Nghiên cứu nâng cao dung tích hồ chứa hồ sông mực tỉnh thanh hóa phục vụ theo nhiệm vụ mới

1 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành chương trình cao học viết luận văn này, nhận hướng dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt tình quý thầy cô trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội Trước hết, xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt thầy tận tình dạy bảo cho suốt thời gian học tập trường Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến GS.TS Lê Kim Truyền PGS.TS Lê Xuân Khâm dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Thủy Lợi q thầy Khoa Cơng trình, lãnh đạo Chi cục thủy lợi Thanh Hóa tạo nhiều điều kiện để tơi học tập hồn thành tốt khóa học Cuối tơi xin chân thành cảm ơn lòng người thân gia đình, bạn bè động viên giúp đỡ khích lệ tơi suốt q trình học tập hồn thành luận văn Mặc dù tơi có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp qúy báu q thầy bạn Xin chân thành cảm ơn./ Hà Nội, tháng 11 năm 2015 Tác giả luận văn Lê Hoàng Hà LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Mọi giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn ghi lời cảm ơn Các thơng tin, tài liệu trình bày luận văn ghi rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Lê Hoàng Hà MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết Đề tài: Thanh Hóa có 610 hồ chứa, có hồ chứa có dung tích từ 10 triệu m3 nước trở lên Đa phần hồ chứa xây dựng trước năm 1980 xây dựng điều kiện kinh tế nước ta cịn khó khăn nên việc đầu tư nhiều hạn chế Hơn điều kiện kĩ thuật chưa phát triển việc xác định nhiệm vụ cơng trình chưa lường hết phát triển kinh tế xã hội địa phương nên phần lớn hồ chứa phục vụ tưới chính, chưa đề cập đến phục vụ đa mục tiêu Qua nhiều năm sử dụng cơng trình thiếu vốn để tu bảo dưỡng quản lý khai thác thiếu quy trình nên nhiều hồ chứa bị xuống cấp, dẫn đến nguy an toàn cho hồ chứa Trong điều kiện nhiều hồ chứa có nhu cầu nâng cao dung tích dể đảm bảo mục tiêu: Cấp nước cho nông nghiệp, cho thủy sản, chăn nuôi, công nghiệp, dân sinh, giảm lũ cho hạ lưu, giảm lũ cho hạ lưu biến đổi khí hậu Hồ chứa nước Sông Mực hồ nằm số Theo đơn vị quản lý hồ chứa (Cơng ty TNHH thành viên Sơng Chu) nhu cầu dùng nước hạ du hồ chứa tăng lên so với thiết kế ban đầu tốn đặt cần nâng cao dung tích hiệu dụng hồ chứa để đảm bảo nhiệm vụ đặt Trước yêu cầu nêu đề tài “Nghiên cứu nâng cao dung tích hồ chứa hồ Sơng Mực tỉnh Thanh Hóa phục vụ theo nhiệm vụ mới” cần thiết II Mục đích Đề tài: - Đánh giá trạng hồ chứa địa bàn tỉnh Thanh Hóa xác định nhiệm vụ hồ chứa nước Sông Mực; - Đánh giá kiểm tra