Nghiên cứu giải pháp tăng dung tích hồ chứa nước đá đen tỉnh bà rịa vũng tàu

BẢN CAM KẾT Tên là: Ngô Văn Hải Học viên lớp: CH24C11 Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố công trình khoa học TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2019 Tác giả luận văn Ngô Văn Hải LỜI CẢM ƠN Trong trình thực Luận văn này, tác giả người hướng dẫn khoa học thầy giáo Nguyễn Nghĩa Hùng thầy giáo Lê Trung Thành, người trực tiếp hướng dẫn bảo tận tình, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hồn thành luận văn Qua đây, tác giả xin gởi lời cảm ơn chân thành tới Thầy! Xin trân trọng ghi ơn đến phòng Đào tạo Đại học Sau Đại học, Khoa Cơng trình trường Đại học Thuỷ Lợi, thầy giáo nhiệt tình truyền dạy kiến thức quý báu, phương thức nguyên cứu q trình học tập khóa học Xin bày tỏ biết ơn đến bạn bè, đồng nghiệp gia đình học viên lớp Cao học 24C11 nhiệt tình giúp đỡ suốt thời gian qua Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến quan đơn vị cá nhân truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu cơng bố Với thời gian trình độ hạn chế, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp tăng dung tích hồ chứa nước Đá Đen tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu” hồn thành khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận bảo đóng góp ý kiến thầy cô giáo, Quý vị quan tâm bạn bè đồng nghiệp để Luận văn hoàn thiện Luận văn hồn thành Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy Lợi TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2019 Tác giả luận văn Ngô Văn Hải MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU: Tính cấp thiết đề tài: Mục tiêu nghiên cứu: Đối tượng phạm vi nghiên cứu .8 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết đạt được: .10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA: 11 1.1 Tổng quan hồ chứa nước vừa nhỏ dạng đập đất: 11 1.1.1 Hồ chứa nước: 11 1.1.2 Hồ chứa nước: 12 1.2 Nhu cầu cấp thiết việc tăng dung tích hồ chứa: .16 1.3 Những tác động từ việc tăng dung tích hồ chứa nước đến an tồn cơng trình: 21 1.3.1 Ảnh hưởng đến ổn định đập: .21 1.3.2 Ảnh hưởng đến thấm qua thân đập: 22 1.3.3 Ảnh hưởng đến khả tháo qua tràn xả lũ: .25 1.3.4 Ảnh hưởng đến nối tiếp tiêu hạ lưu: 25 Kết luận chương 1: 27 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: 28 2.1 Cở sở lý thuyết vận hành hồ chứa ổn định đập .28 2.1.1 Cơ sở lý thuyết vận hành hồ chứa điều tiết lũ 28 2.2 Dự báo gia tăng nhu cầu nước: .38 2.2.1 Tính tốn dự báo nhu cầu nước đến năm 2025 tầm nhìn đến năm 2035: .38 2.2.2 Tính tốn dự báo tình hình biến đổi khí hậu thay đổi nguồn nước: 39 2.3 Các giải pháp tăng dung tích hồ chứa .43 2.3.1 Các giải pháp .43 2.3.1 Cơ sở lý thuyết liên quan đến vấn đề kỹ thuật tăng dung tích hồ chứa 44 Kết luận chương 2: 54 CHƯƠNG 3: THỰC TRẠNG HỒ CHỨA, NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP TĂNG DUNG TÍCH HỒ CHỨA NƯỚC ĐÁ ĐEN:……………………….55 3.1 Thực trạng hồ chứa nước Đá Đen: 55 3.1.1 Thực trạng trữ nước cấp nước: .58 3.1.2 Thực trạng lòng hồ chứa nước Đá Đen: 59 3.1.3 Thực trạng đập mức ổn định: 60 3.1.4 Thực trạng cơng trình đầu mối hệ thống cấp nước: 60 3.2 Tính tốn nguồn nước tiềm năng: 65 3.3 Các giải pháp cấp nước vận hành liên hồ: 67 3.4 Tính tốn khả tăng dung tích hồ chứa nước Đá Đen: 67 3.4.1 Tính tốn dịng chảy lũ: .67 3.5 Đề xuất, nghiên cứu giải pháp kỹ thuật (đập, tràn) để đảm bảo an toàn ổn định hồ: 77 3.5.1 Giải pháp nâng cao trình cửa van kết hợp nâng cao trình