Nghiên cứu giải pháp đảm bảo an toàn cho công trình đập tràn tháo lũ nam thạch hãn, tỉnh quảng trị

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM HỒNG LỢI NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO CƠNG TRÌNH ĐẬP TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN, TỈNH QUẢNG TRỊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM HỒNG LỢI NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO CƠNG TRÌNH ĐẬP TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN, TỈNH QUẢNG TRỊ Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số : 60.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HOÀNG NGỌC TUẤN Đà Nẵng - Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Phạm Hồng Lợi ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu Đề tài 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Kết đạt Ý nghĩa khoa học thực tiển Chương - TỔNG QUAN VỀ ĐÀU MỐI CƠNG TRÌNH THỦY LỢI 1.1 Tình hình xây dựng đập tràn dâng nước tràn tháo lũ giới 1.1.1 Một số thơng số cơng trình thủy lợi có Việt Nam 1.1.2 Nhận xét tình hình xây dựng cơng trình thủy lợi, thủy điện giới Việt Nam 1.2 Phân tích, đánh giá ngun nhân an tồn cho cơng trình thủy lợi 1.2.1 Nguyên nhân khảo sát 1.2.2 Nguyên nhân thiết kế 1.2.3 Nguyên nhân thi công: 10 1.2.4 Nguyên nhân Quản lý vận hành 11 1.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn, thiết kế cơng trình đập tràn tháo lũ 11 1.3.1 Tính tốn thủy văn 11 1.3.1.1 Tính tốn lưu lượng đỉnh lũ: 11 1.3.1.2 Xác định quan hệ Q ~ F(Z) hạ lưu tràn xả lũ 12 1.3.2 Tính tốn thủy lực cho tràn tháo lũ 12 1.3.2.1 Xác định khả tháo đập tràn: 12 1.3.2.2 Hình thức nối tiếp tiêu sau đập tràn: 13 1.3.3 Tính tốn ổn định đập bê tông trọng lực: 17 1.3.3.1 Các lực tác dụng lên đập bê tông trọng lực: 17 1.3.3.2 Tính tốn ổn định đập bê tơng đá: 18 1.3.3.3 Tính toán độ bền đập: 18 1.3.4 Tính tốn thấm đáy đập bê tông trọng lực: 19 iii 1.3.4.1 Cơ sở lý thuyết thấm 19 1.3.4.2 Phương pháp giải toán thấm 20 1.3.4.3 Giải pháp xử lý thấm cho cơng trình 26 1.4 Tổng quan chung khu vực nghiên cứu 27 1.4.1 Điều kiện tự nhiên: 27 1.4.1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên: 27 1.4.1.2 Đặc điểm khí tượng, thủy văn: 28 1.4.1.3 Đặc điểm thủy văn: 28 1.4.2 Hệ thống thủy lợi, thủy điện khu vực nghiên cứu 30 1.4.2.1 Cơng trình Thủy lợi - Thủy điện Quảng Trị 30 1.4.2.2 Công trình thủy điện Hạ Rào Quán 30 1.4.2.3 Cơng trình thủy điện Đak Rông 30 1.4.2.4 Cơng trình thủy điện Đak Rơng 31 1.4.2.5 Cơng trình thủy điện Đak Rông 31 1.4.3 Hệ thống thủy lợi Nam Thạch Hãn 31 Chương - ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ PHÂN TÍCH CÁC NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG ĐẬP TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN 33 2.1 Đánh giá trạng tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn 34 2.1.1 Quá trình xây dựng tình hình hư hỏng 34 2.1.2 Hiện trạng hư hỏng số hạng mục tràn 37 2.2 Phân tích, đánh giá nguyên nhân hư hỏng tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn39 