LVTS nghiên cứu các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích của các hồ chứa ở tỉnh nghệ an

Kinh tế xã hội tỉnh Nghệ An đang phát triển mạnh mẽ, nhu cầu cấp nước cho sinh hoạt, chăn nuôi tăng lên, các khu công nghiệp mọc ra hàng năm. Nông dân đang được tiếp cận với những giống cây trồng mới có năng suất cao, biện pháp canh tác thâm canh tăng vụ đòi hỏi lượng nước dùng cao hơn, bên cạnh là sự biến đổi khí hậu có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số tưới cây trồng và lượng nước đến hồ. Vấn đề phát triển du lịch cũng đặt ra đối với các hồ chứa có mực nước chết thấp, hiện nay tần suất đảm bảo cấp nước tăng từ 75% lên 85% có ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước tưới. Để đáp ứng được các yêu cầu đặt ra cần phải nâng cao dung tích hữu ích của các hồ chứa. Các biện pháp xử lý để nâng cao dung tích hữu ích hiện nay chủ yếu là nâng cao ngưỡng tràn kết hợp với mở rộng khẩu độ tràn và tôn cao đỉnh đập. Việc nâng cao trình đỉnh đập có ảnh hưởng đến công tác đền bù giải phóng mặt bằng hoặc phải làm thêm các đập phụ chống lũ. Nghiên cứu tính toán giải pháp nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa trong khi giữ nguyên cao trình đỉnh đập là một bài toán vừa đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế. Vì vậy đề tài Nghiên cứu các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích của các hồ chứa ở tỉnh Nghệ An nhằm đáp ứng sự phát triển kinh tế xã hội và thích ứng với sự biến đổi khí hậu là rất cần thiết và cấp bách.

trường Đại học Thuỷ Lợi, cùng các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình

đến nay Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “Nghiên cứu các giải pháp nâng cao

dung tích hữu ích của các hồ chứa ở tỉnh Nghệ An nhằm đáp ứng sự phát triển kinh tế xã hội và thích ứng với sự biến đổi khí hậu” đã được hoàn thành.

Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá nhân

đã truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố

Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phạm Ngọc Quý

và PGS.TS Đỗ Tất Túc người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giảtrong quá trình thực hiện luận văn này

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi nhữngthiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy

cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp

Luận văn được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy Lợi

Hà Nội, tháng 08 năm 2013 Tác giả luận văn

Học viên lớp: 19C21-NA

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những nội dung

và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất

kỳ công trình khoa học nào

Hà Nội, tháng 08 năm 2013 Tác giả luận văn

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HỒ CHỨA 3

1.1 Nhiệm vụ, vai trò, yêu cầu hồ chứa 3

1.2 Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới và Việt Nam 3

1.2.1 Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới 3

1.2.2 Tình hình xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam 5

1.3 Những đặc điểm hồ chứa nước ở Nghệ An 7

1.3.1 Khái quát 7

1.3.2 Đặc điểm 8

1.4 Những nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về việc nâng cao dung tích hữu ích 10

1.4.1 Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp với mở rộng khẩu độ tràn 11

1.4.2 Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp thay tràn không có cửa van bằng tràn có cửa van 11

1.4.3 Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp làm thêm tràn phụ, tràn sự cố 11

1.4.4 Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp thay đổi kiểu tràn thẳng sang tràn ziczắc 21

1.4.5 Kết luận 30

CHƯƠNG II: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NHỮNG THÁCH THỨC ĐẶT RA ĐỐI VỚI HỒ CHỨA 32

2.1 Nội dung kịch bản biến đổi khí hậu 32

2.1.1 Kịch bản biến đổi khí hậu 32

2.1.2 Tác động của biến đổi khí hậu đối với sự an toàn hồ chứa 32

2.2 Những thách thức đặt ra do biến đổi khí hậu đối với các hồ chứa 35

2.2.1 Diễn biến các yếu tố khí hậu thuỷ văn 35

2.2.2 Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng 37

2.2.3 Phân tích ảnh hưởng của BĐKH đến dung tích hữu ích của hồ chứa 39

2.3 Kết luận 42

CHƯƠNG III: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH HƯU ÍCH CỦA HỒ CHỨA NƯỚC Ở NGHỆ AN 44

3.1 Đặc điểm tự nhiên, dân sinh kinh tế xã hội Nghệ An 44

3.2 Yêu cầu tăng dung tích hữu ích hồ chứa ở Nghệ An 47

3.3 Tiêu chuẩn giải pháp lựa chọn 51

3.4 Các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích 51

3.4.1 Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp chuyển hình thức ngưỡng tràn đỉnh rộng sang tràn thực dụng 52

3.4.2 Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp mở rộng bề rộng tràn 54

3.4.3 Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp chuyển hình thức tràn thực dụng sang tràn zích zắc 55

3.4.4 Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp chuyển tràn tự do sang tràn có cửa van.58 3.4.5 Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp làm thêm tràn phụ 59

3.4.6 Nâng cao trình ngưỡng tràn + Nâng cao đập kết hợp với làm tường chắn sóng 68

3.4.7 Kết hợp các giải pháp với nhau 71

3.5 Kết luận 71

CHƯƠNG IV ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO HỒ CHỨA NƯỚC VỰC MẤU 72

4.1 Giới thiệu chung về công trình 72

4.2 Yêu cầu đặt ra 77

4.3 Tính toán các giải pháp 77

4.3.1 Nâng ngưỡng tràn và mở thêm tràn có cửa van bên cạnh 77

4.3.2 Nâng ngưỡng tràn và mở thêm tràn tự do 80

4.3.3 Nâng ngưỡng tràn và mở thêm tràn ngưỡng zích zắc kiểu mỏ vịt 80

4.4 Lựa chọn giải pháp 82

4.5 Kết luận 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

1 Kết quả đạt được của luận văn 85

2 Những tồn tại của luận văn 85

3 Kiến nghị 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Bảng 1-2: Thông số cơ bản một số đập tràn labyrinth đã xây dựng trên thế giới 24

Bảng 2.1 Lượng mưa trung bình 5 ngày max các thời kỳ so với trung bình nhiều năm (ngày càng tăng): 36

Bảng 2.2: Sự biến đổi của dòng chảy năm (Q0), Qmax, Qmin qua các thời kỳ Tại trạm Dừa (F=20800km2) 37

Bảng 2-3: Mức tăng nhiệt độ trung bình (0C) so với thời kỳ 1980-1999 ở vùng Bắc Trung Bộ theo kịch bản phát thải trung bình (B2) 38

Bảng 2-4: Mức thay đổi lượng mưa (%) so với thời kỳ 1980-1999 ở vùng Bắc Trung Bộ theo kịch bản phát thải khí trung bình (B2) 38

Bảng 2-5: Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1980-1999 39

Bảng 3-1: Chỉ tiêu tăng trưởng GDP của tỉnh Nghệ An 47

Bảng 3-2: Yều cầu dùng nước của một số khu công nghiệp 48

Bảng 3-3 Nhu cầu tăng dung tích hữu ích của các hồ chữa ở Nghệ An 50

Bảng 3-4: Hệ số tăng lưu lượng n cuả tràn piano key A so với tràn Creager 56

Bảng 3-5: Hệ số tăng lưu lượng (n) của tràn piano key B so với tràn Creager 57

Bảng 4-1: Mô hình lũ đến với tần suất P=1%, P=0.2% 74

Bảng 4-2: Quan hệ mực nước và dung tích hồ Vực Mấu 76

Bảng 4-3: Bảng so sánh kết quả tính toán điều lũ các giải pháp 82

Hình 1-2: Hồ chứa nước Vực Mấu–Nghệ an 6

Hình 1-3: Hồ chứa nước Kim Sơn–Hà Tĩnh 6

Hình 1-4: Vị trí các hồ chứa ở Nghệ An 8

Hình 1-5: Tràn sự cố kiểu tự do 13

Hình 1-6: Tràn sự cố hồ chứa nước Thanh Lanh - Vĩnh Phúc 14

Hình 1-7: Tràn sự cố hồ chứa nước Ao Châu - Phú Thọ 14

Hình1-8: Tràn sự cố kiểu đập đất để gây vỡ hoặc tự do 15

Hình 1-9 Tràn sự cố kiểu tự vỡ ở Hồ Nam Sơn - Triết Giang - Trung Quốc 17

Hình 1-10 Cắt dọc tràn sự cố hồ Easoup thượng 17

Hình 1-11: Cắt dọc tràn sự cố hồ Kè Gỗ - Hà Tĩnh 19

Hình 1-12: Tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ ở Hồ Cương Nam - Trung Quốc 20