đỉnh đập: 77 3.5.2 Giải pháp nâng cao trình cửa van kết hợp xả lũ sớm: 84 3.6 Đánh giá lựa chọn giải pháp hợp lý: .90 Kết luận chương 3: .93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 94 Kết luận 94 Kiến nghị 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hồ Berao Malaysia 11 Hình 1.2 Hồ Jurong Singapor 12 Hình 1.3 Hồ Dầu Tiếng tỉnh Tây Ninh 14 Hình 1.4 Hồ Sơng Quao tỉnh Bình Thuận 15 Hình 1.5 Hồ Kẻ Gỗ tỉnh Hà Tĩnh 15 Hình 1.6 Hồ Suối Các tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu 15 Hình 1.7 Biểu đồ nhu cầu nước dùng cho nông nghiệp theo lưu vực sơng .17 Hình 1.8 Biểu đồ nhu cầu nước dùng cho sinh hoạt theo lưu vực sông 18 Hình 1.9 Biểu đồ nhu cầu nước dùng cho công nghiệp theo lưu vực sông .20 Hình 1.10 Mặt đập hồ Phú Ninh bị biến dạng 22 Hình 1.11 Vị trí thấm hạ lưu đập Núi Cốc Thái Nguyên .23 Hình 1.12 Vỡ đập Đầm Hà Đông, Quảng Ninh 23 Hình 1.13 Vỡ cống lấy nước Z20, Hà Tĩnh 24 Hình 1.14 Mạch đùn, mạch sủi hạ lưu đập Am Chúa, Khánh Hà 25 Hình 1.15 Vỡ đập Bản Kiều Trung Quốc 25 Hình 1.16 Hư hỏng tràn hồ Phước Hà mùa lũ năm 1999 .26 Hình 2.1 Tổng hợp biến đổi dịng chảy trung bình năm mùa số trạm thủy văn vào kỷ 21 40 Hình 2.2 Lực tác dụng lên mặt trượt thông qua khối lượng trượt với mặt trượt trịn 50 Hình 2.3.Lực tác dụng lên mặt trượt qua khối lượng trượt với mặt trượt tổ hợp 50 Hình 3.1 Cơng trình hồ chứa nước Đá Đen tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu 55 Hình 3.2 Bố trí tổng thể hệ thống thủy lợi hồ Đá Đen 56 Hình 3.3 Diễn biến trình điều tiết lũ với tần suất P=1% 78 Hình 3.4 Diễn biến trình điều tiết lũ với tần suất P=0,2% .79 Hình 3.5 Mặt cắt lòng suối trường hợp 82 Hình 3.3 Diễn biến trình điều tiết lũ với tần suất giải pháp P=1% .86 Hình 3.4 Diễn biến trình điều tiết lũ với tần suất giải pháp P=0,2% 86 Hình 3.5 Mặt cắt lịng suối trường hợp 89 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Nhu cầu dùng nước cho Nông nghiệp theo lưu vực sông .17 Bảng 1.2 Nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt theo lưu vực sông 18 Bảng 1.3 Nhu cầu dùng nước cho công nghiệp theo lưu vực sông 20 Bảng 2.1 Nhu cầu dùng nước phục vụ cho tương lai 38 Bảng 2.2 Nhu cầu dùng nước phục vụ cho sinh hoạt tương lai 39 Bảng 2.3 Phân phối dòng chảy tự nhiên đến hồ Đá Đen 42 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật hồ chứa nước Đá Đen 56 Bảng 3.2 Phân phối dòng chảy tự nhiên đến hồ Sông Ray 66 Bảng 3.3 Lưu lượng đỉnh lũ theo tần suất phương pháp cường độ giới hạn 69 Bảng 3.4 Lưu lượng đỉnh lũ theo tần suất theo Xôkolopki 69 Bảng 3.5 Lưu lượng đỉnh lũ theo tần suất theo Alecxayep 70 Bảng 3.6 Lưu lượng đỉnh lũ theo tần suất theo công thức triết giảm .70 Bảng 3.7 Tổng hợp kết tính lưu lượng đỉnh lũ theo tần suất 70 Bảng 3.8 Bảng tính tốn điều tiết lũ hồ chứa P=1% 71 Bảng 3.9 Kết tính tốn điều tiết lũ P=1% 74 Bảng 3.10 Bảng tính tốn điều tiết lũ P = 0,2% 74 Bảng 3.11 Kết tính tốn điều tiết lũ P=0,2% 76 Bảng 3.12 Kết tính toán điều tiết lũ giải pháp 77 Bảng 3.13 Kết tính tốn kiểm tra cao trình đỉnh đập giải pháp 80 Bảng 3.14 Kết tính tốn kiểm tra ổn định thấm giải pháp 82 Bảng 3.15 Kết tính tốn kiểm tra ổn định trượt giải pháp 84 Bảng 3.16 Kết tính tốn điều tiết lũ giải pháp 85 Bảng 3.17 Kết tính tốn kiểm tra cao trình đỉnh đập giải pháp 87 Bảng 3.18 Kết tính tốn kiểm tra ổn định thấm giải pháp 89 Bảng 3.19 Kết tính tốn kiểm tra ổn định trượt giải pháp 90 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Cơng trình hồ chứa