2.2.1 Nguyên nhân khảo sát 40 2.2.2 Nguyên nhân thiết kế 40 2.2.3 Nguyên nhân thi công 42 Chương NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TỒN CHO CƠNG TRÌNH TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN 43 3.1 Cơ sở đề xuất giải pháp tài liệu phục vụ tính tốn 43 3.1.1 Cơ sở đề xuất giải pháp 43 3.1.2 Các tài liệu phục vụ tính toán 43 3.1.2.1 Tài liệu khảo sát địa hình địa chất 43 3.1.2.2 Tài liệu phục vụ tính tốn thủy văn 43 iv 3.1.3 Kết tính tốn thủy văn 44 3.1.3.1 Các đặc điểm địa lý thủy văn khu vực 44 3.1.3.2 Tài liệu khí tượng 44 3.1.3.3 Tài liệu thuỷ văn 45 3.1.3.4 Tính tốn kiểm tra lại dòng chảy lũ thiết kế, lũ kiểm tra 47 3.2 Tính tốn thủy lực tràn xả lũ trạng 49 3.2.1 Các thông số tràn xả lũ 49 3.2.2 Tiêu chuẩn tài liệu tính tốn 49 3.2.3 Quan hệ lưu lượng lũ Q với mực nước ZHL 49 3.2.4 Hệ số lưu lượng, lực xả mực nước thiết kế tràn 52 3.2.4.1 Xác định hệ số lưu lượng m tràn 52 3.2.4.2 Xác định lực xả tràn 52 3.2.4.3 Xác định mực nước thiết kế hồ chứa 54 3.2.5 Tính tốn kiểm tra chế độ thủy lực hạ lưu tràn 54 3.2.5.1 Đường mực nước sau ngưỡng tràn chế độ chảy hạ lưu 54 3.2.5.2 Tính tốn chế độ thủy lực lịng sơng chưa bị xói 56 3.2.5.3 Tính tốn chế độ thủy lực lịng sơng bị xói 57 3.3 Tính tốn xác định thơng số cơng trình tiêu năng, tràn tháo lũ 59 3.3.1 Giải pháp cơng trình Bể tiêu 59 3.3.2 Giải pháp cơng trình Tường kết hợp bể tiêu 62 3.3.2.1.Sơ đồ thủy lực phương án 62 3.3.2.2 Tính tốn xác định chiều cao tường C (bể tiêu số 1) 62 3.3.2.3 Tính tốn bể tiêu số (sau tường tiêu năng) 64 3.3.2.4 Kết tính tốn thơng số thủy lực sân tiêu hạ lưu tường 65 3.4 Phân tích lựa chọn phương án hợp lý 67 3.4.1 Phương án bể tiêu 67 3.4.2 Phương án Tường kết hợp bể tiêu 67 3.4.3 Lựa chọn Phương án đề xuất áp dụng: 68 3.5 Biện pháp xử lý, gia cố đập tràn 68 v 3.5.1 Những yêu cầu chung công tác xử lý đập 68 3.5.2 Thiết kế khoan 69 3.6 Tính toán kiểm tra thấm đáy tràn tháo lũ 72 3.6.1 Phương pháp tính thấm 72 3.6.2 Mục tiêu tính tốn 72 3.6.3 Các trường hợp tính tốn 72 3.6.4 Số liệu phục vụ tính tốn 73 3.6.5 Sơ đồ mặt cắt tính tốn 73 3.6.6 Kết tính tốn kiểm tra thấm 73 3.7 Tính tốn kiểm tra ổn định cơng trình 77 3.7.1 Mục tiêu tính tốn ổn định 77 3.7.2 Số liệu phục vụ tính tốn 77 3.7.3 Các trường hợp tính tốn: 78 3.7.4 Phương pháp tính tốn 78 3.7.5 Kết tính tốn 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 Tiếng Việt 90 Tiếng Anh 90 Internet 90 vi GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TỒN CHO CƠNG TRÌNH ĐẬP TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN, TỈNH QUẢNG TRỊ Học viên: Phạm Hồng Lợi Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số : 60.58.02.02 Khóa 34 Trường Đại học Bách Khoa – ĐHĐN Tóm tắt : Hệ thống thủy lợi Nam Thạch Hãn có nhiệm vụ tưới cho 13.867 đất canh tác huyện Triệu Phong, huyện Hải Lăng thị xã Quảng Trị; tạo nguồn cấp nước cho 200 nuôi trồng thuỷ sản cấp nước sinh hoạt cho 86.000 người thị xã Quảng Trị Hệ thống xây dựng