Đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp sửa chữa hồ chứa nước tuyền tung tỉnh quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUANG NHỰT ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬA CHỮA HỒ CHỨA NƯỚC TUYỀN TUNG – TỈNH QUẢNG NGÃI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng – 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUANG NHỰT ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬA CHỮA HỒ CHỨA NƯỚC TUYỀN TUNG – TỈNH QUẢNG NGÃI Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 858 02 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Hướng Đà Nẵng – 2019 i LỜI CẢM ƠN Qua trình nỗ lực phấn đấu học tập nghiên cứu thân với giúp đỡ tận tình thầy giáo Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng bạn bè đồng nghiệp, luận văn thạc sỹ “Đánh giá trạng đề xuất giải pháp sửa chữa hồ chứa nước Tuyền Tung – tỉnh Quảng Ngãi” tác giả hoàn thành Để có thành này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Nguyễn Văn Hướng tận tình hướng dẫn, bảo cung cấp thông tin khoa học cần thiết trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Xây dựng Thủy lợi - Thủy điện trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận văn Mặc dù cố gắng hạn chế thời gian, kiến thức khoa học kinh nghiệm thực tế thân tác giả nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện đề tài luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Quảng Ngãi, tháng năm 2019 Lê Quang Nhựt ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết tính tốn đưa luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Quang Nhựt iii ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬA CHỮA HỒ CHỨA NƯỚC TUYỀN TUNG – TỈNH QUẢNG NGÃI Học viên: Lê Quang Nhựt Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 858 0202 Khóa: K35 Trường đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt – Cơng trình hồ chứa nước Tuyền Tung xây dựng địa bàn huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi với mục tiêu tích trữ tưới tiêu cho 400ha ruộng lúa vào sử dụng từ năm 2008 Tuy nhiên, đến mùa bão năm 2009, hai vai đập xuất nhiều vết nứt điểm rò rỉ nước thấm qua thân đập Tính đến tầm 10 năm, trạng cơng trình hồ đập khiến cho người dân phía hạ du hoang mang, lo sợ Do vậy, đề tài “Đánh giá trạng đề xuất giải pháp sửa chữa hồ chứa nước Tuyền Tung” tác giả hoàn thành Đây sở cho việc phân tích, xác định nguyên nhân đề xuất giải pháp xử lý cho hồ chứa, đảm bảo an tồn cho cơng trình đồng thời nâng cao suất sử dụng hồ chứa điều kiện phát triển kinh tế - xã hội Từ khóa – Hồ chứa nước, thấm, đập, vai đập, thân đập ASSESS THE CURRENT SITUATION AND PROPOSE SOLUTIONS TO REPAIR TUYEN TUNG RESERVOIR – QUANG NGAI PROVINCE Abstract – Tuyen Tung reservoir is built in Binh Son district, Quang Ngai province with the goal of storing and irrigating 400ha of rice fields that have been put into use since 2008 However, in the 2009 storm season, There are many cracks and leakage points of water through the dam body Up to now, it has been about 10 years, the current state of dam construction still makes people in the downstream panic and fear Therefore, the topic "Assessing the current situation and