Hình 1-13: Tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ ở Hồ Sơn Hà - Trung Quốc 20

Hình 1-14: Tràn zích zắc - Mỹ (nhìn từ hạ lưu) 22

Hình 1-15: Hình thức cấu tạo tràn labyrinth kiểu ngưỡng răng cưa 23

Hình 1-16: Mặt bằng các dạng ngưỡng tràn đặc biệt 23

Hình 1-17: Mô hình tràn Sông Móng (nhìn từ thượng lưu) 26

Hình 1-18: Mô hình 1/2 tràn Phước Hòa (nhìn từ thượng lưu) 26

Hình 1-19: Đập tràn phím Piano Maguga ở Xoa zi lân 27

Hình 1-20: Đập tràn phím Piano Liege ở Bỉ 28

Hình 1-21: Đập tràn phím Piano Goulou ở Pháp 28

Hình 1-22: Mô hình đập tràn phím Piano Văn Phong ở Việt Nam 28

Hình 1-23: Hai mô hình nghiên cứu đập tràn phím Piano của giáo sư F Lempérière 29

Hình 1-24: Thi công tràn phím đàn- ống dẫn khí đặt dưới console hạ lưu 30

Hình 2-1: Hiệu ứng nhà kính 32

Hình 2-2: Xu thế biến đổi nhiệt độ trung bình năm tại trạm Đô Lương 35

Hình 2-3: Xu thế biến đổi lượng mưa trung bình năm tại trạm Vinh 36

Hình 2-4: Xu thế biến đổi lượng mưa 5 ngày max trạm Đô Lương 36

Hình 2-5: Xu thế biến đổi của dòng chảy năm (Q0), Qmax, Qmin tại trạm Dừa 37

Hình 3-1: Phân bố lao động ở tỉnh Nghệ an 45

Hình 3-2: Tỷ trọng các ngành ở Nghệ an 46

Hình 3-3: Mặt cắt ngưỡng tràn đỉnh rộng 52

Hình 3-6: Cắt ngang ngưỡng tràn thực dụng 55

Hình 3-7: Mặt bằng và cắt ngang ngưỡng tràn zích zắc 55

Hình 3-8: Quan hệ giữa lưu lượng và mực nước của hình thức A, B và tràn Creager 57

Hình 3-9: Chuyển hình thức tràn tự do sang tràn có cửa van 58

Hình 3-10: Tổ hợp các hình thức kết cấu của tràn chính và tràn phụ 60

Hình 3-11: Đường quá trình xả lũ khi tràn chính và 60

tràn phụ đều không có cửa 60

Hình 3-12: Đường quá trình xả khi tràn chính tự do và tràn phụ kiểu tấm gập nhanh hoặc đập tự vỡ ( Trường hợp 1) 61

Hình 3-13: Đường quá trình xả khi tràn chính tự do và tràn phụ kiểu tấm gập 62

(Trường hợp 2) 62

Hình 3-14: Đường quá trình xả khi tràn chính là tràn tự do và tràn phụ kiểu bản lệch trục ngang (Trường hợp 1) 63

Hình 3-15: Đường quá trình xả khi tràn chính tự do và tràn phụ kiểu bản lệch trục ngang (Trường hợp 2) 63

Hình 3-16: Đường quá trình xả lũ khi tràn chính có cửa và tràn phụ tự do 64

Hình 3-17: Đường quá trình xả khi tràn chính cócửa van và tràn phụ kiểu tấm gập nhanh hoặc đập tự vỡ ( Trường hợp 1) 65

Hình 3-18: Đường quá trình xả khi tràn chính cócửa van và tràn phụ kiểu tấm gập nhanh hoặc đập tự vỡ ( Trường hợp 2) 66

Hình 3-19: Đường quá trình xả khi tràn chính có cửa van và tràn phụ kiểu bản lệch trục ngang (Trường hợp 1) 66

Hình 3-20: Đường quá trình xả khi tràn chính có cửa van và tràn phụ kiểu bản lệch trục ngang (Trường hợp 2) 67

Hình 3-21: Lắp ghép cửa van phụ ở phía trên 69

Hình 3-22: Áp trúc mái thượng lưu đập 69

Hình 3-23: Áp trúc mái thượng hạ lưu đập 69

Hình 3-24: Áp trúc mái thượng thượng hạ lưu đập 70

Hình 4-1: Mặt bằng vị trí hồ Vực Mấu 72

Hình 4-2: Cắt dọc và mặt bằng tràn xả lũ hồ Vực Mấu 73

Hình 4-3: Đường quá trình lũ đến Qđến T, P1 hồ Vực Mấu 75

Hình 4-6 Biểu đồ quá trình điều tiết lũ kết hợp tràn phụ có cửa van 78

Hình 4-7: Bố trí mặt bằng tràn xả lũ khi mở rộng 79

Hình 4-8: Chính diện thượng hạ lưu tràn sau khi mở rộng 79

Hình 4-9: Biểu đồ quá trình điều tiết lũ kết hợp tràn phụ là tràn tự do 80

Hình 4-10: Biểu đồ quá trình điều tiết lũ kết hợp tràn phụ là tràn zích zắc 81

Hình 4-11: Bố trí tràn zích zắc hồ Vực Mấu 82

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Số lượng công trình hồ đập lớn, vừa và nhỏ được xây dựng trong vùng Nghệ

An trong những năm qua lên đến hàng trăm công trình Bên cạnh những hồ chứa đãxuống cấp cần sửa chữa lại để đảm bảo ổn định là các hồ chứa cần phải nâng caodung tích hữu ích để đáp ứng sự phát triển kinh tế xã hội và biến đổi khí hậu

Kinh tế xã hội tỉnh Nghệ An đang phát triển mạnh mẽ, nhu cầu cấp nước chosinh hoạt, chăn nuôi tăng lên, các khu công nghiệp mọc ra hàng năm Nông dânđang được tiếp cận với những giống cây trồng mới có năng suất cao, biện pháp canhtác thâm canh tăng vụ đòi hỏi lượng nước dùng cao hơn, bên cạnh là sự biến đổi khíhậu có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số tưới cây trồng và lượng nước đến hồ Vấn đềphát triển du lịch cũng đặt ra đối với các hồ chứa có mực nước chết thấp, hiện naytần suất đảm bảo cấp nước tăng từ 75% lên 85% có ảnh hưởng đáng kể đến lượngnước tưới Để đáp ứng được các yêu cầu đặt ra cần phải nâng cao dung tích hữu íchcủa các hồ chứa

Các biện pháp xử lý để nâng cao dung tích hữu ích hiện nay chủ yếu là nângcao ngưỡng tràn kết hợp với mở rộng khẩu độ tràn và tôn cao đỉnh đập Việc nângcao trình đỉnh đập có ảnh hưởng đến công tác đền bù giải phóng mặt bằng hoặc phảilàm thêm các đập phụ chống lũ Nghiên cứu tính toán giải pháp nâng cao dung tíchhữu ích hồ chứa trong khi giữ nguyên cao trình đỉnh đập là một bài toán vừa đảmbảo tính kỹ thuật và kinh tế

Vì vậy đề tài "Nghiên cứu các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích của các hồchứa ở tỉnh Nghệ An nhằm đáp ứng sự phát triển kinh tế xã hội và thích ứng với sựbiến đổi khí hậu" là rất cần thiết và cấp bách

II Mục đích của đề tài:

- Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến hồ chứa nước

- Nghiên cứu các phương pháp tính toán và giải pháp nâng cao dung tích hữuích hồ chứa nước

- Áp dụng tính toán cho hồ chứa nước cụ thể

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Thu thập tài liệu về dân sinh, kinh tế và xã hội vùng Nghệ An (khu vực thựchiện đề tài).

- Điều tra, khảo sát và đánh giá công trình (hồ chứa) cần nâng cao dung tíchhữu ích trong khu vực dự án

- Nghiên cứu các lý do cần phải nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa nước

- Phân tích định tính và định lượng các công thức, phương pháp tính toán tràn

xả lũ Lựa chọn các công thức, phương pháp tính toán phù hợp

- Tính toán ứng dụng, phân tích so sánh và rút ra kết luận

IV Kết quả dự kiến đạt được

- Đề ra giải pháp hợp lý cho việc thiết kế nâng cao dung tích hữu ích của hồchứa nước

- Tính toán áp dụng cụ thể cho hồ chứa nước Vực Mấu

- Kết quả nghiên cứu được trình bày dưới dạng các đồ thị và biểu đồ

5.2 Ý Nghĩa kinh tế - Xã hội

Kết quả của luận văn có thể giúp cho các nhà thiết kế lựa chọn được giảipháp hợp lý nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa nước vừa đảm bảo kỹ thuật và kinh

tế áp dụng cho các hồ chứa ở tỉnh Nghệ An Từ đó có thể giảm thiểu được công tácđền bù giải phóng mặt bằng, tiết kiệm ngân sách quốc gia

VI Bố cục của luận văn

Mở đầu

Chương I Tổng quan về xây dựng hồ chứa

Chương II Biến đổi khí hậu và những thách thức đặt ra đối với hồ chứa

Chương III Các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa nước ở Nghệ AnChương IV Áp dụng tính toán cho hồ chứa nước Vực Mấu

Kết luận và kiến nghị

Phụ lục

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HỒ CHỨA

1.1 Nhiệm vụ, vai trò, yêu cầu hồ chứa

Hiện nay nước ta đã xây dựng và đưa vào khai thác 6648 hồ chứa các loại, vớitổng dung tích theo thiết kế là 49,88 tỷ m3 nước Trong tổng số 2198 hồ chứa códung tích lớn hơn 200 nghìn m3 nước, nhiều hồ có dung tích từ vài chục đến vàitrăm triệu m3 nước Hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước tưới phục vụ cho sản xuất trongmùa khô, cấp nước sinh hoạt cho con người và vật nuôi, cắt lũ trong mùa mưa lũ,phát điện và bổ sung nước mùa kiệt cho hạ du để đẩy mặn, cải tạo môi trường sinhthái

Hồ chứa đóng vai trò rất quan trọng trong việc bảo vệ, cải tạo môi trường sinhthái Góp phần quan trọng vào việc xoá đói giảm nghèo, xây dựng nông thôn mới.Tăng năng suất, ổn định sản lượng lúa, đảm bảo an ninh lương thực và góp phầnxuất khẩu Tạo điều kiện đa dạng hoá cây trồng và vật nuôi chuyên canh

Đa số các đập đất được xây dựng từ những năm 70-80, đến nay do thời gian sửdụng lâu năm và tác động của thời tiết nên các công trình đã bị xuống cấp nghiêmtrọng Hiện nay do điều kiện kinh tế xã hội ngày càng phát triển, dân số tăng, nhucầu cấp nước sinh hoạt, chăn nuôi, công nghiệp và điện năng tăng cao Khoa họccông nghệ đang phát triển mạnh mẽ, nhiều giống cây trồng năng suất cao được đưavào sử dụng kết hợp với các biện pháp thâm canh tăng vụ đem lại năng suất cao chonông dân Điều kiện khí hậu ngày càng diễn biến phức tạp, lượng nước mưa có xuhướng tăng trong mùa mưa và giảm trong mùa khô Những vấn đề trên đã và đangđặt ra các yêu cầu đối với các hồ chứa là cần phải sửa chữa nâng cấp để đảm bảo ổnđịnh chống lũ, tăng dung tích hữu ích đáp ứng tốt hơn nhu cầu cấp nước, phát điệngóp phần vào công cuộc xây dựng và phát triển đất nước

1.2 Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới

Hồ chứa chiếm một vị trí quan trọng trong việc điều chỉnh dòng chảy, điều tiếtlưu 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, phongphú Đến nay trên thế giới đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích trên 100 triệu métnước mỗi hồ với tổng dung tich các hồ là 4.200 tỷ mét khối.

Theo tiêu chí phân loại của uỷ ban Quốc tế về đập lớn (ICOLD), hồ có dungtích từ triệu m3 nước trở lên hoặc chiều cao đập dâng nước trên 10 mét có hơn45.000 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 ĐạiDương 577 hồ Đứng đầu danh sách các nước có nhiều hồ là Trung Quốc (22.000hồ), Mỹ (6.575 hồ), Ấn Độ (4.291 hồ), Nhật Bản (2.675 hồ), Tây Ban Nha 1.196 hồ

Hình 1-1: Hồ chứa nước Gileppe (Bỉ)

Nước Nga có hơn 150 hồ lớn với tổng dung tích trên 200 tỷ m3 nước Các hồlớn nhất thế giới có hồ Boulder trên sông colorado (Mỹ) dung tích 38 tỷ m3 nước,

hồ Grand coulle trên sông Columbia (Mỹ) dung tích 24 tỷ m3 nước, Hồ Bơrat trênsông Angera (Nga) có dung tích gần 20 tỷ m3 nước

Hồ chứa mang đến nhiều lợi ích khác nhau, nhưng cũng có những hạn chế

Mặt tích cực của hồ chứa nước là những công trình sử dụng nguồn nước tổnghợp 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 hồchứa nước được xây dựng sẽ tạo sự ổn định và phát triển kinh tế cho cả một khuvực 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.

Mặt hạn chế khi xây dựng hồ là: nếu có sơ xuất trong thiết kế, xây dựng, vậnhành khai thác hoặc trình độ kỹ thuật quản lý chưa cao không đáp ứng được đòi hỏicủa thực tế, thì có thể gây ra sự cố dẫn đến những hậu quả thảm hại Nếu thất thoátnước nhiều gây thiếu nước ảnh hưởng đến năng suất cây trồng vật nuôi, giảm điệnnăng và gây khó khăn cho các hoạt động kinh tế, xã hội khác Nước trong hồ dângcao có thể gây ra trượt lở đất ở thượng lưu, xói lở đất ở hạ lưu, gia tăng các hoạtđộng địa chất trong vùng, sình lầy vùng ven, làm ô nhiễm một số vùng ảnh hưởngđến chất lượng cuộc sống còn người, thảm thực vật và sự phát triển các loài thủysản Ngập lụt lòng hồ làm mất đi một diện tích đáng kể đất nông nghiệp, đất lâmnghiệp, khoáng sản, di tích lịch sử, văn hóa Nếu con người sử dụng nước hồ khôngđúng đắn có thể dẫn tới mất an toàn vệ sinh và lao động Vì vậy có quan điểm ở một

số nước không xây hồ chứa nữa vì nó gây ra nhiều bất cập, bất lợi

Xây dựng và sử dụng hồ chứa nước trên thế giới có một lịch sử phát triển lâuđời Cách đây hơn 6 nghìn năm người Trung Quốc và Ai Cập đã biết sử dụng vậtliệu tại chỗ để đắp đập ngăn sông suối tạo thành hồ chứa Thời kỳ cổ đại có hồVicinity tại Menphis thuộc thung lũng sông Nin (Ai Cập) có xây đập đá đổ cao 15

m, dài 45 m

1.2.2 Tình hình xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam

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 khôngđều; mùa khô kéo dài khoảng 6 ÷ 7 tháng, lượng mưa chỉ chiếm 15% ÷ 20% tổnglượng 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 Vực Mấu–Nghệ

an

Hình 1-3: Hồ chứa nước Kim Sơn–Hà Tĩnh

Hồ chứa nước là công trình lợi dụng tổng hợp, cấp nước tưới, sinh hoạt, côngnghiệp và phát triển các ngành kinh tế quốc dân khác, cải tạo cảnh quan môi trườngsinh 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

Hồ chứa nước có vai trò quan trọng để phát triển kinh tế nói chung và sản xuấtnông nghiệp nói riêng Nhà nước rất quan tâm phát triển xây dựng các hồ chứanước 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, côngsức để xây dựng hồ chứa nước phục vụ cho phát triển sản xuất Hiện nay, trên địabàn 45 tỉnh, thành phố trong cả nước xây dựng được 6648 hồ chứa nước các loại vớitổng 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), NúiCốc (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 hiệuích to lớn, cấp nước phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, cảitạo 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 tíchtrữ khoảng 39,6 tỷ m3 nước Thủy lợi có 5.466 hồ với tổng dung tích 10,28 tỷ m3nước, 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

≥10 triệu m3 5triệu ÷10triệu

m3

1triệu ÷5triệum3

0.2triệu÷5triệum3

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

+ Năm 1989 vỡ đập hồ Am Chúa (2,97 triệu m3) sau khi xử lý năm 1992 hồlại tiếp tục vỡ

+ Năm 2009 tỉnh Hà Tĩnh vỡ Đập Z20 (0,30 triệu m3)

+ Năm 2010 vỡ đập hồ Khe Mơ (0,70 triệu m3), đập Trứng (0,20 triệu m3);tỉnh Quảng Bình vỡ đập hồ Cây Tắt (0,70 triệu m3), Khe Cày (0,30 triệu m3); tỉnhNinh Thuận vỡ đập hồ Phước Trung (2,34 triệu m3)