từ năm 1978, thức đưa vào khai thác, sử dụng từ năm 1990; sau gần 30 năm khai thác, cơng trình xuất nhiều hư hỏng nặng nề sân tiêu sau tràn bị xói với chiều sâu hố xói từ 2-3 m, mặt tràn bị phá vỡ kết cấu mặt, dòng thấm xuất đáy tràn gây ổn định cho cơng trình, đe doạ nghiêm trọng đến tính mạng, tài sản nhân dân suy giảm lực cấp nước cho sản xuất nông nghiệp dân sinh tỉnh Quảng trị Đề tài Đánh giá thực trạng mức độ an toàn cơng trình đập tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn sở xem xét yếu tố chủ yếu : Địa hình, địa chất, thủy văn, chế độ thủy lực, hình thức tiêu năng, dịng thấm kết cấu cơng trình v.v xác định ngun nhân gây hư hỏng cơng trình tràn tháo lũ Từ đề xuất giải pháp đảm bảo an tồn cho cơng trình đập tràn lũ Nam Thạch Hãn sau: Điều chỉnh hình thức nối tiếp tiêu sau tràn thành dạng Tường kết hợp Bể tiêu năng; chống thấm đáy tràn cách Khoan chống thấm gia cố tràn v.v Giải pháp giải tồn trước đảm bảo an toàn cho cơng trình đập tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn THE SOLUTIONS TO THE SAFETY ASSURANCE FOR NAM THACH HAN WORKS OF FLOOD DISCHARGE SPILLWAY,QUANG TRI PROVINCE Summary – Nam Thach Han hydraulic system is responsible for watering 13,867 hectares of farmland in Trieu Phong, Hai Lang districts and Quang Tri town, supplying farming water for 200 hectares of aquaculture and living for 86 thousand people in Quang Tri town The system was built in 1978 and it was officially in use in 1990 After almost 30 years of exploitation , there have been appeared many severe damages They are as follows: the stlling yard in the back of the spillway was eroded with the hole depth from to metres; The floor structure of the spillway was destroyed; The seepage appered in the bottom of the spillway These caused the the instabilization for the works, severely threatened to people’s lives, assets as well as the water supplying capacity for agricuture and living in Quang Tri province The topic has evaluated the reality and the safety level of Nam Thach Han flood discharge spillway works based on the consideration of some main elements such as topographic, geological, hydrography, hydraulic mode, energy dissipation, seepage and the works structure…etc It has determined the main reasons damaging the works of flood discharge spillway Based on those above, the solutions are sugessted as follows: Adjust the serial form and energy dissipation behind the spillway to the form of wall in combination with stilling basin; waterproofing under the bottom of the spillway by waterproof spray drills and floor reinforcement etc These solutions basically solve privious remaining problems and insure the safety for Nam Thach Han flood discharge spillway works vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Một số thơng số tràn tháo lũ cơng trình thủy lợi, thủy điện có quy mơ vừa lớn Việt Nam 1.2 Tình hình tài liệu khí tượng lưu vực sông Thạch Hãn lân cận 27 1.3 Tình hình tài liệu thủy văn lưu vực 28 1.4 