an tồn hồ chứa nước Sơng Mực nâng cao dung tích theo nhiệm vụ III Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Cách tiếp cận: Từ kết nghiên cứu nhu cầu dùng nước sử dụng nước hồ chứa Sông Mực xác định dung tích hồ chứa cần thiết từ tính tốn kiểm tra đưa giải pháp hợp lý cơng trình làm việc an tồn nâng cao dung tích hồ chứa theo nhiệm vụ Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp thống kê, phân tích đánh giá cơng trình có , số liệu thu thập - Phương pháp điều tra đo đạc, quan sát thực tế, điều tra trường - Phương pháp so sánh lựa chọn tối ưu - Phương pháp mơ hình tốn, sử dụng phần mềm thơng dụng để làm cơng cụ tính tốn - Phương pháp chun gia Tranh thủ ý kiến nhà khoa học, nhà quản lý có kinh nghiệm - Ứng dụng cơng trình thực tế IV Kết dự kiến đạt được: - Xác định dung tích hồ chứa sơng Mực theo chức nhiệm vụ - Nghiên cứu lựa chọn giải pháp cải tạo nâng cấp cơng trình hồ chứa sông Mực CHƯƠNG TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG HỒ CHỨA NƯỚC TỈNH THANH HĨA 1.1 Tóm tắt điều kiện tự nhiên phát triển kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 1.1.1 Vị trí địa lý: Thanh Hóa tỉnh cực bắc trung nước Việt Na vị trì địa lý nằm khoảng 200 40 – đến 190 18 vĩ độ bắc ; 1040 25- 1060 25 kinh Đông cách Thủ đô Hà Nội 150 km phía Nam Nằm bờ biển Đơng, phía nam giáp nghệ An phía tây giáp tỉnh Hủa phăn Lào, phía bắc giáp tỉnh Ninh Bình, Hịa Bình, Sơn La 1.1.2 Điều kiện tự nhiên, phát triển Kinh tế xã hội: Thanh Hố có diện tích tự nhiên 1.112.033 ha, đất sản xuất nơng nghiệp 245.367 ha; đất sản xuất lâm nghiệp 553.999 ha; đất nuôi trồng thuỷ sản 10.157 ha; đất chưa sử dụng 153.520 Nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với mùa rõ rệt Lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1600-2300mm, năm có khoảng 90-130 ngày mưa Độ ẩm tương đối từ 85% đến 87%, số nắng bình quân khoảng 16001800 Nhiệt độ trung bình 230C - 240C, nhiệt độ giảm dần lên vùng núi cao Hướng gió phổ biến mùa Đông Tây bắc Đông bắc, mùa hè Đơng Đơng nam Đặc điểm khí hậu thời tiết với lượng mưa lớn, nhiệt độ cao, ánh sáng dồi điều kiện thuận lợi cho phát triển sản xuất nơng, lâm, ngư nghiệp Thanh Hóa có hệ thống sơng sơng Hoạt, sơng Mã, sơng Bạng, sông Yên với tổng chiều dài 881 km, tổng diện tích lưu vực 39.756km2; tổng lượng nước trung bình hàng năm 19,52 tỉ m3 Sơng suối Thanh Hố chảy qua nhiều vùng địa hình phức tạp, tiềm lớn cho phát triển thủy điện 102 km bờ biển vùng lãnh hải rộng 17.000 km2 10 Dân số Thanh Hóa theo niên giám thống kê năm 2013 tồn tỉnh có 27 huyện thị, thành phố 637 xã phường, thị trấn với số dân 3.7 triệu người tỉ lệ tăng dân số tự nhiên 0,84% Cơ cấu kinh tế: Nông Lâm nghiệp Thủy sản 17,95% Công nghiệp Xây dựng 53,31%, Dịch vụ 28,74% GDP bình quân đầu người 25.800 ngàn đồng/năm tương đương 1.180USD người/năm 1.2 Hiện trạng hồ chứa nước tỉnh Thanh Hóa Hiện nay, địa bàn tỉnh Thanh Hóa có 610 hồ chứa nước phục vụ tưới cho 71.305 đất canh tác 1.2.1 Các hồ chứa lớn Tỉnh Thanh Hóa có 12 hồ chứa lớn, có 02 hồ quan trọng quốc gia hồ Cửa Đạt hồ Sông Mực Hồ quan trọng cấp tỉnh có dung tích 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 a) Hồ chứa nước Cửa Đạt Hồ chứa nước Cửa Đạt có đầu mối nằm đất xã Xuân Mỹ, huyện Thường Xuân cách thành phố Thanh Hóa 80km phía Tây Là hồ chứa nước đa mục tiêu, cơng trình thủy lợi lớn Thanh Hóa thời điểm Diện tích lưu vực 5938 Km2, có 4905 km2 thuộc địa phận Lào, chiếm 82,6% diện tích lưu vực Hồ Cửa Đạt đảm bảo nước cho sản xuất nơng nghiệp, cơng nghiệp, sinh hoạt tồn vùng đơng phía nam Sơng Mã, cắt lũ sơng Chu, phát điện, đẩy mặn cho du hạ sông Mã, tạo cảnh quan, môi trường điều kiện kinh tế - xã hội vùng Nhiệm vụ cơng trình là: Giảm lũ với tần suất 0,6%, bảo đảm mực nước Xuân Khánh không vượt 13,71m (lũ lịch sử năm 1962) Cấp nước cho công nghiệp sinh hoạt với lưu lượng 7,715 m3/s Tạo nguồn nước tưới ổn định cho 86.862 đất canh tác (trong nam Sông Chu 54.043ha bắc 80 +38,15m; 25 Hạ lưu 32,00 c Kết luận, kiến nghị - Các mặt cắt tính tốn chọn bất lợi mặt ổn định trượt mái - Ở trường hợp mực nước thượng lưu mực nước dâng bình thường, hệ số ổn định mái k = 1,433 > [k] = 1,3 đảm bảo ổn định trượt đập - Ở trường hợp mực nước thượng lưu MNLTK hệ số k = 1,363 > [k] = 1,3, nên trường hợp mái đập an toàn - Ở trường hợp mực nước thượng lưu MNLKT hệ số k = 1,254 > [k] = 1,15; trường hợp mái đập an tồn Như vậy, ta thấy TH tính toán cho kết hệ số ổn định lớn hệ số ổn định cho phép, cơng trình đảm bảo làm việc bình thường 81 Kết luận Chương Sau tính tốn hồ chứa theo dung tích nhiệm vụ mới, tác giả đưa thông số mực nước hồ chứa Từ tác giả tiến hành tính tốn lại cao trình đỉnh đập, kết cho thấy cao trình đỉnh đập tính theo nhiệm vụ +38,45m thấp cao trình đỉnh đập +39,4m, đảm bảo đập an toàn trường hợp mực nước Giải pháp đưa gia cố, tôn cao đỉnh đập, rải nhựa lại bề mặt đỉnh đập dày 20cm Tràn xả lũ đảm bảo xả lũ với lưu lượng tính tốn theo nhiệm vụ nên không cần mở rộng tràn mà thay cánh cửa van cung, với kích thước cửa van nxbxh = 2x4x5,2m; đảm bảo hồ chứa tích nước với MNDBT theo nhiệm vụ +33,2m Tác giả kiểm tra lại điều kiện ổn định cơng trình trượt, thấm ứng với trường hợp mực nước hồ Kết cho thấy cơng trình đảm bảo ổn định trượt hồ chứa làm