Nghiên cứu giải pháp nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ của hồ chứa; áp dụng cho hồ chứa nước mậu lâm, tỉnh thanh hóa

2 Để thích ứng với hiện tượng thiên tai bất thường, đảm bảo sự làm việc an toàn của các hồ chứa trong mùa lũ cũng như đảm bảo cấp nước trong mùa kiệt của các hồ chứa nói chung và cụ thể

iii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

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

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐẬP VÀ NÂNG CAO DUNG TÍCH HỮU ÍCH VÀ DUNG TÍCH PHÒNG LŨ CỦA HỒ CHỨA 4

1.1 Tổng quan về hồ đập trên thế giới và Việt Nam: 4

1.2 Tổng quan về giải pháp nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ: 14 1.3 Kết luận chương 1: 18

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH HỮU ÍCH VÀ DUNG TÍCH PHÒNG LŨ CỦA HỒ CHỨA 19

2.1 Các tiêu chí giải pháp lựa chọn: 19

2.2 Các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ của hồ chứa: 19

2.3 Kết luận chương 2: 31

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO HỒ CHỨA NƯỚC MẬU LÂM , TỈNH THANH HÓA 32

3.1 Hiện trạng hồ chứa nước của tỉnh Thanh Hóa: 32

3.2 Hiện trạng hồ chứa nước Mậu Lâm: 41

3.3 Tính toán điều tiết đối với hồ chứa điều tiết năm theo số liệu thủy văn mới cập nhật: 49

3.4 Phân tích, lựa chọn giải pháp nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ của hồ chứa nước Mậu Lâm: 65

3.5 Các giải pháp nâng cao trình ngưỡng tràn cho phương án 1 68

3.6 Các giải pháp nâng cao trình đỉnh đập: 71

3.7 Tính toán ổn định đập hồ chứa Mậu Lâm sau khi nâng cấp: 72

3.8 Kết luận chương 3: 76

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 78

4.1 Kết luận 78

iv

4.2 Một số vấn đề còn tồn tại: 79

4.3 Hướng tiếp tục nghiên cứu của luận văn 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

CÁC PHỤ LỤC 801

v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hồ chứa nước Gileppe (Bỉ) 6

Hình 1.2 Hồ chứa nước Kim Sơn–Hà Tĩnh 7

Hình 2.1 Mặt cắt ngưỡng tràn đỉnh rộng 20

Hình 2.2 Mặt cắt của ngưỡng tràn thực dụng Ôphixêrôp 20

Hình 2.3 Mặt bằng và cắt dọc ngưỡng tràn khi được nâng cao, mở rộng 21

Hình 2.4 Chuyển hình thức tràn tự do sang tràn có cửa van 23

Hình 2.5 Cắt ngang ngưỡng tràn thực dụng 24

Hình 2.6 Mặt bằng và cắt ngang ngưỡng tràn zích zắc 24

Hình 2.7 Quan hệ giữa lưu lượng và mực nước của hình thức A, B và tràn Creager 26 Hình 2.8 Tổ hợp các hình thức kết cấu của tràn chính và tràn phụ 28

Hình 2.9: Lắp ghép cửa van phụ ở phía trên 29

Hình 2.10 Áp trúc mái thượng lưu đập 29

Hình 2.11 Áp trúc mái thượng hạ lưu đập 29

Hình 2.12 Áp trúc mái thượng thượng hạ lưu đập 30

Hình 3.1 Hồ Cửa Đạt huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa 33

Hình 3.2 Hồ Sông Mực huyện Như Thanh tỉnh Thanh Hóa 34

Hình 3.3 Hồ Sông Yên Mỹ huyện Nông Cống, tỉnh Thanh Hóa 35

Hình 3.4 Hồ Cống Khê huyện Ngọc Lặc, tỉnh Thanh Hóa 35

Hình 3.5: Hiện trạng đập đất hồ chứa nước Mậu Lâm 42

Hình 3.6: Hiện trạng tràn xả lũ hồ chứa nước Mậu Lâm 43

Hình 3.7: Hiện trạng cửa vào tràn xả lũ hồ chứa nước Mậu Lâm 44

Hình 3.8: Hiện trạng bờ đất đắp ngang cửa vào tràn xả lũ hồ chứa nước Mậu Lâm để giữ nước 45

Hình 3.9: Vị trí hồ chứa nước Mậu Lâm-tỉnh Thanh Hóa 46

Hình 3.10: Đặc trưng thiết kế cơ bản 47

Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý điều tiết năm một lần, phương án trữ sớm 57

Hình 3.12: Mặt cắt ngang đập đại diện theo phương án áp trúc mái hạ lưu 72

Hình 3.13: Mô hình tính toán ổn định trong phền mềm Geoslope (trường hợp không có tường chắn sóng) 74

Hình 3.14: Mô hình tính toán ổn định trong phền mềm Geoslope (trường hợp có tường chắn sóng) 74

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thống kê theo dung tích hồ chứa phục vụ tưới của tổng cục thuỷ lợi 8

Bảng 2.1 Hệ số tăng lưu lượng n của tràn piano key A so với tràn Creager 26

Bảng 2.2 Hệ số tăng lưu lượng (n) của tràn piano key B so với tràn Creager 26

Bảng 3.1: Tổng hợp hiện trạng tưới công trình thủy lợi tưới toàn tỉnh Thanh Hóa 39

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật theo thiết kế ban đầu của công trình [7] 47

Bảng 3.3: Nhiệt độ trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất tháng, năm tại trạm Như Xuân 50

Bảng 3.4: Độ ẩm tương đối trung bình, thấp nhất tháng, năm tại trạm Như Xuân 50

Bảng 3.5: Lượng bốc hơi trung bình tháng, năm đo bằng ống Piche tại trạm Như Xuân 51

Bảng 3.6: Tốc độ gió trung bình, lớn nhất tháng, năm tại trạm Như Xuân 51

Bảng 3.7: Số giờ nắng trung bình tháng, năm tại trạm Như Xuân 51

Bảng 3.8: Lượng mưa bình quân tháng nhiều năm tại trạm Như Xuân 52

Bảng 3.9: Thời vụ gieo trồng của khu vực 53

Bảng 3.10: Tổng nhu cầu dùng nước của nông nghiệp 54

Bảng 3.11: Tổng hợp các thông số dòng chảy năm lưu vực hồ chứa nước Mậu Lâm 55 Bảng 3.12: Phân phối dòng chảy thiết kế P =75% theo tháng 56

Bảng 3.13: Xác định dung tích hiệu dụng Vhd 58

Bảng 3.14: Bảng điều tiết hồ 59

Bảng 3.15: Đường đặc tính lòng hồ Mậu Lâm 60

Bảng 3.16: Các đặc trưng lượng mưa ngày trạm Như Xuân 62

Bảng 3.17: Kết quả tính lũ thiết kế theo Công thức cường độ giới hạn 62

Bảng 3.18: Tổng lượng lũ thiết kế 63

Bảng 3.19: Tổng hợp tính toán điều tiết lũ 65

Bảng 3.20: Bảng tổng hợp kết quả tính toán điều tiết lũ và cao trình đỉnh đập 67

Bảng 3.26: Chỉ tiêu cơ lý của đập 73

Bảng 3.27: Kết quả tính toán ổn định sau khi nâng cao đập đất không dùng tường chắn sóng 74

Bảng 3.28: Kết quả tính toán ổn định sau khi nâng cao đập đất sử dụng tường chắn sóng 74

Bảng 3.29: Kết quả tính toán ổn định sau khi nâng cao đập đất và nâng chiều cao lăng trụ thoát nước với phương án không dùng tường chắn sóng 75

Bảng 3.30: Kết quả tính toán ổn định sau khi nâng cao đập đất và nâng chiều cao lăng trụ thoát nước với phương án sử dụng tường chắn sóng 75

vii

1

M Ở ĐẦU

I Tính c ấp thiết của Đề tài:

Hiện nay, cả nước đã xây dựng trên 2.100 hồ chứa có dung tích mỗi hồ từ 0,5 triệu m3

trở lên, với tổng ung tích trữ được trên 41 tỷ m3 nước Trong đó miền Trung và Tây Nguyên có trên 97 hồ Thủy lợi chứa hơn 2,4 tỷ m3 nước và 27 hồ Thủy điện chứa 6,4

tỷ m3 nước Đa phần các hồ chứa đã xây dựng từ lâu nên các hồ chứa đã xuống cấp, các yêu cầu cấp nước, giảm lũ, chống úng, chống hạn không đảm bảo nên nhiều hồ chứa cần thiết phải sửa chữa nâng cấp