proposing solutions to repair Tuyen Tung reservoir" has been completed by the author This is the basis for analyzing, identifying the causes and proposing treatment solutions for reservoirs, ensuring safety for the construction and improving the productivity of the reservoir in terms of economic development - society as it is today Key words – Reservoir, seepage, dam, shoulder dam, dam body iv MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CƠNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC TUYỀN TUNG .3 1.1 Tổng quan cơng trình 1.1.1 Vị trí xây dựng 1.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo 1.1.3 Đặc điểm khí hậu 1.1.4 Đặc điểm địa chất thủy văn 1.1.5 Hệ thống giao thông 1.2 Đánh giá trạng thấm ổn định qua đập Tuyền Tung 1.2.1 Hiện trạng Đập Tuyền Tung 1.2.2 Hình ảnh trạng Đập Tuyền Tung 10 1.2.3 Đánh giá nguyên nhân nước hồ 17 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP VÀ SỬA CHỮA ĐẬP TUYỀN TUNG 19 2.1 Tuyến cơng trình 19 2.2 Giải pháp nâng cấp sửa chữa 19 2.3 Phân tích chọn biện pháp cơng trình 19 2.4 Phương án kỹ thuật 21 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH THẤM CHO CƠNG TRÌNH ĐẬP BÊ TÔNG 27 3.1 Khái niệm thấm 27 3.1.1 Nguyên nhân gây thấm .27 3.1.2 Phân loại dòng thấm 28 3.2 Vấn đề nghiên cứu dòng thấm 30 3.3 Phương pháp tính tốn thấm .30 3.3.1 Các giả thiết 30 3.3.2 Tính thấm phương pháp giải tích 31 3.3.3 Tính thấm phương pháp sử dụng lưới thấm .37 3.3.4 Tính thấm phương pháp số 40 v 3.3.5 Kết luận .41 3.4 Cơ sở lý luận thực tiễn thiết kế chống thấm cho đập bê tông 41 CHƯƠNG XÂY DỰNG BÀI TOÁN THẤM SỬ DỤNG MƠ HÌNH GEOSTUDIO 2012 44 4.1 Mô tả cơng trình đập Tuyền Tung 44 4.2 Mục đích việc tính tốn thấm cho đập Tuyền Tung 44 4.3 Phương pháp tính tốn 45 4.4 Lựa chọn mơ hình tính tốn 46 4.5 Xây dựng mơ hình tính thấm 48 4.5.1 Trường hợp tính tốn 48 4.5.2 Phương pháp tính tốn 48 4.5.3 Mặt cắt tính tốn 48 4.5.4 Khai báo điều kiện biên 54 4.5.5 Chạy mô 55 4.5.6 Kết tính tốn thấm 55 4.5.7 Đánh giá nhận xét 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) vi DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng biểu 1.1 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 4.1 4.2 Tên bảng biểu Trang Các thông số thiết kế hồ chứa nước Tuyền Tung Bảng tổng hợp chi phí phương án đề xuất Phân tích ưu nhược điểm phương án Tính tốn xác định cao trình đỉnh đập không tràn Công thức xác định chiều dày giới hạn tầng thấm Ttt Hệ số phụ thuộc tính chất đất C Chỉ tiêu lý đất đập Tuyền Tung Tổng hợp kết tính tốn thấm 20 21 22 35 36 53 58 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.1 Tên hình Bình đồ vị trí xây dựng cơng trình đập Tuyền Tung – Quảng Ngãi Hồ chứa nước Tuyền Tung (Nguồn GoogleEarth ngày 6.6.2019) Mặt thương lưu đập tràn Mặt thượng lưu đập thời kỳ tích nước Phần đỉnh đập Tuyền Tung Phần thượng lưu vai tả đập không tràn Phần thượng lưu đập tràn Khớp nối thượng lưu đập tràn Thượng lưu vai hữu đập không tràn Tiếp giáp phần đập tràn đập không tràn bên vai hữu Hạ lưu vai tả đập không tràn Hạ lưu đập Tuyền Tung Hạ lưu mái đập tràn Tường bên hạ lưu vai hữu đập Hiện tượng thấm qua vai hữu đập Nền bị sụt lún hạ lưu đập không tràn (vai hữu) Giải