+ Năm 1989 vỡ đập hồ Am Chúa (2,97 triệu m3) sau khi xử lý năm 1992 hồlại tiếp tục vỡ

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

Để phát huy mặt lợi và đề phòng các diễn biến bất lợi, công tác đầu tư sửachữa, 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

1.3 Những đặc điểm hồ chứa nước ở Nghệ An

1.3.1 Khái quát

Hiện nay trên địa bàn tỉnh Nghệ An có 625 hồ chứa nước lớn nhỏ, với tổngdung tích hơn 387 triệu m3, trong đó:

+ Số hồ có dung tích trữ từ 10 triệu m3 trở lên có 6 hồ (Vực Mấu, Vệ Vừng,Khe Đá, Sông Sào, Xuân Dương, Bàu Da)

+ Số hồ có dung tích trữ từ 5 đến dưới 10 triệu m3 có 12 hồ

+ Số hồ có dung tích trữ từ 1 đến dưới 5 triệu m3 có 68 hồ

+ Số hồ có chiều cao đập từ 10m trở lên có 111 hồ

Các hồ nước này ngoài nhiệm vụ cung cấp nước cho 39 nghìn ha đất sản xuất,phục vụ dân sinh và kinh tế thì còn có nhiệm vụ điều tiết lũ bảo vệ vùng hạ du

Hình 1-4: Vị trí các hồ chứa ở Nghệ An

1.3.2 Đặc điểm

+ Chủ yếu được xây dựng từ những năm 1970 - 1980 trong điều kiện nền kinh

tế đất nước còn nhiều khó khăn, công tác khảo sát, thiết kế và thi công còn nhiềuthiếu sót, các công trình đầu mối không được xây dựng hoàn thiện Thời gian khaithác, sử dụng các hồ đã lâu, việc quản lý chưa được quan tâm đúng mức, thiếu kinhphí để duy tu sửa chữa, dẫn đến nhiều hồ chứa nước nhanh chóng bị xuống cấp, gây

mất an toàn công trình Số liệu mới nhất của các ngành chức năng tại Nghệ An chobiết hiện có đến 500 trên tổng số 625 hồ chứa hư hỏng, xuống cấp, nếu mưa lũ lớn

sẽ có nguy cơ vỡ hồ chứa

+ Về thiết kế: Các hồ do nhà nước đầu tư xây dựng được khảo sát, thiết kếtheo quy trình, quy phạm kỹ thuật của ngành, nhưng phần lớn mức phòng lũ đượctính với tài liệu thuỷ văn ngắn, mô hình lũ đơn, tần suất phòng lũ thấp 5-10

Các hồ do nhà nước và nhân dân cùng làm: tài liệu thuỷ văn thương thiếu,hoặc phải tính theo phương pháp tương quan có độ chính xác không cao

Các hồ do dân tự xây dựng: thường có dung tích từ 0,3 đến dưới 1 triệu m3nước, nhiều hồ không có khảo sát thiết kế

+ Về thi công: thi công không đồng bộ các hạng mục công trình và bằng nhiềuphượng tiện kỹ thuật khác nhau

+ Về đập đất: Phần lớn đắp bằng thủ công, đầm nén kém, nhiều hồ khôngđược xử lý móng ở lòng khe Một số hồ đắp cao chống lũ bằng đắp vuốt mái làmgiảm chiều rộng mặt đập và không đảm bảo mặt cắt theo tiêu chuẩn kỹ thuật

+ Về tràn xả lũ: Phần lớn là tràn bãi, sau được gia cố dần và mở rộng thêm, cótràn phải mở rộng thêm 3-4 lần tràn cũ, có tràn trước đây chỉ rộng 4-8m nay phải

mở rộng 25m, 40m Hiện nay vẫn còn nhiều hồ sử dụng tràn bãi, quá trình sử dụng

bị xói sâu làm giảm dung tích hữu ích của hồ

+ Cống lấy nước chủ yếu bằng ống bê tông lắp ghép, cửa cống hầu hết là cửaphẳng, không kín nước

+ Tình hình quản lý: Các Công ty, xí nghiệp thuỷ lợi nay là công ty TNHHthuỷ lơi quản lý 50 hồ thương hồ có dung tích 1,5 triệu m3 nước trở lên Hàngnăm được duy tu, sửa chữa, hồ sơ thiết kế ban đầu và quá trình quản lý khai thácđược cập nhật, lưu giữ tương đối đầy đủ, trường hợp thiếu thì được đo đạc khôiphục bổ sung, nhưng hầu hết còn thiếu quy trình vận hành cả trong mùa tưới vàtrong phòng chống lụt bão

Xã, HTX quản lý 575 hồ Là các hồ nhỏ, tưới gọn xã, dung tích thường dưới 1triệu m3 nước, công tác quản lý còn nhiều tồn tại như là: Việc duy tu, sửa chữathường không thực hiện thường xuyên hoặc chưa tương xứng với tài sản nên côngtrình bị xuống cấp, rò nước, tổn thất nước lớn Nhiều địa phương quản lý nhưngkhông có hồ sơ công trình, tài liệu thiết kế ban đầu mất mát, thất lạc, không có quytrình kỹ thuật quản lý, công tác đo đạc, quan trắc quan trắc mực nước lũ, quan trắclún, xê dịch thực hiện không đầy đủ Đang coi nhẹ quản lý hồ, chưa chú ý xâydựng nề nếp quản lý kỹ thuật và quản lý kinh tế.

Các tác nhân chính gây mất an toàn cho hồ chứa là do lũ lớn tràn qua đỉnh đậpđất gây vỡ đập, thấm lớn qua nền và thân đập gây xói ngầm hoặc trượt mái hạ lưu,sóng do bão làm trượt mái thượng lưu hoặc vận hành không đúng kỹ thuật (tháo cạn

hồ quá nhanh gây sạt trượt mái thượng lưu đập đất) Các tổ mối, hang hốc khôngđược phát hiện, xử lý kịp thời Nhiều hồ chứa còn thiếu năng lực xả lũ do khi thiết

kế tính toán lũ thiên nhỏ, mô hình thiết kế lũ không phù hợp với tình hình mưa lũtrên lưu vực, rừng đầu nguồn bị tàn phá nên lũ tập trung về hồ nhanh hơn, nhiềuhơn Hầu hết các hồ chứa nhỏ có dung tích dưới 1 triệu m3 mái thượng lưu khôngđược gia cố, thường bị sạt trượt nghiêm trọng, ảnh hưởng đến an toàn công trình.Một số hồ chứa được gia cố mái thượng lưu bằng đá lát hoặc bê tông, do gia cố lâunên lớp gia cố bị xô tụt

+ Khả năng an toàn của các hồ chứa:

Các hồ có dung tích trữ trên 10 triệu m3 trở lên có thể đảm bảo an toàn ở mứctần suất 1,5-3

Các hồ có dung tích trữ trên 2 đến 10 triệu m3 trở lên có thể đảm bảo an toàn ởmức tần suất 3-5

Các hồ nhỏ dưới 2 triệu m3 chỉ đảm bảo ở mức tần suất lũ 5-10 và một số hồcòn thấp hơn nữa chủ yếu do nhân dân xây dựng và quản lý Gặp mưa lũ lớn cóthể nước tràn qua mặt đập làm vỡ đập

1.4 Những nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về việc nâng cao dung tích hữu ích

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 để đáp ứng đượcnhu cầu sử dụng nước ngày càng cao Để nâng cao dung tích hữu ích phải nâng caotrình ngưỡng tràn làm ảnh hưởng đến diện tích ngập lụt trong lòng hồ Vì vậy cầnphải được phân tích, so sánh, lựa chọn giải pháp hợp lý để đem lại hiệu quả cao.Hiện nay đã có nhiều giải pháp nâng cao dung tích hữu ích:

1.4.1 Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp với mở rộng khẩu độ tràn.

Mở rộng diện tràn làm tăng khả năng tháo lũ, giải pháp này khắc phục đượcnhược điểm của tăng cột nước tràn, không ảnh hưởng đến kết cấu các bộ phận saungưỡng Tuy nhiên cần căn cứ vào điều kiện địa chất, địa hình tuyến tràn có chophép mở rộng hay không và vấn đề nối tiếp giữa kết cấu cũ và mới cũng cần phảixem xét kỹ

1.4.2 Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp thay tràn không có cửa van bằng tràn có cửa van.

