Sơ đồ khối tính tốn điều tiết lũ theo phương pháp lặp 34 T T Hình 2.7 Giao diện phần mềm 35 T T Hình 2.8 Giao diện nhập liệu thủy văn hồ chứa 36 T T Hình 2.9 Giao diện nhập liệu cơng trình 37 T T Hình 2.10 Giao diện kết tính tốn điều tiết lũ chương trình 38 T T Hình 2.11 Đường quan hệ Z~V hồ Định Bình 39 T T Hình 2.12 Đường quan hệ Q~Zhạ lưu đập Định Bình 39 T T Hình 2.13 Quan hệ Z hồ ~Q đập Định Bình(Phần đỉnh đập không tràn) 40 T R R T Hình 2.14 Kết tính tốn điều tiết lũ PMF hồ Định Bình 41 T T Hình 2.15 Mặt cắt tính tốn ổn định đập tràn Định Bình 42 T T Hình 2.16 Mặt cắt tính tốn ổn định đập dâng chắn Định Bình 43 T T Hình 2.17 Sơ đồ tính tốn lực cho mặt cắt đập dâng chắn TH1 45 T T Hình 2.18 Sơ đồ tính tốn lực cho mặt cắt đập tràn TH1 50 T T Hình 2.19 Sơ đồ tính tốn lực cho mặt cắt đập dâng chắn TH2 52 T T Hình 2.20 Sơ đồ tính tốn lực cho mặt cắt đập tràn TH2 54 T T Hình 3.1 Nhà máy thủy điện Định Bình nhìn từ hạ lưu 58 T T Hình 3.2 Mặt khu vực cống xả sâu nhà máy thủy điện Định Bình 59 T T Hình 3.3 Khu vực đất đắp hạ lưu đập Định Bình mặt cắt 18 60 T T Hình 3.4: Minh họa vết vỡ tuyến đập hồ Định Bình 61 T T Hình 3.5 Mực nước Hồ Định Bình sơng Cơn trước bắt đầu vỡ đập 62 T T Hình 3.6 Mực nước hồ Định Bình sơng Cơn sau đập vỡ hết 62 T T Hình 3.7 Bản đồ ngập lụt lớn vỡ đập Định Bình lũ PMF 64 T T Hình 3.8 Gia cố mái đất đắp hạ lưu đập Định Bình (mặt cắt 18) 65 T T Hình 3.9 Mặt cắt ngang mái gia cố mặt cắt 18 66 T T Hình 3.10 Kết tính tốn điều tiết lũ hồ có tràn cố PA1 67 T T Hình 3.11 Mặt tổng thể đập Định Bình có bố trí đập tràn cố PA1 69 T T Hình 3.12 Mặt đập tràn cố PA1 70 T T Hình 3.13 Mặt cắt dọc tim tràn cố PA1 71 T T Hình 3.14 Mặt cắt II-II đập tràn cố PA1 72 T T Hình 3.15 Kết tính tốn điều tiết lũ hồ có tràn cố PA2 73 T T Hình 3.16 Mặt tổng thể đập Định Bình có bố trí đập tràn cố PA2 74 T T Hình 3.17 Sơ đồ tính tốn hố xói sau máng phun dốc nước 82 T T Hình 3.18 Mặt tràn cố PA2 83 T T Hình 3.19 Mặt cắt dọc tim tràn dốc nước đập tràn cố PA2 84 T T Hình 3.20 Mặt cắt 1-1 đập tràn cố PA2 84 T T Hình 3.21 Mặt cắt 2-2 đập tràn cố PA2 84 T T DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng hợp loại cố cơng trình hồ chứa nước[9] T T Bảng 1.2 Tiêu chuẩn lũ thiết kế theo hội đập lớn giới (ICOLD)[1] T T Bảng 2.1 Danh sách trạm khí tượng thủy văn lưu vực sơng Côn 25 T T Bảng 2.2 Lượng mưa ngày lớn trạm Vĩnh Kim 27 T T Bảng 2.3 Phân phối mưa PMP khu vực hồ chứa Định Bình 28 T T Bảng 2.4 Đường trình lũ PMF đến đập Định Bình 29 T T Bảng 2.5 Kết tính tốn lũ PMF số cơng trình thủy điện 30 T T Bảng 2.6 Kết tính tốn ổn định cho mặt cắt đập dâng – trường hợp 49 T T Bảng 2.7 Kết tính