việc theo điều kiện trường hợp tính tốn Đối với ổn định thấm, kết tính tốn cho thấy có xuất dòng thấm mái với TH mực nước lũ thiết kế mực nước lũ kiểm tra, tác giả kiến nghị làm áp mái tiêu nước hạ lưu phạm vi lịng sơng cũ, với chiều cao 2m tính từ đỉnh đống đá tiêu nước 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những kết đạt luận văn Luận văn kế thừa kết nghiên cứu trước xem xét đánh giá, tính tốn dự báo nhu cầu sử dụng nước, đánh giá tiềm nguồn nước; xác định vấn đề khai thác sử dụng tài nguyên nước; dự báo xu diễn biến tài nguyên nước kỳ quy hoạch địa vùng Kết đạt bao gồm: - Đánh giá đặc điểm trạng hồ chứa nước hệ thống thủy lợi; tình hình quản lý khai thác hệ thống cơng trình thủy lợi tỉnh Thanh Hóa - Đánh giá trạng hệ thống cơng trình hồ chứa nước Sơng Mực, xác định nhu cầu sử dụng nước cơng trình - Đã tính tốn, xác định nhu cầu sử dụng nước ngành nông nghiệp, sinh hoạt, thủy sản, công nghiệp… theo hướng phát triển kinh tế xã hội phụ thuộc trực tiếp từ nguồn nước hồ chứa sông Mực - Đề xuất số giải pháp đảm bảo an toàn cho đập đất nâng cao dung tích hồ chứa phục vụ theo nhiệm vụ - Đánh giá kiểm tra an toàn hồ chứa nước sơng Mực nâng cao dung tích hồ chứa theo nhiệm vụ Một số điểm tồn hướng tiếp tục nghiên cứu 2.1 Một số điểm tồn - Luận văn chưa tính tốn hết nhu cầu dùng nước cụ thể cho số trường hợp phát điện, du lịch… - Chưa áp dụng tính tốn cụ thể giải pháp khác để từ so sánh, lựa chọn phương án tối ưu cho cơng trình 83 2.2 Hướng tiếp tục nghiên cứu luận văn - Tính tốn chi tiết thêm nhu cầu dùng nước hồ chứa nước sông Mực, đảm bảo cấp nước cho chiến lược phát triển kinh tế xã hội địa phương đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 - Áp dụng phương án khác để gia cố, đảm bảo an tồn cho cơng trình hồ chứa tích nước theo dung tích 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Nơng nghiệp PTNT (2002), Chương trình đảm bảo an toàn hồ chứa nước, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Bộ Nông nghiệp PTNT (2012), QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT, Cơng trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu thiết kế Bộ Nông nghiệp PTNT (2009), Tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén 8216-2009 Đinh Quang Dương (2014), Thủy lợi Thanh Hóa, Thanh Hóa Phạm Ngọc Quý (2008), Tràn cố đầu mối hồ chứa nước, Nhà xuất Nông nghiệp Nguyễn Xuân Trường (1972), Thiết kế đập đất, NXB Khoa học kỹ thuật Ngô Trí Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Cảnh Thái (2004), Giáo trình thuỷ cơng, Trường Đại học Thuỷ lợi, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Viện kỹ thuật