Giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng làm việc của tràn xả lũ khi tăng dung tích hiệu quả do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nhu cầu dùng nước

Để ứng phó với ảnh hưởng của biến đổi của khí hậu và nhu cầu sử dụng nước ngày một tăng. Việc cải tạo, nâng cấp để tăng dung tích hiệu quả cho hồ chứa phục vụ nhu cầu sản xuất và sinh hoạt là một vấn đề cấp thiết hiện nay. Cao trình của mực nước dâng bình thường trong hồ tăng lên dẫn đến việc ta phải cải tạo và nâng cấp các công trình đầu mối cũ để đáp ứng được nhu cầu sử dụng và sự vận hành an toàn cho hồ chứa. Một trong những hạng mục quan trọng và không thể thiếu đó là tràn xả lũ. Trước thay đổi của mực nước hồ chứa để đảm bảo khả năng trữ nước vào mùa khô và thoát nước vào mùa lũ thì cần có những giải pháp nhằm nâng cao khả năng làm việc cho tràn xả lũ.

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn PGS.TS.Nguyễn Văn Hồ đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác giảtrong suốt quá trình hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi, các bạn họcviên cao học lớp 21C11 về sự giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiêncứu tại trường

Xin tỏ lòng biết ơn đến Công ty Cổ phần Tư vấn thiết kế hạ tầng cơ sở đã tạo mọi điềukiện thuận lợi, cho phép sử dụng các số liệu đã công bố

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót.Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, củacác Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp

i

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quảnghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ mộtnguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đượcthực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận văn

Lý Quang Diệu

ii

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

I Tính cấp thiết của Đề tài 1

II Mục đích của Đề tài 2

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

IV Kết quả dự kiến đạt được 3

V Bố cục của luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ TRÀN 4 1.1 Tổng quan về tràn xả lũ ở Việt Nam 4

1.1.1 Phân loại tràn xả lũ 4

1.1.2 Một số sự cố hư hỏng tràn ở Việt Nam 10

1.2 Kịch bản biến đổi khí hậu ở Việt Nam 11

1.2.1 Khái niệm về biến đổi khí hậu 11

1.2.2 Nội dung về kịch bản biến đổi khí hậu 12

1.3 Tình hình sử dụng nước ở nước ta hiện nay 14

1.3.1 Tình hình sử dụng nước trong các hoạt động kinh tế 15

1.3.2 Tình hình sử dụng nước trong đời sống sinh hoạt 16

1.4 Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và nhu cầu sử dụng nước tới dung tích hiệu quả của hồ chứa 17

1.5 Kết luận chương 1 18

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA TRÀN 19 2.1 Cơ sở lý luận tính toán thủy lực tràn 19

2.1.1 Tràn có ngưỡng thực dụng 19

2.1.2 Tràn đỉnh rộng 25

2.2 Phân tích một số yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng làm việc của tràn.

iii

2.2.2 Hình dạng mặt cắt đập tràn 31

2.3 Một số giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng làm việc của tràn xả lũ khi dung tích hiệu quả tăng lên 33

2.3.1 Nâng cấp, cải tạo tràn để tăng dung tích hữu ích cho hồ chứa: 33

2.3.2 Nâng cấp, cải tạo tràn xả lũ để tháo được lưu lượng thiết kế mới: 43

2.4 Đánh giá lựa chọn giải pháp và điều kiện áp dụng 54

2.5 Kết luận chương 2 55

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO HỒ CHỨA NƯỚC BỈ TỈNH NGHỆ AN. 57 3.1 Giới thiệu hồ chứa nước Bỉ 57

3.1.1 Điều kiện tự nhiên 57

3.1.2 Quy mô 58

3.1.3 Nhiệm vụ 60

3.1.4 Hiện trạng hồ chứa Bỉ 60

3.2 Tài liệu tính toán hồ chứa nước Bỉ 61

3.2.1 Lượng nước dùng 61

3.2.2 Tính toán tần suất lượng mưa năm 63

3.2.3 Tính toán quan hệ mưa và dòng chảy 64

3.2.4 Tính bốc hơi 65

3.2.5 Tính toán điều tiết hồ chứa: 67

3.3 Các giải pháp nâng cao khả khả năng làm việc cho tràn xả lũ 71

3.3.1 Yêu cầu đặt ra 71

3.3.2 Các giải pháp cho tràn xả lũ hồ chứa Bỉ 72

3.4 Tính toán điều tiết lũ cho tràn xả lũ hồ chứa nước Bỉ 75

3.5 Tính toán cao trình đỉnh đập và lựa chọn giải pháp 80

3.6 Nhận xét so sánh kết quả tính toán 95

3.7 Kết luận chương 3 96

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ. 97 I Các kết quả đạt được của luận văn 97

II Một số điểm còn tồn tại 97

iv

PHỤ LỤC 101

v

Hình 1 1: Tràn xả lũ không có cửa van (tràn tự động) 4

Hình 1 2: Tràn xả lũ có cửa van cung 5

Hình 1 3:Mặt cắt ngang tràn xả lũ có ngưỡng đỉnh rộng 6

Hình 1 4: Mặt cắt ngang tràn xả lũ có ngưỡng thực dụng 6

Hình 2 1: Mặt cắt của đập tràn có cửa van 20

Hình 2 2: Các đường cong để xác định σn của đập tràn mặt cắt thực dụngn của đập tràn mặt cắt thực dụng 21

Hình 2 3: Các dạng mép vào cửa trụ pin 21

Hình 2.4: Các dạng trụ pin 23

Hình 2 5: Các dạng mặt cắt của đập tràn không chân không 24

Hình 2 6: Mặt cắt của đập tràn chân không đỉnh elip [16] 25

Hình 2 7: Sơ đồ tính toán đập tràn đỉnh rộng không ngập 26

Hình 2 8 Sơ đồ tính toán ngưỡng tràn đỉnh rộng chảy ngập 28

Hình 2 9: Giải pháp nâng cao ngưỡng tràn 34

Hình 2 10: Mặt cắt ngang tràn cầu trì 35

Hình 2 11: Đập tràn salun Bình Thuận trước và sau khi đặt tràn cầu trì 35

Hình 2 27: Đập tràn cao su Định Quán, Đồng Nai 36

Hình 2 13: Nâng cao cao trình ngưỡng tràn, giữ nguyên chiều cao cửa van 38

Hình 2 14: Giữ nguyên cao trình ngưỡng tràn thay mới cửa van 40

Hình 2 15: Lắp ghép cửa phụ ở phía trên cửa cũ 41

Hình 2 16: Giải pháp kết hợp nâng cao cao trình ngưỡng tràn và chiều cao cửa van 42

Hình 2 17: Mặt bằng và cắt dọc ngưỡng tràn khi được nâng cao, mở rộng 43

Hình 2 15: Cải tạo thay thế ngưỡng tràn thực dụng bằng ngưỡng zích zắc 45

Hình 2 16: Tràn zích zắc hồ chứa Brazos- Hoa Kỳ 45

Hình 2 20: Mặt bằng các loại ngưỡng tràn 46

Hình 2 21: Mặt bằng và cắt ngang ngưỡng tràn zích zắc 46

Hình 2 22: Đường cong hệ số lưu lượng với hình dạng đỉnh ngưỡng ¼ đường tròn, mặt bằng ngưỡng tam giác (Tullis, Nosratollah &Waldron -1995) 48

Hình 2 20: Tràn dakmi4- Quảng Nam tràn piano được xây dựng trên đỉnh tràn thực dụng cũ 50

Hình 2 22:Mặt bằng, cắt ngang tràn PKA 51

Hình 2 23:Mặt bằng, cắt ngang tràn PKB 51

Hình 2 24: Các đặc trưng hình học của tràn phím đàn 51

Hình 2 27: Đồ thị so sánh khả năng xả của đập tràn kiểu Creager và kiểu PKA với H =4m [13] 53