tốn ổn định cho mặt cắt đập tràn – trường hợp 51 T T Bảng 2.8 Kết tính tốn ổn định cho mặt cắt đập dâng – trường hợp 53 T T Bảng 2.9 Kết tính tốn ổn định cho mặt cắt đập tràn – trường hợp 55 T T Bảng 2.10 Tổng hợp kết tính tốn ổn định cho đập Định Bình 55 T T Bảng 3.1 Diện tích ngập độ sâu ngập vỡ đập Định Bình lũ PMF 64 T T Bảng 3.2 Kết tính tốn đường mặt nước dốc nước đập tràn cố T PA2 77 T Bảng 3.3 Kết kiểm tra khả khí hóa dốc nước đập tràn cố T PA2 79 T MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hiện ngành công nghiệp giới phát triển nhanh, kèm theo hoạt động tạo khí nhà kính khai thác mức thành phần hấp thụ khí nhà kính như: rừng, hệ sinh thái biển làm biến đổi khí hậu trái đất Sự biến đổi làm thiên tai bất thường xẩy nhiều nơi trái đất Nếu biến đổi khí hậu khơng kiểm sốt khả thiên tai bất thường xẩy nhiều Trong thiên tai có xuất dịng chảy vượt lũ thiết kế lũ kiểm tra, việc nghiên cứu tính tốn ổn định đập gặp lũ cực hạn, xây dựng đồ ngập lụt cơng trình gặp cố đề xuất giải pháp ứng phó cần thiết MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Đánh giá tổng quan ổn định an tồn đập - Nghiên cứu tính tốn ổn định đập Định Bình gặp lũ cực hạn - Nghiên cứu đề xuất giải pháp đảm bảo an toàn đập CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Cách tiếp cận: thu thập, tổng hợp, phân tích đánh giá tài liệu thực tế cố cơng trình, tính tốn ổn định đập, dự kiến kịch vỡ đập xẩy ra, xây dựng đồ ngập lụt hạ du đề xuất giải pháp ứng phó - Phương pháp nghiên cứu: phương pháp thống kê, phương pháp kế thừa, phương pháp chuyên gia, phương pháp mơ phỏng, mơ hình tốn KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC Trên sở cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu đề ra, tác giả dự kiến luận văn đạt số kết sau: - Tính tốn ổn định đập Định Bình gặp lũ cực hạn - Đề xuất giải pháp đảm bảo an toàn đập CHƯƠNG TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN ĐẬP 1.1 Khái quát đập hồ chứa 1.1.1 Khái quát đập Đập cơng trình chắn ngang sơng, làm dâng cao mực nước phía trước tạo thành hồ chứa Vật liệu làm đập bê tông, bê tông cốt thép, gỗ, đá, đất gọi tên theo vật liệu làm đập đập bê tông, đập bê tông cốt thép, đập gỗ, đập đá, đập đất Loại đập dùng rộng rãi đập vật liệu chỗ đập bê tông a Đập đất Đập đất xây dựng loại đất Tùy thuộc vào việc sử dụng hay nhiều loại đất để đắp đập người ta phân đập đất đồng chất (hình 1.1a,b) hay đập đất khơng đồng chất (hình 1.1c,d) Nước thấm qua thân đập đất tạo thành dòng thấm Giới hạn dòng thấm đường bão hịa thấm (đường abc hình 1.1a) Nếu đất đắp đập có hệ số thấm lớn làm tổn thất nước hồ nhiều cần có biện pháp chống thấm tường