Khi cần tăng khả năng an toàn về tháo trong điều kiện địa hình hẹp, địa chấttốt có thể hạ thấp cao trình ngưỡng tràn và lắp thêm cửa van Giải pháp này có ưuđiểm là khả năng tháo lớn, tính chủ động cao, không làm tăng ngập lụt, khả năngvượt tải lớn, khả năng đảm bảo an toàn cao Nhưng phải đề cao công tác quản lývận hành để đạt hiệu quả

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

Trên thế giới cũng đã có nghiên cứu nhất định về tràn sự cố như ở TrungQuốc, trước những năm 1980 chưa có tràn sự cố, tháng 8 năm 1975 xuất hiện lũ lớnvượt thiết kế làm hư hại nhiều đập hồ Từ đó người ta đã đưa ra khái niệm mựcnước lũ bảo vệ đập và cần có tràn sự cố Từ năm 1980 đã thực hiện thiết kế, xâydựng bổ sung tràn sự cố cho các hồ chứa đã có hoặc đang trong xây dựng mới Hìnhthức hay dùng ở Trung Quốc là tràn tự do, tràn sự cố kiểu đập đất tự vỡ, tràn sự cốkiểu nổ mìn gây vỡ Nói chung ở Trung Quốc đều dùng hình thức tràn sự cố có kết

cấu đơn giản, chiều cao từ 2 ÷ 5 mét, chiều dài ngưỡng tràn lớn để giảm lưu tốc V,lưu lượng đơn vị q và vấn đề tiêu năng không nặng nề.

Cùng với việc nghiên cứu về tràn chính người ta còn nghiên cứu kết hợp tràn

sự cố tháo kết hợp với tràn chính để giảm giá thành công trình tràn xả lũ Ở LiêuNinh (Trung Quốc) làm tràn sự cố kiểu nước tràn qua đập đất gây vỡ, kết hợp trànchính xả lũ đã giảm 40% ÷ 60% giá thành công trình xả lũ Ở Australia so sánh 5đập có dùng tràn sự cố (kết hợp với tràn chính) cho thấy vốn đầu tư giảm 20% ÷30% so với chỉ dùng tràn chính

Ở Mỹ, Mexico, Pháp, Australia, Bồ Đào Nha người ta đã có những nghiên cứu

lý thuyết và mô hình thủy lực về hình thức kết cấu khả năng tháo của tràn Zích zắc(tràn Labyrinth) và đã áp dựng xây dựng loại phím đàn piano, loại mỏ vịt, loạingưỡng xiên…để tăng chiều dài ngưỡng lên nhiều lần

Đặc biệt, Việt Nam nằm ở vùng nhiệt đới ẩm, gió mùa, sự khắc nghiệt về thờitiết, tính ác liệt của mưa to, lũ lớn xảy ra thường xuyên trong năm, từ vùng này sangvùng khác Bên cạnh đó với tính chất của biến đổi khí hậu, lượng mưa năm hầu như

ít thay đổi nhưng có sự chuyển đổi lượng mưa giữa các mùa, số các trận mưagiường như tăng về mùa mưa và giảm về mùa khô Trong mùa mưa, lượng mưacũng trở nên tập trung hơn Ngoài ra do chúng ta tàn phá rừng tài nguyên rừng đầunguồn gây hiện tượng đất trống đồi núi trọc dẫn đến dòng chảy về các hồ chứa diễn

ra nhanh hơn do không có thảm phủ thực vật để giữ nước lại dẫn đến gây ra lũ quét,

lũ lớn, lũ đặc biệt lớn vượt tiêu chuẩn thiết kế ngày càng nhiều Vì vậy, bên cạnhcần có cảnh báo, dự báo lũ, tính toán lũ vượt thiết kế cũng cần có tràn sự cố Tràn sự

cố là một hạng mục công trình có thể có trong cụm đầu mối các công trình hồ chứanước thủy lợi - thủy điện Tràn được xây dựng để xả lũ vượt thiết kế nhằm tránh sự

cố có thể xảy ra đối với cụm công trình đầu mối và đảm an toàn cho hồ chứa, gọi làtràn sự cố

Sau đây là một số giải pháp cụ thể:

1 Tràn phụ tràn sự cố kiểu tự do

a Đặc điểm kết cấu

Công trình tràn sự cố tự do là loại kênh hở được đào trên nền đất (hình 1-5),

đá tự nhiên có cao trình ngưỡng tràn thấp hơn mực nước lũ thiết kế thường từ 0,5 ÷1,0 mét Tràn được đặt tại những vị trí yên ngựa thuận lợi xung quanh vách hồ, trànkhông được gia cố hoặc có gia cố một phần ở đầu tràn, nối tiếp tràn là các khe suối

tự nhiên không được gia cố các kết cấu tiêu năng

MNL THIET KE

ÐINH ÐAP CHAN

GIA CO ÐAU TRAN

- Thích hợp với hồ chứa vừa và nhỏ

- Kết cấu đơn giản dễ thi công, tiện quản lý

e Điều kiện áp dụng

Tràn sự cố dạng tràn tự do với cột nước thấp, thường từ 0,3 ÷ 0,5 mét nên bề rộngtràn rất lớn Tràn tự do thường được áp dụng ở những công trình hồ chứa nước loại nhỏ, lũ

kiểm tra chênh không nhiều so với lũ thiết kế và ở những nơi có điều kiện địa hình, địachất thuận lợi: Yên ngựa thấp, rộng và dài, nên có khả năng chống xói tốt để giảm khốilượng công trình Ở Việt Nam loại này được dùng nhiều như hồ Thanh Lanh – Vĩnh Phúc,

Quá trình lũ đến Q – t có thể chia ra các thời đoạn sau:

t1: thời điểm đầu của quá trình lũ Mực nước trong hồ là MNDBT Là thờiđiểm tràn chính bắt đầu làm việc Khi có lưu lượng xả lũ là lưu lượng qua trànchính

Nếu là tràn tự do được tính theo công thức :

Qxả = Qc = m1.ε1.BC 2 g H13/2 (1-1)Nếu là tràn có cửa van được tính theo công thức

Q = 1mBa 2 ( g Ho   a ) (1-2)

t2 : thời điểm tràn sự cố bắt đầu làm việc Trong khoảng thời gian t1÷t2 chỉtràn chính làm việc Mực nước bắt đầu dâng từ MNDBT đến mực nước lũ khốngchế

t3: thời điểm mực nước lũ lớn nhất Zmax Trong khoảng thời gian từ t2÷t3 cảtràn chính và tràn sự cố cùng làm việc Khi đó:

Q xả = Qc + Qs (1-3)Với Qs = m2.ε2.B2 2 g H23/2 (1-4)

Trong đó: m1, m2: hệ số lưu lượng

t5: thời điểm mực nước hạ đến MNDBT trạng tháo làm việc trong thời đoạn

NEN ÐAT ÐA TU NHIEN

ÐINH ÐAP CHO PHEP VO

GIA CO ÐAU TRAN

ÐINH ÐAP CHAN

MNL THIET KE

Hình1-8: Tràn sự cố kiểu đập đất để gây vỡ hoặc tự do

+ Đỉnh đập đất tự vỡ thấp hơn cao trình mực nước khống chế thượng lưu (ví

dụ mực nước khống chế thượng lưu là từ MNDBT đến MNLKT)

+ Với đập đất tự vỡ có chiều cao lớn thì đập gồm 2 phần: phần thượng lưuđảm bảo điều kiện chống thấm, giữ ổn định, khi chưa có lũ vượt thiết kế, phần hạlưu giữ ổn định cho cả đập khi chưa có nước tràn qua đỉnh đập Nhưng khi có nướctràn qua thì dễ gây xói từ nhỏ rồi vùng xói lớn dần và đập vỡ Khối hạ lưu thường làlăng trụ cát Ví dụ như tràn sự cố thuỷ điện sông Hinh

+ Với đập đất trên ngưỡng tràn có chiều cao nhỏ thì đập chỉ là một khối (nhưtràn sự cố ở hồ Easoup thượng Khi nước tràn qua đỉnh đập, sẽ gây xói dần mái đập

và dẫn đến vỡ đập

Thiết bị bảo vệ mái hạ lưu thích ứng đảm bảo nhiệm vụ vỡ khi có nước trànqua, nhưng lại không bị xói mòn gây hỏng mái

c Ưu điểm

- Đơn giản, tiện cho vận hành

- Có thể thiết kế vỡ từng đoạn theo mức độ cần tháo xả khẩn cấp khác nhau

- Việc phục hồi đập tạm trên ngưỡng sau xả lũ không có khó khăn gì

d Nhược điểm

- Sau nhiều năm không sử dụng thân đập chặt, mái đập cỏ cây mọc nhiều vìvậy khi nước tràn qua với lớp chảy mỏng khó có thể gây vỡ đập được

Vị trí vỡ, phạm vi vỡ có tính ngẫu nhiên không khống chế được

Để khắc phục nhược điểm này, người ta làm đường dẫn xói trên mặt đậpxuống mái hạ lưu (thường là rãnh)

e Điều kiện áp dụng

Dùng với địa hình có yên ngựa thấp, nhưng không quá rộng để làm tràn tự do

và nền tương đối tốt (vì khi đó cột nước tràn, lưu tốc dòng chảy không nhỏ) Vớinhững hồ chứa đã xây dựng tràn sự cố tự do dạng đỉnh rộng nhưng chưa đảm bảotháo lũ có thể dùng dạng này để thay thế

Hình 1-9 là tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập gây vỡ của Hồ chứa nướcNam Sơn - Triết Giang - Trung Quốc.