Hình 3 1: Biểu đồ so sánh tổng lượng nước dùng trước đây và hiện nay 62

Hình 3 2: Quan hệ F~Z~W hồ chứa nước Bỉ 70

vi

Hình 3 5: Đường quá trình lũ đến hồ chứa Bỉ hiện tại và trước kia 77

Hình 3 6: Đường quá trình lũ dạng tam giác 78

Hình 3 7: Bình đồ tổng thể Đập Bỉ sau khi nâng cấp 90

Hình 3 8: Mặt bằng cải tạo tràn xả lũ hồ chứa Bỉ 91

Hình 3 9: Mặt cắt cải tạo tràn xả lũ hồ chứa Bỉ 92

Hình 3 10: Mặt cắt ngang tường bên và ngưỡng tràn 93

Hình 3 11: Mặt cắt ngang đại điện đập Bỉ sau khi được tôn cao 94

vii

Bảng 1 1: Tổng hợp một số tràn xả lũ ở Việt Nam 7

Bảng 2 1: Mặt cắt ngưỡng tràn và công thức xác định khả năng tháo 32

Bảng 2 2: Hệ số của đường cong mẫu 48

Bảng 3 1: Lượng nước dùng cho nông nghiệp trước kia [6] 61

Bảng 3 2: Lượng nước dùng cho nông nghiệp hiện tại 62

Bảng 3 3: Phân phối dòng chảy năm hồ chứa nước Bỉ P=75% 65

Bảng 3 4: Lượng bốc hơi phụ thêm hàng tháng hồ chứa nước Bỉ 67

Bảng 3 5 Quan hệ lòng hồ (Z~F~W) 69

Bảng 3 6: Kết quả tính toán điều tiết hồ chứa Bỉ 71

Bảng 3 7: Kết quả tính toán ứng với các tần suất P% hồ chứa Bỉ 77

Bảng 3 8: Các giá trị của k (theo số liệu của V.X.Ixtômina)[16] 79

Bảng 3 9: Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ chứa nước Bỉ 80

Bảng 3 10: Kết quả tính toáng cao trình đỉnh đập giải pháp nâng cao ngưỡng giữ nguyên Btràn = 50m 83

Bảng 3 11: Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập giải pháp nâng cao ngưỡng và mở rộng tràn Btràn=55m 84

Bảng 3 12: Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập giải pháp nâng cao ngưỡng và mở rộng tràn Btràn=60m 85

Bảng 3 13: Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập giải pháp tràn zích zắc 86

viii

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của Đề tài

Biến đổi khí hậu trên phạm vi toàn cầu đã làm cho thiên tai ở Việt Nam ngày càng giatăng về số lượng, cường độ và mức độ ảnh hưởng Thủy lợi là một trong những lĩnhvực chịu tác động mạnh mẽ nhất của biến đổi khí hậu Cùng với quá trình đô thị hoá

và công nghiệp hoá dẫn đến nhu cầu dùng nước gia tăng đột biến trong những năm gầnđây

Hồ chứa nước có tầm quan trọng đặc biệt lớn đối với công tác phòng chống lũ lụt,chống hạn hán đảm bảo cấp nước cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và các hoạtđộng của con người Về mùa mưa hồ chứa góp phần cắt lũ và làm chậm lũ, về mùakiệt nước được tích lại trong lòng hồ để cung cấp nước tưới, nước sinh hoạt, giữ gìnmôi trường sinh thái Do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu làm cho chế độ dòng chảythay đổi, mưa lớn tập trung vào mùa mưa làm gia tăng lũ lụt nhưng lại giảm về mùakhô gây ra hạn hán kéo dài Nhiệt độ trung bình tăng cao làm cho lượng tổn thất dobốc hơi mặt hồ cũng tăng theo, đó là nguyên nhân làm cho hồ chứa không còn đáp ứngđược nhiệm vụ như thiết kế ban đầu

Để ứng phó với ảnh hưởng của biến đổi của khí hậu và nhu cầu sử dụng nước ngàymột tăng Việc cải tạo, nâng cấp để tăng dung tích hiệu quả cho hồ chứa phục vụ nhucầu sản xuất và sinh hoạt là một vấn đề cấp thiết hiện nay

Cao trình của mực nước dâng bình thường trong hồ tăng lên dẫn đến việc ta phải cảitạo và nâng cấp các công trình đầu mối cũ để đáp ứng được nhu cầu sử dụng và sự vậnhành an toàn cho hồ chứa Một trong những hạng mục quan trọng và không thể thiếu

đó là tràn xả lũ Trước thay đổi của mực nước hồ chứa để đảm bảo khả năng trữ nướcvào mùa khô và thoát nước vào mùa lũ thì cần có những giải pháp nhằm nâng cao khảnăng làm việc cho tràn xả lũ

Có rất nhiều giải pháp khác nhau nhằm nâng cao khả năng làm việc của tràn xả lũ như:

- Nâng cao cao trình ngưỡng đối với các tràn tự động.

- Giữ nguyên cao trình ngưỡng tăng chiều cao cửa van đối với các tràn có cửa van

- Kết hợp nâng cao ngưỡng tràn và cửa van

- Kéo dài đường tràn bằng các kiểu tràn zích zắc, mỏ vịt, kiểu phím đàn piano, mởthêm tràn phụ…

Cần phải qua nghiên cứu, tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật để lựa chọn được giải pháphợp lý cho từng công trình cụ thể với điều kiện địa hình địa chất khác nhau

Tóm lại, khi tăng dung tích hiệu quả cho hồ chứa do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

và nhu cầu sử dụng nước, ta nhận thấy việc cải tạo và nâng cấp tràn xả lũ cho phù hợpvới những thay đổi về thiết kế ban đầu là điều vô cùng quan trọng

Với tất cả những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: “Giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng làm việc của tràn xả lũ khi tăng dung tích hiệu quả do ảnh hưởng của biến đổi

khí hậu và nhu cầu dùng nước.”

Từ kết quả nghiên cứu những công trình cụ thể, ta có thể rút ra những kết luận chungcho những công trình có điều kiện và hình thức tương tự

II Mục đích của Đề tài.

- Xây dựng những phương pháp, biện pháp cơ bản nhằm tìm được giải pháp nâng cao

khả năng làm việc cho tràn xả lũ khi dung tích hiệu quả tăng lên

- Bước đầu khái quát những kết quả nghiên cứu nhằm rút ra những kết luận chung để

có thể áp dụng cho một công trình cụ thể

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

- Cách tiếp cận:

+ Tiếp cận lý thuyết các tài liệu về tràn xả lũ

+ Tổng hợp, phân tích , kế thừa các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học có liênquan đến đề tài

- Phương pháp nghiên cứu :

+ Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu

+ Phương pháp tiếp cận chuyên gia

+ Phương pháp nghiên cứu, phân tích lý thuyết

IV Kết quả dự kiến đạt được.

- Đưa ra được các giải pháp nâng cấp và sửa chữa đập tràn xả lũ khi dung tích hiệuquả của hồ chứa tăng lên do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nhu cầu sử dụng nước

- Áp dụng cho công trình hồ chứa nước Bỉ tỉnh ghệ An

V Bố cục của luận văn.

Mở đầu

Chương I: Tổng quan chung về tràn

Chương II: Phân tích các giải pháp nâng cao khả năng làm việc của tràn

Chương III: Áp dụng kết quả nghiên cứu vào hồ chứa nước Bỉ tỉnh Nghệ An

Kết luận, kiến nghị.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ TRÀN.

1.1 Tổng quan về tràn xả lũ ở Việt Nam:

Trong cụm công trình đầu mối, tràn xả lũ có nhiệm vụ xả nước thừa về mùa lũ, đểkhống chế mực nước thượng lưu không cho vượt quá mức cho phép Tràn xả lũ ở các

hồ chứa đã xây dựng tại Việt Nam cho thấy rất đa dạng về chủng loại, quy mô, kíchthước

1.1.1 Phân loại tràn xả lũ:

1.1.1.1 Theo hình thức có hay không có cửa van:

 Tràn xả lũ không có cửa van (tràn tự động)

Định nghĩa: Cao trình ngưỡng tràn bằng mực nước dâng bình thường Lúc mực nước

trong hồ bắt đầu dâng lên và cao hơn ngưỡng tràn thì nước trong hồ tự động chảyxuống hạ lưu

MNDBT

Hình 1 1: Tràn xả lũ không có cửa van (tràn tự động)

Ưu điểm: Tự động tháo lũ, quản lý vận hành thuận tiện, chi phí quản lý nhỏ Về giá

thành xây dựng thì tràn không có cửa van rẻ hơn loại có cửa van

Nhược điểm: Bề rộng tràn lớn, diện tích ngập lụt lớn, cột nước tràn thấp nên khả năng

thoát lũ không lớn, không chủ động trong điều tiết lưu lượng xả lũ

Điều kiện áp dụng: Loại tràn này thường được áp dụng cho các hồ chứa nước vừa và

nhỏ

 Tràn xả lũ có cửa van:

Định nghĩa: Cao trình ngưỡng tràn thấp hơn mực nước dâng bình thường trên đỉnh

ngưỡng tràn có bố trí cửa van Cửa van phẳng và cửa van cung là hai loại được sửdụng chủ yếu

MNDBT

Hình 1 2: Tràn xả lũ có cửa van cung

Ưu điểm: Giảm chiều cao ngưỡng tràn, giảm chiều rộng tràn nước; lợi dụng một phần

dung tích hữu ích làm nhiệm vụ cắt lũ; chủ động tốt trong việc hạ thấp mực nước hồkhi cần, tăng tỷ lưu qua tràn

Nhược điểm: Do có cột nước tràn và lưu lượng đơn vị lớn nên công trình nối tiếp tiêu

năng phức tạp hơn; quản lý, bảo dưỡng, vận hành khó khăn hơn và chi phí quản lý lớn

Điều kiện áp dụng: Với hệ thống công trình tương đối lớn, dung tích phòng lũ lớn, khu

vực ngập ở thượng lưu rộng Loại tràn này đang được ưu tiên khi thiết kế xây dựngmới

1.1.1.2 Theo hình thức ngưỡng tràn:

 Tràn xả lũ có ngưỡng đỉnh rộng:

Định nghĩa: Có hình dạng tùy ý, nhưng đỉnh đập tràn phải nằm ngang, chiều dày đỉnh

đập () phải thỏa mãn điều kiện sau đây:

(8÷10)H > δ > (2÷3)H

Hình 1 3:Mặt cắt ngang tràn xả lũ có ngưỡng đỉnh rộng

Ưu điểm: Thi công dễ dàng Đỉnh tràn rộng thuận lợi cho việc nâng cấp cải tạo nếu có

sau này

Nhược điểm: Lưu lượng tháo nhỏ hơn so với đập tràn thực dụng, trong trường hợp

chảy ngập, khả năng tháo giảm đi rất nhiều

Điều kiện áp dụng: Loại này thường dùng khi địa hình tuyến tràn đủ rộng, cao trình tự

nhiên lớn hơn cao trình ngưỡng tràn; không yêu cầu hệ số lưu lượng lớn

 Tràn xả lũ có ngưỡng thực dụng:

Định nghĩa: Mặt cắt có thể là hình thang hoặc hình cong có đỉnh đập và mái hạ lưu

lượn theo làn nước tràn Đập tràn thực dụng có hai loại: có chân không và không cóchân không

Hình 1 4: Mặt cắt ngang tràn xả lũ có ngưỡng thực dụng

- Loại đập tràn thực dụng không có chân không là loại đập tràn có dòng chảy trên đập

có áp suất dọc theo mặt đập là dương

- Loại đập tràn thực dụng có chân không là loại đập tràn có áp lực chân không ở đỉnhđập Tọa độ đỉnh tràn có dạng elíp hoặc hình tròn (dạng cơ-ri-ghe Ô-phi-xê-rôp cóchân không của Liên xô cũ) hoặc dạng Wes của Mỹ

Ưu điểm: dòng chảy trên tràn được thuận, hệ số lưu lượng lớn, dễ tháo các vật trôi

trong nước

Nhược điểm: Thiết kế và thi công phức tạp hơn so với đập tràn đỉnh rộng Với đập tràn

thực dụng có mặt cắt chân không, lúc chân không lớn có thể sinh ra hiện tượng khíthực

Điều kiện áp dụng: Dùng khi địa hình không rộng hoặc cần hệ số lưu lượng lớn

Bảng 1 1: Tổng hợp một số tràn xả lũ ở Việt Nam

Tràn tự động hay tràn có cửa van

1 Hồ chứa nước núi Cốc Ngưỡng tràn đỉnh rộng Có cửa van

2 Hồ chứa nước Cấm

3 Hồ chứa nước Suối

4 Hồ chứa nước tuyền

5 Hồ chứa nước Xạ

6 Hồ chứa nước Vực

7 Hồ chứa nước Kẻ Gỗ Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

8 Tràn sông Trí Ngưỡng tràn thực dụng Tràn tự động

9 Hồ chứa nước Phú

10 Hồ chứa nước An Mã Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

11 Tràn xả lũ Nước Trong Ngưỡng tràn thực dụng Tràn tự động

12 Hồ chứa nước Thuận Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

TT Tên công trình Hình thức ngưỡng tràn

Tràn tự động hay tràn có cửa van

Ninh

13 Hồ chứa nước Ayun

nước Camranh Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

15 Hồ chứa nước Đạ Tẻh Ngưỡng tràn thực dụng Tràn tự động

16 Hồ chứa nước Tuyền

17 Hồ chứa nước Sông

18 Hồ chứa nước Dầu

19 Hồ Krong buk hạ Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

22 Thủy Điện Bắc Hà Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

23 Hồ cửa đạt Ngưỡng tràn thực dụng dạng

24 Thủy điện Sông Tranh

2

Ngưỡng tràn thực dụng dạng

25 Thủy điện Bình Điền Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

26 Hồ chứa Tân Giang Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

29 Thủy Điện Sơn La Ngưỡng tràn thực dụng dạng

30 Thủy điện Hòa Bình Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

31 Thủy điện Trị An Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

32 Thủy điện Ialy Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

33 Thủy điện Thác mơ Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

34 Thủy lợi Phước hòa Labyrinth dạng mỏ

Tràn tự động,labyrinth dạng

mỏ kết hợp tràn

có cửa van

TT Tên công trình Hình thức ngưỡng tràn

Tràn tự động hay tràn có cửa van

35 Hồ chứa Bỉ Ngưỡng tràn thực dụng hình

36 Thủy điện Hàm thuận Đập Đá đổ có lõi chống thấm

Ngưỡng trànthực dụng, cócửa van

37 Thủy điện Đồng Nai 3 Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

38 Thủy điện Đồng Nai 4 Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

39 Hồ chứa nước Phú Hà Ngưỡng tràn thực dụng Có cửa van

40 Hồ chứa sông Móng Tràn labyrinth

Tràn tự độnglabyrinth kết hợptràn có cửa van

41 Hồ chứa Định Bình Tràn kiểu phím đàn piano Tràn tự động

42 Thủy điện Dakrong 3 Tràn kiểu phím đàn piano Tràn tự động

1.1.2 Một số sự cố hư hỏng tràn ở Việt Nam:

Sự cố đập do nguyên nhân hư hỏng tràn chiếm tỉ lệ đáng kể và hầu hết là sự cố lớn Dokhẩu diện tràn xả lũ không thoát được lũ thực tế dẫn đến nước trong hồ chứa dâng caohơn mực nước thiết kế và phá hủy đập Một số ví dụ cụ thể về các sự cố này như sau[8]:

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

Khu vực nhà máy thủy điện Bình Điền (Thừa Thiên Huế) bị ngập nước dẫn đến thiệthại máy móc thiết bị hàng chục tỷ đồng năm 2009 do sự cố hư hỏng 2 trong số 5 cửavan dẫn đến không thoát được đủ lưu lượng theo thiết kế

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

Đập dâng nhà máy thủy điện Hố Hô bị vỡ (2010) mà nguyên nhân chính là do mưa lũquá lớn, quá đột ngột và kéo dài, đỉnh lũ xuất hiện bất ngờ, tăng lên 6m chỉ trong hai

tiếng đồng hồ Do mất điện trên diện rộng nên công tác vận hành mở cửa van cung xả

lũ không thể thực hiện dẫn đến nước tràn qua đập, gây thiệt hại hư hỏng toàn bộ nhàmáy cuốn trôi hết thiết bị

Sự cố hư hỏng tràn xả lũ đã xảy ra ở nước ta là không nhỏ và liên quan tới các sự cốnày có nhiều nguyên nhân khác nhau Qua nghiên cứu cho thấy có 4 nguyên nhânchính sau:

- Một là, do tính toán thủy văn trước đây không phù hợp với thực tế, do ảnh hưởng bấtlợi của biến đổi khí hậu nên tràn không đủ năng lực làm việc, phải khắc phục bằngcách cải tạo tràn, làm thêm tràn phụ, tràn sự cố như hồ Phú Ninh (Quảng Nam), hồ NúiCốc (Thái Nguyên), hồ Vệ Vừng (Nghệ An), hồ Vực Tròn (Quảng Bình), hồ Tà Kèo(Lạng Sơn), hồ Núi Một (Bình Định), hồ Liệt Sơn (Quảng Ngãi) Xu thế chung hiệnnay là ở các hồ lớn đều chú trọng tính toán lại thuỷ văn để xem xét bổ sung khẩu độthoát lũ Còn đối với các hồ loại nhỏ, một điều hết sức đáng lo ngại hiện nay là hầu hếtcác tràn không đủ năng lực xả lũ nên dễ dẫn đến vỡ đập