nước Đá Đen xây dựng năm 1997, hoàn thành vào năm 2004 xã Châu Pha, Sơng Xồi thuộc huyện Tân Thành xã Suối Nghệ, Bình Ba, Láng Lớn thuộc huyện Châu Đức tình Bà Rịa – Vũng Tàu Cơng trình có dung tích 33,4 triệu m3 với nhiệm vụ thiết kế cấp nước tưới cho 2.773ha đất nông nghiệp huyện Châu Đức, Tân Thành, cung cấp nước thô cho nhà máy nước với lưu lượng 500.000m3/ngày, kết cấu đập đất có chiều dài L = 1.258m, chiều rộng mặt đập B = 8m, chiều cao đập lớn Hmax = 22,5m Diện tích lưu vực hồ Đá Đen 149km2 thuộc loại sông trung bình nhỏ vùng Đơng Nam Bộ, hàng năm lượng nước tương đối dồi nằm vùng có lượng mưa lớn, từ 1.800mm đến 2.200mm Hồ chứa nước Đá Đen nằm khu vực Đông Nam Bộ tiếp giáp với vùng duyên hải Nam Trung Bộ mang đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm mưa nhiều, hàng năm khí hậu phân hóa thành hai mùa rõ rệt mùa mưa mùa khơ Đến cơng trình hoạt động bình thường, tình trạng sạt trượt, nứt nẻ, xói ngầm, thẩm lậu lớn mái đập vai đập chưa có dấu hiệu xảy Tuy nhiên trình sử dụng lâu dài, số hạng mục cơng trình có dậu hiệu xuống cấp như: lớp đá bảo vệ mái thượng lưu vài nơi bị bong tróc, hệ thống thoát nước mái đập bị hư hỏng, mặt đập phụ bị lồi lõm chưa kiên cố Mái thượng lưu hạ lưu dại có xu hướng phát triển mạnh ảnh hưởng đến công tác quan sát, kiểm tra phát tổ mối, hang động vật Cơng trình hồ chứa nước Đá Đen cơng trình đặc biệt quan trọng, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu, đảm bảo phần nhu cầu dùng nước tỉnh, đặc biệt cấp nước sinh hoạt cho TP Bà Rịa Vũng Tàu Hiện nay, cơng trình hồ chứa nước Đá Đen tiếp nước từ hồ chứa nước Sông Ray để phục vụ cấp nước sinh hoạt cấp nước cho sản xuất nông nghiệp nhu cầu dùng nước ngày tăng cao Trước thực trạng phát triển kinh tế xã hội tỉnh trọng tâm vùng kinh tế trọng điểm Nhu cầu dùng nước tỉnh ngày tăng cao, biến đổi khí hậu diễn biến thời tiết cực đoan làm cho việc biến động nguồn nước ngày gia tăng Việc xây dựng hồ đập vùng bán địa ven biển Bà Rịa Vũng Tàu khó khả thi Vì vậy, nghiên cứu để có sở khoa học việc tăng dung tích hồ chứa nước Đá Đen, đảm bảo an tồn cơng trình MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu ảnh hưởng việc tăng dung tích hồ chứa nước đến an tồn cơng trình - Nghiên cứu, đánh giá giải pháp tăng dung tích hồ chứa nước Đá Đen để phục vụ nhu cầu dùng nước tăng cao - Đề xuất giải pháp tăng dung tích hồ chứa nước Đá Đen nhu cầu dùng nước tăng cao tương lai gần (2025) ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Trước nhu cầu cần nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa, việc lựa chọn giải pháp hợp lý để nâng cấp hồ chứa theo nhiệm vụ nhu cầu có nhiều vấn đề phức tạp mặt kỹ thuật Trong phạm vi nghiên cứu luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp để nâng cao dung tích hữu ích áp dụng vào hồ chứa Đồng thời xây dụng tiêu chí để lựa chọn giải pháp hợp lý áp dụng Nghiên cứu đề cập đến số vấn đề giải pháp cải tạo tràn, tơn cao đập, tính tốn ổn định đập nâng cao dung tích hữu ích Các tính tốn cụ thể áp dụng cho hồ chứa nước Đá Đen tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hưởng BĐKH đến dung tích hữu ích hồ chứa số giải pháp nâng cao dung tích hồ chứa - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu giải pháp nâng cao dung tích cho hồ chứa nước Đá Đen tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Cách tiếp cận Đối tượng nghiên cứu cơng trình hồ chứa nước Đá Đen, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu Đối tượng nghiên cứu điển hình việc tăng dung tích hồ chứa nước Đá Đen đảm bảo an tồn cơng trình Do cơng trình thiết kế tính tốn ứng với dung tích thiết kế định, mực nước thiết kế đảm bảo an tồn cơng trình Do để tiếp cận đối tượng cần phải tiếp cận theo hướng khác - Tiếp cận tổng hợp: xem khu vực nghiên cứu hệ thống thống bao gồm yếu tố: địa hình, địa chất, khí hậu, nước, người, sinh vật… thành phần hệ tương tác có quan hệ buộc lẫn Phương pháp đòi hỏi phải xem xét tổng hợp để đưa sở khoa học đánh giá cách hợp lý - Tiếp cận theo hướng kế thừa, phát triển kết nghiên cứu: Kế thừa kết nghiên cứu nước nguồn liệu sở địa hình, địa chất, thủy văn, bùn cát từ đề tài dự án phục vụ cho việc tính tốn ổn định cơng trình, đồng thời kinh nghiệm mơ hình thái sơng đề tài, dự án liên quan tiếp thu để cải thiện cho tính tốn đề tài - Tiếp cận với phương pháp mới: Đây phương pháp chủ yếu luận văn, tiếp cận với thành tựu khoa học công nghệ, tiến kỹ thuật giới, lý thuyết phần mềm tính tốn để nghiên cứu, đánh giá từ đề xuất giải pháp cơng trình hợp lý đảm bảo an tồn cơng trình hồ chứa nước Đá Đen tăng dung tích cơng trình 4.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập, điều tra phân tích thống kê - Nghiên cứu tổng quan lý thuyết thực tiễn; - Phương pháp mơ hình tốn (SLOPE/W, MIKE BASIN) để tính tốn khả tăng dung tích hồ ổn định cơng trình đập - Tổng hợp, phân tích khả sử dụng nước, khả thay đổi nguồn nước mức độ ổn định cơng trình, từ đánh giá đề xuất giải pháp tăng dung tích hồ chứa để tăng hiệu phục vụ dân sinh phát triển kinh tế Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Giải pháp tăng dung tích hồ chứa nước Đá Đen tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu giúp cải thiện đáng kể dung tích hồ chứa, cải thiện tình trạng thiếu nước mùa kiệt; chi phí đầu tư cho việc cải tạo, nâng cấp cơng trình nhỏ mang lại hiệu kinh tế cao Và theo đó, chi phí đầu tư cho việc cải tạo, nâng cao ngưỡng tràn xả lũ tốn kém, kết hợp với ứng dụng giải pháp công nghệ giúp cho việc nâng ngưỡng tràn khơng có ảnh hưởng nhỏ đến MNDGC, hiệu kinh tế đạt giá trị cao KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC - Đánh giá thực trạng hoạt động hồ chứa nước Đá Đen mức độ ổn định; - Đánh giá phân tích khả nhu cầu nước tăng cao điều kiện mới; - Đề xuất giải pháp tăng dung tích hồ chứa nước Đá Đen để tăng hiệu sử dụng nước đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội tương lai 10 Hình thức kết cấu giải pháp là: Tường chắn sóng làm bê tơng cốt thép Phá bỏ tường chắn sóng lancan cũ Nâng cao trình đỉnh tường chắn sóng 47.8m Lắp đặt cửa van phụ lên cửa van chính, cao trình đỉnh cửa van phụ 46.1m Việc tính tốn ổn định kiểm tra khả chịu lực tai van sau thay đổi phải đảm bảo an toàn Trong luận văn kiểm tra sơ khả ổn định đập nâng cao dung tích hữu ích Biện pháp thi cơng: Q trình thi cơng khơng làm ảnh hưởng đến q trình vận hành hồ chứa, không ảnh hưởng đến hạng mục công trình đầu mối khác Khối lượng thi cơng khơng lớn, thời gian thi cơng nhanh Do vị trí hồ chứa cách xa trung tâm nên phải có biện pháp vận chuyển vật liệu đến để thi công phù hợp  Kiểm tra ổn định:  Tinh toán ổn định đập theo trường hợp tính tốn sau: Trường hợp tính tốn 1: Nâng cao trình cửa van kết hợp nâng cao trình đỉnh đập Mực nước thượng lưu tính tốn = +45,40m, mực nước hạ lưu tương ứng với Qxả thiết kế * Ổn định thấm Bảng 3.14: Kết tính tốn kiểm tra ổn định thấm Gradient thấm Lưu Mặt cắt Trường hợp lượng (J ) thấm Ra qt Vào