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

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Hà Nội, ngày 19 tháng năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Minh Sơn i LỜI CẢM ƠN Để hồn thành chương trình cao học viết luận văn này, nhận hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình q thầy trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội Trước hết, xin chân thành gửi lời cảm ơn đến qúy thầy cô trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt thầy tận tình dạy bảo cho tơi suốt thời gian học tập trường Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Xuân Khâm dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Nhân đây, xin chân thành cảm ơn lãnh đạo đồng nghiệp Ban dự án thủy lợi Thanh Hóa tạo nhiều điều kiện để 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 qúy thầy bạn Xin chân thành cảm ơn./ Hà Nội, ngày 19 tháng năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Minh Sơn ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết Đề tài: II Mục đích Đề tài: III Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐẬP VÀ NÂNG CAO DUNG TÍCH HỮU ÍCH VÀ DUNG TÍCH PHÒNG LŨ CỦA HỒ CHỨA 1.1 Tổng quan hồ đập giới Việt Nam: 1.2 Tổng quan giải pháp nâng cao dung tích hữu ích dung tích phịng lũ: 14 1.3 Kết luận chương 1: 18 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH HỮU ÍCH VÀ DUNG TÍCH PHÒNG LŨ CỦA HỒ CHỨA 19 2.1 Các tiêu chí giải pháp lựa chọn: 19 2.2 Các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích dung tích phịng lũ hồ chứa: 19 2.3 Kết luận chương 2: 31 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO HỒ CHỨA NƯỚC MẬU LÂM , TỈNH THANH HÓA 32 3.1 Hiện trạng hồ chứa nước tỉnh Thanh Hóa: 32 3.2 Hiện trạng hồ chứa nước Mậu Lâm: 41 3.3 Tính tốn điều tiết hồ chứa điều tiết năm theo số liệu thủy văn cập nhật: 49 3.4 Phân tích, lựa chọn giải pháp nâng cao dung tích hữu ích dung tích phịng lũ hồ chứa nước Mậu Lâm: 65 3.5 Các giải pháp nâng cao trình ngưỡng tràn cho phương án 68 3.6 Các giải pháp nâng cao trình đỉnh đập: 71 3.7 Tính tốn ổn định đập hồ chứa Mậu Lâm sau nâng cấp: 72 3.8 Kết luận chương 3: 76 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 78 4.1 Kết luận 78 iii 4.2 Một số vấn đề tồn tại: 79 4.3 Hướng tiếp tục nghiên cứu luận văn 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 CÁC PHỤ LỤC 801 iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hồ chứa nước Gileppe (Bỉ) Hình 1.2 Hồ chứa nước Kim Sơn–Hà Tĩnh Hình 2.1 Mặt cắt ngưỡng tràn đỉnh rộng 20 Hình 2.2 Mặt cắt ngưỡng tràn thực dụng Ơphixêrơp .20 Hình 2.3 Mặt cắt dọc ngưỡng tràn nâng cao, mở rộng 21 Hình 2.4 Chuyển hình thức tràn tự sang tràn có cửa van 23 Hình 2.5 Cắt ngang ngưỡng tràn thực dụng 24 Hình 2.6 Mặt cắt ngang ngưỡng tràn zích zắc 24 Hình 2.7 Quan hệ lưu lượng mực nước hình thức A, B tràn Creager 26 Hình 2.8 Tổ hợp hình thức kết cấu tràn tràn phụ .28 Hình 2.9: Lắp ghép cửa van phụ phía 