- Hai là, do cửa van hoặc thiết bị đóng mở tắc kẹt, gãy Ví dụ như tràn hồ Yên Lậptrong lũ 1994 cả 03 cửa van bị kẹt; Dầu Tiếng: Lũ 1986, 2 cửa van giữa bị đứt vỡ taicửa; Vực Tròn: Đứt cáp, gãy cửa van; XạHương: Cửa van bị nứt gãy

- Ba là, do tính toán thuỷ lực không chuẩn xác, dẫn đến có sự sai khác lớn giữa cộtnước thiết kế và thực tế, hậu quả là tràn bị hư hỏng Ví dụ ở công trình Nam ThạchHãn (Quảng Trị), mực nước trong thực tế lũ năm 1983 là 8,10m, trong khi đó số liệutính toán thiết kế là 2,55m, chỉ bằng 31,5% cột nước thực tế

- Bốn là, do chất lượng vật liệu và chất lượng thi công kém hoặc chưa hợp lý, dẫn đếncác hư hỏng như xói tróc mặt dốc nước, nứt đổ tường, nứt thân tràn, xói vỡ bể tiêunăng Ví dụ: Đổ tường dốc nước tràn hồ La Ngà, xói ngưỡng đổ tường bên tràn hồPhước Hà (Quảng Nam) Ở hầu hết các hồ nhỏ do địa phương thiết kế và thi công,hạng mục tràn đều bị hỏng, trôi, xói, không đủ khẩu độ thoát lũ

1.2 Kịch bản biến đổi khí hậu ở Việt Nam:

1.2.1 Khái niệm về biến đổi khí hậu:

Biến đổi khí hậu khí hậu gồm khí quyển, thuỷ quyển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại

và trong tương lai bởi các nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo trong một giai đoạn nhấtđịnh tính bằng thập kỷ hay hàng triệu năm Sự biển đổi có thể là thay đổi thời tiết bìnhquân hay thay đổi sự phân bố các sự kiện thời tiết quanh một mức trung bình Sự biếnđổi khí hậu có thế giới hạn trong một vùng nhất định hay có thể xuất hiện trên toàn ĐịaCầu Trong những năm gần đây, đặc biệt trong ngữ cảnh chính sách môi trường, biếnđổi khí hậu thường đề cập tới sự thay đổi khí hậu hiện nay, được gọi chung bằng hiệntượng nóng lên toàn cầu Nguyên nhân chính làm biến đổi khí hậu Trái Đất là do sựgia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà kính, các hoạt động khai thác quámức 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

1.2.2 Nội dung về kịch bản biến đổi khí hậu:

Biến đổi khí hậu đang diễn ra ở quy mô toàn cầu, khu vực và ở Việt Nam do các hoạtđộng của con người làm phát thải quá mức khí nhà kính vào bầu khí quyển Biến đổikhí hậu sẽ tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường trên phạm vitoàn thế giới Vấn đề biến đổi khí hậu đã, đang và sẽ làm thay đổi toàn diện, sâu sắcquá trình phát triển và an ninh toàn cầu như lương thực, nước, năng lượng, các vấn đề

về an toàn xã hội, văn hóa, ngoại giao và thương mại

Là một trong những nước chịu tác động nặng nề nhất của biến đổi khí hậu, Việt Namcoi ứng phó với biến đổi khí hậu là vấn đề có ý nghĩa sống còn Năm 2011 Bộ Tàinguyên và Môi trường đã xây dựng và công bố kịch bản biến đổi khí hậu, nước biểndâng cho Việt Nam trên cơ sở cập nhật kịch bản năm 2009 có tính kế thừa và chi tiếthóa các số liệu quan trắc, các nghiên cứu trong và ngoài nước đến năm 2010 Theo đó

bộ tài nguyên môi trường đã xây dựng các kịch bản về biến đổi khí hậu và nước biểndâng cho Việt Nam dựa trên các kịch bản phát thải khí nhà kính khác nhau đó là: kịchbản phát thải thấp (kịch bản B1), kịch bản phát thải trung bình (kịch bản B2) và kịch

bản phát thải cao (kịch bản A2) Trong đó đã đưa ra những ảnh hưởng của biến đổi khíhậu cho Việt Nam trong thế kỷ 21 như sau [18]:

1.2.2.1 Về nhiệt độ:

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

- Theo kịch bản phát thải thấp (B1): Vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm ở cácvùng khí hậu phía Bắc có thể tăng so với trung bình giai đoạn 1980-1999 khoảng từ1,6 đến 1,90C, nhưng ở các vùng khí hậu phía Nam tăng ít hơn, chỉ khoảng (1,1 -1,4)0C

- Theo kịch bản phát thải trung bình (B2): Vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm

có thể tăng lên 2,60C ở Tây Bắc, 2,50C ở Đông Bắc, 2,40C 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 Bộ sovới trung bình giai đoạn 1980 - 1999

- Theo kịch bản phát thải cao (A2): Vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm ở cácvùng khí hậu phía Bắc có thể tăng so với trung bình giai đoạn 1980 - 1999 khoảng 3,1đến 3,60C, trong đó Tây Bắc là 3,30C, Đông Bắc là 3,20C, Đồng bằng Bắc Bộ là 3,10C

và Bắc Trung Bộ là 3,60C Mức tăng nhiệt độ trung bình năm của các vùng khí hậuphía Nam là 2,40C ở Nam Trung Bộ, 2,10C ở Tây Nguyên và 2,60C ở Nam Bộ[18]

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, đặcbiệt là các vùng khí hậu phía Nam Lượng mưa mùa mưa và tổng lượng mưa năm cóthể tăng ở tất cả các vùng khí hậu

- Theo kịch bản phát thải thấp (B1): Vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa năm có thể tăngkhoảng 5% ở Tây Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và khoảng (1-2)% 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 từ (3-6)% ở các vùng khíhậu phía Bắc; lượng mưa vào giữa mùa khô ở các vùng khí hậu phía Nam có thể giảmtới (7-10)% so với giai đoạn 1980-1999 Lượng mưa trong các tháng cao điểm của

mùa mưa sẽ tăng (6-10)% ở cả bốn vùng khí hậu phía Bắc và Nam Trung Bộ, còn ởTây Nguyên và Nam Bộ chỉ tăng khoảng 1% so với giai đoạn 1980-1999.

- Theo kịch bản phát thải trung bình (B2): Vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa năm có thểtăng 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 Bắc và Đồng bằng Bắc Bộ, khoảng 10% ở Bắc Trung Bộ, lượng mưa vào giữamùa khô ở các vùng khí hậu phía Nam có thể giảm tới (10-15)% so với giai đoạn1980-1999 Lượng mưa các tháng cao điểm của mùa mưa sẽ tăng từ 10% đến 15% ở

cả bốn vùng khí hậu phía Bắc và Nam Trung Bộ, còn ở Tây Nguyên và Nam Bộ chỉtăng trên dưới 1%

- Theo kịch bản phát thải cao (A2): Vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa năm có thể tăng sovới trung bình giai đoạn 1980-1999, khoảng (9-10)% ở Tây Bắc, Đông Bắc, 10% ởĐồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, (4-5)% ở Nam Trung Bộ và khoảng 2% ở TâyNguyên, Nam Bộ Lượng mưa trong giai đoạn từ tháng III đến tháng V sẽ giảm từ (6-9)% ở Tây Bắc, Đông Bắc và Đồng bằng Bắc Bộ, khoảng 13% ở Bắc Trung Bộ, lượngmưa vào giữa mùa khô ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ có thể giảm tới (13-22)% so với giai đoạn 1980-1999 Lượng mưa các tháng cao điểm của mùa mưa sẽtăng từ 12% đến 19% ở cả bốn vùng khí hậu phía Bắc và Nam Trung Bộ, còn ở TâyNguyên và Nam Bộ chỉ vào khoảng (1-2)% [18]

1.2.2.3 Về mực nước biển dâng:

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

ở khu vực từ Cà Mau đến Kiên Giang trong khoảng từ 54 đến 72cm; thấp nhất ở khuvực từ Móng Cái đến Hòn Dấu trong khoảng từ 42 đến 57cm Trung bình toàn ViệtNam, mực nước biển dâng trong khoảng từ 49 đến 64cm