Hình 1-9 Tràn sự cố kiểu tự vỡ ở Hồ Nam Sơn - Triết Giang - Trung Quốc

1 Ngưỡng tràn sau khi phần đất phía trên xói vỡ.

2 Trường chống thấm bằng đất sét

3 Khối cát 4 Đường dẫn xói 5 Máng dẫn xói

Ở Việt Nam loại này được thiết kế ở một số hồ như EASOUP Thượng, thuỷ điệnSông Hinh

219,03

217,58

216,88 1500

Quá trình lũ đến Q~t có thể chia làm các thời khoảng :

t1: thời điểm đầu của quá trình lũ Mực nước trong hồ là MNDBT Là thờiđiểm tràn chính bắt đầu làm việc Tràn chính có nhiệm vụ nhiệm vụ điều tiết mựcnước trong hồ:

Nếu là tràn tự do được tính theo công thức :

Qxả = Qc = m1.ε1.BC 2 g H13/2 (1-5)Nếu là tràn có cửa van được tính theo công thức

t4: thời điểm mực nước hạ xuống MNLKT Thời đoạn t3÷t4 trạng thái làmviệc của hai tràn giống như thời đoạn trước, nhưng mực nước hồ đang giảm dầntheo thời gian

t5: thời điểm mực nước hạ đến MNDBT trạng tháo làm việc trong thời đoạn

b Đặc điểm kết cấu

Trong lòng dẫn tràn hở, trên ngưỡng tràn (thường được gia cố bằng bê tôngcốt thép hoặc đá xây), có đập đất bằng vật liệu địa phương Cao trình ngưỡng trànthường cao hơn MNDBT và thấp hơn MNLTK, đôi khi thấp hơn MNDBT Caotrình đỉnh đập bằng hoặc cao hơn MNLTK Hình thức kết cấu tràn sự cố kiểu gây

vỡ đập đất bằng năng lượng thuốc nổ về cơ bản như các đập đất khác Điều khác làtrong thân đập bố trí hệ thống lỗ mìn hoặc buồng mìn để khi cần thiết nạp thuốc nổ,kích nổ theo phương pháp hiện đại gây vỡ đập Hiện chúng ta đã xây dựng ở một số

hồ như hồ Vĩnh Sơn, hồ Kè Gỗ

Tính toán thiết kế đập sự cố như tính toán thiết kế đập đất thông thường Tuỳtheo quy mô của tràn sự cố và tình hình thực tế của cụm công trình đầu mối để bố

trớ vị trớ lỗ mỡn và số lượng thuốc nổ để gõy vỡ đập Tớnh toỏn khả năng phỏ vỡ đậpbằng thuốc nổ là hoàn toàn cú thể thực hiện được.

c Ưu điểm

Cụng trỡnh cú kết cấu đơn giản, vận hành thuận tiện và cú biện phỏp chủđộng gõy vỡ đập Quỏ trỡnh xúi gõy vỡ đập là chủ động khụng cần phải cú nhiềuthời gian để vỡ và vỡ hết nờn tràn nhanh chúng tham gia thỏo lũ Tràn sự cố kiểu nổmỡn gõy vỡ cú thể cơ giới hoỏ trong thi cụng, dễ dầm chặt nờn quỏ trỡnh cố kết củađập khú gõy lỳn nứt và đảm bảo ổn định của đập

d Nhược điểm

- Khi cú sự cố xảy ra thỡ toàn bộ khối lượng xõy dựng tràn hầu như bị phỏhoại, khối lượng xõy dựng lại khụng nhỏ và khú đỏp ứng được nhiệm vụ đún con lũtiếp sau một cỏch kịp thời khi sự cố diễn ra đầu mựa lũ

- Quỏ trỡnh vỡ đập phụ thuộc hoàn toàn vào thuốc nổ, vỡ vậy việc bảo quảnthuốc nổ cũng như hệ thống lỗ mỡn hoặc buồng mỡn đặt trong đập phải thườngxuyờn, liờn tục Vỡ nếu cú trục trặc ở một trong những khõu này thỡ khi gặp lũ vượtthiết kế đập tràn sự cố sẽ khụng hoàn thành chức năng của nú, do đú đe dọa an toàncủa toàn bộ cụng trỡnh

- Thời gian, thời điểm tạo nổ gõy vỡ đập hoàn toàn phụ thuộc vào chủ quancủa người quản lý nờn phải thường trực theo dừi lũ và chuẩn bị sẳn sàng cho cụngtỏc nổ mỡn

Đ ất đắp    165 m 3

Hỡnh 1-11: Cắt dọc tràn sự cố hồ Kố Gỗ - Hà Tĩnh

e Điều kiện áp dụng:

- Điều kiện địa chất có khả năng chống xói tốt (ngưỡng tràn nằm trên nền đáphong hoá vừa và ít), điều kiện địa hình không có yên ngựa rộng và thuận lợi, nếulàm các loại tràn sự cố khác khối lượng sẽ rất lớn

Loại này thường chọn dùng ở eo núi, ở đập phụ Lỗ mìn, buồng mìn có thể

bố trí ở mái hạ lưu dẫn vào như (Hình 1-12) là tràn sự cố của hồ chứa nước CuongNam Sơn - Trung Quốc Hoặc lỗ mìn, buồng mìn bố trí từ đỉnh đập như (hình 1-13)

là tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ ở hồ Sơn Hà - Trung Quốc)

Hình 1-12: Tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ ở Hồ Cương Nam - Trung Quốc

Hình 1-13: Tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ ở Hồ Sơn Hà - Trung Quốc

t1: thời điểm đầu của quá trình lũ Mực nước trong hồ là MNDBT Là thờiđiểm tràn chính bắt đầu làm việc Tràn chính có nhiệm vụ nhiệm vụ điều tiết mựcnước trong hồ:

t2 : thời điểm tràn sự cố bắt đầu làm việc Trong khoảng thời gian t1÷t2 chỉtràn chính làm việc Mực nước bắt đầu dâng từ MNDBT

t3: thời điểm mực nước lũ lớn nhất Zmax Trong khoảng thời gian từ t2÷t3 cảtràn chính và tràn sự cố cùng làm việc Khi đó lưu lượng xả tổng cộng tính theocông thức (1-5) hoặc (1-6)

t4: thời điểm mực nước hạ xuống MNLKT Thời đoạn t3÷t4 trạng thái làmviệc của hai tràn giống như thời đoạn trước, nhưng mực nước hồ đang giảm dầntheo thời gian

t5: thời điểm mực nước hạ đến MNDBT trạng tháo làm việc trong thời đoạn

t4÷t5 giống t1÷t2

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

Ở nước ta, đập tràn thão lũ mặt chảy tự do hoặc có cửa van điều tiết,thường được thiết kế theo dạng ngưỡng đỉnh rộng hoặc ngưỡng thực dụng kiểuCrigiơ-Ofixerop Đối với các kiểu ngưỡng này, khi cao trình đặt ngưỡng và kíchthước cửa tháo nước đã được xác định, nếu muốn tăng năng lực tháo lũ thì cần phảităng chiều cao cột nước trên ngưỡng tràn Điều này có nghĩa là tăng cột nước siêucao, tức là tăng dung tích trữ lũ, dẫn đến phải nâng cao trình đỉnh đập, làm tăng diệntích ngập lụt của lòng hồ, vì thế công tác đền bù và tái định cư gặp nhiều khó khăn

Chúng ta biết, theo quan hệ giữa dung tích hồ chứa và cao trình mựcnướcVfz, ở phần trên cao của bụng hồ, cứ mỗi mét chiều cao cột nước thì thểtích nước trong hồ sẽ lớn hơn rất nhiều so với phần bụng hồ ở dưới thấp Như vậynếu chúng ta tìm được kiểu đập tràn mới có năng lực tháo nước lũ lớn hơn nhiều sovới các kiểu truyền thống, thì ứng với việc giữ nguyên cao trình đỉnh đập khôngtrànkhi sử dụng đập tràn kiểu truyền thống, chúng ta có thể nâng cao trình mựcnước dâng bình thường lên và như vậy nâng cao được dung tích hữu ích Đây là vấn

đề có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nó có thể làm thay đổi các quan điểm cũ, cho

phép chúng ta lựa chọn được phương án có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt hơntrong thiết kế Đối với các hồ chứa đã xây dựng, nếu áp dụng kiểu đập tràn mới cónăng lực tháo lũ lớn hơn nhiều so với các kiểu truyền thống, có thể cho phép cải tạocông trình tháo lũ để nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa.