Thanh Hóa, hiện có khoảng 610 công trình hồ chứa, cấp nước tưới cho 71.305 ha lúa, điều tiết lũ, cải thiện môi trường sinh thái, cấp nước sinh hoạt cho người dân Các công trình hồ chứa đã được đầu tư xây dựng từ những năm 1980 về trước Đến nay, một số công trình hồ chứa đã xuống cấp, có nguy cơ mất an toàn cao Theo thống kê, hiện toàn tỉnh Thanh Hóa có 92 (trong tổng số 610) hồ đập, công trình chứa nước xuống cấp, hư hỏng nặng, có nguy cơ mất an toàn cao

Có nhiều nguyên nhân làm cho hồ đập mất an toàn, xuống cấp Ngoài hồ đập đã xây dựng

từ lâu còn có các nguyên nhân nữa là công tác quản lý, duy tu bảo dưỡng hồ đập; đặc biệt những năm gần đây do hiện tượng thiên tai bất thường như mưa với cường độ lớn, thời gian mưa lâu, dòng chảy lũ đến các hồ chứa lớn hơn so với thiết kế ban đầu nên dẫn tới nguy cơ mất an toàn các công trình đầu mối trong mùa lũ Một ví dụ điển hình là tháng 10/2013 với lượng mưa lên đến 500mm và diễn ra trong thời gian ngắn đã làm 3 hồ chứa nước là hồ Đồng Đáng, hồ Thung Cối và hồ Cây Trầu (huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa)

hạ du Điều này cho thấy khả năng mất an toàn của hồ chứa Mậu Lâm là rất cao

2

Để thích ứng với hiện tượng thiên tai bất thường, đảm bảo sự làm việc an toàn của các

hồ chứa trong mùa lũ cũng như đảm bảo cấp nước trong mùa kiệt của các hồ chứa nói

chung và cụ thể đối với hồ chứa Mậu Lâm nói riêng thì đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ của hồ chứa; Áp dụng cho hồ chứa nước Mậu Lâm, tỉnh Thanh Hóa” là cần thiết

II M ục đích của Đề tài:

- Tổng hợp, phân tích, đánh giá tổng quan về hồ chứa

- Nghiên cứu các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ của hồ chứa

- Áp dụng tính toán cho một hồ chứa nước cụ thể

III Cách ti ếp cận và phương pháp nghiên cứu:

1 Cách tiếp cận:

Từ thực trạng của các hồ chứa trên địa bàn Thanh hóa nói chung, hồ chứa Mậu Lâm nói riêng, tính toán xác định lại dung tích hữu ích, dung tích phòng lũ theo số liệu thủy văn mới, phân tích các giải pháp nâng cao dung tích hiệu dụng và dung tích phòng lũ của hồ chứa, từ đó đưa ra giải pháp nâng cấp hợp lý đối với công trình đầu mối hồ chứa nước Mậu Lâm

2 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp thống kê, phân tích đánh giá các công trình đã có, các số liệu thu thập được;

- Phương pháp điều tra đo đạc, quan sát thực tế, điều tra hiện trường ;

- Phương pháp so sánh lựa chọn tối ưu;

- Phương pháp mô hình toán, sử dụng các phần mềm thông dụng để làm công cụ tính toán;

- Phương pháp chuyên gia, tranh thủ xin ý kiến của các nhà khoa học, các nhà quản lý

có kinh nghiệm;

- Ứng dụng công trình thực tế

3

IV Kết quả dự kiến đạt được:

- Đưa ra giải pháp hợp lý để cải tạo thiết kế nâng cao dung tích hiệu dụng và dung tích phòng lũ của hồ chứa nước;

- Tính toán áp dụng cụ thể cho hồ chứa nước Mậu Lâm

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐẬP VÀ NÂNG CAO DUNG TÍCH HỮU ÍCH VÀ DUNG TÍCH PHÒNG LŨ CỦA HỒ CHỨA

1.1 Tổng quan về hồ đập trên thế giới và Việt Nam:

1.1.1 Tổng quan về tình hình Thiết kế trên thế giới và Việt Nam:

Đa số các đập đất được xây dựng từ những năm 70-80, đến nay do thời gian sử dụng lâu năm và tác động của thời tiết nên các công trình đã bị xuống cấp nghiêm trọng Hiện nay do điều kiện kinh tế xã hội ngày càng phát triển, dân số tăng, nhu cầu cấp nước sinh hoạt, chăn nuôi, công nghiệp và điện năng tăng cao Điều kiện khí hậu ngày càng diễn biến phức tạp, lượng nước mưa có xu hướng tăng trong mùa mưa và giảm trong mùa khô cho nên cần phải cập nhật hệ thống tiêu chuẩn cho phù hợp

Hệ thống tiêu chuẩn sử dụng trong quy hoạch, thiết kế các công trình xây dựng ở nước

ta phát triển theo từng thời kỳ Truớc 1975, tiêu chuẩn XDVN cũng như các tiêu chuẩn ngành thuộc lĩnh vực xây dựng chịu ảnh huởng nhiều của hệ thống tiêu chuẩn Liên Xô

cũ và Trung Quốc, đáp ứng được yêu cầu quản lý xây dựng ở miền Bắc Việt Nam Từ

1975 hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam đã áp dụng cho cả nước Trình độ phát triển khoa học kỹ thuật, sự bùng nổ thông tin và mối quan hệ với các đối tác trong lĩnh vực xây dựng ngày một mở rộng, một số tiêu chuẩn trong đó có những điều bất cập Mặc dầu thường xuyên có các nghiên cứu bổ sung, cập nhật và ra đời các tiêu chuẩn mới thay thế các tiêu chuẩn cũ đã lạc hậu, nhưng chưa đáp ứng kịp mô hình quản lý chất lượng xây dựng trong thời kỳ hòa nhập với thế giới Một trong những tiến bộ của hệ thống quản lý chất lượng xây dựng là phát huy được tính sáng tạo của các tư vấn độc lập Theo xu thế chung của thế giới hệ thống tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm của nước ta

từ những năm 80 của thế kỹ trước đã được rà soát và từ 2002 đến nay, các tiêu chuẩn viết lại theo một quy định chung Các quy chuẩn trong đó có các điều quy định bắt buộc do nhà nước quản lý để đảm bảo an toàn công trình, an toàn cộng đồng, an toàn

xã hội Áp dụng tiêu chuẩn mang tính tự nguyện trong khuôn khổ không vượt ra ngoài quy chuẩn quốc gia Viết và ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật không còn chỉ bó hẹp trong phạm vi nhà nước hoặc ngành chuyên môn mà việc viết và ban hành tiêu chuẩn mở rộng cho công trình, công ty, viện nghiên cứu, trường đại học…Việc áp dụng tiêu

5

chuẩn nào kể cả tiêu chuẩn nước ngoài là sự tự nguyện của các nhà tư vấn Một khi tư vấn đã lựa chọn, tiêu chuẩn trở thành sự thỏa thuận đơn đặt hàng với nhà đầu tư Hiện nay trong công tác tư vấn quy hoach và thiết kế các công trình xây dựng đang sử dung tiêu chuẩn trong nước, tiêu chuẩn nước ngoài và hỗn hợp các hệ thống tiêu chuẩn Các tiêu chuẩn tư vấn nước ta đang sử dụng có thể khái quát thành các hệ thống: hệ thống Nga - Trung - Việt, hệ thống châu Âu và hệ thống tiêu chuẩn Mỹ Có một điểm chung của các hệ thống tiêu chuẩn hiện nay là đều tính toán công trình theo trạng thái giới hạn, phương pháp nhiều hệ số an toàn hay còn gọi là phương pháp bán xác suất Trong đó có những chi tiết khác nhau về cách xác định mức đảm bảo an toàn, các hệ

số an toàn thành phần và an toàn chung Các tiêu chuẩn về vật liệu, về công nghệ xây dựng hiện còn nhiều quy định khác nhau Vì vậy chất lượng sản phẩm xây dựng ở từng khu vực chênh lệch nhau phụ thuộc vào hệ thống tiêu chuẩn áp dụng Các tiêu chuẩn

kỹ thuât dùng trong quy hoạch, thiết kế công trình xây dựng chưa xét đến tổ hợp tải trọng do bão, lũ và trượt lở đất ở mức độ bất thường cần phải nghiên cứu bổ sung cho

phù hợp với tình hình thiết kế ở Việt nam [1].

