Nghiên cứu đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao mức độ an toàn cho công trình hồ chứa nước khe tân khi xảy ra lũ cực hạn PMF

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các thơng tin, tài liệu trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình trước Đà Nẵng, tháng 02 năm 2017 Tác giả luận văn Lê Văn Tuyến i LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập chương trình cao học nghiên cứu luận văn Nghiên cứu đánh giá đề xuất giải pháp nâng cao mức độ an toàn hồ chứa khe Tân xảy lũ cực hạn PMF, tác giả nhận hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy cô giáo Trường Đại học Thủy lợi, Viện Khoa học Thủy lợi Miền Trung Tây Nguyên, chuyên gia đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TS Phạm Ngọc Quý, TS Hoàng Ngọc Tuấn đồng nghiệp Viện Khoa học Thủy lợi miền Trung Tây Nguyên dành nhiều thời gian công sức tận tình bảo, hướng dẫn tác giả có kiến thức để hồn thành luận văn Do trình độ, kinh nghiệm thời gian nghiên cứu hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo, chun gia đồng nghiệp để hoàn thiện luận văn./ Đà Nẵng, tháng 02 năm 2017 Tác giả luận văn Lê Văn Tuyến ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Về tính cấp thiết đề tài: Mục đích nghiên cứu: 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu: Kết dự kiến đạt được: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ AN TỒN HỒ CHỨA KHI CĨ LŨ LỚN 1.1 Tổng quan hồ chứa Việt Nam 1.1.1 Số lượng hồ chứa nước Việt Nam .4 1.1.2 Phân loại hồ chứa nước 1.1.3 Thực trạng hồ chứa 1.1.4 Sự cố hồ chứa 10 1.1.5 Hiện trạng hồ chứa địa bàn tỉnh Quảng Nam .13 1.2 Tổng quan an tồn hồ chứa có lũ lớn .14 1.2.1 An toàn hồ chứa 14 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn hồ chứa 17 1.2.3 An toàn hồ chứa có lũ lớn .18 1.3 Các kết nghiên cứu nâng cao mức độ an toàn cho hồ đập gặp PMF 19 1.3.1 Tình hình nghiên cứu 19 1.3.2 Các kết nghiên cứu giới: 19 1.3.3 Các kết nghiên cứu Việt Nam 20 1.3.4 Đánh giá kết nghiên cứu 21 1.4 Kết luận chương I 21 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN KHI XẢY RA LŨ CỰC HẠN PMF 23 2.1 Tổng quan chung khu vực nghiên cứu 23 2.1.1 Đặc điểm tự nhiên 23 2.1.2 Khí tượng thủy văn 27 2.1.3 Tình hình kinh tế, xã hội khu vực huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam 33 2.2 Tổng quan hồ chứa nước Khe Tân 34 iii 2.2.1 Vị trí địa lý cơng trình 34 2.2.2 Quy mô nhiệm vụ công trình 35 2.3 Đánh giá trạng hồ chứa nước Khe Tân 38 2.3.1 Cơng trình dâng nước 38 2.3.2 Cơng trình tháo lũ 43 2.3.3.Công tác quản lý 44 2.4 Tính tốn đặc trưng khí tượng, thủy văn điều tiết lũ 45 2.4.1 Phương pháp tính cơng cụ tính tốn 45 2.4.2 Cơ sở liệu phục vụ tính tốn 45 2.4.3 Kết tính tốn 46 2.5 Tính tốn, kiểm tra mức độ an tồn cơng trình hồ chứa khe Tân 51 2.5.1 Đối với cơng trình dâng nước 52 2.5.2 Đối với công trình tháo lũ 63 2.6 Kết luận chương 72 2.6.1 Đối với đập đất 72 2.6.2 Đối với