cơng trình, Lập quy trình vận hành điều tiết hồ chứa nước Sông mực 85 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 86 Phụ lục 01 – Tài liệu chuỗi dịng chảy tháng đến hồ Sơng Mực Tháng 1964-1965 1965-1966 1966-1967 1967-1968 1968-1969 1969-1970 1970-1971 1971-1972 1972-1973 1973-1974 1974-1975 1975-1976 1976-1977 1977-1978 1978-1979 1979-1980 1980-1981 1981-1982 1982-1983 1983-1984 1984-1985 1985-1986 1986-1987 1987-1988 1988-1989 17,60 6,88 4,31 9,46 0,01 6,57 21,53 15,77 18,52 36,54 17,82 33,60 4,64 2,32 12,25 7,03 6,83 6,41 6,65 10,60 9,61 12,99 3,34 6,04 7,98 55,01 5,29 1,58 29,20 5,29 11,26 15,44 15,02 24,24 60,23 12,27 32,42 0,45 0,23 45,84 7,75 0,01 7,25 55,74 3,85 28,67 18,66 4,46 2,08 6,49 10 47,58 8,67 14,84 5,89 3,96 1,71 12,47 20,93 13,34 8,55 16,79 6,80 8,52 4,26 30,99 0,01 16,76 14,88 43,86 18,65 11,38 7,34 10,03 1,15 12,69 11 0,81 0,59 4,95 8,17 1,77 6,01 2,26 0,18 1,52 1,26 7,18 18,74 2,54 1,27 2,47 0,01 0,01 2,69 20,78 1,03 12,23 5,85 1,49 0,76 0,54 12 2,05 2,67 1,04 0,38 0,45 0,10 1,68 4,30 2,33 1,08 2,01 1,04 0,30 0,15 0,14 0,03 1,72 0,09 0,01 1,00 0,85 0,01 0,40 0,01 0,16 1,02 1,60 0,80 0,21 1,72 0,66 0,86 0,39 0,80 2,94 3,47 1,32 0,66 0,48 1,24 0,36 0,60 0,15 2,57 0,43 1,35 0,16 0,12 1,45 1,57 0,97 0,50 1,44 0,41 0,14 0,24 1,05 0,73 0,44 0,39 1,02 2,16 1,08 1,98 0,50 0,59 0,48 3,28 1,91 1,07 1,15 0,55 0,12 1,17 1,17 0,71 2,67 1,25 0,59 0,50 1,30 0,81 5,30 1,00 2,23 3,40 0,61 0,31 1,98 0,12 0,62 2,80 2,02 0,76 0,62 0,83 0,09 0,78 0,92 3,05 1,15 0,39 8,39 1,29 1,08 2,39 1,79 1,73 2,69 3,38 2,26 2,29 1,15 3,82 0,22 2,57 3,67 10,04 0,49 8,39 0,51 1,55 0,58 1,14 2,23 3,48 7,94 1,75 1,80 2,54 2,99 1,90 10,87 11,60 2,58 19,69 2,52 1,26 10,88 3,87 3,61 4,48 10,52 1,97 11,07 1,69 8,07 0,80 6,22 25,74 12,75 3,02 4,28 4,46 3,55 7,83 9,72 8,13 4,85 10,58 9,84 5,29 2,64 14,50 4,46 0,01 3,13 12,53 5,37 11,84 10,03 7,02 1,09 1,20 17,59 4,84 0,71 2,88 0,51 10,46 8,09 34,72 12,41 15,25 3,77 4,68 3,73 1,86 6,70 0,60 8,18 9,45 8,71 0,85 7,75 5,36 3,59 0,01 2,93 26,85 TB năm 12,33 3,41 3,96 5,20 2,62 4,10 8,69 7,98 8,05 11,13 8,37 9,21 2,12 4,05 8,56 2,56 4,16 6,55 11,75 6,36 6,97 5,49 1,94 2,09 8,84 87 Tháng 1989-1990 1990-1991 1991-1992 1992-1993 1993-1994 1994-1995 1995-1996 1996-1997 1997-1998 1998-1999 1999-2000 2000-2001 2001-2002 2002-2003 2003-2004 2004-2005 2005-2006 2006-2007 2007-2008 2008-2009 2009-2010 2010-2011 2011-2012 TB 0,01 12,25 2,90 5,46 9,47 13,22 12,68 32,34 13,74 4,65 9,50 8,09 16,20 7,04 4,08 9,71 32,56 27,14 5,29 7,92 3,07 30,74 13,23 11,80 12,06 14,88 1,11 25,69 10,74 27,75 10,05 28,35 15,80 7,60 1,72 21,43 9,76 6,14 