nghiêng hay tường lõi làm vật liệu thấm nước đất sét đất sét, bê tông [14] a Đập đất đồng chất; b Đập đất có thiết bị chống thấm tường nghiêng; c Đập có tường tâm; d Đập đất hai khối Hình 1.1.Các loại đập đất b Đập đá Loại có thân đập đắp đá Thiết bị chống thấm tường nghiêng (hình 1.2a) tường lõi (hình 1.2b) làm đất sét hay sét Thân đập đắp nửa đất nửa đá gọi đập hỗn hợp đất đá (hình 1.2c)[14] a Đập đá đổ tường nghiêng đất, b Đập đá đổ tường tâm đất, c Đập hai khối đất, đá Hình 1.2 Đập đất đá c Đập bê tơng Đập bê tơng gồm đập bê tơng trọng lực (hình 1.3a), đập chống (hình 1.3b) đập vịm (hình 1.3c) Đập bê tơng trọng lực khơng tràn có dạng mặt cắt ngang thường gặp dạng hình thang, mái thượng lưu thẳng đứng có độ nghiêng nhỏ, thân đập bố trí đường ống dẫn nước qua đập hình 1.3a Đập bê tơng trọng lực tràn nước có dạng mặt cắt thường gặp dạng mặt cong Đập chống bao gồm mặt trước thượng lưu mỏng hệ thống trụ chống hợp thành hình 1.3b Đập vịm loại dập xây dựng bê tông bê tông cốt thép làm nhiệm vụ dâng nước cho phép bố trí khoang để nước tràn qua Nhờ tính hợp lí dạng vịm mặt bằng, đập thu nhỏ mặt cắt ngang, tỷ lệ chiều rộng đáy mặt cắt ngang chiều cao đập (β) dao động khoảng 0,1- 0,65 (hình 1.3c) Nhờ tính ưu việt kếtcấu dạng vịm, 76 Trong đó: h k độ sâu phân giới giải cách thử dần PT R R W k : Diện tích mặt cắt ướt ứng với h k R R R B k : bề rộng mặt nước ứng với h k R R R R g: gia tốc trọng trường Q: lưu lượng qua mặt cắt Với mặt cắt hình chữ nhật: hk = Q2 gb (3.2) Trong đó: h k : độ sâu phân giới R R b: bề rộng đáy kênh g: gia tốc trọng trường Q: lưu lượng qua mặt cắt + Vẽ đường mặt nước dốc nước Dùng phương pháp sai phân, xuất phát từ mặt cắt đầu dốc, tính độ sâu mực nước mặt cắt cách thử dần theo công thức: ∆L = ∆E i − J tb (3.3) Trong đó: ∆L : Khoảng cách theo phương ngang mặt cắt tính tốn E = h2 + ∆L = E − E1 ; V22 ; 2g E1 = h1 + V12 2g Với h h : độ sâu tương ứng mặt cắt R R R R V , V : lưu tốc bình quân mặt cắt R R R R i: độ dốc đáy dốc J tb =(J +J )/2; J , J : độ dốc thủy lực mặt cắt R R R R R R R R R R Kết tính toán đường mặt nước dốc nước bảng 3.2 77 E ∆E ∆L (m) Σ ∆L (m) MC h (m) χ (m) W (m ) R C C R V (m/s) J 8,45 115,9 836,3 7,22 81,8 219,7 9,1 0,002 5,88 110,8 582,0 5,25 77,6 177,8 13,1 0,005 0,004 0,096 14,6 1,9 20,0 20,0 5,16 109,3 511,3 4,68 76,1 164,5 14,9 0,008 0,007 0,093 16,5 1,9 20,0 40,0 4,71 108,4 466,8 4,30 75,0 155,7 16,3 0,011 0,010 0,090 18,3 1,8 20,0 60,0 4,39 107,8 434,7 4,03 74,2 149,0 17,5 0,014 0,012 0,088 20,0 1,8 20,0 80,0 4,14 107,3 409,9 3,82 73,5 143,8 18,6 0,017 0,015 0,085 21,7 1,7 20,0 100,0 3,94 106,9 390,0 3,65 73,0 139,4 19,5 0,020 0,018 0,082 23,4 