tràn tháo lũ 72 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO MỨC ĐỘ AN TOÀN CHO HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN KHI XẢY RA LŨ CỰC HẠN PMF 73 3.1 Cơ sở đề xuất giải pháp: 73 3.1.1 Vì phải nâng cao mức độ an toàn: 73 3.1.2 Các để đề xuất giải pháp: 73 3.1.3 Tiêu chí lựa chọn giải pháp hợp lý 73 3.2 Giải pháp công trình: 74 3.2.1 Nâng cao trình đỉnh đập, giữ nguyên tràn xả lũ: 74 3.2.2 Làm thêm tường chắn sóng, giữ nguyên tràn xả lũ: 75 3.2.3 Mở rộng tràn kết hợp làm thêm tràn xả sâu: 76 3.2.4 Nâng cao trình đỉnh đập kết hợp mở rộng tràn 77 3.2.5 Giữ nguyên tràn cũ, làm thêm tràn 78 3.3 Lựa chọn giải pháp khả thi để so sánh 79 3.3.1 Nhận định đánh giá giải pháp: 79 3.3.2 Phân tích so sánh hai giải pháp khả thi: 80 iv 3.3.3 Lựa chọn giải pháp tối ưu đề xuất áp dụng: 84 3.3.4 Tính tốn kiểm tra sau áp dụng giải pháp .84 3.3.5 Đối chiếu với tiêu chí lựa chọn giải pháp 87 3.4 Giải pháp phi cơng trình 89 3.4.1 Giải pháp trồng bảo vệ rừng 89 3.4.2 Giải pháp nâng cao nhận thức tăng hiểu biết 89 3.4.3 Hoàn thiện hệ thống văn pháp lý 89 3.4.4 Tăng cường ứng dụng công nghệ vào cơng tác quản lý vận hành, phòng chống lụt bão 90 3.4.5 Đổi công tác quản lý hồ đập .91 3.5 Kết luận chương 91 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ: 92 Kết luận 92 Kiến nghị 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO .95 PHỤ LỤC TÍNH TỐN .96 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Một số hình ảnh hồ chứa Việt Nam Hình 2.1: Vị trí hồ chứa nước Khe Tân 23 Hình 2.2: Bản đồ hệ thống lưới trạm Khí tượng thủy văn tỉnh Quảng Nam 28 Hình 2.3: Lượng mưa trung bình tháng trạm 31 Hình 2.4: Vị trí địa lý hồ Khe Tân đồ hành huyện Đại Lộc 35 Hình 2.5: Mặt tổng thể bố trí cơng trình đầu mối hồ Khe Tân 37 Hình 2.6: Một số mặt cắt ngang đại diện trạng đập hồ Khe Tân 39 Hình 2.7: Hiện trạng đỉnh đập khe Tân 40 Hình 2.8: Hiện trạng mái đập Khe Tân 40 Hình 2.9: Hiện trạng đập phụ 41 Hình 2.10: Mặt cắt ngang trạng đập phụ 42 Hình 2.11: Hiện trạng tràn xả lũ hồ khe Tân 43 Hình 2.12: Đường trình lũ điển hình hồ Việt An 49 Hình 2.13: Đường trình lũ thiết kế, kiểm tra lũ PMF hồ Khe Tân 49 Hình 2.14: Đường đặc trưng địa hình hồ Khe Tân (Z-F-V) 50 Hình 2.15: Mặt cắt đại diện phục vụ tính tốn, kiểm tra thấm ổn định đập 57 Hình 2.16: Mặt trạng tràn xả lũ 64 Hình 2.17: Cắt dọc trạng tim tràn xả lũ 65 Hình 2.18: Đường mực nước máng bên tràn Khe Tân 67 Hình 2.19: Sơ đồ tính tốn đoạn có bề rộng không đổi 70 Hình 2.20: Đường mực nước dốc nước tràn Khe Tân 71 Hình 3.1: Mơ phương án nâng cao trình đỉnh đập 75 Hình 3.2: Làm thêm tường chắn sóng đỉnh đập 76 Hình 3.3: Mở rộng tràn kết hợp làm thêm tràn xả sâu 76 Hình 3.4: Nâng cao trình đỉnh đập kết hợp mở rộng tràn 77 Hình 3.5: Mặt cắt ngang tràn có cửa van điều tiết lũ 78 Hình 3.6: Một số kiểu dạng tường chắn sóng đỉnh đập BTCT 80 Hình 3.7: Mặt cắt dọc cắt ngang tràn 81 Hình 3.8: Mặt cắt dọc cắt