29 Hình 2.10 Áp trúc mái thượng lưu đập 29 Hình 2.11 Áp trúc mái thượng hạ lưu đập 29 Hình 2.12 Áp trúc mái thượng thượng hạ lưu đập 30 Hình 3.1 Hồ Cửa Đạt huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa 33 Hình 3.2 Hồ Sơng Mực huyện Như Thanh tỉnh Thanh Hóa 34 Hình 3.3 Hồ Sơng n Mỹ huyện Nơng Cống, tỉnh Thanh Hóa 35 Hình 3.4 Hồ Cống Khê huyện Ngọc Lặc, tỉnh Thanh Hóa 35 Hình 3.5: Hiện trạng đập đất hồ chứa nước Mậu Lâm 42 Hình 3.6: Hiện trạng tràn xả lũ hồ chứa nước Mậu Lâm 43 Hình 3.7: Hiện trạng cửa vào tràn xả lũ hồ chứa nước Mậu Lâm 44 Hình 3.8: Hiện trạng bờ đất đắp ngang cửa vào tràn xả lũ hồ chứa nước Mậu Lâm để giữ nước 45 Hình 3.9: Vị trí hồ chứa nước Mậu Lâm-tỉnh Thanh Hóa 46 Hình 3.10: Đặc trưng thiết kế 47 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý điều tiết năm lần, phương án trữ sớm .57 Hình 3.12: Mặt cắt ngang đập đại diện theo phương án áp trúc mái hạ lưu 72 Hình 3.13: Mơ hình tính tốn ổn định phền mềm Geoslope (trường hợp khơng có tường chắn sóng) 74 Hình 3.14: Mơ hình tính tốn ổn định phền mềm Geoslope (trường hợp có tường chắn sóng) 74 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thống kê theo dung tích hồ chứa phục vụ tưới tổng cục thuỷ lợi Bảng 2.1 Hệ số tăng lưu lượng n tràn piano key A so với tràn Creager 26 Bảng 2.2 Hệ số tăng lưu lượng (n) tràn piano key B so với tràn Creager 26 Bảng 3.1: Tổng hợp trạng tưới cơng trình thủy lợi tưới tồn tỉnh Thanh Hóa 39 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật theo thiết kế ban đầu cơng trình [7] 47 Bảng 3.3: Nhiệt độ trung bình, lớn nhất, nhỏ tháng, năm trạm Như Xuân 50 Bảng 3.4: Độ ẩm tương đối trung bình, thấp tháng, năm trạm Như Xuân 50 Bảng 3.5: Lượng bốc trung bình tháng, năm đo ống Piche trạm Như Xuân 51 Bảng 3.6: Tốc độ gió trung bình, lớn tháng, năm trạm Như Xuân 51 Bảng 3.7: Số nắng trung bình tháng, năm trạm Như Xuân 51 Bảng 3.8: Lượng mưa bình quân tháng nhiều năm trạm Như Xuân 52 Bảng 3.9: Thời vụ gieo trồng khu vực 53 Bảng 3.10: Tổng nhu cầu dùng nước nông nghiệp 54 Bảng 3.11: Tổng hợp thơng số dịng chảy năm lưu vực hồ chứa nước Mậu Lâm 55 Bảng 3.12: Phân phối dòng chảy thiết kế P =75% theo tháng 56 Bảng 3.13: Xác định dung tích hiệu dụng V hd 58 Bảng 3.14: Bảng điều tiết hồ 59 Bảng 3.15: Đường đặc tính lịng hồ Mậu Lâm 60 Bảng 3.16: Các đặc trưng lượng mưa ngày trạm Như Xuân 62 Bảng 3.17: Kết tính lũ thiết kế theo Công thức cường độ giới hạn 62 Bảng 3.18: Tổng lượng lũ thiết kế 63 Bảng 3.19: Tổng hợp tính tốn điều tiết lũ 65 Bảng 3.20: Bảng tổng hợp kết tính tốn điều tiết lũ cao trình đỉnh đập 67 Bảng 3.26: Chỉ tiêu lý đập 73 Bảng 3.27: Kết tính tốn ổn định sau nâng cao đập đất khơng dùng tường chắn sóng 74 Bảng 3.28: Kết tính toán ổn định sau nâng cao đập đất sử dụng tường chắn sóng 74 Bảng 3.29: Kết tính tốn ổn định sau nâng cao đập đất nâng chiều cao lăng trụ nước với phương án khơng dùng tường chắn sóng 75 Bảng 3.30: Kết tính tốn ổn