1,6 20,0 120,0 3,77 106,5 373,6 3,51 72,5 135,8 20,4 0,023 0,021 0,079 24,9 1,6 20,0 140,0 3,63 106,3 359,8 3,39 72,1 132,6 21,2 0,025 0,024 0,076 26,5 1,5 20,0 160,0 10 3,51 106,0 347,9 3,28 71,7 129,9 21,9 0,028 0,027 0,073 27,9 1,5 20,0 180,0 11 3,41 105,8 337,6 3,19 71,4 127,5 22,5 0,031 0,030 0,070 29,3 1,4 20,0 200,0 Jtb i - Jtb 12,7 Bảng 3.2 Kết tính tốn đường mặt nước dốc nước đập tràn cố PA2 0,0 78 - Kiểm tra khả khí thực dốc nước [17] U + Xác định hệ số khí hóa phân giới Với giả thiết khớp nối lún không đoạn phát sinh bậc thụt (hay bậc lồi) với chiều cao khống chế Z m =6mm, góc α=90o Khi R R P P hệ số khí hóa phân giới tính cho trường hợp bất lợi bậc lồi là: K pg = 0.125α 0.65 = 2.33 + Xác định hệ số khí hóa thực tế mặt cắt tính tốn Hệ số khí hóa mặt cắt tính tốn theo cơng thức: K= H DT − H pg V DT 2g (3.4) Trong đó: H DT = H a + h cosψ h: độ sâu mắt cắt tính tốn; H a : cột nước áp lực khí trời, tương ứng với cao độ mặt nước mắt cắt R R Z mn =Z đáy + h; R R R R ψ = arctg (i ) ; H pg =0,44m (ứng với T=30oC); R R V DT = V y = P V ϕv P ξ ξ Kết tính tốn hệ số khí hóa thực tế mặt cắt dốc nước bảng 3.3 Từ kết tính tốn cho thấy mặt cắt có hệ số K>K pg ,như mặt cắt tính tốn khơng có khí hóa dịng chảy R R khả xâm thực dốc nước không xẩy 79 MC h (m) L* (m) Zmn (m) Ha (m) HDT (m) VTB (m/s) y/∆ L*/∆ δ/∆ ξ1 ξ2*10-3 δ (m) ϕv VDT (m/s) K Khả khí hóa 8,45 19,6 88,9 10,24 18,65 9,10 11,00 39.200 560 200 1,27 0,280 0,996 4,61 16,94 Không 5,88 39,6 84,4 10,25 16,09 13,08 11,00 79.201 1.020 200 1,15 0,510 0,990 6,33 7,73 Không 5,16 59,6 81,7 10,25 15,39 14,89 11,00 119.201 1.590 200 1,08 0,795 0,984 7,03 5,98 Không 4,71 79,6 79,2 10,25 14,94 16,31 11,00 159.201 2.088 200 1,02 1,044 0,977 7,53 5,05 Không 4,39 99,6 76,9 10,25 14,62 17,51 11,00 199.201 2.588 200 0,98 1,294 0,971 7,99 4,39 Không 4,14 119,6 74,6 10,26 14,38 18,57 11,00 239.201 2.992 200 0,96 1,496 0,965 8,44 3,88 Không 3,94 139,6 72,4 10,26 14,18 19,52 11,00 279.202 3.392 200 0,94 1,696 0,959 8,85 3,47 Không 3,77 159,6 70,3 10,26 14,01 20,38 11,00 319.202 3.754 200 0,93 1,877 0,953 9,22 3,16 Không 3,63 179,6 68,1 10,26 13,88 21,16 11,00 359.202 4.110 200 0,92 2,055 0,947 9,57 2,91 Không 10 3,51 199,6 66,0 10,26 13,76 21,88 11,00 399.202 4.590 200 0,90 2,295 0,940 9,85 2,72 Không 11 3,41 219,6 63,9 10,27 13,66 22,55 11,00 439.202 5.133 200 0,87 2,566 0,932 10,10 2,57 Khơng Bảng 3.3 Kết kiểm tra khả khí hóa dốc nước đập tràn cố PA2 80 - Xác định hình thức tiêu tính tốn kích thước hố xói[2] U Dự kiến dịng chảy dốc nước đổ xuống hố xói chảy vào kênh xả hạ lưu đổ sông Cơn Như cần phải thiết kế hố xói kênh hạ lưu đồng + Thiết kế kênh