ngang tràn 82 Hình 3.9: Mặt cắt tính tốn, kiểm tra sau nâng cao trình đỉnh đập 86 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Thống kê cố thường xảy hồ chứa .13 Bảng 2.1: Phân bố số nắng trung bình ngày tháng 29 Bảng 2.2: Tần suất xuất gió theo hướng .29 Bảng 2.3: Đặc trưng tốc độ gió trạm lân cận khu vực nghiên cứu 29 Bảng 2.4: Lượng mưa trung bình tháng, năm (mm) .30 Bảng 2.5: Lượng bốc trung bình tháng trạm (mm) 31 Bảng 2.6: Phân phối tổn thất bốc năm hồ Khe Tân 32 Bảng 2.7: Giá trị sản xuất cấu kinh tế qua năm .33 Bảng 2.8: Thơng số trạng cơng trình hồ chứa Khe Tân .35 Bảng 2.9: Lượng mưa ngày lớn (mm) theo tần suất 46 Bảng 2.10: Lượng mưa ngày lớn (mm) theo tần suất 46 Bảng 2.11: Kết tính tổng lượng lũ 47 Bảng 2.12: Kết thu phóng lũ theo lũ điển hình hồ chứa Việt An năm 1992 48 Bảng 2.13: Đặc tính lòng hồ trạng 50 Bảng 2.14: Kết tính tốn điều tiết lũ hồ Khe Tân 51 Bảng 2.15: Thông số hồ chứa phục vụ tính tốn kiểm tra 52 Bảng 2.16: Kết tính tốn thơng số ảnh hưởng đến cao trình đỉnh đập .55 Bảng 2.17: Kết tính tốn cao trình đỉnh đập 55 Bảng 2.18: Các tiêu lý đất đắp thân đập đập 56 Bảng 2.19: Các trường hợp tính tốn kiểm tra thấm ổn định đập 58 Bảng 2.20: Tổng hợp kết tính tốn thấm cho đập đất .61 Bảng 2.21: Tổng hợp kết tính tốn ổn định cho đập đất .62 Bảng 2.22: Thông số phục vụ tính tốn khả tháo lũ tràn 63 Bảng 2.23: Kết tính tốn khả tháo lũ tràn Khe Tân .65 Bảng 2.24: Kết tính tốn đường mực nước máng bên 67 Bảng 2.25: Kết tính độ sâu phân giới ứng với cấp lưu lượng: .69 Bảng 2.26: Kết tính tốn thủy lực dốc nước tràn Khe Tân .71 Bảng 3.1: Tổng hợp khối lượng xây dựng cho giải pháp 83 Bảng 3.2: Tổng hợp dự toán chi phí xây dựng cho giải pháp 83 Bảng 3.3: Tổng hợp khối lượng xây dựng cho giải pháp 83 Bảng 3.4: Tổng hợp dự tốn chi phí xây dựng cho giải pháp 84 Bảng 3.5: Trường hợp tính tốn kiểm tra an tồn đập sau áp dụng giải pháp 85 Bảng 3.6: Kết tính tốn kiểm tra thấm đập đất với trường hợp lũ PMF 86 Bảng 3.7: Kết tính tốn kiểm tra ổn định đập đất với trường hợp lũ PMF 86 Bảng 3.8: Đối chiếu với tiêu chí lựa chọn giải pháp nâng cao an tồn có lũ PMF 87 vii MỞ ĐẦU Về tính cấp thiết đề tài: Hiện nước có 6.648 hồ chứa thủy lợi, có 560 hồ chứa lớn với dung tích triệu m3 đập cao 15m, 1.752 hồ chứa có dung tích từ 0,2 triệu m3 đến triệu m3 4.336 hồ chứa có dung tích nhỏ 0,2 triệu m3 Cả nước khoảng 1.150 hồ chứa bị hư hỏng xuống cấp ảnh hưởng đến khả xả lũ, cần phải sửa chữa, nâng cấp Riêng tỉnh Quảng Nam có 73 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích hữu ích xấp xỉ 500 triệu m3 nước (trong hồ chứa nước thủy lợi Phú Ninh có dung tích 344 triệu m3; hồ Khe Tân 54 triệu m3; hồ Việt An 22,95 triệu m3) Đa số hồ chứa xây dựng từ năm 1990 trở trước, nguồn vốn đầu tư hạn chế, tài liệu khảo sát khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất,… chưa đầy đủ kinh phí bố trí cho bảo trì, tu sửa chữa thường xun cơng trình thủy