- Theo kịch bản phát thải trung bình (B2): Vào cuối thế kỷ 21, nước biển dâng caonhất ở khu vực từ Cà Mau đến Kiên Giang trong khoảng từ 62 đến 82cm; thấp nhất ởkhu vực từ Móng Cái đến Hòn Dấu trong khoảng từ 49 đến 64cm Trung bình toànViệt Nam, mực nước biển dâng trong khoảng từ 57 đến 73cm

- Theo kịch bản phát thải cao nhất (A1FI): Vào cuối thế kỷ 21, nước biển dâng caonhất ở khu vực từ Cà Mau đến Kiên Giang trong khoảng từ 85 đến 105cm; thấp nhất ởkhu vực từ Móng Cái đến Hòn Dấu trong khoảng từ 66 đến 85cm Trung bình toànViệt Nam, mực nước biển dâng trong khoảng từ 78 đến 95cm [18]

1.3 Tình hình sử dụng nước ở nước ta hiện nay:

Trong những năm qua, cùng với quá trình phát triển kinh tế - xã hội của đất nước, sựgia tăng dân số, quá trình đô thị hóa đòi hỏi nhu cầu nước cho sản xuất và dân sinhngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng, nhưng phát triển cũng ảnh hưởng tiêucực đến chất lượng, trữ lượng nguồn nước Nhu cầu về nước ngày càng tăng dẫn đếnviệc khai thác sử dụng tài nguyên nước ngày càng nhiều Nhu cầu dùng nước ở nước ta

do tăng dân số, đô thị hóa, công nghiệp hóa… sẽ lên đến khoảng 130-150 tỷ m3/năm,chiếm tới gần 50% lượng nước sản sinh trên lãnh thổ nước ta, gần 90% nguồn nướcmùa khô (khoảng 170 tỷ m3) Điều đó cho thấy, nguy cơ thiếu nước là rõ ràng và ởmức nghiêm trọng

Đặc biệt, ở không ít vùng và lưu vực sông, lượng nước cần dùng có thể gấp vài lầntổng lượng nước có thể cung cấp, tức là chẳng những vượt quá xa ngưỡng lượng nướccần có để duy trì sinh thái mà còn không có nguồn nước tại chỗ để cung cấp cho sinhhoạt và sản xuất.[5]

1.3.1 Tình hình sử dụng nước trong các hoạt động kinh tế:

Việt Nam là nước ĐNA có chi phí nhiều nhất cho thủy lợi Cả nước hiện nay có

75 hệ thống thủy nông với 659 hồ, đập lớn và vừa, trên 3500 hồ đập nhỏ 1000cống tiêu, trên 2000 trạm bơm lớn nhỏ, trên 10000 máy bơm các loại có khảnăng cung cấp 60-70 tỷ m3/năm Tuy nhiên, hệ thống thủy nông đã xuống cấpnghiêm trọng, chỉ đáp ứng 50-60% công suất thiêt kế

Theo con số thống kê của Dự án Đánh giá ngành nước năm 2008, tính trung bình trênphạm vi toàn quốc, trên 80% lượng nước mặt được sử dụng cho nông nghiệp, 11% chonuôi trồng thủy sản, 5% cho công nghiệp và 3% cho cấp nước đô thị Có 3 lưu vực,lượng nước cho tưới chiếm tới trên 90% tổng lượng nước sử dụng (LVS Ba là 96%).Lượng nước cho công nghiệp chiếm 14% tổng lượng nước sử dụng ở LVS Đồng Nai

và 11% ở LVS Đông Nam Bộ (gồm Bà Rịa - Vũng Tàu) Lượng nước sử dụng chothủy sản chiếm 16% ở LVS Mê Công và 26% ở LVS Đông Nam Bộ

Trong công nghiệp: Hiện nay, không có số liệu thống kê về lượng nước sử dụng cho

công nghiệp nói chung, ngoại trừ có thể có số liệu của các nhà máy lớn Do thiếu sốliệu nên sản lượng nước sử dụng cho công nghiệp được tính dựa trên tiêu chuẩn nướcyêu cầu cho một đơn vị sản lượng công nghiệp Tiêu chuẩn cấp nước cho hoạt độngsản xuất công nghiệp là từ 40 - 45 m3/ha/ngày tới 70 m3/ ha/ngày và tùy theo loại hìnhsản xuất Vì không có đủ thông tin, số liệu nên đánh giá dựa trên diện tích đất sử dụngcho sản xuất công nghiệp và bình quân lượng nước sử dụng cho từng vùng côngnghiệp ở từng lưu vực sông Dựa trên các đánh giá này, tổng sản lượng nước sử dụngcho công nghiệp ước khoảng 3.770 triệu m3/năm, trong đó LVS Hồng - Thái Bìnhchiếm gần 50% tổng lượng nước sử dụng cho ngành công nghiệp cả nước; LVS ĐồngNai sử dụng 25% lượng nước cho sản xuất công nghiệp; nhóm sông Đông Nam bộ là7% và LVS Mê Công là 10% Đặc biệt, tỷ lệ sử dụng nước dưới đất cho công nghiệprất lớn, riêng Tp Hồ Chí Minh có đến 57% doanh nghiệp sử dụng nước dưới đất Dựbáo đến năm 2015, khối lượng nước sử dụng trong công nghiệp sẽ tăng gấp đôi so vớinăm 2006, mức độ tăng sẽ chủ yếu diễn ra ở các LVS vốn đã là nơi tập trung các hoạtđộng sản xuất công nghiệp là LVS Hồng - Thái Bình, Đồng Nai, nhóm sông ĐôngNam bộ, Mê Công và Vu Gia - Thu Bồn

Trong nông nghiệp: Năm 2012, ngành nông nghiệp tuy chỉ đóng góp 22,02 % giá trị

GDP nhưng là ngành sử dụng nước lớn nhất ở nước ta Mặc dù đóng góp của ngànhnông nghiệp cho GDP quốc gia giảm so với ngành công nghiệp nhưng vẫn tiếp tụctăng trưởng và tạo ra nguồn việc làm lớn

Theo đánh giá, nước mặt sử dụng cho tưới tiêu lên đến hơn 66.000 triệu m3/năm,chiếm trên 82% tổng lượng nước sử dụng ước tính ở Việt Nam LVS Mê Công và LVSHồng - Thái Bình chiếm khoảng 75% tổng sử dụng nước tưới ở Việt Nam với mứctương ứng lần lượt là trên 27% và 45% LVS Mê Công có chỉ số sử dụng nước tướitrên đầu người ở nông thôn lớn nhất (trên 2.000 m3/người/năm) trong khi hầu hết cáclưu vực còn lại đều có con số dưới 1.000 m3/người/năm Ở hầu hết các lưu vực, ngoạitrừ LVS Đồng Nai và Đông Nam bộ, sử dụng nước tưới chiếm tới ít nhất là 80% tổng

sử dụng nước của lưu vực Theo quy hoạch của chính phủ đến năm 2020 đất nôngnghiệp của cả nước là 26.732 nghìn ha, tăng 506 nghìn ha so với năm 2010 do đó nhucầu nước sử dụng cho nông nghiệp sẽ có su hướng ngày một tăng [5].

1.3.2 Tình hình sử dụng nước trong đời sống sinh hoạt:

Đời sống sinh hoạt hằng ngày của con người sử dụng rất nhiều nước sinh hoạt về

mặt sinh lý mỗi người cần 1-2 lít nước/ ngày Và trung bình nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt của một người trong một ngày 10-15 lít cho vệ sinh cá nhân, 20-50 lít cho làm cơm, 40-80 lít cho giặt bằng máy….