xả hạ lưu Coi dòng chảy kênh dòng đều, ta xác định chiều sâu nước kênh ứng với lưu lượng thiết kế Q = ωC Ri (3.5) Trong đó: i : độ dốc kênh lấy i=0,001 ω : diện tích mặt cắt ướt, ω = (b + mhh )hh χ : Chu vi ướt, χ = b + 2h + m R: bán kính thủy lực, R = ω χ n C: hệ số sê ri, C = R / m: hệ số mái, m=1,5 Với Q=7613 m3/s => h h =10,34m P P R R + Xác định chiều sâu hố xói Hố xói hồn chỉnh hạ lưu tạo nhiều cấp lưu lượng tháo khác Khi lưu lượng tháo lớn chiều sâu hố xói chiều dài phóng xa lớn; ngược lại lưu lượng tháo nhỏ hố xói nơng chiều dài phóng xa nhỏ lại có vị trí sát chân cơng trình Vì thiết kế cần phải tính toán với cấp lưu lượng tháo khác từ Q đến Q max để vẽ đường R R R R bao hố xói Tuy nhiên luận văn thời gian có hạn nên sơ xác định chiều sâu hố xói chiều dài phóng xa ứng với Q tk R R 81 Chiều sâu hố xói có nhiều cơng thức để tính, luận văn tác giả sử dụng công thức Quy phạm thiết kế tràn xả lũ SDJ 341-89 Trung Quốc áp dụng cho đá Chiều sâu hố xói xác định theo công thức (3.6) d x = kq 0.5 Z o0.25 − hh (3.6) Trong đó: k: hệ số xói, phụ thuộc đặc điểm đá, chọn k=0,9 q: lưu lượng đơn vị mặt cắt cuối mũi phun Z o : chênh lệch mực nước thượng hạ lưu có kể tới lưu tốc tới gần R R h h : chiều sâu nước kênh hạ lưu (xác định trên) R R Từ công thức ta xác định d x =8,77m R R + Xác định chiều dài nước rơi[2] Khoảng cách ngang từ cuối mũi phun đến vị trí tâm nước rơi cao trình mực nước hạ lưu xác định theo công thức (3.7) Z LP = K aZ mϕ sin 2α 1 + + o − 1 2 Z m ϕ sin α (3.7) Trong đó: Z m : Chênh lệch mực nước thượng lưu cao trình mũi phun R R K a : Hệ số hàm khí (F rm 35; Ka=0,8-0,9) R R R R R R ϕ : hệ số lưu tốc, xét đến tổn thất cột nước toàn tuyến xả (đến mặt cắt cuối mũi phun) ϕ= Vm gZ m V m : lưu tốc bình quân mặt cắt cuối mũi phun R R α : góc lưu tốc véc tơ trung bình mặt cắt cuối mũi phun phương nằm ngang Chọn α =18o P P Z o : Cột nước tồn phần có tính đến lưu tốc tới gần R R 82 + Góc đổ luồng chảy vào mặt nước hạ lưu Góc đổ luồng chảy vào mặt nước hạ lưu tính theo cơng thức (3.8) tgβ1 = tg 2α + g (0.5hm cos α + a − hh ) Vm2 cos α (3.8) Trong đó: α : góc lưu tốc véc tơ trung bình mặt cắt cuối mũi phun phương nằm ngang Chọn α =18o P P h m : độ sâu nước mặt cắt cuối mũi phun R R a: Khoảng cách thẳng đứng từ đỉnh mũi phun đến đáy lòng dẫn hạ lưu h h : chiều sâu nước kênh hạ lưu (xác định trên) R R V m : lưu tốc bình quân mặt cắt cuối mũi phun R R + Khoảng cách ngang từ cuối mũi phun đến điểm xói sâu Khoảng cách ngang từ cuối mũi phun đến điểm xói sâu xác định theo công thức (3.9) L1 = LP + t cot gβ1 (3.9) Trong đó: t chiều sâu nước điểm xói sâu Hình 3.17 Sơ đồ tính tốn hố xói sau máng