1.1.2 Tổng quan về tình hình xây dựng hồ đập trên thế giới và Việt Nam:

1.1.2.1 Tổng quan về tình hình xây dựng hồ đập trên thế giới [2]:

Hồ chứa chiếm một vị trí quan trọng trong việc điều chỉnh dòng chảy, điều tiết lưu lượng Yêu cầu xây dựng hồ chứa phải đảm bảo an toàn và kinh tế

Hồ chứa nước trên thế giới được xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong phú Đến nay trên thế giới đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích trên 100 triệu mét nước mỗi

hồ với tổng dung tích các hồ là 4.200 tỷ mét khối

Theo tiêu chí phân loại của uỷ ban Quốc tế về đập lớn (ICOLD), hồ có dung tích từ một triệu m3nước trở lên hoặc chiều cao đập dâng nước trên 10 mét có hơn 45.000 hồ Trong đó Châu Á có 31.340 hồ (chiếm 70%), Bắc và Trung Mỹ có 8.010 hồ, Tây Âu

có 4.227 hồ, Đông Âu có 1.203 hồ, Châu Phi 1.260 hồ, Châu Đại Dương 577 hồ Đứng đầu danh sách các nước có nhiều hồ là Trung Quốc (22.000 hồ), Mỹ (6.575 hồ), Ấn

Độ (4.291 hồ), Nhật Bản (2.675 hồ), Tây Ban Nha 1.196 hồ

6

Mặt tích cực của hồ chứa nước là những công trình sử dụng nguồn nước tổng hợp và mang tính đa chức năng Hồ cấp nước cho các ngành sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, phòng chống lũ lụt, hạn hán, hồ phát điện… Khi một hồ chứa nước được xây dựng sẽ tạo sự ổn định và phát triển kinh tế cho cả một khu vực Tạo công ăn việc làm, giải quyết thất nghiệp, phân bố lao động Mặt khác, trong một số trường hợp còn đảm bảo an ninh quốc phòng

Hình 1.1 Hồ chứa nước Gileppe (Bỉ)

Mặt hạn chế khi xây dựng hồ là: Nếu có sơ xuất trong thiết kế, xây dựng, vận hành khai thác hoặc trình độ kỹ thuật quản lý chưa cao không đáp ứng được đòi hỏi của thực tế, thì có thể gây ra sự cố dẫn đến những hậu quả thảm hại Nếu thất thoát nước nhiều gây thiếu nước ảnh hưởng đến năng suất cây trồng vật nuôi, giảm điện năng và gây khó khăn cho các hoạt động kinh tế, xã hội khác Nước trong hồ dâng cao có thể gây ra trượt lở đất ở thượng lưu, xói lở đất ở hạ lưu, gia tăng các hoạt động địa chất trong vùng, sình lầy vùng ven, làm ô nhiễm một số vùng ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống con người, thảm thực vật và sự phát triển các loài thủy sản Ngập lụt lòng

hồ làm mất đi một diện tích đáng kể đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, khoáng sản, di tích lịch sử, văn hóa Nếu con người sử dụng nước hồ không đúng đắn có thể dẫn tới

1.1.2.2 Tổng quân về tình hình xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam [2]:

Việt Nam có 3/4 diện tích đất đai là đồi núi và hệ thống sông suối dày đặc, lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.800mm đến 2.000mm nhưng phân bố không đều; mùa khô kéo dài khoảng 6 ÷ 7 tháng, lượng mưa chỉ chiếm 15% ÷ 20% tổng lượng mưa cả năm, còn lại 80% ÷ 85% lượng mưa trong 5 ÷ 6 tháng mùa mưa; những đặc điểm trên rất thuận lợi để xây dựng các hồ chứa

Hình 1.2 Hồ chứa nước Kim Sơn–Hà Tĩnh

Hồ chứa nước là công trình lợi dụng tổng hợp, cấp nước tưới, sinh hoạt, công nghiệp

và phát triển các ngành kinh tế quốc dân khác, cải tạo cảnh quan môi trường sinh thái; điều tiết lũ để phòng, tránh, giảm nhẹ thiên tai, đảm bảo an toàn tính mạng và tài sản nhân dân vùng hạ lưu

8

Hồ chứa nước có vai trò quan trọng để phát triển kinh tế nói chung và sản xuất nông nghiệp nói riêng Nhà nước rất quan tâm phát triển xây dựng các hồ chứa nước đặc biệt là từ sau khi đất nước thống nhất

Trong nhiều năm qua Nhà nước và nhân dân đã đầu tư nhiều tiền của, công sức để xây dựng hồ chứa nước phục vụ cho phát triển sản xuất Hiện nay, trên địa bàn 45 tỉnh, thành phố trong cả nước xây dựng được 6.648 hồ chứa nước các loại với tổng dung tích trữ trên 49,88 tỷ m3 nước Nhiều hồ chứa nước lớn như hồ Hòa Bình (Hòa Bình), Thác Bà (Yên Bái), Sơn La (Sơn La), Na Hang (Tuyên Quang), Núi Cốc (Thái Nguyên), Cấm Sơn (Bắc Giang), Cửa Đạt, Sông Mực (Thanh Hóa), Kẻ Gỗ (Hà Tĩnh), Phú Ninh (Quảng Nam), Dầu Tiếng (Tây Ninh).v.v…mang lại hiệu ích to lớn, cấp nước phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, cải tạo môi trường sinh thái, còn có nhiệm vụ cắt lũ bảo đảm an toàn cho hạ du

Trong số các hồ chứa đã được xây dựng, thủy điện có 29 hồ với tổng dung tích trữ

khoảng 39,6 tỷ m3 nước Thủy lợi có 5.466 hồ với tổng dung tích 10,28 tỷ m3 nước, bảo đảm tưới cho 803.180ha đất canh tác, gồm:

Bảng 1.1 Thống kê theo dung tích hồ chứa phục vụ tưới của tổng cục thuỷ lợi

Hồ chứa nước có nhiều lợi ích song cũng luôn tiềm ẩn nguy cơ sự cố, đe doạ đến an toàn của công trình và hạ du Trong thời gian qua nhiều hồ chứa có quy mô vừa và nhỏ

đã bị vỡ gây thiệt hại đáng kể tới người, tài sản của nhân dân như:

+ Năm 1978 tỉnh Nghệ An vỡ đập hồ Quán Hài (4,6 triệu m3), hồ Đồn Húng (3,9 triệu

m3) làm 14 người chết;

+ Năm 1986 tỉnh Khánh Hòa vỡ đập hồ Suối hành (7,34 triệu m3

);

Các hồ bị vỡ nguyên nhân do chất lượng thi công không bảo đảm, mưa lũ quá lớn vượt tần xuất thiết kế, công tác quản lý còn nhiều hạn chế, không đủ kinh phí để sửa chữa, nâng cấp

Để phát huy mặt lợi và đề phòng các diễn biến bất lợi, công tác đầu tư sửa chữa, nâng cấp, quản lý hồ chứa cần được quan tâm và tăng cường nhằm bảo đảm an toàn công trình và nâng cao hiệu quả của hồ chứa

1.1.3 Tổng quan về công tác quản lý vận hành và duy tu bảo dưỡng ở nước ta hiện nay [3]:

Theo số liệu của Cục Thuỷ lợi, hiện nay cả nước có 93 Công ty khai thác công trình thuỷ lợi (trong đó có 3 công ty liên tỉnh trực thuộc Bộ NN&PTNT, còn lại là các Công

ty trực thuộc UBND cấp tỉnh), một số tổ chức sự nghiệp và hàng vạn Tổ chức hợp tác dùng nước (TCHTDN) Trong những năm qua, tiếp tục thực hiện lộ trình sắp xếp, đổi mới hoạt động của doanh nghiệp các địa phương tiếp tục đổi mới, kiện toàn các tổ chức quản lý khai thác công trình thuỷ lợi và củng cố tổ chức hoạt động của các tổ chức hợp tác dùng nước Một số tỉnh đã kiện toàn hệ thống tổ chức quản lý nhà nước

về thuỷ lợi như Thừa Thiên Huế, Hà Giang, Bắc Cạn, Phú Yên đã thành lập các Chi cục Thuỷ lợi hoặc kiện toàn về tổ chức như Quảng Ngãi Các địa phương khác chưa có Chi cục Thuỷ lợi cũng đang trong quá trình xây dựng Đề án thành lập Chi cục Thuỷ lợi Các doanh nghiệp khai thác công trình thủy lợi (KTCTTL) thường xuyên chịu tác động của các chủ trương, chính sách mới, dẫn đến việc thường xuyên đưa vào diện được xem xét tách, nhập, tổ chức lại Một số tỉnh đã thực hiện đổi mới, sắp xếp lại hệ thống doanh nghiệp khai thác công trình thuỷ lợi (KTCTTL) trong tỉnh như TP.Hà Nội sau khi sáp nhập còn 4 doanh nghiệp KTCTTL liên huyện: Sông Đáy, Sông Tích, Sông Nhuệ và Quản lý, đầu tư thuỷ lợi Hà Nội; tỉnh Hải Dương sát nhập các Công ty

về bản chất hoạt động cơ bản là như nhau, song được khoác nhiều tên gọi khác nhau như: Công ty KTCTTL, Trung tâm khai thác Thuỷ lợi, Ban quản lý công trình thuỷ lợi, Công ty cổ phần Sự khác biệt về tên gọi không có ý nghĩa nhiều về thực thi chủ trương đa dạng hoá quản lý công trình thuỷ lợi Nhìn chung tiến độ đổi mới hoạt động của các doanh nghiệp KTCTTL còn chậm Theo báo cáo của Cục thuỷ lợi, đến nay hầu hết các doanh nghiệp, đơn vị quản lý KTCTTL chưa thực hiện đổi mới tổ chức và giảm bớt được số lượng công nhân quản lý thuỷ nông

