Loại cụng trỡnh ngăn nước Cấp cụng trỡnh dẫn dũng III IV V Đất đỏ 2% - 5% 5% - 10% 10% - 20% Bờ tụng 5% - 10% 10% - 20% 20% - 33%
Trường hợp sử dụng đập đang xõy dựng để cho nước tràn qua mà khụng cú đờ quai bảo vệ, tần suất thiết kế dẫn dũng cần căn cứ vào loại hỡnh đập và dung tớch trữ lũ trước đập khi dẫn dũng theo Bảng 3.2 [43].
Bảng 3.2. Tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dũng khi cho nước tràn qua đập đang xõy dựng Loại hỡnh đập cho nước tràn qua Dung tớch ngăn lũ (106m3) > 100 100 - 10 < 10 Đất đỏ < 1% 1% - 2% 2% - 5% Bờ tụng < 2% 2% - 5% 5% - 10%
Theo Phụ lục 2-12, việc phõn cấp cụng trỡnh dẫn dũng phụ thuộc vào cấp cụng trỡnh chớnh, mức độ ảnh hưởng khi xảy ra sự cố, số năm sử dụng cụng trỡnh dẫn dũng và quy mụ cụng trỡnh đờ quai, việc tỏch 2 trường hợp cụng trỡnh chớnh tham gia chắn nước (Bảng 3.1) và cụng trỡnh chớnh xả nước qua thõn đập đang xõy dựng (Bảng 3.2) là phự hợp với điều kiện làm việc của cụng trỡnh chớnh tham gia dẫn dũng.
3.1.1.2 Tiờu chuẩn của Nga
Theo Snhip 2.06.01-86 (CHИП 2.06.01-86), khi thiết kế cụng trỡnh dẫn dũng cần phải chọn lưu lượng thiết kế dẫn dũng thi cụng. Trước hết cần phải biết yờu cầu về an toàn của cụng trỡnh dẫn dũng phụ thuộc vào qui mụ cấp bậc của cụng trỡnh dẫn dũng [44]. Thụng thường cấp của cụng trỡnh dẫn dũng tựy thuộc vào cấp của cụng trỡnh chớnh. Nếu cụng trỡnh dẫn dũng thi cụng là cụng trỡnh tạm thỡ lấy thấp hơn cấp của cụng trỡnh chớnh ớt nhất 1 cấp. Nếu sử dụng cụng trỡnh chớnh đang xõy dựng phục vụ dẫn dũng thỡ khụng lấy theo cấp cụng trỡnh tạm. Tựy theo mức độ quan trọng và hậu quả nếu sự cố cụng trỡnh dẫn dũng để đề xuất chọn tần suất thỏa đỏng. Việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dũng theo Bảng 3.3 [44].
Bảng 3.3. Tần suất thiết kế dẫn dũng thi cụng khi cụng trỡnh chớnh tham gia phục vụ dẫn dũng thi cụng Thời gian sử dụng cụng trỡnh chớnh vào dẫn dũng (năm) Tần suất theo cấp cụng trỡnh chớnh (P)% I II III 1 1 3 3 2 0,5 3 3 3 0,3 3 3 5 0,2 2 3 10 0,1 1 3
Theo Bảng 3.3, việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dũng phụ thuộc vào cấp của cụng trỡnh chớnh và thời gian sử dụng cụng trỡnh chớnh vào dẫn dũng, tuy nhiờn chưa núi rừ cụng trỡnh chớnh sử dụng vào việc chắn nước hay cho nước tràn qua.
3.1.1.3 Tiờu chuẩn của Việt Nam
Hiện nay việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dũng của Việt Nam được thực hiện theo QCVN 04-05:2012/BNN&PTNT. Việc lựa chọn phụ thuộc vào cấp của cụng trỡnh chớnh và thời gian sử dụng cụng trỡnh dẫn dũng (Bảng 3.4 [13]).
Bảng 3.4. Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất để thiết kế cỏc cụng trỡnh tạm thời phục vụ cụng tỏc dẫn dũng thi cụng
Cấp cụng trỡnh
Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để thiết kế cụng trỡnh tạm thời phục vụ dẫn dũng thi cụng, khụng lớn hơn, % Dẫn dũng trong một mựa
kiệt
Dẫn dũng từ hai mựa kiệt trở lờn
Đặc biệt 5 2
I 10 5
II, III, IV 10 10
Trong Bảng 3.4 cũn cú chỳ thớch số 2 và số 4 kốm theo:
2) Những cụng trỡnh phải dẫn dũng thi cụng từ hai năm trở lờn, khi cú luận cứ chắc chắn nếu thiết kế xõy dựng cụng trỡnh tạm thời dẫn dũng thi cụng với tần suất quy định trong bảng trờn khi xảy ra sự cố cú thể gõy thiệt hại cho phần cụng trỡnh chớnh đó xõy dựng, làm chậm tiến độ, gõy tổn thất cho hạ lưu... lớn hơn nhiều so với đầu tư thờm cho cụng trỡnh dẫn dũng thỡ cơ quan tư vấn thiết kế phải kiến nghị tăng mức bảo đảm an toàn tương ứng cho cụng trỡnh này.