phun dốc nước Từ kết tính tốn tiến hành thiết kế sơ đập, dốc nước, hố xói kênh xả hạ lưu Mặt tổng thể tràn cố PA2 hình 3.18 83 3.0 R1 6.5 16.0 62.0 14.0 47.0 49.5 120.0 60.0 38.2 50.4 6.0 3.0 47.0 49.5 i=10% 14.0 3.0 14.0 3.0 14.0 3.0 79.5 14.0 3.0 14.0 3.0 20.0 47.0 62.0 (1)- Cửa vào; (2) – Đập tràn; (3) – Dốc nước; (4) – Hố xói; (5)- kênh xả hạ lưu Hình 3.18 Mặt tràn c PA2 84 đá lát khan 95.3 93.92 95.3 93.0 87.5 80.5 79.5 Đường mặt nước dốc níc 85.4 81.0 19.6 bt m200 btct m200 64.9 66.6 61.7 60.1 btct m200 42000 25.6 30.1 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 m= 1.5 47.0 38.2 1.5 m= 212.5 MNHL:57.3 31.9 20.0 51.9 Hình 3.19 Mặt cắt dọc tim tràn dốc nước đập tràn cố PA2 Hình vẽ xem Hỡnh 3.18 Mt bng trn s c PA2 Mặt cắt 1-1 3.0 3.0 49.5 49.5 93.0 Mặt cắt 2-2 3.0 3.0 MN=88.9m 108.0 btct m200 Hình 3.20 Mặt cắt 1-1của đập tràn cố PA2 49.5 MN=63.9m 60.5 8.4 80.5 3.0 49.5 64.9 108.0 btct m200 Hình 3.21 Mặt cắt 2-2của đập tràn cố PA2 3.0 85 3.2.2 Giải pháp phi cơng trình Để giảm thiểu thiệt hại cố đập Định Bình gây ra, số giải pháp phi cơng trình để giảm thiểu chung đề xuất sau: Giải pháp can thiệp vào vận hành có cảnh báo lũ sớm: Cần phải xây dựng hệ thống cảnh báo lũ sớm hệ thống sơng Có cảnh báo lũ sớm can thiệp vào việc vận hành điều chỉnh khả xả cơng trình để ứng phó với lũ lớn Hệ thống cảnh báo bao gồm: • Nhân sự: nhân phục vụ hệ thống cảnh báo kết hợp nhân viên quan quản lý hồ Định Bình với Ban quản lý phịng chống lụt bão cấp liên quan địa bàn nghiên cứu (tỉnh, huyện, xã) • Thiết bị: Các thiết bị cần thiết hệ thống cảnh báo gồm hệ thống điện thoại hữu tuyến, vô tuyến, fax; hệ thống mốc sơng • Cách thức thực hiện: -Xây dựng đồ ngập lũ: cao trình lũ ngập, cao trình an toàn - Kế hoạch di chuyển: đường đi; phương tiện di chuyển, thời gian di chuyển, đơn vị thực hiện, vị trí di chuyển đến, vị trí cần chuyển Giải pháp cho mực nước tràn qua đỉnh đập sử dụng bạt che chắn hạng mục công trình có nguy bị nước chảy qua Khi có cảnh báo sớm mực nước hồ vượt đỉnh đập cần cho nhà máy thủy điện ngừng hoạt động phủ bạt hạng mục bị nước từ đỉnh đập chảy vào Các giải pháp giảm thiểu thiệt hại hạ du • Có kế hoạch chuyển đổi cấu trong thời gian sinh lũ • Bố trí loại trồng thích hợp Có hệ thống quan trắc gia cố cơng trình thường xun 86 3.3 Phân tích đánh giá kết • Đánh giá ngập lụt sau tuyến đập: Khi mực nước tràn qua đỉnh đập 1m chảy ngập nhà máy thủy điện nhà vận hành cửa xả sâu điều nhìn thấy (hình 3.1) • Đánh giá ngập lụt hạ du: trình xây dựng đổ ngập lụt luận văn dựa đồ mô hình cao độ số DEM 90 độ xác chưa cao, bên cạnh kịch vỡ đập khả xẩy độ xác đồ ngập lụt đánh giá ngập lụt hạ du