Gradient thấm cho phép (đất sét pha) (m3/s-m) Lòng Suối I 0,70 2,2301.10-6 J  cp Đạt 0,80 47.00 45.40 39.00 0,10 Kết 0.7 40.00 30.00 2.2301e-006 Hình 3.5 Mặt cắt lòng suối trường hợp 82 0.1 * Ổn định trượt Phương pháp tính tốn ổn định mái dốc sử dụng modul phần mềm SLOPE/W thuộc chương trình GEO-SLOPE CANADA Trước hết giả thiết tính tốn, tóm tắt phương pháp cân giới hạn tổng quát (Lực tác dụng mặt trượt thông qua khối trượt với mặt trượt trịn) (Lực tác dụng mặt trượt thơng qua khối trượt với mặt tổ hợp) Số liệu tính tốn: - Bảng tiêu lý đất: Căn hồ sơ thiết kế lập năm 1996 - Mặt cắt ngang đập: Căn hồ sơ khảo sát địa hình lập năm 2014 83 + Đối với mặt cắt lòng suối: Căn kết thí nghiệm đầm proctor tiêu chuẩn đất đắp sau: Lớp đất C (t/m3) W (t/m3)  (độ) C (t/m2) K (cm/s) Đất đắp 1,36 1,82 19o16’ 3,30 3,40 10-5 Lớp 1,45 1,88 9o55’ 2,00 3,90 10-5 Lớp 1,35 1,81 9o25’ 3,30 3,40 10-5 Lớp 1,65 1,99 13o00’ 4,50 1,20 10-5 Lớp 1,67 1,95 14o56’ 2,60 8,60 10-5 Bảng 3.15 Kết kiểm tra điều kiện ổn định trượt Mặt cắt Trường hợp Lòng suối I Hệ số ổn định trượt (K) 1,623 Hệ số ổn định cho phép (K) 1,30 Kết luận Đạt Nhận xét: Đây giải pháp phù hợp với thực tế trạng cơng trình, đảm bảo u cầu kỹ thuật với kinh phí xây dựng vừa phải Cần phải đánh giá so sánh thêm mặt kinh tế so với giải pháp lại 3.5.2 Giải pháp Nâng cao trình cửa van kết hợp xả lũ sớm * Nâng cao trình cửa van kết hợp xả lũ sớm Mực nước thượng lưu tính tốn = +45,60m, mực nước hạ lưu tương ứng với Qxả max tháo nước từ hồ * Nội dung giải pháp Giữ nguyên bề rộng số khoang tràn Cao trình ngưỡng tràn giữ nguyên 39m Nâng cao trình MNDBT cách nâng cao trình đỉnh cửa van Giữ cửa van cũ lắp thêm cửa van phụ cao 0,6m nâng cao trình cửa van từ 45.5 lên cao trình 46.1m với tổng chiều cao cửa van 7,1m Kết hợp với quy trình vận hành xả lũ sớm để đảm bão mực nước trước lũ đến thấp MNDBT hồ chứa  Quy trình xã lũ sớm hồ Đá Đen + Thời điểm bắt đầu tiến hành xả lũ sớm cho hồ chứa tính từ trước lưu lượng 84 lũ đến đạt ngưỡng báo động Qđ = 150m3/s dự báo lũ có khả tiếp tục lên + Căn vào dự báo lưu lượng đến hồ kết hợp với mực nước điểm kiểm soát lũ hạ du để xả dần không gây lũ nhân tạo hạ du, cường suất xả lũ khơng q lớn Với hồ chứa nước Đá Đen lưu lượng xả lũ phép Qxả= 448m3/s Tính tốn điều tiết lũ: Tính toán điều tiết lũ theo phương pháp bán đồ giải Potapop  Tràn ngưỡng Ơphixêrốp có cửa van với cao trình cửa van 46.1m, cao trình ngưỡng 39.0m  Cửa van bắt đầu hoạt động mực nước hồ 39,0m  Tính tốn với tần suất lũ thiết kế P=1% tần suất lũ kiểm tra P=0,2% Kết tính tốn điều tiết lũ với tràn có ngưỡng Ơphixêrốp có cửa van với bề rộng cửa B = 7,0m Bảng 3.16 Kết tính tốn điều tiết lũ giải pháp P Qp Btr % m3/s m 661 14 0,2 884 14 m Zng MNDBT MNLTK MNLKT Htr Qxả m m m m m m3/s 0,36 39 45,4 46,10 7,1 366 0,36 39 45,4 7,70 448 85 46,70 Hình 3.6 Diễn biến trình điều tiết lũ giải pháp với P=1% Hình 3.7 Diễn biến trình điều tiết lũ giải pháp với P=0,2% 86 Tính tốn cao trình đỉnh đập:  Phương pháp tính tốn : Chiều cao đập cần đảm bảo để sóng gió từ hồ chứa không vượt qua đỉnh, với độ dự trữ cần thiết Cao trình đỉnh đập xác định theo cơng thức sau: Z1  MNDBT  h  s  a Z  MNLTK  h'   ' s  a ' Z3= MNLKT +a” Kết tính tốn cao trình đỉnh đập trường hợp nâng cao trình van kết hợp nâng cao trình đỉnh đập Bảng 3.17 Kết tính tốn cao trình đỉnh đập giải pháp STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Trường hợp MNDBT MNLTK MNLKT Mực nước thượng lưu nMNTL m 45,60 46,10 Cao