Nhiều địa phương chưa thành lập các TCHTDN để quản lý các công trình thuỷ lợi nhỏ và công trình thuỷ lợi nội đồng ở những hệ thống công trình thuỷ lợi vừa và lớn (Bắc Cạn, Lai Châu, Hà Giang, Cà Mâu, Hà Tĩnh ) Ở một số địa phương, UBND xã hoặc thôn quản lý các công trình thuỷ lợi nhỏ và công trình thuỷ lợi nội đồng trong địa bàn xã, trong khi UBND xã và thôn không phải là các TCHTDN Nhiều địa phương ở vùng Đông Nam Bộ và Đồng bằng Sông Cửu Long các tổ thuỷ nông quản lý công trình thuỷ lợi nội đồng trong địa bàn xã Các tổ thuỷ nông này chưa phải là các tổ chức hợp tác dùng nước hoàn chỉnh Việc thực hiện Nghị định 115/2009/NĐ-CP của Chính phủ về miễn giảm thuỷ lợi phí còn gặp nhiều vướng mắc ở các địa phương Đối với phần kinh phí cấp cho các doanh nghiệp KTCTTL không có nhiều vướng mắc, tuy nhiên việc triển khai phân bổ kinh phí cho các tổ chức hợp tác dùng nước và các đơn

vị quản lý KTCTTL không phải là doanh nghiệp còn gặp nhiều vướng mắc

Đến nay nhiều tỉnh đã thực hiện phân cấp quản lý khai thác công trình thuỷ lợi cho các địa phương hoặc cho các tổ chức hợp tác dùng nước (TCHTDN) Theo kết qủa điều tra của đề tài có 25 tỉnh đã ban hành quy định (kể cả quy định tạm thời) về phân cấp quản

lý khai thác công trình thuỷ lợi Từ năm 1996, Tuyên Quang đã thực hiện chuyển giao

11

toàn bộ các công trình thuỷ lợi trong tỉnh cho các TCHTDN Năm 2007 tỉnh Thái Bình

là tỉnh đầu tiên đã thực hiện Đề án phân cấp quản lý khai thác công trình thuỷ lợi và tổ chức thực hiện chuyển giao các trạm bơm nhỏ trong 1 xã cho các Hợp tác xã nông nghiệp (HTXNN) trên quy mô toàn tỉnh Kết quả thực hiện đề án phân cấp quản lý ở Thái Bình là đã chuyển giao được 285 trạm bơm nhỏ quy mô tưới tiêu cho 1 xã cho các HTXNN Kết quả đánh giá ban đầu cho thấy sau khi được chuyển giao cho các HTXNN thì hiệu quả tưới tiêu của các trạm bơm này đã được nâng cao, nhân dân rất phấn khởi, đồng tình với chủ trương phân cấp quản lý khai thác công trình thuỷ lợi của tỉnh

Hiện nay, Chính phủ đã ban hành Nghị định 115/2008/NĐ-CP quy định về miễn giảm thuỷ lợi phí, quy định miễn thuỷ lợi phí đối với trường hợp sử dụng nước từ công trình thuỷ lợi được đầu tư xây dựng bằng nguồn vốn ngân sách nhà nước và cả trường hợp công trình thuỷ lợi đầu tư bằng nguồn vốn không thuộc ngân sách nhà nước Chính sách này quy định các tổ chức được ngân sách cấp, sử dụng kinh phí bù miễn thuỷ lợi phí bao gồm cả các công ty KTCTTL, các tổ chức sự nghiệp và các TCHTDN Đây là chính sách thuận lợi cho việc phân cấp quản lý khai thác công trình thuỷ lợi cho các TCHTDN Khi thực hiện chính sách miễn giảm thuỷ lợi phí theo Nghị định 115/2009/NĐ-CP của Chính phủ, do được sử dụng kinh phí bù miễn thuỷ lợi phí nên một số địa phương đang có xu hướng chuyển giao ngược các công trình thuỷ lợi nhỏ cho Công ty KTCTTL Tỉnh Vĩnh Phúc đang thực hiện thí điểm mô hình tổ chức quản

lý khai thác và điều hành một đầu mối theo phương thức: Thực hiện bàn giao toàn bộ các công trình thuỷ lợi trên địa bàn làm thí điểm (kể cả các công trình do các xã, HTXNN quản lý) cho các công ty KTCTTL quản lý phục vụ tưới từ đầu mối tới mặt ruộng [5] Trước mắt, trong năm 2007 đã thực hiện thí điểm mô hình này cho các hệ thống thuỷ lợi của công ty KTCTTL Tam Đảo, Liễn Sơn, Lập Thạch và Mê Linh Hiệu quả quản lý khai thác công trình thuỷ lợi của các mô hình thí điểm tổ chức quản

lý khai thác và điều hành một đầu mối này cần được điều tra, đánh giá một cách khách quan để khẳng định sự phù hợp của mô hình

Nhìn chung, các tỉnh đều có chủ trương phân cấp công trình thuỷ lợi nhỏ, phạm vi tưới cho 1 xã, mức độ quản lý đơn giản cho các tổ chức hợp tác dùng nước Một số tỉnh đã

đề ra các tiêu chí phân cấp quản lý theo quy mô công trình (diện tích tưới, công suất

ha, dung tích hồ chứa từ 0.5 - 1 triệu m3và chiều cao đập đất từ 8 -10m Một số tỉnh đã đưa vào tiêu chí về mức độ quản lý phức tạp của công trình như các tỉnh Đắc Lắc, Hà Giang, Tiền Giang, Ninh Thuận Tiêu chí quy mô công trình thuỷ lợi (lớn, vùa và nhỏ) được áp dụng ở các tỉnh như Thái Bình, Ninh Thuận, tuy nhiên chưa xác định tiêu chí

cụ thể phân loại các công trình thuỷ lợi lớn, vừa và nhỏ Một số tỉnh đưa ra tiêu chí phân cấp kênh, như tỉnh Vĩnh Phúc, Hải Phòng, trong khi đó tiêu chí loại kênh được áp dụng ở tỉnh Quảng Nam Trong đó, kênh loại 1 là kênh tưới liên huyện, kênh loại 2 là kênh tưới liên xã và kênh loại 3 là kênh tưới trong 1 xã Theo tiêu chí phân loại kênh, tỉnh Quảng Nam đã phân cấp quản lý kênh loại III cho các HTXNN Nhiều tỉnh đưa ra tiêu chí phân cấp kênh nội đồng cho các tổ chức thuỷ nông cơ sở Tuy nhiên tiêu chí kênh nội đồng chưa được định lượng cụ thể

Các tồn tại, vướng mắc khi thực hiện phân cấp quản lý khai thác công trình thuỷ lợi như sau:

- Một số tỉnh chỉ có Công ty KTCTTL tỉnh, mà không thành lập các xí nghiệp khai thác thuỷ lợi huyện (tỉnh Bạc Liêu, Hậu Giang), thực tế cho thấy Công ty cũng chỉ quản lý được các công trình đầu mối, công trình xây đúc, còn toàn bộ hệ thống kênh mương, nhất là các tuyến kênh liên xã không quản lý được, nên hệ thống này không có chủ quản lý đích thực Việc phân công trách nhiệm vận hành, duy tu bảo dưỡng hệ thống công trình thuỷ lợi giữa các công ty KTCTTL và các TCHTDN không rõ ràng,

là nguyên nhân chủ yếu gây nên hiệu quả quản lý thấp ở nhiều hệ thống thuỷ lợi

- Một số tỉnh, đến nay chưa có Công ty KTCTTL cấp tỉnh, nhất là các tỉnh ở vùng miền núi phía Bắc và vùng Đồng bằng sông Cửu Long Nhiều tỉnh miền núi đến nay

13

chỉ thành lập các trạm thuỷ lợi cấp huyện, như tỉnh Lai Châu, Lào Cai….ở tỉnh Đồng Tháp, do chưa có Công ty KTCTTL nên việc quản lý khai thác công trình thuỷ lợi là

do UBND tỉnh, huyện và các Tổ chức hợp tác thực hiện Tỉnh Long An chưa có Công

ty KTCTTL cấp tỉnh mà chỉ có các Trạm thuỷ lợi huyện, do vậy nên gặp khó khăn trong việc quản lý khai thác các công trình, tuyến kênh tưới, tiêu liên huyện Ở một số tỉnh các cơ quan quản lý nhà nước về thuỷ lợi như Chi cục quản lý thuỷ nông tỉnh Bà Rịa-Vũng Tầu và Chi cục thuỷ lợi tỉnh Cần Thơ thực hiện nhiệm vụ quản lý khai thác công trình thuỷ lợi