nhiều hạn chế • Giải pháp cơng trình cho mực nước tràn qua đỉnh đập gia cố mái hạ lưu phủ bạt lên cơng trình bị ảnh hưởng nặng nề nước chảy qua Giải pháp không phù hợp công trình lớn Định Bình • Giải pháp cơng trình khống chế mực nước không cho tràn qua đỉnh đập Trong luận văn đặt toán cụ thể, rõ ràng tính tốn thiết kế sơ cho phương án cơng trình là: tràn cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ (PA1) tràn bổ sung có cửa van (PA2) Trên sở túy mặt kỹ thuật tác giả lựa chọn phương án kiến nghị tràn bổ sung có cửa van (PA2) vì:tràn bổ sung có cửa van chủ động tháo lũ hỗ trợ xả lũ tràn gặp cố kẹt cửa van ; vấn đề quản lý vận hành cửa van tràn bổ sung thuận lợi có kinh nghiệm tràn Tuy nhiên thực tế cần phải so chọn nhiều phương án khác lựa chọn khu vực bố trí cơng trình tràn cố hợp lý để tối ưu kinh tế kỹ thuật 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận * Những kết đạt được: U U - Đánh giá tổng quan ổn định an toàn đập giới Việt Nam - Tính tốn lũ cực hạn hồ Định Bình kết tính tốn so sánh với cơng trình tương tự - Xây dựng phần mềm tính tốn điều tiết lũ giải toán mực nước hồ tràn đỉnh đập chắn với chiều rộng tràn mở rộng mực nước tăng - Tính tốn ổn định chohaimặt cắt: đập chắn đập tràn Đập Định Bình Với mặt cắt tính tốn cho hai tổ hợp tải trọng: tải trọng đặc biệt tải trọng Kết tính tốn ổn định trượt lật đảm bảo ổn định Tuy nhiên trường hợp có lũ PMF, với mặt cắt đập chắn xuất ứng suất kéo biên thượng lưu ứng suất nén biên hạ lưu lớn ứng suất nén cho phép bê tông M150 - Đánh giá sơ ngập lụt sau đập hạ du cơng trình - Đề xuất giải pháp cơng trình ứng phó hồ Định Bình gặp lũ cực hạn tính tốn thiết kế cụ thể cho hai phương án đập tràn cố - Tóm lại mục tiêu luận văn đặt nghiên cứu đầy đủ có kết rõ ràng gồm: đánh giá tổng quan ổn định an tồn đập; nghiên cứu tính tốn ổn định đập Định Bình gặp lũ cực hạn nghiên cứu đề xuất giải pháp đảm bảo an tồn đập * Những tồn q trình thực luận văn: U U - Tính tốn lũ cực hạn theo phương pháp chưa đủ độ tin cậy 88 - Việc đánh giá ứng suất biên thượng hạ lưu cho đập Định Bình thực theo phương pháp sức bền vật liệu nên kết nhiều hạn chế - Đánh giá ngập lụt hạ du cơng trình với đồ ngập lụt xây dựng sở mơ hình cao độ số DEM 90 độ xác khơng cao - Việc bố trí cơng trình tràn cố cịn nhiều hạn chế đồ địa hình khảo sát phạm vi cụm cơng trình đầu mối - Các giải pháp cơng trình tính tốn sơ kích thước theo thủy lực, chưa tính tốn kiểm tra ổn định độ bền cơng trình * Những kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo: U U - Tính tốn lũ cực hạn theo phương pháp khác để lựa chọn kết hợp lý - Bản đồ ngập lụt cần xây dựng sở đồ mơ hình cao