định sau nâng cao đập đất nâng chiều cao lăng trụ thoát nước với phương án sử dụng tường chắn sóng 75 vi vii MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết Đề tài: Hiện nay, nước xây dựng 2.100 hồ chứa có dung tích hồ từ 0,5 triệu m3 trở lên, với tổng ung tích trữ 41 tỷ m3 nước Trong miền Trung Tây Nguyên có 97 hồ Thủy lợi chứa 2,4 tỷ m3 nước 27 hồ Thủy điện chứa 6,4 tỷ m3 nước Đa phần hồ chứa xây dựng từ lâu nên hồ chứa xuống cấp, yêu cầu cấp nước, giảm lũ, chống úng, chống hạn không đảm bảo nên nhiều hồ chứa cần thiết phải sửa chữa nâng cấp Thanh Hóa, có khoảng 610 cơng trình hồ chứa, cấp nước tưới cho 71.305 lúa, điều tiết lũ, cải thiện môi trường sinh thái, cấp nước sinh hoạt cho người dân Các cơng trình hồ chứa đầu tư xây dựng từ năm 1980 trước Đến nay, số cơng trình hồ chứa xuống cấp, có nguy an tồn cao Theo thống kê, tồn tỉnh Thanh Hóa có 92 (trong tổng số 610) hồ đập, cơng trình chứa nước xuống cấp, hư hỏng nặng, có nguy an tồn cao Có nhiều nguyên nhân làm cho hồ đập an toàn, xuống cấp Ngoài hồ đập xây dựng từ lâu cịn có ngun nhân cơng tác quản lý, tu bảo dưỡng hồ đập; đặc biệt năm gần tượng thiên tai bất thường mưa với cường độ lớn, thời gian mưa lâu, dòng chảy lũ đến hồ chứa lớn so với thiết kế ban đầu nên dẫn tới nguy an tồn cơng trình đầu mối mùa lũ Một ví dụ điển hình tháng 10/2013 với lượng mưa lên đến 500mm diễn thời gian ngắn làm hồ chứa nước hồ Đồng Đáng, hồ Thung Cối hồ Cây Trầu (huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa) bị vỡ hư hỏng Hồ chứa nước Mậu Lâm tỉnh Thanh Hóa hồ thiếu nước tưới cho mùa kiệt, có nguy an toàn cao mùa lũ Chẳng hạn theo thiết kế ban đầu, H tr = 1,22m (cột nước tràn), theo số liệu quan trắc hàng năm đơn vị quản lý cột nước tràn vào mùa lũ năm lớn gấp đôi so với giá trị thiết kế; sau mùa lũ, chủ hồ phải nâng cao MNDBT lên 30-40cm để đảm bảo tưới cho hạ du Điều cho thấy khả an toàn hồ chứa Mậu Lâm cao Để thích ứng với tượng thiên tai bất thường, đảm bảo làm việc an toàn hồ chứa mùa lũ đảm bảo cấp nước mùa kiệt hồ chứa nói chung cụ thể hồ chứa Mậu Lâm nói riêng đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cao dung tích hữu ích dung tích phịng lũ hồ chứa; Áp dụng cho hồ chứa nước Mậu Lâm, tỉnh Thanh Hóa” cần thiết II Mục đích Đề tài: - Tổng hợp, phân tích, đánh giá tổng quan hồ chứa - Nghiên cứu giải pháp nâng cao dung tích hữu ích dung tích phịng lũ hồ chứa - Áp dụng tính tốn cho hồ chứa nước cụ thể III Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Cách tiếp cận: Từ thực trạng hồ chứa địa bàn Thanh hóa nói chung, hồ chứa Mậu Lâm nói riêng, tính tốn xác định lại dung tích hữu ích, dung tích phịng lũ theo số liệu thủy văn mới, phân tích giải pháp nâng cao dung tích hiệu dụng dung tích phịng lũ hồ chứa, từ đưa giải pháp nâng cấp hợp lý cơng trình đầu mối hồ chứa nước Mậu Lâm Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp thống kê, phân tích đánh giá cơng trình có, số liệu thu