Thời gian qua, dân số nước ta không ngừng tăng nhanh, cho đến hết năm 2011, dân sốtoàn quốc đã lên đến 87,8 triệu người, trong đó, số dân thành thị đã lên đến 27,9 triệungười (chiếm khoảng 31,8% tổng số dân cả nước) Cùng với đó đời sống của ngườidân ngày càng được cải thiện thì nhu cầu sử dụng nước trong sinh hoạt cần phải tănglên cả về số lượng và chất lượng [5]

1.4 Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và nhu cầu sử dụng nước tới dung tích hiệu quả của hồ chứa:

Biến đổi khí hậu (BĐKH) đã, đang và sẽ tác động xấu đến nhiều lĩnh vực trong đó cótài nguyên nước của Việt Nam Nước ta là nước nông nghiệp có rất nhiều hồ chứa thủylợi Các công trình này được xây dựng với mục đích tổng hợp và đa chức năng Hồ cấpnước cho các ngành sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, phòng chống lũ lụt,hạn hán, phát điện, du lịch, cải tạo môi trường

Hầu hết các hồ thủy lợi ở nước ta đều là các hồ điều tiết năm nhằm tích lượng nướcthừa trong mùa lũ để sử dụng cấp nước tưới cho mùa kiệt BĐKH đã làm gia tăngnhiệt độ trung bình dẫn tới tổn thất dung tích hồ chứa do bốc hơi tăng lên BĐKH cũnglàm cho dòng chảy mùa kiệt có xu thế giảm, dòng chảy mùa lũ có xu thế tăng, cụ thểtrong mùa mưa thì thừa nước, mùa khô thì thiếu nước mà về mùa khô thì lượng nướccần dùng cho sản xuất nông nghiệp lại rất cao

Kinh tế xã hội nước ta đang ngày càng phát triển: Ngành nông nghiệp đang chuyểndịch theo hướng đẩy mạnh các loại nông sản, hàng hóa có giá trị kinh tế cao, quyhoạch các vùng trồng lúa có năng suất cao hoặc chuyển sang nuôi trồng thủy sản và

các cây trồng khác có giá trị cao hơn cây lúa Diện tích từng loại cây trồng, nhu cầudùng nước của các loại giống cây trồng vật nuôi thay đổi Vì vậy yêu cầu đặt ra làphải xác định nhu cầu dùng nước cho các loại cây trồng vật nuôi mới, cho các vùngsản xuất hàng hóa tập trung đã được quy hoạch để tính toán điều tiết cấp nước hồ chứatheo nhiệm vụ mới Ngoài ra mức đảm bảo tưới tăng lên P=85% so với mức P=75%theo tiêu chuẩn cũ trong khi lượng mưa về mùa khô giảm dẫn đến hệ số tưới dùng chotính toán lượng nước yêu cầu tại mặt ruộng cũng phải tăng lên Mức tưới của các loạicây trồng tăng dẫn đến nhu cầu cần phải tăng dung tích hồ chứa nước để đáp ứngnhiệm vụ tưới

Trong công nghiệp, các nhà máy, các khu chế xuất, khu công nghiệp ra đời làm cho hồchứa nước có thêm nhiệm vụ mới cấp nước cho hoạt động sản xuất của các nhà máy.Bên cạch đó là quá trình di dân, quá trình đô thị hóa, dân số tăng nhanh dẫn đến yêucầu cấp nước cho sinh hoạt của nhân dân cũng tăng lên

Do đó để đáp ứng được nhu cầu sử dụng nước trước những thay đổi hiện nay thì dungtích hiệu quả của hồ chứa phải tăng Vấn đề tăng dung tích hiệu dụng là bao nhiêuchúng ta cần phải đánh giá một cách kỹ lưỡng để từ đó đưa ra được các giải pháp hợp

lý nhất

1.5 Kết luận chương 1:

Nội dung chương 1 đã giới thiệu sơ bộ về tình hình xây dựng tràn xả lũ ở Việt Nam.Khái quát các kịch bản biến đổi khí hậu và tác động của biến đổi khí hậu đến quy mô,nhiệm vụ cũng như hiệu quả khai thác của hồ chứa Ngoài ra sự phát triển mạnh mẽcủa nền kinh tế nước ta trong những năm gần đây khiến cho nhu cầu sử dụng nướcngày một tăng cao dẫn đến những thay đổi về nhiệm vụ của hồ chứa hiện nay so vớithiết kế đặt ra ban đầu Vì vậy việc tăng dung tích hiệu quả cho một số hồ chứa là rấtcấp thiết, khi cải tạo một công trình đầu mối ta phải tiến hành tính toán cải tạo đồng bộcác hạng mục mà trong đó tràn xả lũ là một hạng mục quan trọng và không thể thiếu

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA TRÀN

2.1 Cơ sở lý luận tính toán thủy lực tràn:

Tính toán thủy lực là một nội dung quan trọng trong tính toán thiết kế tràn xả lũ Nóbao gồm các tính toán sau:

- Tính khả năng tháo để quyết định hình dạng kích thước khẩu độ tràn

- Tính toán tiêu năng để quyết định các kết cấu tiêu năng và kết cấu bảo vệ lòng dẫn hạlưu công trình

- Phân tích các yếu tố thủy động lực của dòng chảy để xác định các tải trọng của dòngchảy tác động lên kết cấu cũng như làm căn cứ để sửa đổi kết cấu tác động lại dòngchảy nhằm hạn chế những bất lợi do dòng chảy gây ra

- Phân tích những tác động đặc biệt của dòng chảy lên công trình như các hiện tượngkhí thực, hiện tượng xói lòng dẫn…

Trong phần này tác giả chỉ trình bày những cơ sở về tính toán khả năng tháo của tràn

xả lũ

2.1.1 Tràn có ngưỡng thực dụng:

Lưu lượng chảy qua tràn có mặt cắt thực dụng tính theo biểu thức:

3 2 n

Q=σn của đập tràn mặt cắt thực dụng εmB2gHmB 2gH

Trong đó:

B=∑b – tổng chiều rộng nước tràn;

b – chiều rộng mỗi khoang cửa;

σn của đập tràn mặt cắt thực dụngn – hệ số ngập (trường hợp không ngập thì σn của đập tràn mặt cắt thực dụngn = 1);

εmB2gH – hệ số co hẹp bên;

m – hệ số lưu lượng;

H – cột nước trên đỉnh đập tràn có kể đến lưu tốc tiến gần

(2-1)

Nếu trên đỉnh đập có cửa van, khi không mở hết và nước chảy ở dưới của van(hình 2.1), lưu lượng tháo qua tràn được tính theo biểu thức

0Q=μεmB2gHBa 2g(H -αa)a)

Khi cửa van mở hết hoàn toàn, biểu thức tính lưu lượng trở về dạng (2-1).

Hình 2 1: Mặt cắt của đập tràn có cửa van.

Muốn tính Q theo biểu thức (2-1), cần phải xác định được các hệ số σn của đập tràn mặt cắt thực dụngn, εmB2gH và m.Sau đây sẽ trình bày cách xác định các hệ số đó đối với các trường hợp cụ thể

2.1.1.1 Hệ số ngập σ n :

 Hệ số ngập σ n của đập tràn có mặt cắt thực dụng có chân không

Khi hạ lưu có nước nhảy xa thì đập tràn luôn luôn không ngập, σn của đập tràn mặt cắt thực dụngn = 1,0 Nếu hạ lưu

có nước nhảy ngập thì nước chảy qua đập tràn có thể không ngập hoặc ngập, lúc đó

(2-2)

σn của đập tràn mặt cắt thực dụngn phụ thuộc vào tỷ số n

0

h

h (hn – chiều sâu nước ngập, tức là khoảng cách từ mực nước

hạ lưu đến đỉnh đập tràn, nếu mực nước hạ lưu thấp hơn đỉnh đập thì hn có trị số âm).(Hình 2.2): cho các đường cong xác định σn của đập tràn mặt cắt thực dụngn theo thí nghiệm của Rozanôp:

- Đường cong I: đối với đập tràn có mặt cắt chân không khi n

0

h0,15

h  thì σn của đập tràn mặt cắt thực dụngn = 1,0

- Đường cong II: đối với đập tràn không chân không Ofixêrôp khi n

0

h0

h  thì σn của đập tràn mặt cắt thực dụngn = 1,0

- Đường cong III: đập tràn không chân không có đỉnh đập mở rộng hoặc đập tràn đỉnhrộng

 Hệ số ngập σ n của đập tràn có mặt cắt thực dụng không có chân không

Chỉ tiêu ngập của đập tràn có mặt cắt thực dụng giống như của đập thành mỏng:

σ n của đập tràn mặt cắt thực dụng

P - chiều cao đập so với đáy của lòng dẫn hạ lưu;

H - cột nước tràn, tức chiều cao mực nước thượng lưu so với đỉnh đập;

m0 - hệ số lưu lượng bao hàm yếu tố cột nước lưu tốc tới gần

Hệ số chảy ngập σn của đập tràn mặt cắt thực dụngn trong công thức 2-1 được xác định theo (Phụ lục 2-3) trongđó:

hn – chiều cao mực nước hạ lưu;

H0 – cột nước toàn phần

2 0 0

b  thì hệ số εmB2gH được xác định theo biểu thức sau đây:

- Đối với đập tràn không có trụ pin giữa (chỉ có một khoang):

0 y

H εmB2gH=1-0.2ξ

bTrong đó:

y

ξ - hệ số giảm, xét đến hình dạng mép vào của trụ biên

Ở (hình 2.3) Krige cho các trị số ξ ycủa ba loại cửa mép vào khác nhau

- Đối với đập tràn có nhiều trụ pin chia thành nhiều khoang giống nhau:

ξ +(n-1)ξ HεmB2gH=1-0.2

Ở (hình 2.4) Ofixêrôp cho các trị số ξ Psố đối với các dạng khác nhau của trụpin.