độ số DEM 30 thấp - Khảo sát bổ sung phần địa hình bên hai vai đập bố trí tràn bổ sung phù hợp với điều kiện thực tế cơng trình - Tính tốn thiết kế chi tiết cho phương án cơng trình để phân tích hiệu ích kinh tế kỹ thuật lựa chọn phương án tối ưu Kiến nghị Trong khuôn khổ luận văn tác giả có điều kiện tính tốn sơ bộlũ cực hạn, ổn định cho hai mặt cắt đập, mô vỡ đập xây dựng đồ ngập lụt cho phương án chưa đủ độ tin cậy Do để có đề xuất thuyết phục cần đầu tư chi tiết phương pháp tính lũ cực hạn sở liệu địa hình hạ du cơng trình khu vực cơng trình đầu mối 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Văn Cung: Cơng trình tháo lũ đầu mối hệ thống thủy lợi Nhà xuất Xây dựng, năm 2010 Nguyễn Chiến: Giáo trình cao học “Tính tốn thủy lực cơng trình tháo nước”, năm 2011 Hội Thủy lợi Việt Nam: Báo cáo tổng hợp hội thảo Đập – An toàn đập Hà Nội 8-2001 Nguyễn Duy Hạnh – Nguyễn Duy Thiện: Trạm thủy điện nhỏ vừa Nhà xuất Xây dựng, năm 1987 Trương Văn Hùng, đề Tài:“Đánh giá rủi ro ngập lụt hệ thống sông Côn–Hà Thanh”, năm 2012 Phan Sỹ Kỳ: Sự cố số cơng trình thuỷ lợi Việt nam biện pháp phòng tránh,năm 2000 Hà Văn Khối: Thủy văn cơng trình – Giáo trình giảng dạy cao học – Trường Đại học Thuỷ lợi, năm 2008 Nguyễn Văn Mạo: Đập bê tông bê tông cốt thép – Bài giảng sau đaih học –Trường Đại học Thuỷ lợi, năm 2010 Phạm Ngọc Quý: Tràn cố đầu mối hồ chứa nước – Nhà xuất Nông Nghiệp, năm 2008 10 Quy chuẩn Việt Nam QCVN 04 - 05 : 2012/BNNPTNT quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cơng trình thủy lợi - quy định chủ yếu thiết kế, năm 2012 11 Quy phạm tính tốn thủy lực đập tràn TL.C-8-76, năm 1977 12 Quy phạm tính tốn thủy lực cống sâu TL.C-1-75, năm 1976 13 Quy phạm thiết kế tràn xả lũ SDJ 341-89 Trung Quốc 14 Trường Đại học Thuỷ lợi, năm 2004, Giáo trình: Thủy cơng tập 90 15 Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 56-88: Thiết kế đập bê tông bê tông cốt thép – tiêu chuẩn thiết kế, năm 2003 16 Tiêu chuẩn thiết kế đập bê tông trọng lực mỹ: EM_1110-2-2200 17 Tiêu chuẩn ngành 14TCN 198:2006: Hướng dẫn tính tốn khí thực cơng trình tháo nước, năm 2006 18 Viện Năng lương: Thí nghiệm mơ hình thủy lực đập tràn cố thủy điện Trung Sơn, năm 2011 Tiếng Anh 19 DHI Water and Environment: MIKE11 User Guide – Version 2005 20 DHI Water and Environment: MIKE11 Sediment transport model, sort description 21 DHI Water and Environment: Data requirements for sediment transport model of river 22 The report of the world commission on dams: dams and development– 11/2000 Trang Web 23 Trang Web: http://www.vncold.vn T T 24 Trang Web:http://simscience.org 25 Trang Web: http://www.icold-cigb.org T T