thập được; - 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 toán; - Phương pháp chuyên gia, tranh thủ xin ý kiến nhà khoa học, nhà quản lý có kinh nghiệm; - Ứng dụng cơng trình thực tế Giờ Q đến hồ Hệ số co hẹp ε Q xả tràn Ho Dung tích hồ Z hồ 37 646.50 0.95 536.89 2.43 11665.5 21.98 38 544.42 0.95 546.85 2.46 11858.4 22.01 39 467.09 0.95 539.88 2.44 11723.0 21.99 40 366.56 0.96 518.89 2.37 11317.8 21.92 41 306.24 0.96 488.17 2.27 10716.1 21.82 42 247.46 0.96 453.22 2.16 10018.3 21.71 43 204.16 0.96 416.42 2.04 9265.9 21.59 44 147.71 0.96 378.43 1.91 8468.5 21.46 45 126.36 0.97 341.34 1.78 7666.2 21.33 46 98.99 0.97 307.20 1.66 6904.5 21.21 47 70.53 0.97 274.98 1.54 6161.7 21.09 48 45.94 0.97 241.36 1.41 5441.9 20.96 49 35.73 0.98 173.87 1.13 4241.1 20.68 51 27.22 0.98 127.83 0.91 3381.6 20.46 53 25.52 0.99 89.30 0.72 2789.9 20.27 55 25.21 0.99 67.01 0.59 2409.8 20.14 57 25.21 0.99 53.42 0.51 2157.8 20.06 59 24.13 0.99 44.58 0.45 1982.6 20.00 61 22.12 0.99 35.11 0.38 1862.2 19.93 63 20.57 0.99 29.34 0.34 1783.9 19.89 65 20.11 0.99 25.72 0.31 1732.1 19.86 67 18.56 0.99 23.23 0.29 1695.1 19.84 69 17.17 0.99 21.19 0.27 1663.8 19.82 71 15.93 1.00 19.47 0.26 1636.6 19.81 101 Bảng PL3.2: P= 1,5% với B tràn = 80m Giờ Q đến hồ Hệ số co hẹp ε Q xả tràn Ho Dung tích hồ Z hồ 1.34 1.00 0.00 0.00 1172.6 19.55 7.29 1.00 0.35 0.02 1202.4 19.57 6.61 1.00 1.29 0.04 1246.5 19.59 6.09 1.00 2.22 0.06 1279.6 19.61 5.71 1.00 2.98 0.07 1303.3 19.62 5.22 1.00 3.53 0.08 1319.2 19.63 11 4.97 1.00 3.89 0.09 1329.2 19.64 13 4.38 1.00 4.07 0.09 1334.2 19.64 15 4.15 1.00 4.10 0.09 1334.9 19.64 16 24.38 1.00 12.82 0.20 1523.0 19.75 25 44.62 1.00 16.86 0.23 1593.8 19.78 26 64.85 0.99 24.64 0.30 1716.1 19.85 27 85.09 0.99 36.19 0.39 1876.5 19.94 28 105.32 0.99 48.74 0.48 2066.4 20.03 29 183.82 0.99 65.43 0.58 2381.4 20.13 30 304.30 0.99 100.05 0.77 2962.1 20.32 31 353.98 0.98 146.01 1.00 3704.1 20.55 32 457.07 0.98 190.97 1.20 4557.4 20.75 33 531.59 0.97 247.61 1.43 5547.6 20.98 34 679.39 0.97 300.04 1.63 6741.6 21.18 35 684.36 0.97 317.83 1.69 7144.3 21.24 35 664.49 0.97 356.37 1.83 7994.4 21.38 36 630.95 0.96 401.79 1.99 8961.5 21.54 37 519.17 0.96 429.50 2.08 9535.4 21.63 38 437.20 0.96 437.37 2.11 9696.5 21.66 102 Giờ Q đến hồ Hệ số co hẹp ε Q xả tràn Ho Dung tích hồ Z hồ 39 375.09 0.96 432.32 2.09 9593.2 21.64 40 294.36 0.96 416.62 2.04 9270.1 21.59 41 245.92 0.96 393.37 1.96 8784.7 21.51 42 198.73 0.96 366.68 1.87 8217.0 21.42 43 163.95 0.97 338.36 1.77 7600.7 21.32 44 118.61 0.97 308.95 1.66 6944.2 21.21 45 101.47 0.97 280.05 1.55 6280.1 21.10 46 79.49 0.97 253.26 1.45 5645.9 21.00 47 56.64 0.98 218.15 1.31 5042.4 20.86 48 36.89 0.98 186.84 1.18 4481.8 20.73 49 28.69 0.98 138.20 0.96 3547.8 20.51 51 21.86 0.99 95.42 0.75 2888.7 20.30 53 20.49 0.99 69.19 0.60 2448.6 20.15 55 20.25 0.99 53.25 0.51 2154.5 20.06 57 20.25 0.99 42.42 0.44 1955.9 19.99 59 19.38 0.99 32.58 0.36 1828.5 