- Do thiếu cơ chế hỗ trợ kỹ thuật, hỗ trợ tài chính nên mặc dù thấy được hiệu quả song nhiều địa phương vẫn còn dè dặt trong phân giao quản lý các công trình thuỷ lợi nhỏ,

kỹ thuật đơn giản cho các tổ chức hợp tác dùng nước và cá nhân quản lý

- Một số tỉnh không thực hiện phân cấp quản lý trực tiếp cho các tổ chức hợp tác dùng nước mà phân cấp cho các huyện Nhưng một số huyện không thành lập được các trạm khai thác thuỷ lợi hoặc các tổ chức hợp tác dùng nước, nên huyện tạm thời cử cán bộ của phòng kinh tế huyện quản lý Các phòng kinh tế huyện là các cơ quan có chức năng quản lý nhà nước vừa kết hợp quản lý khai thác công trình thuỷ lợi Hơn nữa, các cán bộ của huyện không đủ nhân lực để quản lý, vận hành các công trình thuỷ lợi, dẫn đến tình trạng thực chất là các công trình thuỷ lợi chưa có chủ quản lý đích thực, không đảm bảo tính hiệu quả và bền vững của công trình thuỷ lợi Ví dụ ở tỉnh Đắc Lắc, UBND tỉnh phân cấp quản lý một số công trình thuỷ lợi nhỏ cho UBND huyện, sau đó UBND huyện giao cho phòng nông nghiệp địa chính hoặc UBND xã quản lý một số công trình dẫn đến không thực sự có chủ quản lý bởi vì không có người quản lý trực tiếp Một số người được giao nhiệm vụ quản lý công trình này được hưởng chế độ như là công chức do ngân sách huyện hoặc xã trả hoàn toàn không phải tổ chức thu thuỷ lợi phí để có kinh phí quản lý và sửa chữa thường xuyên

- Ở nhiều địa phương, hiện nay các công trình thuỷ lợi nhỏ và các kênh nội đồng (kênh loại III) trong 1 xã vẫn do các Công ty KTCTTL quản lý, ví dụ như ở tỉnh Quảng Nam, Hải Dương, Nghê An Trong khi đó, đối với các công trình thuỷ lợi nhỏ ở nhiều tỉnh miền núi phía Bắc (Sơn La, Hoà Bình ) về danh nghĩa các Công ty KTCTTL

14

chịu trách nhiệm quản lý công trình đầu mối và tuyến kênh chính còn các tổ chức thuỷ nông cơ sở (thôn, bản) quản lý hệ thống kênh nội đồng, nhưng thực tế các công trình đầu mối và kênh chính cũng do các thôn, bản quản lý vận hành

- Các tiêu chí phân cấp quản lý khai thác công trình thuỷ lợi thực hiện khác nhau ở các địa phương Tiêu chí phân cấp hệ thống công trình thuỷ lợi có quy mô nhỏ, vừa và lớn chưa được thống nhất trong các văn bản pháp quy cũng như trong các báo cáo khoa học Tiêu chí về quy mô công trình thuỷ lợi nội đồng không thống nhất ở các địa phương Tiêu chí phân loại cấp kênh không thống nhất ở các văn bản khác nhau, dẫn đến tình trạng thực hiện phân cấp quản lý công trình thuỷ lợi cùng khác nhau ở các địa phương Có tỉnh phân loại cấp kênh theo tiêu chí kênh chính, kênh nhánh cấp 1, 2,3, kênh nội đồng, trong khi đó có tỉnh phân loại kênh theo tiêu chí kênh loại 1, 2 và 3

- Nhiều tỉnh khuyến khích phân cấp quản lý khai thác công trình thuỷ lợi cho các tổ chức hợp tác dùng nước, nhưng chưa đề ra các tiêu chí cụ thể để thực hiện việc phân cấp quản lý Hầu hết các tỉnh chưa đưa ra tiêu chí phân cấp quản lý công trình thuỷ lợi đầu mối là các trạm bơm điện hoặc đập dâng nước

1.2 Tổng quan về giải pháp nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ:

1.2.1 Các khái niệm [4]:

- Công trình thuỷ lợi là các công trình: Là sản phẩm được tạo thành bởi trí tuệ và sức lao động của con người cùng vật liệu xây dựng và thiết bị lắp đặt vào công trình, được liên kết định vị với nền công trình nhằm mục đích ngăn ngừa hoặc hạn chế những mặt tác hại, khai thác sử dụng và phát huy những mặt có lợi của nguồn nước để phát triển kinh tế - xã hội Bao gồm hồ chứa nước, đập dâng nước, âu thuyền, cống, trạm bơm, kênh dẫn nước, công trình dẫn nước trên kênh, tràn xả nước, giếng, đường ống dẫn nước và bờ bao các loại;

- Hệ thống thuỷ lợi là tập hợp các công trình thuỷ lợi có liên quan mật thiết với nhau

về mặt quản lý vận hành, bảo trì và bảo vệ trong khu vực nhất định;

- Hồ chứa nước: Là công trình tích nước và điều tiết dòng chảy nhằm cung cấp nước cho các ngành kinh tế quốc dân, sản xuất điện năng, cắt giảm lũ cho vùng hạ lưu v.v

15

Hồ chứa nước bao gồm lòng hồ để chứa nước và các công trình (hay hạng mục công trình) sau:

+ Đập chắn nước để tích nước và dâng nước tạo hồ;

+ Công trình xả lũ để tháo lượng nước thừa ra khỏi hồ để điều tiết lũ và đảm bảo an toàn cho đập chắn nước;

+ Công trình lấy nước ra khỏi hồ để cung cấp nước;

+ Công trình quản lý vận hành;

+ Theo yêu cầu sử dụng, một số hồ chứa nước có thể có thêm công trình khác như: công trình xả bùn cát, tháo cạn hồ; công trình giao thông thủy (âu thuyền, công trình chuyển tàu, bến cảng ), giao thông bộ; công trình cho cá đi

- Hệ thống công trình đầu mối thủy lợi: Là một tổ hợp các hạng mục công trình thủy lợi tập trung ở vị trí khởi đầu của hệ thống dẫn nước, cấp nước, thoát nước; làm chức năng chứa nước, cấp nước hoặc thoát nước, điều tiết nước, khống chế và phân phối nước

- Hệ thống dẫn nước, cấp nước, thoát nước: Là tổ hợp mạng lưới đường dẫn nước và công trình có liên quan trong hệ thống dẫn nước

- Mực nước chết (MNC): Mực nước khai thác thấp nhất của hồ chứa nước mà ở mực nước này công trình vẫn đảm bảo khai thác vận hành bình thường

- Mực nước dâng bình thường (MNDBT): Mực nước hồ cần phải đạt được ở cuối thời

kỳ tích nước để đảm bảo cung cấp đủ nước theo mức đảm bảo thiết kế

- Mực nước lớn nhất thiết kế (MNLTK): Mực nước cao nhất xuất hiện trong hồ chứa nước khi trên lưu vực xảy ra lũ thiết kế

- Mực nước lớn nhất kiểm tra (MNLKT): Mực nước cao nhất xuất hiện trong hồ chứa nước khi trên lưu vực xảy ra lũ kiểm tra

- Mực nước đón lũ (MNĐL): Còn gọi là mực nước phòng lũ, là mực nước cao nhất được phép duy trì trước khi có lũ để hồ chứa nước thực hiện nhiệm vụ chống lũ cho hạ lưu

- Dung tích chết: Phần dung tích của hồ chứa nước nằm dưới cao trình mực nước chết

- Dung tích hữu ích (dung tích làm việc): Phần dung tích của hồ chứa nước nằm trong phạm vi từ MNDBT đến MNC

- Dung tích phòng lũ: Phần dung tích của hồ chứa nước nằm trong phạm vi từ mực nước đón lũ đến mực nước lớn nhất kiểm tra làm nhiệm vụ điều tiết lũ Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng công trình hồ chứa nước, dung tích phòng lũ có thể bố trí một phần nằm dưới mực nước dâng bình thường hoặc nằm toàn bộ trên mực nước dâng bình thường

- Đập chắn nước: Công trình chắn ngang dòng chảy của sông suối hoặc ngăn những vùng thấp để giữ nước và nâng cao mực nước trước đập hình thành hồ chứa nước

- Công trình xả lũ: Công trình xả lượng nước thừa, điều chỉnh lưu lượng xả về hạ lưu