18,75 13,63 30,90 5,79 6,85 12,57 12,65 11,88 28,65 16,32 10 37,79 36,52 1,70 6,59 1,33 6,96 3,30 9,61 13,81 4,25 24,92 5,16 10,99 2,47 0,89 0,95 5,34 6,80 11,84 19,48 1,88 14,05 9,00 12,04 11 0,55 19,48 0,41 1,36 0,61 2,43 1,58 29,72 0,57 0,73 5,14 0,28 1,36 0,85 0,00 1,40 5,66 5,33 0,20 7,56 0,25 0,78 4,24 4,08 12 3,54 0,18 0,27 2,96 0,39 4,88 0,84 0,26 2,70 0,54 1,44 0,65 3,55 1,30 0,50 0,35 0,93 1,55 0,53 1,17 0,29 0,39 0,77 1,13 2,69 0,35 1,29 0,33 0,50 0,85 0,56 6,75 0,35 0,53 0,36 0,75 0,14 0,49 0,56 0,20 1,97 0,04 5,26 0,15 3,58 0,73 1,50 1,18 1,69 0,08 1,48 0,56 1,86 0,24 1,88 0,94 0,69 0,43 0,37 0,95 0,37 0,29 1,95 0,97 1,36 0,53 0,70 0,14 0,53 0,72 1,20 0,93 3,57 0,46 0,67 0,87 4,76 0,89 3,41 3,07 0,42 1,83 2,19 1,64 1,02 0,80 1,86 1,57 1,35 0,71 1,92 0,97 0,31 4,83 2,33 1,60 1,29 0,75 1,24 2,09 0,64 1,06 4,75 4,68 4,27 3,58 2,97 1,35 2,38 1,04 4,67 0,88 2,36 1,77 2,24 1,69 1,00 5,32 4,87 2,54 4,39 0,49 6,45 9,12 10,53 5,04 9,41 3,09 3,38 11,55 5,94 17,00 8,27 6,44 7,99 5,57 8,96 3,81 6,76 4,60 3,12 2,45 9,96 6,55 10,84 1,96 9,68 2,64 15,60 6,42 3,38 10,76 3,45 5,51 5,26 8,39 3,70 2,56 14,02 3,28 4,76 5,46 12,03 1,48 3,60 21,22 5,28 7,02 15,30 0,72 9,89 2,45 17,42 9,42 14,76 15,41 2,97 5,94 8,01 7,04 8,68 6,90 5,52 16,38 7,18 5,34 8,52 5,05 10,23 12,10 12,13 8,17 TB năm 7,81 7,34 3,09 5,01 6,15 6,60 5,55 12,08 5,18 3,93 5,65 6,06 5,53 3,03 5,07 4,57 8,61 5,36 5,18 5,23 3,38 8,77 7,76 6,11 88 Phụ lục 02 – Kết tính tốn ổn định thấm đập đất Hình 1- Dịng thấm thân đập đập TH MNDBT Hình - Dịng thấm thân đập đập TH MNLTK 89 Hình Dịng thấm thân đập đập TH MNLKT 90 Phụ lục 03 – Kết tính tốn ổn định thấm đập đất sau áp mái tiêu nước hạ lưu Hình - Dịng thấm thân đập đập TH MNLTK Hình - Dòng thấm thân đập đập TH MNLKT 91 Phụ lục 04 – Kết tính tốn ổn định trượt Hình - Hệ số an tồn ổn định Kminmin mặt cắt lịng sơng TH MNDBT 92 Hình - Hệ số an tồn ổn định Kminmin mặt cắt lịng sơng TH MNLTK 93 Hình - Hệ số an toàn ổn định Kminmin mặt cắt lịng sơng TH MNLKT ... cao dung tích hiệu dụng hồ chứa để đảm bảo nhiệm vụ đặt Trước yêu cầu nêu đề tài ? ?Nghiên cứu nâng cao dung tích hồ chứa hồ Sơng Mực tỉnh Thanh Hóa phục vụ theo nhiệm vụ mới? ?? cần thiết II Mục đích... trạng hồ chứa địa bàn tỉnh Thanh Hóa xác định nhiệm vụ hồ chứa nước Sông Mực; - Đánh giá kiểm tra an toàn hồ chứa nước Sơng Mực nâng cao dung tích theo nhiệm vụ 8 III Cách tiếp cận phương pháp nghiên. .. 1.2.1 Các hồ chứa lớn Tỉnh Thanh Hóa có 12 hồ chứa lớn, có 02 hồ quan trọng quốc gia hồ Cửa Đạt hồ Sông Mực Hồ quan trọng cấp tỉnh có dung tích triệu m3 có 10 hồ gồm: hồ Hao Hao, Hồ Yên Mỹ, hồ Thung