trình đáy thượng lưu nĐáy TL m 30,00 30,00 Cột nước thượng lưu Htl m 14,80 15,38 Chiều dài đà gió D km 3,00 3,00 Vận tốc gió W m/s 21,80 16,80 Chiều cao sóng dềnh h m 0,02 0,01 Chiều cao trung bình sóng htb m 0,68 0,49 Chu kỳ trung bình sóng s 3,11 2,65 Chiều dài trung bình sóng  m 15,11 11,00 10 Hệ số ki 2,00 1,50 11 Chiều cao sóng ứng với P=1% 1,36 0,73 12 Hệ số nhám mái dốc k 1,00 1,00 13 Hệ số thấm mái dốc klt 0,90 0,90 14 Hệ số kc 1,50 1,30 15 Hệ số kln 1,30 1,55 16 Chiều cao sóng leo ứng với P=1% 2,38 1,33  h(1%) h1(1%) 87 m m 46,70 STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Trường hợp MNDBT MNLTK MNLKT 17 Hệ số 18 Chiều cao sóng leo theo tần suất 19 Ki 0,93 0,68 hs1(P%) m 2,20 0,90 Chiều cao an toàn a m 0,70 0,50 0,20 20 Cao trình đỉnh đập tính tốn kiểm tra Z m 47,72 46,80 46,58 21 Cao trình đỉnh đập thiết kế nđỉnh đập TK m 47,00  Giải pháp nâng cao trình đỉnh đập : Do cao trình MNDGC thấp cao trình đỉnh đập trạng nên ta không cần phải tôn cao đập, cần tăng chiều cao tường chắn sóng đảm bảo cho cao trình đỉnh tường chắn sóng cao cao trình MNLKT - Giữ nguyên cao trình đỉnh đập 47.0m - Làm tường chắn sóng cao 0,8m, cao trình đỉnh tường chắn sóng 47.8m Hình thức kết cấu giải pháp là: Tường chắn sóng làm bê tơng cốt thép Phá bỏ tường chắn sóng lancan cũ Nâng cao trình đỉnh tường chắn sóng.Lắp đặt cửa van phụ lên cửa van Việc tính tốn ổn định kiểm tra khả chịu lực tai van sau thay đổi phải đảm bảo an toàn Trong luận văn kiểm tra sơ khả ổn định đập nâng cao dung tích hữu ích * Biện pháp thi cơng: Q trình thi cơng lắp đặt thêm cửa van phụ cửa van cũ khơng làm ảnh hưởng đến q trình vận hành hồ chứa, không ảnh hưởng đến hạng mục công trình đầu mối khác Thi cơng đơn giản, thời gian thi công nhanh  Kiểm tra ổn định:  Tinh tốn ổn định đập theo trường hợp tính tốn sau: Trường hợp tính tốn 1: Nâng cao trình cửa van kết hợp nâng cao trình đỉnh đập Mực nước thượng lưu tính tốn = +45,40m, mực nước hạ lưu tương ứng với Qxả thiết kế Bảng 3.18: Kết tính tốn kiểm tra ổn định thấm 88 Mặt cắt Gradient thấm Lưu (J ) lượng Trường hợp thấm Vào Ra qt Gradient thấm cho phép (đất sét pha) (m3/s-m) Lòng Suối II 0,75 2,2354.10-6 J  cp Đạt 0,80 47.00 45.60 39.00 0,15 Kết 0.75 40.00 30.00 2.2354e-006 0.15 Hình 3.8 Mặt cắt lịng suối trường hợp * Ổn định trượt Phương pháp tính tốn ổn định mái dốc sử dụng modul phần mềm SLOPE/W thuộc chương trình GEO-SLOPE CANADA Trước hết giả thiết tính tốn, tóm tắt phương pháp cân giới hạn tổng quát ( Lực tác dụng mặt trượt thông qua khối trượt với mặt trượt tròn) 89 ( Lực tác dụng mặt trượt thông qua khối trượt với mặt tổ hợp) Bảng 3.19 Kết kiểm tra điều kiện ổn định trượt Mặt cắt Lòng suối Trường Hệ số ổn định Hệ số ổn định hợp trượt (K) cho phép K  Kết luận II 1,604 1,30 Đạt 3.6 Đánh giá lựa chọn giải pháp hợp lý * Lựa chọn giải pháp Qua tính tốn nhận thấy việc tăng dung tích hữu ích hồ Đá Đen tăng MNDBT hồ chứa không làm tăng chiều cao đập Khi ta tăng khả tháo tràn tiến hành xả lũ sớm mực nước lũ thay đổi đáng kể Ngồi việc tiến hành xả lũ sớm đảm bảo an toàn cho cơng trình, giảm ngập lụt vùng hạ du lũ Do giải pháp “Nâng cao trình cửa van kết hợp xả lũ sớm” giải pháp tiết kiệm, dễ dàng thi cơng Bảng 3.14 Tiêu chí đánh giá STT Nội dung tiêu chí đặt Tiêu chí kỹ thuật 90 Giải pháp Giải pháp Đảm bảo khả tháo lũ: Khi lũ tràn 1.1 xả lũ phải đảm bảo khả tháo lũ thiết kế Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Chưa đạt Đạt Chưa đạt nguyên vật liệu sẵn