19.91 61 17.76 0.99 26.83 0.32 1748.3 19.87 63 16.52 0.99 23.04 0.29 1692.2 19.84 65 16.15 0.99 20.50 0.27 1653.0 19.82 67 14.90 1.00 18.67 0.25 1623.8 19.80 69 13.79 1.00 17.12 0.24 1598.2 19.79 71 12.79 1.00 15.78 0.22 1575.4 19.77 103 Phụ lục 4: Kết tính tốn cao trình đỉnh đập Trường hợp B=80m (PA1) Trường hợpB=110m (PA2) m MNDB T 19.550 MNLT K 21.630 MNDB T 19.550 MNLT K 21.370 m 12.000 12.000 12.000 m m/ s độ m 7.550 230.00 40.000 0.000 0.010 5297.4 00 9.630 20.000 0.000 0.002 10594.8 00 7.550 230.00 40.000 0.000 0.010 5297.4 00 1.410 5.665 0.002 Đơ Thông n số vị MN Z đáy đập H D V α ∆h g.t/V g.D/ V2 g.hn/V g.τ/V h(n) τ λ 0.5 λ H>0.5 λ K 1% h s1% ∆/h s1 m s m m m MNL KT 21.97 MNDB T 19.550 MNLT K 21.660 12.000 12.000 12.000 9.370 9.660 20.000 0.000 0.002 10594.8 00 7.550 230.00 40.000 0.000 0.010 5297.4 00 1.410 5.665 1.410 5.665 0.005 0.002 0.005 0.002 0.005 0.425 0.391 1.733 1.502 0.650 0.183 1.325 0.878 0.425 0.391 1.733 1.502 0.650 0.183 1.325 0.878 0.425 0.391 1.733 1.502 0.650 0.183 1.325 0.878 0.751 0.439 0.751 0.439 0.751 0.439 Thoả mãn 2.300 0.900 Thoả mãn 2.400 0.440 Thoả mãn 2.300 0.900 Thoả mãn 2.400 0.440 Thoả mãn 2.300 0.900 Thoả mãn 2.400 0.440 0.001 0.002 0.001 0.002 0.001 0.002 1.000 0.900 1.400 1.668 0.750 1.000 0.851 0.500 20.911 1.000 0.900 1.400 1.994 0.900 1.000 0.499 0.500 22.631 1.000 0.900 1.400 1.668 0.750 1.000 0.851 0.500 20.911 1.000 0.900 1.400 1.994 0.900 1.000 0.499 0.500 22.371 1.000 0.900 1.400 1.668 0.750 1.000 0.851 0.500 20.911 1.000 0.900 1.400 1.994 0.900 1.000 0.499 0.500 22.661 231.000 MNL KT 21.65 Trường hợp B=80m tràn cửa van (PA3) 231.000 MNL KT 22.01 231.000 20.000 0.000 0.002 10594.8 00 % K1 K2 K3 λ/hs1% K4 Kα h sl1% a, a' Z đđ m m m 0.2 22.17 104 0.2 21.85 0.2 22.21 Phụ lục 5: Kết tính tốn ổn định đập đất lũ hồ Mậu Lâm khồng xây tường chắn sóng Trường hợp 1: Khi MNDBT 105 Trường hợp 2: Khi MNLTK 106 Trường hợp 3: Khi MNLKT 107 Trường hợp 4: Khi nâng cao Lăng trụ MNLTK 108 Trường hợp 5: Khi nâng cao Lăng trụ MNLKT 109 Trường hợp 6: Khi nâng cao Lăng trụ MNDBT 110 Phụ lục 6: Kết tính tốn ổn định đập đất lũ hồ Mậu Lâm có xây tường chắn sóng Trường hợp 1: Khi MNDBT 111 Trường hợp 2: Khi MNLTK 112 Trường hợp 3: Khi MNLKT 113 Trường hợp 4: Khi nâng cao Lăng trụ MNLTK 114 Trường hợp 5: Khi nâng cao Lăng trụ MNLKT 115 ... giải pháp nâng cao dung tích hữu ích dung tích phịng lũ: 14 1.3 Kết luận chương 1: 18 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH HỮU ÍCH VÀ DUNG TÍCH PHỊNG LŨ CỦA HỒ CHỨA... nâng cao dung tích hữu ích dung tích phịng lũ hồ chứa; Áp dụng cho hồ chứa nước Mậu Lâm, tỉnh Thanh Hóa? ?? cần thiết II Mục ? ?ích Đề tài: - Tổng hợp, phân tích, đánh giá tổng quan hồ chứa - Nghiên cứu. .. Các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích dung tích phịng lũ đề cập để áp dụng vào hồ chứa nước hữu hiệu Hiện Thanh Hóa chủ yếu sử dụng giải pháp nâng ngưỡng tràn kết hợp mở rộng tràn nâng cao