Các thông số chủ yếu hệ thống thủy lợi Nam Thạch Hãn 30 2.1 Số liệu mực nước thượng, hạ lưu đập tràn 40 3.1 Diện tích lưu vực cơng trình hệ thống 43 3.2 Tài liệu khí tượng lưu vực sơng Thạch Hãn lân cận 44 3.3 Tình hình tài liệu thủy văn lưu vực 44 3.4 Lưu lượng lũ thiết kế Q theo tần suất P 47 3.5 Lưu lượng lũ thiết kế theo tần suất 48 3.6 Quan hệ Q f(z) hạ lưu tuyến tràn xả lũ 48 3.7 Quan hệ Q- Zhl tính toán năm 1977 hiệu chỉnh năm 1986 49 3.8 Quan hệ Q- Zhl đề xuất sử dụng 50 3.9 Hệ số lưu lượng m tràn, thí nghiệm mơ hình 1985 51 3.10 Quan hệ Q-Z hồ đề xuất dùng tính tốn 52 3.11 So sánh lưu lượng mực nước dâng hồ chứa thiết kế trước với kết tính tốn lại 53 3.12 Tính toán độ sâu hc cuối dốc nước ứng với lưu lượng Q=7641 m3/s 54 3.13 Kết tính tốn chế độ thủy lực hạ lưu tràn trường hợp lòng sơng chưa bị xói cao trình +2.2m 56 3.14 Kết tính tốn chế độ thủy lực hạ lưu tràn trường hợp lịng 58 viii sơng bị xói cao trình -6.5÷ -8.5m 3.15 Kết tính tốn chế độ thủy lực phương án bể tiêu 60 3.16 Kết tính tốn chế độ thủy lực phương án tường + bể tiêu 64 3.17 Kết tính tốn chế độ thủy lực phương án tường + bể tiêu 65 3.18 Thống kê tiêu lý đất 71 3.19 Kết tính tốn kiểm tra trạng thấm dọc tràn 73 3.20 Kết tính tốn kiểm tra thấm sau áp dụng giải pháp đề xuất 74 3.21 Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật tràn xả lũ 74 3.22 Thống kê tiêu lý đất 75 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu luận văn đến kết luận sau: Luận văn đánh giá xác định nguyên nhân chủ yếu gây an toàn tràn tháo lũ nam Thạch Hãn, đặc biệt nguyên nhân khảo sát xác định mực nước lũ lịch sử, điều kiện địa chất hạ lưu cơng trình tràn; hình thức nối tiếp tiêu không phù hợp với thực tế; Đã nghiên cứu, tính tốn, có sử dụng phần mềm tính tốn địa kỹ thuật SEEP/W để tính tốn thấm xác định hình thức nối tiếp tiêu hợp lý cho cơng trình tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn sở xem xét phương án tiêu bể tiêu năng; tường kết hợp bể tiêu năng; Đề xuất giải pháp đảm bảo an tồn cho cơng trình tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn sau: Phương án Tường kết hợp Bể tiêu + Khoan chống thấm gia cố tràn Phương án giải nguyên nhân tồn trước gây ổn định cho cơng trình, đảm bảo chế độ thủy lực nhảy ngập ổn định hạ lưu tràn, đảm bảo điều kiện ổn định thấm ổn định đập Qui mô kết cấu phương án đề xuất sau: Cao độ đỉnh tường bể : +5,7; chiều dài đỉnh tường :145,2 m; chiều dày thân tường: 1,2 m; chiều dài bê tông sân tiêu thay mới: 25m; chiều rộng bê tông sân tiêu thay mới: 135m , với chiều dày 1m; chiều dài gia cố chân tường tiêu phía hạ lưu (bể tiêu thứ nối tiếp với lịng sơng): 44 m với chiều dày 1m Khoan hàng chống thấm ngưỡng tràn sâu 16m; khoan gia cố tràn sâu 4m với mật độ 3mx3m;bọc bê tông bề mặt chống xâm thực cho dốc nước sân tiêu đoạn KIẾN NGHỊ Do thời gian hạn chế nên phạm vi Luận văn tính tốn hai phương án cải thiện chế độ thủy lực cho tràn xả lũ, mà chưa xem xét đề xuất phương án khác tiêu kiểu bậc thụt, xây dựng