để đảm bảo an toàn cho công trình thủy lợi

- Công trình tháo nước: Công trình dùng để chủ động tháo nước theo quy trình quản lý khai thác hồ: tháo cạn hoàn toàn hoặc một phần nước khi cần sửa chữa công trình, vệ sinh lòng hồ, dọn bùn cát bồi lấp hoặc rút nước đề phòng sự cố và tham gia xả lũ

- Công trình lấy nước: Công trình lấy nước chủ động từ nguồn nước vào hệ thống đường dẫn để cấp cho các hộ dùng nước theo yêu cầu khai thác

- Mức bảo đảm phục vụ của công trình: Số năm công trình đảm bảo làm việc theo đúng nhiệm vụ thiết kế trong chuỗi 100 năm khai thác liên tục, được tính bằng tỷ lệ phần trăm

1.2.2 Các giải pháp đã được thực hiện và nghiên cứu để nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ:

17

Các hồ chứa đã xuống cấp cần phải được nâng cấp sửa chữa Ngoài việc kiên cố hoá

để đảm bảo sự ổn định còn phải nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ để đáp ứng được nhu cầu sử dụng nước ngày càng cao Để nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ phải nâng cao trình ngưỡng tràn làm ảnh hưởng đến diện tích ngập lụt trong lòng hồ Vì vậy cần phải được phân tích, so sánh, lựa chọn giải pháp hợp lý

để đem lại hiệu quả cao Các giải pháp đã được thực hiện và nghiên cứu để nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ là:

- Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp với khả năng tháo của tràn

- Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp với mở rộng khẩu độ tràn

- Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp chuyển tràn tự do sang tràn có cửa van

- Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp thay đổi kiểu tràn thẳng sang tràn ziczắc

- Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp làm thêm tràn phụ, tràn sự cố

- Nâng cao đỉnh đập

- Nâng cao trình ngưỡng tràn, nâng cao đập kết hợp với làm tường chắn sóng

- Kết hợp các giải pháp với nhau

Các giải pháp này sẽ được giới thiệu chi tiết ở chương 2

18

1.3 Kết luận chương 1:

Chương 1 cho ta thấy được tổng quan về hồ đập trên thế giới và Việt nam, tổng quan

về các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ của hồ chứa Qua chương 1 ta thấy được tổng quan về thực trạng và các giải pháp để thiết kế, nâng cấp

hồ chứa nhằm đảm bảo nhu cầu dùng nước ngày càng cao Mang lại hiệu quả lớn về nhận thức trong phương pháp luận thiết kế công trình thuỷ lợi Tùy thuộc vào nhiệm

vụ của mỗi hồ chứa để có các giải pháp hợp lý, các nhà đầu tư có cái nhìn đúng đắn để lựa chọn phương án đầu tư có lợi nhất

19

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH HỮU ÍCH VÀ DUNG TÍCH PHÒNG LŨ CỦA HỒ CHỨA

2.1 Các tiêu chí giải pháp lựa chọn:

Khi mực nước thương đập dâng cao sẽ dẫn đến việc dâng cao đường bão hòa, tăng gradient thấm trong thân đập, tăng áp lực nước hoặc giảm thể tích khối đất không bão hòa Mặt khác thể tích khối đất không bão hòa có ảnh hưởng rất quan trọng đến độ ổn định của mái đất không bão Việc đồng thời tăng áp lực nước và giảm thể tích khối đất không bão hòa, tăng gradient thấm trong thân đập dẫn đến sự suy giảm cường độ kháng cắt của đất Điều này dẫn đến các sự mất ổn định mái hạ lưu đập đồng thời tăng khả năng xói chân khay và xói tại vị trí ra của đường bão hòa [5] Ngoài ra, khi nâng cao dung tích, diện tích ngập lòng hồ sẽ lớn hơn so với thiết kế ban đầu… Vì vậy, các tiêu chí giải pháp lựa chọn để nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ là:

- Đảm bảo yêu cầu dùng nước và ngập lụt hạ lưu;

- Tối ưu về ngập lụt thượng lưu;

- Việc cải tạo, nâng cấp đập phải phù hợp với điều kiện tự nhiên;

- Tiện lợi cho quản lý vận hành;

- Phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội của địa phương;

- Đảm bảo kinh tế trong xây dựng;

- Các giải pháp lựa chọn để nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ phải tuân thủ theo các qui chuẩn, các tiêu chuẩn hiện hành

2.2 Các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ của hồ chứa:

2.2.1 Nâng ca o trình ngưỡng tràn kết hợp chuyển hình thức ngưỡng tràn đỉnh rộng sang tràn thực dụng:

- Nội dung giải pháp:

Nhiều hồ chứa vừa và nhỏ ở Thanh Hóa chủ yếu làm tràn bãi hoặc hình thức tràn đỉnh rộng để xả lũ Tràn được xây dựng trên các vai núi có địa chất khá tốt nên đáy tràn hầu như không phải gia cố hoặc gia cố nhẹ Trên mặt bằng tràn bãi tương đối dài và rộng

mo~0.33÷0.44 (phụ thuộc mt, mh)

mo~0.3÷0.385 (không ngập)

Hình 2.1 Mặt cắt ngưỡng tràn đỉnh rộng + Mặt cắt thiết kế và khả năng tháo của tràn sau khi nâng cấp:

2.2.2 Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp mở rộng khẩu độ tràn:

- Nội dung giải pháp:

Nâng cao trình ngưỡng tràn để đảm bảo cấp nước và mở rộng khẩu độ tràn để tăng khả năng tháo của tràn nhằm giảm cột nước tràn (khống chế MNLTK)

Hình 2.3 Mặt bằng và cắt dọc ngưỡng tràn khi được nâng cao, mở rộng

Cần phải xử lý tiếp giáp giữa tràn cũ và phần tràn mở rộng để đảm ổn định, không bị

rò rỉ nước ra phía hạ lưu

Xử lý tiếp giáp tràn với dốc nước hạ lưu (thay đổi độ dốc i) để tránh xẩy ra nước nhảy

và khí thực trên dốc nước

- Điều kiện ứng dụng:

Vị trí tràn phải có điều kiện địa hình, địa chất thuận lợi cho việc mở rộng tràn về phía đập (không ảnh hưởng đến ổn định và kết cấu của đập) hay về phía vai núi (thi công thuận lợi)

2.2.3 Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp chuyển tràn tự do sang tràn có cửa van

- Nội dung giải pháp:

23

Tăng khả năng tháo của tràn bằng cách tăng cột nước tràn, hạ thấp ngưỡng tràn và lắp đặt cửa van có cao trình đỉnh cửa van cao hơn ngưỡng tràn cũ để nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa

Hình 2.4 Chuyển hình thức tràn tự do sang tràn có cửa van

- Xác định cao trình đỉnh cửa van từ yêu cầu nâng dung tích hữu ích của hồ chứa

- Xác định cao trình đặt cửa van bằng cách tính toán thử dần Mực nước tràn bắt đầu làm việc ở cao trình đỉnh cửa van, với giả thiết các cao trình đặt cửa van ta tính toán xác định được MNLTK tương ứng Khi tính toán được MNLTK = MNLKC thì dừng lại Từ đó ta xác định được cao trình đặt cửa van

Giải pháp này yêu cầu cần có công tác quản lý vận hành và dự báo lũ tốt Phá bỏ tràn

cũ hay hạ thấp ngưỡng tràn cũ xuống phụ thuộc vào điều kiện địa chất tràn và điều kiện địa hình phía hạ lưu tràn

Để bố trí các cửa van phải làm thêm các tường giữa (tường phân dòng) nên làm giảm chiều rộng tràn nước

24

- Điều kiện ứng dụng:

Khi cần tăng khả năng tháo của tràn trong điều kiện địa hình hẹp, địa chất tốt có thể hạ thấp được cao trình ngưỡng tràn và lắp thêm cửa van Áp dụng cho những vùng có lưu vực dốc, môdun lũ lớn đòi hỏi có khả năng tháo lớn

2.2.4 Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp chuyển hình thức tràn thực dụng sang tràn zích zắc

- Nội dung giải pháp:

Phá dỡ ngưỡng tràn thực dụng thay thế bằng ngưỡng tràn zích zắc (có ngưỡng tràn cao hơn để tăng dung tích) có khả năng tháo tốt hơn

+ Ngưỡng tràn thực dụng

Hình 2.5 Cắt ngang ngưỡng tràn thực dụng Q=m.b. 2g.Ho

3/2; (mo~ 0.48) (2-2) + Ngưỡng tràn zích zắc

Hình 2.6 Mặt bằng và cắt ngang ngưỡng tràn zích zắc

Q= z z với mz = ⅔ Cd ; (2-4)

Trong đó:

Cd: Hệ số lưu lượng của đường tràn thẳng có cùng hình dạng ngưỡng

Ct: Hệ số lưu lượng Tullis Theo kinh nghiệm Ct = 0,56÷0,6

W : Chiều rộng chân 1 răng tràn

B : Chiều dài 1 cánh tường bên

α : Góc hợp bởi tường nghiêng với phương dòng chảy

n : Số răng tràn (trên hình vẽ là 2 răng)

Rc : Bán kính đỉnh tràn

L: Chiều dài tổng cộng cho một răng tràn

2

2.3

2 L n g H C

26

*Lưu lượng của tràn zíchzắc kiểu phím đàn piano

Hãng Hydrocoop tiến hành thí nghiệm mô hình với tràn phím đàn piano hình thức A với P = 4,0m; L = 12,0m; 2b = 2 x 2,4 = 4,8m;

Hệ số tăng lưu lượng (n) 4,4 3,7 3,2 2,6 2,2 2,0 1,8 1,6 1,5 1,4

Ghi chú: Nếu P≠ 4m thì hệ số n nhân với (P/4)1,5

Với tràn piano key B, Hydrocoop tiến hành thí nghiệm với P = 8m; L = 24m; 2b = 9,6m; N = 6 và kết quả thí nghiệm như bảng 3-5:

Bảng 2.2 Hệ số tăng lưu lượng (n) của tràn piano key B so với tràn Creager

Hệ số tăng lưu lượng (n) 5,2 4,4 3,6 2,9 2,4 2,1 1,9 1,8 1,7 1,6

Hình 2.7 Quan hệ giữa lưu lượng và mực nước của hình thức A, B và tràn Creager

- Ưu điểm: Tăng khả năng tháo của tràn lên 2-5 lần so với đập tràn thực dụng (hệ số

lưu lượng tăng), giảm được cột nước tràn, không phải nâng cao trình đỉnh đập

27

Cấu trúc đơn giản và dễ xây dựng với nguồn vật liệu có sẵn tại chỗ Đập tràn này về thực chất sẽ giảm chi phí của hầu hết các đập ngăn nước mới và tăng độ an toàn, khả năng trữ nước, khả năng kiểm soát lũ của các đập ngăn nước hiện hữu

- Nhược điểm: Muốn tăng lưu lượng thì phải tăng chiều cao tường và cần diện rộng

ngưỡng như là: tràn thực dụng, tràn hình thang hoặc thành mỏng là thích hợp nhất

Đặc biệt bộ phận tiêu năng, do đảm nhận tiêu năng với tỷ lưu lớn hơn trước (trường hợp không mở rộng bộ phận sau tràn) thì nền phía sau tốt nhất là nền đá cứng chắc hoặc tiêu năng bằng mũi phun

2.2.5 Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp làm thêm tràn phụ, tràn sự cố

- Nội dung giải pháp:

Tôn cao ngưỡng tràn cũ đồng thời làm thêm tràn phụ (ở bên cạnh tràn cũ hay ở vị trí khác có điều kiện địa hình, địa chất thuận lợi) để tăng khả năng tháo lũ Tràn phụ có thể là tràn tự do, tràn có cửa van, tràn zích zắc hay tràn sự cố.v.v Việc chọn kiểu tràn phụ phải căn cứ vào yêu cầu tháo nước tràn phụ, hình thức tràn cũ, điều kiện địa hình địa chất tại vị trí tràn cũng như nối tiếp sau tràn

Khi biết được hình thức kết cấu tràn xả lũ và yêu cầu khống chế mực nước lũ của hồ chứa khi có tràn phụ Có hai tiêu chuẩn chọn mực nước lũ khống chế:

+ Tiêu chuẩn 1: Cho phép chọn mực nước lũ khống chế (MNLKC) trong phạm vi từ MNLTK đến MNLTK cộng với độ cao an toàn thiết kế đập đất Bài toán này cần kiểm tra ổn định các hạng mục khác của công trình đầu mối như đập, tràn chính, cống lấy nước.v.v khi thiết kế

- Ưu điểm: Có khả năng tháo lớn, khả năng đảm bảo an toàn cao Xây dựng tràn phụ

nên không làm ảnh hưởng đến kết cấu tràn cũ

- Nhược điểm: Khó để chọn được vị trí xây dựng tràn mới phù hợp với bố trí chung

của hệ thống và thoát nước phía sau tràn

Đầu tư xây dựng tràn phụ đòi hỏi kinh phí cao hơn

- Điều kiện ứng dụng:

Được ứng dụng khi tràn xả lũ hiện tại không thể mở rộng được quy mô do điều kiện địa hình, địa chất không thuận lợi hoặc nếu mở rộng thì ảnh hưởng đến ổn định của tràn cũ

2.2.6 Nâng cao trình ngưỡng tràn + Nâng cao đập kết hợp với làm tường chắn sóng:

- Nội dung giải pháp:

Khi giữ nguyên khẩu độ và hình thức tràn Việc nâng cao trình ngưỡng tràn để tăng dung tích hữu ích sẽ dẫn đến làm tăng MNLTK như vậy cần phải nâng cao trình đỉnh đập + Nâng cao ngưỡng tràn: như các cách làm đã nêu trong các giải pháp trên Ngoài ra đối với tràn có cửa van để nâng cao dung tích trữ ta làm thêm một cửa phụ nối tiếp phía trên đỉnh cửa van hoặc thay thế cửa van cũ bằng cửa van mới có chiều cao lớn hơn

Tràn chính + tràn phụ

Tràn chính + tràn phụ

có cửa van

29

Hình 2.9: Lắp ghép cửa van phụ ở phía trên + Nâng cao trình đỉnh đập: Sau khi tính toán điều tiết lũ với ngưỡng tràn mới ta xác định được MNLTK và MNLKT Từ đó ta xác định được cao trình đỉnh đập, để giảm cao trình đỉnh đập nên kết hợp làm tường chắn sóng khi tôn cao đập Để nâng cao trình đỉnh đập (đập đất) áp dụng theo các cách sau:

• Đắp áp trúc phía thượng lưu đập:

Hình 2.10 Áp trúc mái thượng lưu đập

Để thi công đắp áp trúc mái thượng lưu phải cắt nước và dẫn dòng tưới ảnh hưởng đến

kế hoạch sản xuất Vì vậy cách này được sử dụng khi kết hợp xử lý chống thấm thân và nền đập bằng việc sử dụng lớp vật liệu đất đắp có hệ số thấm nhỏ Lớp đất đắp này vừa giữ ổn định để tôn cao đập vừa đóng vai trò là tường nghiêng + sân phủ để chống thấm

• Đắp áp trúc phía hạ lưu:

Hình 2.11 Áp trúc mái thượng hạ lưu đập Thường sử dụng theo cách này khi cần tăng hệ số ổn định mái đập hạ lưu hoặc khi sử dụng biện pháp chống thấm khác (khoan phụt vữa xi măng chống thấm thân và nền đập)

30

• Đắp áp trúc cả thượng và hạ lưu:

Hình 2.12 Áp trúc mái thượng thượng hạ lưu đập Thường áp dụng với các đập nhỏ trước đây nhân dân tự đắp Với yêu cầu ngoài nhiệm

vụ nâng cao dung tích hữu ích còn phải đảm bảo an toàn cho đập

- Ưu điểm: Giữ nguyên tràn cũ, chỉ nâng cao tường bên tràn theo cao trình đỉnh đập Không phải xử lý tiêu năng phía sau tràn

- Nhược điểm: Phải nâng cao trình đỉnh đập, diện tích ngập nước lòng hồ tăng nên chi phí xây dựng và giải phóng mặt bằng tăng cao

Vì MNLTK tăng nên ảnh hưởng đến ổn định của đập, cần phải được tính toán kiểm tra lại ổn định đập sau khi đã tôn cao

Lựa chọn lớp đất đắp có chỉ tiêu phù hợp với đất đắp đập cũ, lưu ý trong thi công khi

xử lý tiếp giáp giữa mái nghiêng đập cũ với lớp áp trúc để giữ ổn định (thi công bằng thủ công)

- Điều kiện ứng dụng: Khi yêu cầu khả năng tháo tăng không lớn, điều kiện địa chất, địa hình tuyến tràn không cho phép mở rộng Hay giải pháp thay đổi hình thức tràn không

đủ mặt bằng để chuyển đổi, tiêu năng hạ lưu không phù hợp với hình thức tràn mới Khi yêu cầu đặt ra ngoài nhiệm vụ tăng dung tích hữu ích còn phải đảm bảo nâng cấp đập để đảm bảo an toàn đập đất

Ngoài ra có thể giải phóng được diện tích ngập nước trong lòng hồ tăng thêm, và có chi phí giải phóng mặt bằng hợp lý