có địa phương đồng thời 16,565 tỷ 3,455 tỷ phải mang lại hiệu Ngoài giải pháp phải đồng đồng lũ kiểm tra; Đảm bảo lũ khơng vượt qua cao trình đỉnh đập; Đập phải ổn định trượt, lật: Hệ số ổn định 1.2 trượt lật phải đảm bảo: K ≥[Kcp] Tiêu chí hiệu đảm bảo cấp nước: Phải ln trì nguồn nước hồ đảm bảo nhu cầu dùng nước hạ du Tiêu chí phù hợp thực trạng Phù hợp với điều kiện tự nhiên: Giải pháp đề xuất phải phù hợp với địa hình, địa chất khu vực Phù hợp với thực trạng cơng trình: Giải pháp đề xuất phải không làm thay đổi quy mơ cơng trình cũ Hạn chế đụng chạm làm phá vỡ kết cấu cơng trình trạng Phù hợp với điều kiện thực tế địa phương: Giải pháp đề xuất phải phù hợp nguồn kinh phí mà địa phương có, , tuyến đường giao thơng cho phép Tiêu chí kinh tế: Giải pháp đề xuất có chi phí để thực thấp nhất, tận dụng nguồn có chi phí để quản lý vận hành thấp mang lại hiệu 91 Tiêu chí quản lý vận hành, tu bảo dưỡng: Phải an toàn thuận lợi cho việc lại quản lý, vận hành cơng trình dễ dàng tất Đạt Đạt Đạt Đạt điều kiện thời tiết Thuận lợi tu bảo dưỡng Tiêu chí mỹ quan: Giải pháp đề xuất đảm bảo kỹ thuật phải phù hợp với trạng mỹ quan cơng trình, có tiềm phát triển du lịch đảm bảo an toàn phục vụ nhu cầu du lịch; 92 Kết luận chương Trong chương tập trung nghiên cứu lựa chọn giải pháp nâng cao dung tích hữu ích hồ Đá Đen để đảm bảo nhu cầu cấp nước theo tiêu chuẩn hành với diện tích tưới mở rộng Kết nghiên cứu tính tốn sau: - Hiện trạng cơng trình đầu mối hồ chứa nước Đá Đen làm việc an tồn, lực hồ khơng đáp ứng nhu cầu dùng nước nhiều nguyên nhân khác ( tiêu chuẩn dùng nước tăng, diện tích tưới tăng, đảm bảo dịng chảy mơi trường hạ lưu) Kết tính tốn dung tích hồ chứa theo nhu cầu cho thấy dung tích hồ chứa 37,4106m3, ứng với MNDBT= 45,4m (cao 0,6m so với cũ) - Dựa vào đặc điểm trạng hồ chứa số liệu thiết kế hồ chứa nước Đá Đen đề xuất giải pháp để nâng cao dung tích hữu ích hồ Đá Đen Từ phân tích lựa chọn giải pháp khả thi để tiến hành tính tốn lựa chọn giải pháp khả thi Qua trình so sánh lựa chọn giải pháp “Nâng cao trình cửa van kết hợp xả lũ sớm” giải pháp khả thi với hồ chứa nước Đá Đen Nội dung giải pháp là: Đối với đập không tràn giữ nguyên cao trình đỉnh đập 47.0m; cao trình đỉnh tường chắn sóng 47.8m Đối với đập tràn giữ số khoang tràn cũ, lắp thêm cửa van phụ phía nâng cao trình đỉnh cửa van từ 45.5m lên cao trình 46.1m 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp kỹ thuật để nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa áp dụng cho trường hợp cụ thể hồ chứa Đá Đen tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu Các kết nghiên cứu sau: - Luận văn tổng quan thực trạng hồ chứa nước Việt Nam, vai trò hồ chứa nước việc cấp nước cho sinh hoạt, phát triển sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, chăn nuôi phát triển du lịch Xã hội phát triển cộng thêm tác động biến đổi khí hậu làm cho nhu cầu nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa trở nên phổ biến nhiều hồ chứa xây dựng - Luận văn nêu lý phải nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa điều kiện nhu cầu dùng nước ngày tăng lên, phát triển kinh tế - xã hội, thay đổi điều kiện khí hậu điều kiện tự nhiên Đồng thời nêu lên yêu cầu đặt hệ lụy nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa - Đưa giải pháp để nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa Trong thiết kế, tùy thuộc vào nhu cầu nâng cao dung tích hữu ích điều kiện cụ thể hồ chứa mà tiến hành phân tích, lựa