Hình 2.4: Các dạng trụ pin 2.1.1.3 Hệ số lưu lượng m:

Theo N.N Paplôpxki, hệ số lưu lượng m của đập tràn tính theo biểu thức

m= mrσn của đập tràn mặt cắt thực dụngHσn của đập tràn mặt cắt thực dụngd (2-6)trong đó:

mr – hệ số lưu lượng dẫn xuất, xác định bằng thí nghiệm;

σn của đập tràn mặt cắt thực dụngh – hệ số điều chỉnh cột nước, vì khi thiết kế mặt cắt đập dùng Htk

σn của đập tràn mặt cắt thực dụngd – hệ số hình dạng

Ta xác định m theo từng trường hợp sau đây

- Đối với đập tràn không chân không Krige – Ofixêrôp, biểu thức (2-6) códạng:

(2-7)

m= 0.504σn của đập tràn mặt cắt thực dụngHσn của đập tràn mặt cắt thực dụngdTrong đó: σn của đập tràn mặt cắt thực dụngd được tra ở (Phụ lục 2-4) ( các đại lượng trong bảng xem (hình

2 5));

σn của đập tràn mặt cắt thực dụngH được tra ở (Phụ lục 2-5)Nếu trên đỉnh đập có đoạn nằm ngang rộng khoảng 0,5H thì m giảm 3% so với kết quảtìm theo biểu thức (2-7)

Hình 2 5: Các dạng mặt cắt của đập tràn không chân không

Trường hợp đập có mặt thượng lưu nhô ra như hình (2.5e) thì m lấy như sau:

Nếu chiều cao đoạn CB’ > 3H thì lấy như đập có mặt cắt ở hình (2.5d) tức là phần lõmcủa đập không có ảnh hưởng gì đến lưu lượng; nếu CB’ < 3H thì m lấy nhỏ hơn 2% sovới đập có mặt cắt như ở hình (2.5d)

Đối với đập tràn có mặt cắt chân không, đỉnh elip (hình 2.6) thì m lấy theo (Phụ lục 6)

2-Hình 2 6: Mặt cắt của đập tràn chân không đỉnh elip [17]

2.1.2 Tràn đỉnh rộng:

Tràn đỉnh rộng làm việc có thể theo chế độ chảy không ngập hoặc chảy ngập Trongtrường hợp chảy ngập, khả năng tháo sẽ giảm rất nhiều Do đó đối với ngưỡng tràncủa đường tràn tháo lũ cần có những biện pháp thiết kế để tăng khả năng tháo vàthông thường ngưỡng tràn làm việc theo chế độ chảy không ngập

Có nhiều phương pháp tính toán đập tràn đỉnh rộng:

1 Phương pháp của P.K Kixêlep;

2 Phương pháp của A.R Bêrêzinxki;

3 Phương pháp của N.N Paplôpxki;

4 Phương pháp của R.R Tsugaep;

Sau đây sẽ trình bày hai phương pháp thông dụng của: P.K Kixêlep và của R.R.Tsugaep

2.1.2.1 Tính toán ngưỡng tràn đỉnh rộng chảy không ngập (hình 2.7):

- Tiêu chuẩn không ngập

Theo Beklonjê thì tiêu chuẩn không ngập như sau: h < Hn 2 0

3Theo Bahmêđep: hn < hpg hoặc hn < P + hpg;

Theo P.K Kixêlep: hn < (hpg +Z’’) và hn < 1,25hpg;

Theo R.R Tsugaep: hn<nH0 hoặc hn<(P+nH0).

Trong đó: Z’’- độ sâu hồi phục sau ngưỡng tràn

2

pg n n

v v -v z'' =

g

Trong đó: Vpg, Vn - lưu tốc phân giới và lưu tốc ở sau đập;

hn – chiều sâu mực nước hạ lưu so với ngưỡng trànhpg - chiều sâu phân giới, lấy bằng 0,66H0;

H0 - cột nước tràn;

n - hệ số, n = 0,85 ÷ 0,75;

P - chiều cao ngưỡng đập so với đáy kênh dẫn

Hình 2 7: Sơ đồ tính toán đập tràn đỉnh rộng không ngập

- Tính khả năng tháo nước

Đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập có hai chỗ hạ mực nước Zt và Zh Vì tổn thất cộtnước trên chiều dài ngưỡng tràn không đáng kể nên sau chỗ hạ Zt, mặt nước trênngưỡng coi như nằm ngang

Theo P.K Kixêlep, độ sâu nước trên ngưỡng tràn lấy bằng độ sâu phân giới(chứng minh từ giả thiết tỷ năng dòng chảy nhỏ nhất):

Q=mb 2gHHoặc

3 2 0Q=MbH , (M=m 2g )Các hệ số j (lưu tốc), m (lưu lượng) tra theo bảng của N.N Paplôpxki (Phụ lục 2-7).Cần chú ý rằng theo kết quả thí nghiệm, nếu làm ngưỡng tràn có mép nghiêng,trong trường hợp có kênh dẫn vào tuyến cong, thì loại mép nghiêng 450 có hệ sốlưu lượng lớn nhất

Theo R.R Tsugaep, độ sâu nước trên ngưỡng tràn phải là:

2h<h < H

3Lưu lượng cũng tính theo biểu thức (2 - 8)

Nếu Ω > 4 (bH), (Ω - mặt cắt ướt của kênh dẫn vào phía trước ngưỡng) thì v0 rấtnhỏ có thể bỏ qua và lưu lượng tính theo biểu thức:

3 2Q=mb 2gH

Hệ số m theo bảng của Đ.I Kumin, có kể đến co hẹp bên do thay đổi chiều rộng và cohẹp đứng do chiều cao P và dạng ngưỡng, khi không có co hẹp bên hoặc không cóngưỡng (tức là Bk = BT hoặc P = 0); m tra theo (Phụ lục 2-8) và (Phụ lục 2-9)

Khi co hẹp bên (Bt<Bk) hoặc có ngưỡng (P>0) hệ số lưu lượng m xác định theo biểuthức:

m = mη + (mβ - mη)Fη + (0,385 - mβ) FηFβ (2-9)

(2-8)

hoặc m = mβ + (mη - mβ)Fβ + (0,385 - mη) FηFβ (2-10)

Ở đây mη lấy theo hàng cuối (phụ lục 2-8) (η=∞) và m) và mβ lấy theo hàng đầu (phụ lục 2-9)(β=0) tùy theo điều kiện co hẹp bên Hệ số m sẽ được tính theo biểu thức (2-9) nếumβ>mη theo biểu thức (2-10) nếu mβ<mη

Các trị Fη và Fβ tính theo các biểu thức sau đây:

η

H

F =H+2P

T β

T

B

F =3,5-2,5B

Trong trường hợp chảy không ngập, chiều sâu nước trên ngưỡng tràn được tính theobiểu thức (R.R Tsugaep):

Q=φh b 2g(H -h )

Ở đây φ được xác định phụ thuộc vào hệ số m đã nêu ở trên và tra theo bảng của Đ.I.Kumin (phụ lục 2-10)

2.1.2.2 Tính toán ngưỡng tràn đỉnh rộng chảy ngập (hình 2.8):

Hình 2 8 Sơ đồ tính toán ngưỡng tràn đỉnh rộng chảy ngập

Chảy ngập xảy ra khi hn> 1,25hpg,

hoặc: Hn> nH0 với n= 0.85÷0.75

Lưu lượng tính theo biểu thức:

(2-11)

(2-14) (2-12)

(2-13)

Q = m.σ b 2g.HTrong đó:

σn của đập tràn mặt cắt thực dụngn - hệ số ngập, tra theo bảng N.N Paplôpxki (Phụ lục 2-11)

Theo quy phạm C8-76 (phương pháp của R.R Tsugaep và Đ.I Kumin), lưu lượngtháo được tính theo biểu thức (2 - 13), nhưng hệ số lưu tốc j được hiểu là jn phụ thuộcvào m theo số liệu của Đ.I Kumin (Phụ lục 2-12)