31

2.2.7 Kết hợp các giải pháp với nhau:

Khi các yêu cầu đặt ra: điều kiện địa hình địa chất, khống chế mực nước lũ kiểm tra, kinh phí đầu tư.v.v mà các giải pháp nêu trên không thoả mãn thì phải nghiên cứu tính toán để kết hợp các giải pháp với nhau một cách hợp lý hơn như là:

- Nâng cao trình ngưỡng tràn + mở rộng tràn và chuyển hình từ tràn tự do sang tràn zích zắc;

- Nâng cao trình ngưỡng tràn + mở rộng tràn và chuyển hình từ tràn không có cửa van sang tràn có cửa van;

- Nâng cao trình ngưỡng tràn + mở rộng tràn kết hợp với tôn cao đập

Giải pháp được lựa chọn vừa cho khả năng điều tiết tối ưu để khống chế mực nước lũ thiết kế vừa đảm bảo điều kiện kinh tế, thuận lợi trong thi công và mỹ quan chung của vùng dự án

2.3 Kết luận chương 2:

Các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ đã được đề cập ở trên

để áp dụng vào các hồ chứa nước là rất hữu hiệu Hiện nay ở Thanh Hóa chủ yếu sử dụng giải pháp nâng ngưỡng tràn kết hợp mở rộng tràn và nâng cao trình đỉnh đập Việc mở rộng tràn có hình thức tương tự tràn cũ nên khả năng tháo tăng không cao, vì vậy phải kết hợp với nâng cao trình đỉnh đập làm tăng chi phí xây dựng công trình và tăng chi phí đền bù ngập lụt lòng hồ Các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích và dung tích phòng lũ như đã nêu ở trên mở ra cho các nhà thiết kế có thêm nhiều giải pháp để áp dụng phù hợp với yêu cầu, đặc điểm làm việc của từng hồ chứa cụ thể Từ

đó tạo ra tư duy mới trong công tác thiết kế công trình thủy lợi, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả của các hồ chứa nước ở Thanh Hóa Áp dụng vào hồ chứa nước Mậu Lâm

32

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO HỒ CHỨA NƯỚC MẬU LÂM , TỈNH THANH HÓA

3.1 Hiện trạng hồ chứa nước của tỉnh Thanh Hóa [6]:

Thanh Hóa hiện có khoảng 610 công trình hồ chứa, cấp nước tưới cho 71.305 ha lúa, điều tiết lũ, cải thiện môi trường sinh thái, cấp nước sinh hoạt cho người dân Các công trình hồ chứa đã được đầu tư xây dựng từ những năm 1980 về trước Đến nay, một số công trình hồ chứa đã xuống cấp, có nguy cơ mất an toàn cao Theo thống kê của Chi cục Thủy lợi, hiện toàn tỉnh Thanh Hóa có 92 (trong tổng số 610) hồ đập, công trình chứa nước xuống cấp, hư hỏng nặng, có nguy cơ mất an toàn cao

3.1.1 Các hồ chứa lớn:

Tỉnh Thanh Hóa có 12 hồ chứa lớn, trong đó có 02 hồ quan trọng quốc gia là hồ Cửa Đạt và hồ Sông Mực Hồ quan trọng cấp tỉnh có dung tích trên 3 triệu m3 có 10 hồ gồm: hồ Hao Hao, Hồ Yên Mỹ, hồ Thung Bằng, hồ Đồng Ngư, Bỉnh Công, Tây Trác, Đồng Bể, Cống Khê, Đồng Chùa, Kim Giao II

Hồ chứa nước Cửa Đạt

Hồ chứa nước Cửa Đạt có đầu mối nằm trên đất xã Xuân Mỹ, huyện Thường Xuân cách thành phố Thanh Hóa 80km về phía Tây Là hồ chứa nước đa mục tiêu, công trình thủy lợi lớn nhất Thanh Hóa ở thời điểm hiện tại Diện tích lưu vực là 5.938 Km2, trong đó có 4.905 km2 thuộc địa phận Lào, chiếm 82,6% diện tích lưu vực Hồ Cửa Đạt sẽ đảm bảo nước cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt của toàn bộ vùng đông bằng phía nam Sông Mã, cắt lũ sông Chu, phát điện, đẩy mặn cho du hạ sông Mã, tạo ra cảnh quan, môi trường và điều kiện kinh tế - xã hội của vùng

Nhiệm vụ công trình là: Giảm lũ với tần suất 0,6%, bảo đảm mực nước tại Xuân Khánh không vượt quá 13,71m (lũ lịch sử năm 1962) Cấp nước cho công nghiệp và sinh hoạt với lưu lượng 7,715 m3/s Tạo nguồn nước tưới ổn định cho 86.862 ha đất canh tác (trong đó nam Sông Chu là 54.043ha và bắc Sông Chu-Nam Sông Mã là: 32.831 ha), kết hợp phát điện công suất lắp máy N=97MW

33

Hình 3.1 Hồ Cửa Đạt huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa

Bổ sung nước mùa kiệt cho hạ lưu để đẩy mặn, cải tạo môi trường sinh thái với lưu lượng Q= 30,42 m3/s Khởi công xây dựng ngày 02/02/2004, tích nước từ ngày 26/11/2009 và hoàn thành công trình đầu mối vào năm 2010 Hiện nay hệ thống kênh Bắc sông Chu – Nam sông Mã bao gồm kênh Chính dài 16,4 km, kênh chính Bắc dài 58,5 km, kênh chính Nam dài 43,3 km, 55 kênh cấp I, 150 kênh cấp II, 72 kênh cấp III đang được triển khai thi công để dảm bảo cung cấp nước cho 32.831 ha của 6 huyện Ngọc Lặc, Thường Xuân, Thọ Xuân, Cẩm Thủy, Yên Định và Thiệu Hóa Sau khi hệ thống kênh Bắc sông Chu – Nam sông Mã hoàn thành sẽ đảm nhận toàn bộ diện tích

mà hiện nay trạm bơm Kiểu và các trạm bơm vùng tả Thọ Xuân đang phục vụ

Như vậy hệ thống kênh Bắc sông Chu - Nam sông Mã sẽ thay thế khu tưới của 188 công trình gồm 21 công trình của huyện Ngọc Lặc, 24 trạm bơm của huyện Thường Xuân, 80 trạm bơm huyện Yên Định và 33 trạm bơm vùng tả sông Chu thuộc huyện Thiệu Hóa

Hồ Sông Mực

Hồ Sông Mực được bắt đầu xây dựng từ năm 1977, hoàn thành các hạng mục chính năm 1981 có diện tích lưu vực 236 km2, hệ số dòng chảy 0,44, dung tích 200.106

m3; Whi=187.106 m3; Wsc=323.106 m3; Qtrtk0,5%=267 m3/s; tưới cho 11.344ha; cắt giảm lũ với tần suất P=0,5%; giảm đỉnh lũ từ 2.400 m3/s xuống còn 200m3/s Hạn chế ngập lụt

34

sông Yên 4540ha, phát điện 1,8 Mw, hệ số lợi dụng kênh mương bằng 0,687, năm

1999 được quy định là 0,7, qtk=1,1 l/s/ha

Năm 2007 được nâng cấp, các chỉ tiêu thiết kế: MN chết: +18,0m; MNDBT=+33,0m tương úng với Whi=180.106

m3; cao trình đỉnh đập đất + 39,40m; cao trình tường chắn sóng +40,4m; xây dựng tràn xả sâu cửa van cung đóng mở bằng thủy lực, cao trình ngưỡng tràn +28,0m; 2 cửa van điều tiết gồm cửa bxh= 2*(4x5)m, đảm bảo cấp nước cho 11.344 ha, cấp nước cho nhà máy đường Nông Cống, nhà máy giấy Lam Sơn và khu kinh tế Nghi Sơn, cắt giảm lũ với tần suất P=0,5%, giảm đỉnh lũ từ 2.400 m3/s xuống còn 200m3/s Hạn chế ngập lụt sông Yên 4540ha

Hình 3.2 Hồ Sông Mực huyện Như Thanh tỉnh Thanh Hóa

Hồ Yên Mỹ

Hồ Yên Mỹ được xây dựng năm 1978 có diện tích lưu vực 137 km2, dung tích 61.106

m3, Whi=58.106 m3, tưới cho 5840 ha, qtk= 1,33 l/s/ha, qmin= 0,56 l/s/ha, hệ số lợi dụng kênh mương bằng 0,75

Năm 2003 được nâng cấp, các chỉ tiêu thiết kế như sau, MN chết= +8,45m; MNDBT= +20,36m tương ứng Whi= 83.106 m3; MNSC= +23,03 m ứng với Wsc= 124,6.106

m3; cao trình đỉnh đập đất +24,5m; đỉnh tường chắn sóng +25,03 m; xây dựng tràn xả sâu