chọn giải pháp hợp lý Luận văn xây dựng tiêu chí để lựa chọn giải pháp phù hợp để nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa - Ứng dụng cho trường hợp cụ thể hồ chứa nước Đá Đen sở tính tốn thủy văn thủy lợi, luận văn xác định lượng nước đến đủ đáp ứng cho yêu cầu nhiệm vụ đảm bảo lượng nước cho hạ du cơng trình để đảm bảo mơi trường sinh thái Dung tích hồ chứa theo nhiệm vụ 37,4106m3 ứng với MNDBT 45.4m - Giải pháp chọn để nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa nước Đá Đen nâng cao trình đỉnh cửa van lên 0,6m so với cửa van cũ làm tường chắn sóng cao 0.8m Kết tính toán ổn định độ bền cho thấy đập đảm bảo an toàn Bên cạnh kết đạt trên, luận văn vấn đề tồn sau: - Hạn chế tài liệu địa hình, địa chất: Việc luận văn phải sử dụng tài liệu đo đạc địa hình, địa chất từ giai đoạn thiết kế kỹ thuật hồ chứa năm 2009 dẫn đến số 94 liệu đo chưa thực xác với thực tế Luận văn chưa kể ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến nhu cầu nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa - Trong phạm vi nghiên cứu luận văn mới tính tốn với trường hợp tải trọng tổ hợp tải trọng đặc biệt Chưa kể đến tải trọng động đất tác động đến cơng trình Trong tính tốn tính tốn cho mặt cắt đập khơng tràn Chưa kiểm tra ứng suất thân đập, kiểm tra đánh giá trạng cống lấy nước, kết cấu tai van, trụ pin cầu công tác Với hạn chế nêu dẫn đến kết tính tốn, kiểm tra chưa xác Kết tính tốn chưa đối chiếu kiểm định thực tế bên cơng trình, mà tính tốn phương diện lý thuyết KIẾN NGHỊ Hồ chứa nước Đá Đen có dung tích phịng lũ nhỏ trình vận hành vào mùa mưa lũ xảy trường hợp cố cửa van dễ gây an tồn hồ chứa Do song song với việc nâng cao dung tích hồ chứa nên bố trí thêm tràn cố để đảm bảo an toàn cho hồ chứa xảy trường hợp lũ vượt thiết kế cố cửa van 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Phạm Ngọc Quý - Tràn cố - Nhà xuất xây dựng 2- Phạm Ngọc Quý NN- Tiêu chí đánh giá an tồn đập đất – Nhà xuất xây dựng 3-Nguyễn Văn Cung - Cơng trình tháo lũ - NXB Khoa học kỹ thuật 4- Phan Sỹ Kỳ - Sự cố số công trình thuỷ lợi Việt Nam biện pháp phòng tránh- NXB Khoa học kỹ thuật 5- Nguyễn Xuân Trường - Thiết kế đập đất – NXB Khoa học kỹ thuật 1972 6- Ngơ Trí Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Cảnh Thái - Giáo trình thuỷ cơng - Trường Đại học Thuỷ lợi - Nhà xuất xây dựng 2004 7- Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 285: 2002 - Cơng trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu thiết kế 8- Tiêu chuẩn thiết kế đập bê tông bê tông cốt thép 14TCN 56-88 NXB Khoa học kỹ thuật 9- Tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén 14 TCN - 157-2005 - Bộ Nông nghiệp PTNT - Nhà xuất xây dựng 2005 10- Bộ Tài nguyên Mơi trường, Kịch Biến đổi khí hậu nước biển dâng 2016 96 ... Nghiên cứu ảnh hưởng BĐKH đến dung tích hữu ích hồ chứa số giải pháp nâng cao dung tích hồ chứa - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu giải pháp nâng cao dung tích cho hồ chứa nước Đá Đen tỉnh Bà Rịa – Vũng. .. tích hồ chứa nước đến an tồn cơng trình - Nghiên cứu, đánh giá giải pháp tăng dung tích hồ chứa nước Đá Đen để phục vụ nhu cầu dùng nước tăng cao - Đề xuất giải pháp tăng dung tích hồ chứa nước Đá. .. NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Giải pháp tăng dung tích hồ chứa nước Đá Đen tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu giúp cải thiện đáng kể dung tích hồ chứa, cải thiện tình trạng thiếu nước mùa kiệt; chi phí đầu