lợi nhiều hạn chế nên cơng trình nhanh bị hư hỏng, xuống cấp Trong thời gian qua, số cơng trình xảy cố nghiêm trọng như: Năm 2010, vỡ đập Hà Tĩnh làm ảnh hưởng đường sắt Bắc-Nam Năm 2012, vỡ đập Quảng Trị Năm 2013, đập hồ chứa nước Ea Đrăng, dung tích 1,2 triệu m3, lũ vượt đỉnh đập hồ chứa thủy điện Hố Hô năm 2010 2016… Với cố cho thấy tầm quan trọng đặc biệt công tác đảm bảo an toàn hồ - đập thủy lợi, mùa mưa lũ lớn cần thiết Hồ chứa nước khe Tân xây dựng huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam khơng nằm ngồi tình hình Hồ khe Tân xây dựng từ năm 1985 hồn thành năm 1989, cơng trình xây dựng lâu, có dấu hiệu xuống cấp, nguy an tồn đập khơng đảm bảo kỹ thuật với trận lũ vượt thiết kế, khí hậu thời tiết ngày biến đổi phức tạp theo chiều hướng cực đoan Xu hướng ngày nay, nước giới quan tâm đến vấn đề an toàn đập trước định xây dựng hồ chứa nước Các hồ chứa xây dựng phải nghiên cứu đến trường hợp xảy cố vỡ đập phạm vi ảnh hưởng đến đâu, dự kiến khu vực bị thiệt hại nặng nề để từ có biện pháp phòng tránh giảm thiểu Khoa học kỹ thuật ngày phát triển, ngày nhiều lý thuyết phương pháp, công cụ để xử lý tốn có độ xác cao Hiện Việt Nam việc nghiên cứu giải toán đảm bảo an toàn hồ chứa nước thủy lợi bối cảnh biến đổi khí hậu nước biển dâng ưu tiên hàng đầu công tác đạo điều hành phòng chống lụt bão, quản lý thiên tai Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn Chính phủ Các kết nghiên cứu đạt tảng cho công tác quy hoạch lũ, nâng cấp đảm bảo an toàn hồ chứa nước để ổn định đời sống phát triển kinh tế, xã hội Việc nghiên cứu vỡ đập mô ngập lụt hạ du hồ chứa tượng vỡ đập gây có ý nghĩa lớn việc chuẩn bị kế hoạch ứng phó với thiên tai vỡ đập gây Các kết nghiên cứu sở để đưa khuyến cáo lập phương án báo động, di dời cho khu vực hạ lưu Từ trước đến nghiên cứu nước liên quan đến tốn mơ ngập lụt lũ hay vỡ đập đánh giá mức độ an toàn hồ chứa nước xảy cố với tần suất lũ thiết kế, lũ kiểm tra, lũ cực hạn PMF hồ Khe Tân chưa Chính luận văn học viên với tiêu đề: “Nghiên cứu đánh giá đề xuất giải pháp nâng cao mức độ an toàn cho cơng trình hồ chứa nước Khe Tân xảy lũ cực hạn PMF” cần thiết Đây yếu tố luận văn Trước vấn đề nêu trên, học viên cần phải nghiên cứu: Bên cạnh đó, việc thiết kế, xây dựng quản lý vận hành tồn nhiều bất cập, chưa đồng với phát triển dân cư, yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội Do đó, yêu cầu kiểm tra, đánh giá mức độ an toàn hồ chứa khe Tân cần thiết Với tầm quan trọng tính cấp thiết vậy, với kiến thức trình học tập lớp Cao học chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy trường Đại học Thủy lợi, học viên nghiên cứu đánh giá đề xuất giải pháp nâng cao mức độ an toàn hồ chứa khe Tân xảy lũ cực hạn PMF để làm đề tài cho luận văn tt nghip hướng vào đập tràn cũ tràn Km 1+725 Km 0+00 20.65 21.03 5.00 20.28 4.70 5.30 19.49 6.30 7.8 11.5 13.00 13 IB 6a 17 18.8 19.7 20 26 28.5 30 30.5 32 15 