đập dâng hạ lưu Việc chống thấm tràn xem xét phương án khoan hàng chống thấm ngưỡng tràn mà chưa so sánh mặt kinh tế, kỹ thuật với phương án khác Để tiến hành sửa chửa, nâng cấp tràn xả lũ Nam Thạch Hãn, cần phải tiếp tục tính tốn lại thủy văn, cần thêm nhiều tài liệu địa chất để đánh giá xác địa chất cơng trình; đồng thời tính tốn thêm phương án khác để lựa chọn giải pháp tối ưu đảm bảo an toàn cho tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn 90 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ Nông nghiệp & PTNT, Ban quản lý trung ương dự án thủy lợi – Sổ tay an toàn đập, 2012 [2] GS.TS Nguyễn Chiến; TS.Hoàng Ngọc Tuấn,ThS Nguyễn Tôn Quân, Nghiên cứu phương án bố trí cơng trình có lực xả lũ thiết kế cao cho hồ chứa nước xây dựng, 2015 [3] Bộ Nông nghiệp & PTNT, Thủy lợi Việt Nam, thành tựu định hướng phát triển [4] Sổ tay kỹ thuật thủy lợi; Phần – Cơ sở kỹ thuật thủy lợi;Tập [5] TCVN 9147:2012, Cơng trình thủy lợi – Quy trình tính tốn thủy lực đập tràn [6] Sổ tay kỹ thuật thủy lợi; Phần 2- Cơng trình thủy lợi; Tập [7] GS.TS Phạm Ngọc Q, Nối tiếp tiêu hạ lưu cơng trình tháo nước [8] Ngơ Trí Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Cảnh Thái (2004), Thủy công, Nhà Xuất xây dựng [9] Sổ tay tính tốn thủy lực (Kixelep) [10] Cao Văn Chí Trịnh Văn Cương (2002), Giáo trình Cơ học đất, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [11] Trịnh Minh Thụ, Hoàng Việt Hùng Bùi Văn Trường (2013), Bài giảng thấm cơng trình đất, Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội [12] Nguyễn Công Mẫn (2008), "Hướng dẫn sử dụng Geo-SEEP/W", Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội [13] Giáo trình Thủy công tập I, II Trường Đại Học Thủy lợi Hà Nội [14] Giáo trình Thủy lực tập I, II Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội [15] Nguyễn Thế Hùng (2006), Thủy lực tập 1, NXB xây dựng [16] GS.TS Phan Sỹ Kỳ (2000), Sự cố số cơng trình thủy lợi Việt Nam biện pháp phịng tránh, NXB Nơng nghiệp Tiếng Anh [17] Imelda Abarquez Zubair Murshed (2004), Sổ tay quản lý rủi ro thảm họa dựa vào cộng đồng, Quyền tác giả ADPC 2004 Internet [18] www.vawr.org.vn : Trang Web Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam [19] www.vncold.vn/web: Trang Web Hội đập lớn phát triển nguồn nước Việt Nam ... HỌC BÁCH KHOA PHẠM HỒNG LỢI NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO CƠNG TRÌNH ĐẬP TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN, TỈNH QUẢNG TRỊ Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số : 60.58.02.02... đáy tràn cách Khoan chống thấm gia cố tràn v.v Giải pháp giải tồn trước đảm bảo an tồn cho cơng trình đập tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn THE SOLUTIONS TO THE SAFETY ASSURANCE FOR NAM THACH HAN WORKS... lưu đập tràn suốt chiều dài kênh xả 2 Hình 1: Vị trí cơng trình Đập tràn Nam Thạch Hãn đồ khu vực TX .Quảng Trị Hình 2: Hiện trạng kết cấu Đập tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn, TX .Quảng Trị Hàng năm tỉnh