Chiều sâu h1 trên ngưỡng tính bằng h1 = h2 = hn - Z" ở đây hn đã biết, trị số Z''  h pg

( xác định theo biểu đồ, xem Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn)

Trị số co hẹp ngang do trụ pin

Trị số độ co hẹp ngang  do ảnh hưởng của trụ pin có thể xác định theo biểu thức 15)

(2-B- dεmB2gH=

B



Với B là chiều rộng lòng dẫn cửa vào tràn

Chú ý: Việc sử dụng các bảng ở trên, khi kênh dẫn dòng và tường hướng dòng hai bêntheo dạng đường dòng, do ảnh hưởng của thu hẹp kênh dẫn hoặc tường hướng dòngkhông đáng kể, nên mβ = 0,385 [17]

2.2 Phân tích một số yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng làm việc của tràn:

2.2.1 Chiều dài đường tràn:

Chiều dài đường tràn phải đảm bảo được lưu lượng lớn nhất trong trường hợp làm việcbình thường, ngoài ra cần xét đến yêu cầu tháo các vật nổi (cây, củi…) về hạ lưu Cóthể sơ bộ xác định chiều dài đường tràn như sau

tr

Q B=

qTrong đó:

(2-15)

 q là lưu lượng đơn vị tháo qua đập tràn:

Một trong những vấn đề quan trọng khi thiết kế đập tràn là xác định lưu lượng đơn vịcho phép Nếu phần ngăn nước gồm đập đất và đập tràn bê tông thì thường cố gắngtăng lưu lương đơn vị để giảm chiều dài đập tràn Lưu lượng đơn vị tăng thì việc tiêunăng ở hạ lưu khó khăn phức tạp và ngược lại Khi chọn lưu lượng đơn vị cần xem xét

kỹ cấu tạo địa chất của lòng sông, chiều sâu nước ở hạ lưu, lưu tốc cho phép, hình thức

và cấu tạo bộ phận bảo vệ sau đập và trình tự đóng mở cửa van

Xác định lưu lượng đơn vị và lưu tốc cho phép ở cuối sân sau, phải so sánh với lưulượng đơn vị và lưu tốc lớn nhất lúc chưa xây dựng đập, đồng thời phải xét đến độ sâuxói cục bộ có khả năng sinh ra mà không ảnh hưởng đến an toàn của công trình Lưulượng đơn vị nhất định phải thích ứng với hình thức của bộ phận bảo vệ sau đập vàkhả năng bảo đảm cho công trình không bị xói lở Do đó xác định chiều rộng đập tràn

và các thiết bị nối tiếp phải xuất phát từ lưu lượng đơn vị qp ở bộ phận bảo vệ sau sântiêu năng Nếu biết bề rộng Bp cùa lòng sông sau sân tiêu năng, lưu tốc cho phép [v]ứng với chiểu sân nước h ở hạ lưu và lưu lượng sau đập tràn Qp thì lưu lượng dơn vị dểthiết kế sẽ được xác dịnh như sau:

Ngày nay đã thu được nhiều thành tựu về nghiên cứu tiêu năng nên lưu lượng đơn vị

đã được nâng lên

 Qtr=Qth- αa)Qo

Qth-lưu lượng cần tháo (được xác định dựa vào tính toán điều tiết lũ);

Q0-lưu lượng tháo qua các công trình khác như trạm thủy điện, cống lấy nước, âuthuyền, lỗ xả đáy v.v…;

αa)- hệ số lợi dụng, có thể lấy αa)=0,75÷0,9 (vì xét đến trường hợp không phải tất cả cáctuốc bin đều làm việc, các lỗ tháo có thể bị sự cố cửa van v.v…).

Khi chiều dài đường tràn B lớn, người ta thường làm các trụ pin chia phần tràn thànhnhiều khoang Trụ pin có tác dụng giữ cửa van hoặc cầu giao thông, cầu công tác.Kích thước của khoang cần xét đến điều kiện tiêu năng, quản lý, hình thức cửa van,máy đóng mở và dầm cầu v.v… khi phần tràn không dài, số khoang ít thì tốt nhất lấy

lẻ số khoang để tiện điều hành cho dòng chảy qua tràn được đối xứng [19]

2.2.2 Hình dạng mặt cắt đập tràn:

Hình dạng mặt cắt của đập tràn có ảnh hường rất lớn đến hệ số lưu lượng Đập thườngdùng là loại không chân không kiểu Ôphixêrốp có hệ số lưu lượng từ 0,46 ÷ 0,50.Mặt tràn có thể làm theo dạng mặt cắt thực dụng có chân không (hình 2.6), đỉnh làhình tròn hoặc elip Hình thức này có hệ số lưu lượng tương đối lớn, có thể đạt từ0,55÷0,57 Khi cùng tháo một lưu lượng thì cột nước trên đỉnh tràn của loại tràn này sẽnhỏ hơn, vì vậy có thể hạ thấp một phần độ cao đập không tràn Nhưng loại này khinước chảy qua dễ sinh áp lực chân không, gây chấn động và khi áp lực chân không đạtquá 6m cột nước có thể sinh ra khí thực, phá hoại mặt tràn Vì vậy đối với đập cao, ítdùng loại này

Đập tràn mặt cắt dạng WES được các nhà khoa học Mỹ nghiên cứu và đã ứng dụng ởnhiều nước trên thế giới Các kết quả nghiên cứu thực tiễn cho thấy mặt cắt WES cónhiều ưu điểm hơn so với mặt cắt tràn dạng Ôphixêrốp: trên cùng chiều rộng tràn, đậptràn mặt cắt dạng WES có khả năng tháo lớn hơn đập tràn Ôphixêrốp Như vậy, khithiết kế mới cũng như cải tạo các đập tràn hiện hữu, việc áp dụng đập tràn dạng WES

sẽ nâng cao khả năng tháo nước Diện tích mặt cắt ngang của WES nhỏ hơn, nghĩa làkhối lượng xây dựng đập tràn dạng WES nhỏ hơn Ôphixêrốp.[16]

Bảng 2 1: Mặt cắt ngưỡng tràn và công thức xác định khả năng tháo

02g.H

m0~0.33÷0.38 (phụ thuộc vàoc,H.p)

m0~0.33÷0.44(phụ thuộc mt,mh)

P

h z'

C

Z Q=m.b 2g.H3/20

m0~0.3÷0.385(không ngập)

H P

C

2.3 Một số giải pháp kỹ thuật nâng cao khả năng làm việc của tràn xả lũ khi dung tích hiệu quả tăng lên:

Tràn xả lũ liên quan trực tiếp đến cao trình mực nước dâng bình thường Vì vậy khicần nâng cao dung tích hồ chứa thì đối với tràn tự động nhất định phải nâng cao trìnhngưỡng tràn Đối với tràn có cửa van có thể nâng cao chiều cao cửa van và giữ nguyêncao trình ngưỡng tràn hoặc vẫn giữ nguyên chiều cao cửa van cũ và nâng cao ngưỡngtràn, trong nhiều trường hợp cần kết hợp cả hai giải pháp nhằm đảm bảo yêu cầu kỹthuật cũng như kinh tế nhất

Ngoài việc nâng cao ngưỡng tràn, điều chỉnh cửa van để tăng dung tích hữu ích cho hồchứa trong một số trường hợp ta cần phải xét tới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu làmcho lưu lượng lũ sẽ tăng so với thiết kế ban đầu do đó cần phải nâng cấp tràn để tháođược QlũTK mới, 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 vấn đề:

- Thứ nhất: Điều chỉnh cửa van hoặc ngưỡng tràn để nâng cao cao trình MNDBT theotính toán điều tiết hồ

- Thứ hai: Tính toán nâng cấp tràn để tháo được QlũTK mới

2.3.1 Nâng cấp, cải tạo tràn để tăng dung tích hữu ích cho hồ chứa:

2.3.1.1 Giải pháp cho tràn không có cửa van (tràn tự động):

a Nâng cao cao trình ngưỡng tràn:

Giải pháp trên được áp dụng nếu dung tích của hồ chứa tăng lên không quá nhiều Lưulượng tháo không quá lớn thì ta có thể lựa chọn giải pháp nâng cao cao trình ngưỡngtràn

Đối với các tràn được xây dựng trên các vai núi có địa chất khá tốt, đáy tràn hầu nhưkhông phải gia cố hoặc gia cố nhẹ Trên mặt bằng tràn bãi tương đối dài và rộng rấtthuận lợi cho việc xây dựng mới hoặc nâng cao ngưỡng tràn