33.80 38 25.82 25.62 25.59 41.00 37 28.30 39 73d43'17'' Hình 3.8: Mặt cắt dọc cắt ngang tràn - Về hình dáng kết cấu tràn: Lựa chọn loại tràn dọc, đỉnh rộng, có cửa van phẳng để chủ động điều tiết lũ, kết cấu tràn làm bê tông cốt thép M250 Kích thước tràn sơ lựa chọn là: Tràn xả sâu, gồm khoang tràn, bề rộng khoang tràn 5m, tổng bề rộng tràn 20m, cao trình ngưỡng tràn + 18,80m (thấp MNDBT=+21,80m 3m) bề rộng phần dốc nước 23m, tổng chiều dài tràn 100m, tiêu dạng bể tường kết hợp Việc tính tốn cao trình, kích thước tràn xả sâu phụ thuộc việc tính tốn điều tiết lũ để hạ mực nước hồ theo yêu cầu đảm bảo an tàn Trong luận văn khối lượng thời gian có hạn nên tác giả tính tốn định hướng sơ chọn (xem thêm phụ lục) - Về công tác thi cơng: Thi cơng tràn vị trí khác khơng ảnh hưởng đến tràn cũ, q trình thi cơng phải thực mùa khô từ tháng đến tháng phụ thuộc vào mực nước hồ Khối lượng thi công lớn, thời gian thi cơng khoảng tháng, phải có mỏ vật liệu để đắp bổ sung gia cố hai bên hông tràn Khó khăn cho việc điều hướng dòng chảy sau tràn để không ảnh hưởng đến nhân dân Như vậy: Đây giải pháp áp dụng cho cơng trình, nhiên việc lựa chọn vị trí đặt tràn phải xem xét đánh giá kỹ lưỡng địa hình, địa chất tuyến kễnh dẫn sau tràn Phương án có khả thi phức tạp, tốn kinh phí đầu tư Cần đánh giá so sánh thêm mặt kinh tế đầu tư xây dựng 3.3.2.2 Phân tích so sánh kinh tế: Từ hai phương án lựa chọn để so sánh, tác giả tiến hành đo bóc khối lượng sơ lập dự tốn chi phí cho phương án, từ làm sở so sánh lựa chọn giải pháp tối ưu đề xuất áp dụng 82 1725.00 40.40 35 36 1696.70 25.53 16.38 25.74 109.00 34 33 1662.90 47.20 LK1 1621.90 16.37 25.73 25.73 19.70 25.73 12.00 32 1581.50 46.00 31 1472.50 25.77 25.76 10.80 TOC3 1425.30 13.20 BI3 1413.30 25.82 25.89 25.83 13.20 TOD3 1367.30 25.72 33.20 30 1356.50 30.00 29 1343.30 46.00 28 1330.10 25.68 25.71 46.00 27 10d6'40'' 1296.90 46.00 26 1266.90 25.75 25.76 46.00 25 1220.90 42.50 1174.90 BI2 TOD2 TOC2 25.80 LK1 25.78 25.77 25.79 21.00 23+LK2 1128.90 29.00 22 25.79 18.80 25.79 25.77 25.82 25.73 25.79 29.20 TOC1 983.40 16.80 BI1 48d14'37'' 954.20 16.80 TOD1 937.40 25.62 42.60 21 920.60 25.70 46.00 20 878.00 25.67 46.00 19 832.00 25.74 46.00 18 786.00 25.69 46.00 17 740.00 25.72 46.00 16 694.00 25.73 46.00 602.00 46.00 14 648.00 25.71 LK2 46.00 13+LK3 1082.90 25.58 32.00 25.58 25.52 12 510.00 25.58 11 24.00 486.00 25.59 10 46.00 440.00 25.58 46.00 1033.40 3.50 1036.90 3.50 1040.40 46.00 394.00 25.64 302.00 46.00 348.00 25.69 LK3 25.65 6+LK4 46.00 256.00 25.67 46.00 210.00 25.67 37.70 172.30 25.77 46.00 25.65 30.50 1012.40 46.00 126.30 26.03 26.35 49.30 80.30 0.00 TDC 14.00 17.00 17.00 31.00 26.67 LK4 556.00 IB CDC a) Giải pháp 1: “Làm thêm tường chắn sóng, giữ nguyên tràn xả lũ”: Bảng 3.1: Tổng hợp khối lượng xây dựng cho giải pháp STT Hạng mục Đất đào cấp Đất đắp (k=0,95) BT lót M100 dày 5cm BTCT M250 tường chắn sóng Ván khn Thép d