Đập tràn kiểu mới có ngưỡng zích zắc đã được áp dụng ở nhiều nước trên thếgiới với tỷ lệ 1/1000 đập lớn và làm giảm được dung tích siêu cao Vsc 100-109m3 đem lại hiệu quả tăng năng lực tháo nước lũ thừa của hồ chứa, nâng cao an toàncho đập chắn, nâng cao dung tích hữu ích, giảm diện tích ngập lụt và đền bù Pháp,Angiêri, Trung Quốc là những nước khởi đầu, đã và đang tiếp tục nghiên cứu để ápdụng loại đập tràn này Ở Việt Nam, tràn zích zắc đã được nghiên cứu và ứng dụngvào một số công trình như tràn sông Móng, đập dâng Văn Phong, tràn Nậm Bú, trànTiên Thành v.v

1 Ngưỡng tràn zích zắc kiểu truyền thống:

a Định nghĩa:

Tràn labyrinth là tràn tự do có mặt bằng hình gấp khúc (zích zắc) nhằm kéodài đường tràn nước dài hơn tràn thẳng có cùng khẩu độ

có từ cuối những năm 60, đầu những năm 70 của thế kỷ XX Tràn zích zắc lớn nhấthiện nay là đập Ute trên sông Canadian ở New Mexico có Qmax=15.700m3/s, cộtnước tràn H=1,36m,chiều cao ngưỡng tràn P = 9,14m; n = 11 chu kỳ zích zắc, tổngchiều dài đỉnh là W = 1024m trên đường tràn rộng 256m.

Ngưỡng tràn gồm những tường bê tông cốt thép thẳng đứng, tương đối mỏng,giống đập tràn thành mỏng đặt trên sàn phẳng và bố trí dạng răng cưa hình thanghay tam giác nên cho lưu lượng xả tràn lớn gấp đôi so với ngưỡng tràn thông thường

kiểu Creager

Loại đập này có nhiều biến thái khác nhau, nhìn chung đều nhằm mục đích kéodài ngưỡng tràn giống như hình 1-15

a) Hình dạng 1 răng tràn b) Hình dạng bố trí ngưỡng tràn

Hình 1-15: Hình thức cấu tạo tràn labyrinth kiểu ngưỡng răng cưa

b Các dạng măt băng của tràn Labyrinth.

Hình 1-16: Mặt bằng các dạng ngưỡng tràn đặc biệt

- Loại hình tam giác (hình 1-16b): Có mặt bằng hình tam giác, loại này thường

ít được sử dụng vì tại vị trí góc tam giác hiệu quả không cao, trong khi đó lại kéo dàiphần đế móng tràn

- Loại hình thang (hình 1-16a): Hầu hết tràn labyrinth có hình dạng mặt bằngkiểu hình thang, thậm chí có tác giả còn định nghĩa “tràn labyrinth là tràn tự do có

hình dạng mặt bằng là một số hình thang xếp liền kề” Kiểu hình thang khắc phụcđược nhược điểm của kiểu tam giác, tại vị trí góc hình tam giác thì được cắt đi (cắttại vị trí nào xem phần sau), mục đích là cắt bỏ phần mà khả năng thoát không hiệuquả, đồng thời còn làm giảm chiều rộng đế móng

- Kiểu chữ nhật hay phím đàn piano (Hình 1-16c)

- Kiểu mỏ vịt (Hình 1-16d)

- Kiểu tràn xiên (Hình 1-16e)

- Kiểu tràn bên (Hình 1-16f)

c Ứng dụng tràn labyrinth trên thế giới và ở Việt Nam:

Tràn labyrinth được xây dựng trên khắp thế giới, nước ứng dụng loại tràn nàynhiều nhất là Mỹ và Bồ Đào Nha Tràn có lưu lượng thoát lớn nhất hiện nay là trànUte thuộc Mỹ Bảng 1-2 thống kê một số đập tràn labyrinth đã được xây dựng trênthế giới

Bảng1-2: Thông số cơ bản một số đập tràn labyrinth đã xây dựng trên thế giới.

xd

Q m3/s

Ho m

P m

W m

L

Tác giả cập nhật

Agua Brance Poutugal 124 1.65 3.5 12.5 28.0 2 Quintel et al Alfaiates Poutugal 1999 99 1.6 2.5 13.2 37.5 1 Quintel et al Alijo Poutugal 1991 52 1.23 2.5 8.7 21.05 1 Magallaes Arcosso Poutugal 2001 85 1.25 2.5 13.3 16.68 1 Quintel et al Avon Australia 1970 1420 2.16 3.0 13.5 26.5 10 Darvis Bartletts Ferry USA 1983 5920 2.19 3.43 18.3 70.3 20 Mayer

Belia Zaire 400 2.00 3/2 18.0 31.0 2 Magallaes Beni Bahdel Algeria 1944 1000 0.5 4 62.5 20 Afshar Boardman USA 1978 387 1.77 2.76 18.3 53.5 2 Babb

Calde Poutugal 2001 21 0.6 2.5 7.4 28.19 1 Quintel et al Carty USA 1977 387 1.8 4.3 18.3 54.6 2 Afshar Forestport USA 1988 76 1.02 2.94 6.10 21.9 2 Lux ( 1989 ) Garland Canal USA 1982 25.5 0.37 1.40 4.57 19.6 3 Lux/Hinchlif Genma Poutugal 115 1.12 3.0 12.5 30.0 2 Quintel et al Hartezza Algeria 1983 350 1.9 3.5 9.7 28.6 3 Lux ( 1989 ) Hyrum USA 256 1.68 3.66 9.1 45.7 2 Lux ( 1989 ) Influente Mozambique 1985 60 1.00 1.60 4.15 24.76 3 Magalhaes

Keddera Algeria 1985 250 2.46 3.5 8.9 26.3 2 Lux ( 1989 ) Kizileapinr Turkey 2270 4.6 4.0 75.4 263.9 5 Yildiz

Meteer USA 1972 239 1.83 4.57 5.49 17.6 4 CH2M Hill Navet Trinidad 1974 481 1.68 3.05 5.49 12.8 10 Phelps

Ohau Canal New Zealand 1980 540 1.08 2.50 6.25 37.5 12 Walsh

Pacoti Brazil 1980 3400 2.72 4.0 8.0 41.52 15 Magalhaes Pisao Poutugal 50 1.0 3.5 8.0 200.0 1 Quintel et al Quincy USA 1973 26.5 2.13 3.96 13.6 26.5 4 Magalhaes Ristschard USA 1555 2.74 3.05 83.8 411 9 Vermeyen

SDomings Poutugal 1993 160 1.84 3.0 7.5 22.53 2 Magalhaes SamRayburn

USCOLD ulletin Woronora Australia 1941 1020 1.36 2.13 13.41 31.23 11 Afshar

Flamingo USA 1990 1591 2.23 7.32 95.1 67.4 4 LasVegas,nv

Twin Lake USA 1989 570 2.74 3.35 8.31 34.05 4 Buffalo, WY

Ở Việt Nam, đập tràn labyrinth bước đầu đang được nghiên cứu và áp dụng ở

một số công trình như: Tràn xả lũ Sông Móng - Bình Thuận (hình 1-17), tràn xả lũ

Phước Hòa -Bình Phước (hình 1-18)… Một số thông số cơ bản của tràn như sau:

Hình 1-18: Mô hình 1/2 tràn Phước Hòa

- Hình dạng ngưỡng tràn: Cần có chiều cao ngưỡng tràn đảm bảo sao choH/P<0,9, do vậy thay thế tràn cũ có chiều cao ngưỡng, như là: tràn thực dụng, hìnhthang hoặc thành mỏng là thích hợp nhất