pháp khoan chống thấm Mặt cắt hữu sau nâng cấp Mặt cắt tả đập sau nâng cấp Hiện tượng thấm hồ chứa Dòng thấm phẳng Sơ đồ vùng thấm mao dẫn (a), biểu đồ áp lực nước đập đất (b) Lưới thấm trường hợp thấm sâu vơ hạn đáy khơng đóng cừ Sơ đồ áp lực thấm tác dụng lên đáy đặt mặt Sơ đồ phân miền thấm theo phương pháp hệ số sức kháng Sơ đồ tính thấm theo phương pháp TLĐT Sơ đồ tính thấm phương pháp lưới Sơ đồ lưới sai phân Sơ đồ tác động lực dòng thấm đập Trang 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 23 25 26 27 29 29 32 32 33 37 38 40 45 viii Số hiệu hình 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 Tên hình Mặt bố trí cơng trình đập Tuyền Tung Mặt cắt lịng sơng MC6 đập Tuyền Tung Mơ tả mặt cắt lịng sơng tốn trạng Mơ tả mặt cắt lịng sơng sau nâng cấp Mặt cắt ven bờ MC2 đập Tuyền Tung Mặt cắt tính thấm bờ phải giả định (bài tốn trạng) Mặt cắt tính thấm bờ phải giả định (bài toán nâng cấp) Hydrailic Conductivity Fn Estimate Vol Water Content Fn Khai báo hàm lượng nước (Vol Water Content Functions) Khai báo hàm dẫn thủy lực (Hydraulic Conductivity Fn) Khai báo điều kiện biên cho toán thấm Biểu đồ áp lực thấm Biểu đồ Gradient thấm Biểu đồ áp lực thấm ven bờ Biểu đồ Gradient thấp ven bờ Biểu đồ áp lực thấm lịng sơng sau nâng cấp Biểu đồ Gradient thấm lịng sơng sau nâng cấp Biểu đồ áp lực thấm ven bờ sau nâng cấp Biểu đồ Gradient thấm ven bờ sau nâng cấp Trang 49 49 50 50 51 51 52 53 53 54 54 54 55 55 56 56 57 57 58 58 PHỤ LỤC 2: TÍNH TỐN LƯU LƯỢNG THẤM QUA TRÀN Việc xác định lưu lượng thấm thực tế qua cơng trình giúp tác giả nhận định đánh giá tính thiết thực mơ phân tích xác trạng thấm giải pháp sửa chữa, nâng cấp đập Tuyền Tung tương lai Tuy nhiên, thời gian thực luận văn vào thời kỳ mùa khô, hồ chứa nước Tuyền Tung nước Vì vậy, việc xác định lưu lượng thực tế điều Do vậy, giải pháp đưa tác giả để giải vấn đề giả thiết lưu lượng thấm qua thân đập hình thành lớp nước bề mặt (điều tác giả quan sát thấy vào mùa mưa cuối năm 2018) Khi đó, lưu lượng thấm qua đập tràn tính tốn theo TCVN 9147 – 2012 Quy trình tính tốn thủy lực đập tràn Giả thiết tính tốn 1.1 Loại đập tràn - Đập tràn diện mặt cắt hình chữ nhật có mặt cắt thực dụng - Đập khơng có chân khơng, đỉnh đập có áp lực dương Áp lực dương so với áp lực khơng khí có chênh lệch nhỏ (cho nên thực tế, áp lực thường lấy áp lực khơng khí) 1.2 Ngun tắc tính tốn - Lưu lượng thấm qua đập tràn hình thành lớp nước mặt mặt tràn khoảng 1mm với giá trị vận tốc giả định 0.1m/s (Điều tác giả quan sát vào chuyến khảo sát ngày 08/01/2019); - Các điều kiện tính tốn trạng thái bình thường, giả thiết việc tính tốn lưu lượng qua tràn thực dụng có tiết diện hình chữ nhật Cơng thức tính tốn Theo TCVN 9147 – 2012 Quy trình tính tốn thủy lực đập tràn, đập tràn mặt cắt thực dụng, lưu lượng tính tốn theo công thức sau: Q = n .m.b 2g.H3/2 (PL1) Trong đó: - Q – lưu lượng qua tràn (m3/s); - b – bề rộng tràn (tính cho m tràn b = 1m); -  n - hệ số ngập; Với loại đập tràn không chân không Cơ-ri-ghe Ô-phi-xê-rốp  n xác định theo Bảng PL 2-1: Bảng PL2-1: Hệ số ngập  n đập không chân khơng Ơ-phi-xê-rốp hn H0 0 0.05 n 1,00 0,999 0,998 0,997 0.5 0.55 0.972 0.6 0.1 0.15 0.65 0.7 