- Bộ phận thân dốc: Cần phải tạo ra sao cho phía sau ngưỡng tràn là dòng xiết

- Bộ phận tiêu năng sau tràn: đơn giản và có thể tăng tỷ lưu lên hoặc mở rộngđuôi tràn

- Địa hình: Đối với tràn labyrinth, khẩu diện tràn nếu bằng khẩu diện tràn cũkhả năng tháo có thể lớn hơn từ 2 đến 5 lần tràn thẳng, do vậy không cần phải mởrộng mà vẫn có khả năng tháo với lưu lượng lớn hơn Như vậy thích hợp loại trànkhó mở rộng, địa hình sườn dốc đứng chẳng hạn

- Địa chất: Do cần phải có chiều cao ngưỡng tràn đảm bảo sao cho H/P<0,9,

do vậy nếu cần phải đào sâu ngưỡng tràn thì địa chất nền có thể đào sâu được Đặcbiệt bộ phận tiêu năng, do đảm nhận tiêu năng với tỷ lưu lớn hơn trước (trường hợpkhông mở rộng bộ phận sau tràn) thì nền phía sau tốt nhất là nền đá cứng chắc hoặctiêu năng bằng mũi phun

2 Ngưỡng tràn zích zắc kiểu phím Piano: (Piano Keys Weir)

a)Toàn cảnh thượng lưu công trình b) Hạ lưu tràn xả lũ

Hình 1-19: Đập tràn phím Piano Maguga ở Xoa zi lân

Hình 1-20: Đập tràn phím Piano Liege ở Bỉ

Hình 1-21: Đập tràn phím Piano Goulou ở Pháp

Hình 1-22: Mô hình đập tràn phím Piano Văn Phong ở Việt Nam

Năm 1999, nhóm của giáo sư F Lempérière (thuộc tổ chức Hydrocoop Cộnghoà Pháp ) đã tiến hành các nghiên cứu và tìm ra kiểu đập tràn mới này với kiểu thiết kếđầu tiên đã được thử nghiệm vào ở phòng thí nghiệm L.N.H.E của Điện lực Pháp và vàonăm 2002 ở trường đại học Roorke của Ấn Độ cùng với trường đại học Biskra của Algeria

a) Mô hình nghiên cứu tràn phím đàn

Piano kiểu A

b) Mô hình nghiên cứu tràn phím đàn

Piano kiểu B Hình 1-23: Hai mô hình nghiên cứu đập tràn phím Piano của giáo sư F Lempérière

Từ năm 2000, nhiều nghiên cứu và thí nghiệm mô hình về tràn theo kiểulabyrinth có thể bố trí được trên đập trọng lực thông thường đã được thực hiện ởPháp, Algeri, Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam và Thụy Sỹ Một số kiểu đã được cốgắng tối ưu về phương diện thủy lực cũng về phương diện kết cấu và thi công Hơn

100 kiểu dạng tràn đã được nghiên cứu và thí nghiệm, nhiều giải pháp có tính khảthi song các kiểu thuận lợi nhất đã được xây dựng trên hai nguyên lý sau:

- Các tường có dạng chữ nhật trên mặt bằng, tương tự như các phím đàn piano;cũng vì vậy kiểu tràn này được đặt tên là tràn phím đàn piano, gọi tắt là tràn phímđàn, từ tiếng Anh là Piano Keys Weirs, viết tắt là P.K Weirs

- Các tường theo phương thẳng góc với dòng chảy đều được bố trí theo mặtdốc (nghiêng) Bố trí này tạo nên thuận lợi về phương diện thủy lực, nhất là trongtrường hợp lưu lượng xả lớn, đồng thời lại giảm được chiều rộng đáy của kết cấu, và

do vậy, có thể bố trí tràn phím đàn trên các đập tràn ngưỡng đỉnh rộng hay đậpbêtông trọng lực thông thường

Về điều kiện thi công, tràn phím đàn có thể được xây dựng bằng bê tông cốtthép đúc sẵn hoặc đổ tại chỗ Trong trường hợp tường thấp, có thể chọn chiều dầytường từ yêu cầu sử dụng cốt thép Trường hợp H < 2 m, có thể sử dụng tường thép

có các đai tăng cứng Chi phí xây dựng theo một mét chiều rộng tràn thường tỉ lệvới H

Không nên bố trí kết cấu gia cường hay các thanh giằng tại các tường ở ô vào

và ô ra vì chúng có thể làm các vật nổi mắc lại

Có thể đưa khí vào bên dưới

phần console hạ lưu để tránh bị rung

động bằng các ống dẫn khí giản đơn

Do xảy ra cuốn khí mạnh nên dòng

chảy ra khỏi tràn phím đàn được tiêu

năng nhiều hơn và xói ở hạ lưu giảm

đáng kể, nhất là với các lưu lượng xả

từ trung bình trở xuống Hình 1-24: Thi công tràn phím đàn- ống

dẫn khí đặt dưới console hạ lưu

1.4.5 Kết luận

Hồ chứa nước mang lại những lợi ích to lớn, góp phần rất quan trọng vàoviệc xoá đói giảm nghèo, xây dựng nông thôn mới Tăng năng suất, ổn định sảnlượng lúa, đảm bảo an ninh lương thực Phát điện, cấp nước phục vụ sinh hoạt, chănnuôi và phát triển du lịch Để duy trì và phát huy những lợi ích đó, các hồ chứa phảiđược đầu tư sửa chữa, nâng cấp để đáp ứng tốt hơn yêu cầu ngày càng cao của đấtnước trong giai đoạn hội nhập hiện nay

Nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa, tăng khả năng tháo của tràn xả lũ làvấn đề mang tính thời sự đối với các hồ chứa nước ở Việt Nam Vấn đề tràn zíchzắc, tràn phím đàn Piano, tràn sự cố ở nước ta tuy mới được đầu tư nghiên cứu, ápdụng ở một số hồ chứa nhưng đã mang lại hiệu quả lớn về nhận thức trong phươngpháp luận thiết kế công trình thuỷ lợi Giúp các nhà chuyên môn tổng kết đánh giáđược hiện trạng sự cố công trình thuỷ lợi, nắm bắt được ý nghĩa và tầm quan trọngcủa biện pháp tràn sự cố trong xây dựng công trình Các nhà đầu tư có cái nhìnđúng đắn để lựa chọn phương án đầu tư có lợi nhất

CHƯƠNG II: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NHỮNG THÁCH THỨC ĐẶT

RA ĐỐI VỚI HỒ CHỨA 2.1 Nội dung kịch bản biến đổi khí hậu

2.1.1 Kịch bản biến đổi khí hậu

- Biến đổi khí hậu trái đất là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển,thuỷ quyển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyênnhân tự nhiên và nhân tạo

- Nguyên nhân chính làm biến đổi khí hậu trái đất là do sự gia tăng các hoạtđộng tạo ra các chất thải khí nhà kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp

thụ và bể chứa khí nhà kính như sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đấtliền khác.

Hình 2-1: Hiệu ứng nhà kính

2.1.2 Tác động của biến đổi khí hậu đối với sự an toàn hồ chứa

Theo báo cáo của Tổ chức liên Chính phủ về biến đổi khí hậu của Liên hiệpquốc (IPCC) nhiệt độ trung bình trên bề mặt trái đất đã ấm lên gần 1°C và tăng rấtnhanh trong khoảng 25 năm nay (từ 1980 đến 2005); khoảng thời gian 40 năm(1962-2003), mực nước biển đã tăng thêm 7,2cm (trung bình mỗi năm tăng 1,8mm),riêng 10 năm cuối của khoảng thời gian nêu trên (1993-2003) mực nước biển trungbình tăng thêm 3,1cm (mỗi năm tăng 3,1mm) và đưa ra dự báo: đến cuối thế kỷXXI, nhiệt độ bề mặt Trái đất sẽ tăng thêm từ 1,4 đến 4°C, mực nước biển sẽ dângthêm khoảng 43cm - 81cm Nhiều nhà khoa học còn đưa ra những dự báo mực nướcbiển đang dâng nhanh hơn nhiều, nhất là do hiện tượng tan băng đang xảy ra với tốc

độ đáng kinh ngạc trong thời gian gần đây Các nhà khoa học Anh cho rằng nướcbiển cuối thế kỷ XXI có thể tăng thêm đến 163cm

Việt Nam là một trong 5 quốc gia trên thế giới bị tác động nhiều nhất của hiệntượng biến đổi khí hậu mà cụ thể là hiện tượng nước biển dâng cao, hậu quả tăng