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0,996 0,994 0,991 0,988 0,983 0,978 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.0 0,76 0,70 0,59 0,41 0,965 0,957 0,947 0,933 0,91÷0,80 Trong đó: hn chiều sâu nước ngập (m), tức độ chênh mực nước hạ lưu so với đỉnh ngưỡng tràn (điểm thấp nhất) Khi mực nước hạ lưu thấp đỉnh tràn (điểm thấp nhất) cửa đập hn có trị số âm (xem Hình PL1); Hình PL 2-1: Mô tả chiều sâu nước ngập theo TCVN 9147: 2012 Như vậy, với giá trị hn = -(165.8-157.2)= - 8.6 (m) h Suy ra, tỷ số n  Do vậy,  n = H0 - m – hệ số lưu lượng Do P1  3H (P1= 6.5m – chiều cao tính từ đáy thượng lưu đến đỉnh tràn), hệ số lưu lượng m đập khơng chân khơng Ơ-phi-xê-rốp tính tốn sau: m =   H m r (PL2) Trong đó: + mr – hệ số lưu lượng dẫn xuất, mr = 0.504; +   - hệ số hình dạng lấy theo Bảng 17 (TCVN 9417: 2012), phụ thuộc vào đại lượng T, H a Với giá trị a = 0.3m, P1 = 6.5m, T = 150 P1 H = 650 , tra Bảng PL2 ta có giá trị  = 0.927 Bảng PL 2-2: Hệ số hình dạng   đập tràn khơng chân khơng Ơ-phi-xê-rốp T (độ) H a P1 (độ) 0,88 0,910 0,924 0,927 15 30 45 60 15 0,3 0,878 0,908 0,922 0,925 0,6 0,855 0,885 0,899 0,902 0,9 0,850 0,880 0,892 0,895 1,0 0,933 0,974 0,993 1,000 +  H - độ chênh cột nước lấy theo Bảng PL3 (TCVN 9417: 2012), phụ thuộc vào T H Ở đây, trị số Hđh thường lấy trị số cột nước bình thường Hdh cột nước lớn đỉnh đập, chọn Hđh = 0.1m Suy H = 0.897 Bảng PL 2-3: Hệ số chênh lêch cột nước  H đập tràn không chân không T (độ) 0,2 0,3 0,4 0,5 H H dh 15 0,897 0,918 0,934 0,948 T (độ) 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 H H dh 15 0,961 0,972 0,982 0,991 1,000 T (độ) 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 H H dh 15 1,003 1,016 1,023 1,029 1,036 T (độ) 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 H H dh 15 1,042 1,048 1,054 1,059 1,064 Hình PL 2-2: Mặt cắt đập khơng chân khơng Ơ-phi-xê-rốp Thay vào cơng thức PL2 ta được: m =   H m r = 0.927  0.897  0.504 = 0.419 -  - hệ số co hẹp ngang H 0.0015 Xét tỷ số: = = 0.00025  Khi hệ số  xác định theo công thức: b H  = − 0.2k b Trong k hệ số giảm lưu lượng ảnh hưởng hình dạng mép vào tường biên, xác định theo hình PL3 Hình PL 2-3: Các loại mép vào tường biên H 0.0015 Khi đó:  = − 0.2k = − 0.2  0.7  = 0.999965 b + H0 cột nước toàn phần đập (m), tức cột nước tràn có tính cột nước lưu tốc tới gần v2 0.12 H0 = H + = 0.001 + = 0.0015 (m) 2g  9.81 Thay vào cơng thức tính lưu lượng PL1 ta được: Q = n .m.b 2g.H3/2 = 1 0.999965  0.419 1  9.81  0.00153/2 = 0.000108 (m3/s) ...ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUANG NHỰT ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬA CHỮA HỒ CHỨA NƯỚC TUYỀN TUNG – TỈNH QUẢNG NGÃI Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã... tận tình thầy giáo Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng bạn bè đồng nghiệp, luận văn thạc sỹ ? ?Đánh giá trạng đề xuất giải pháp sửa chữa hồ chứa nước Tuyền Tung – tỉnh Quảng Ngãi? ?? tác giả hồn thành Để... bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Quang Nhựt iii ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬA CHỮA HỒ CHỨA NƯỚC TUYỀN TUNG – TỈNH QUẢNG NGÃI Học viên: Lê Quang Nhựt Chuyên ngành: Kỹ thuật