4) Khi bố trớ tràn tạm xả lũ thi cụng qua thõn đập đỏ đắp đang thi cụng phải cú biện phỏp bảo đảm an toàn cho đập và cụng trỡnh hồ chứa nước. Tần suất thiết kế tràn tạm trong trường hợp này bằng tần suất thiết kế cụng trỡnh.
Theo Bảng 3.4, việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dũng khụng đề cập đến việc cụng trỡnh chớnh cú tham gia chắn nước hay khụng, việc lựa chọn tần suất này trong mựa lũ chưa núi đến.
Chỳ thớch số 2 của Bảng 3.4 khụng quy định rừ việc nõng cấp tần suất như thế nào. Tựy theo mức độ quan trọng và hậu quả nếu sự cố cụng trỡnh dẫn dũng để đề xuất chọn tần suất thỏa đỏng sẽ gõy khú khăn cho người thiết kế và người phờ duyệt thiết kế.
Chỳ thớch số 4 của Bảng 3.4 đề cập đến vấn đề khi sử dụng thõn đập đang xõy dựng làm tràn tạm. Theo chỳ thớch này, tần suất thiết kế tràn tạm là quỏ an toàn, chưa phản ỏnh đỳng tỡnh trạng làm việc của cụng trỡnh dẫn dũng khi dẫn dũng qua đập đang xõy dựng ở cao trỡnh thấp, dung tớch lũng hồ khụng lớn. Cú thể hiểu khi thỏo nước qua đập đang xõy dựng phải chọn tần suất thiết kế theo cấp bậc thiết kế đập chớnh, điều này chưa hợp lý.
Ngoài ra, cỏc chỳ thớch khỏc của Bảng 3.4 cũng khụng nờu rừ ảnh hưởng của dung tớch hồ tương ứng với chiều cao đập đang xõy dựng. Cỏc nội dung trờn khụng đề cập đến ảnh hưởng của chiều cao thực tế dẫn dũng của đập đang xõy dựng cũng như dung tớch hồ tương ứng với chiều cao đú. Đõy chớnh là cơ sở quan trọng để người thiết kế và chủ đầu tư đỏnh giỏ rủi ro cũng như hiệu ớch kinh tế kỹ thuật và xó hội.
So sỏnh việc phõn cấp cụng trỡnh hồ đập như Bảng 1 của QCVN 04-05:2012 (Phụ lục 2-13); Bảng phõn cấp cụng trỡnh hồ đập của Nga Snhip 2.06.01-86 và của Trung Quốc SDJ 388-89 (Phụ lục 2-12). Về cơ bản cấp bậc cụng trỡnh là tương đồng, vỡ vậy khi so sỏnh qui định chọn tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dũng của cỏc tiờu chuẩn ta thấy: Snhip 2.06.01-86 qui định cụ thể hơn QCVN 04-05:2012 về sử dụng cụng trỡnh chớnh tham gia dẫn dũng;
SDJ 388-89 Qui định cụ thể hơn QCVN 04-05:2012 và Snhip 2.06.01-86 về sử dụng cụng trỡnh chớnh tham gia dẫn dũng. Đồng thời, SDJ 388-89 qui định phõn biệt rừ cụng trỡnh chớnh tham gia dẫn dũng là chắn nước hay cho nước tràn qua khi đang xõy dựng và độ lớn của dung tớch hồ khi đang dẫn dũng.
Trờn đõy là vấn đề lớn liờn quan đến an toàn đập khi dẫn dũng thi cụng. Như vậy việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dũng theo tiờu chuẩn Việt Nam cần xem xột điều chỉnh bổ sung cho rừ ràng hơn, phự hợp với thực tế thi cụng. Cỏc phõn tớch chi tiết, dẫn chứng cỏc cụng trỡnh thực tế ở cỏc nước và Việt Nam, những đề xuất thay đổi được trỡnh bày kỹ thờm trong mục 4.1.4 .
3.1.2 Lựa chọn thời đoạn dẫn dũng trong điều kiện khớ hậu Việt Nam
Đối với cụng trỡnh cú thời gian thi cụng lớn hơn 1 năm, cần chia làm thời đoạn mựa kiệt và mựa lũ. Thời đoạn dẫn dũng mựa kiệt cú thể khụng trựng với thời gian mựa kiệt của tài liệu thủy văn. Việc lựa chọn thời đoạn mựa kiệt cần dựa vào giỏ trị lưu lượng lớn nhất cỏc thỏng ứng với tần suất thiết kế, khối lượng cụng việc cần thực hiện, năng lực thi cụng của đơn vị thi cụng, điều kiện tối thiểu để đảm bảo ổn định cho cụng trỡnh trong quỏ trỡnh thi cụng.
Mựa lũ thường dựng cụng trỡnh cú khả năng thỏo lớn, dựng để thỏo nước trong cả mựa lũ. Khi chọn thời đoạn, chỳ ý chọn thời đoạn mựa kiệt sao cho phự hợp, thời gian cũn lại trong năm sẽ là mựa lũ.
Thụng thường dựa vào tài liệu thủy văn, người thiết kế sẽ chọn được thời đoạn mựa kiệt, lưu lượng dẫn dũng thiết kế mựa kiệt là giỏ trị lưu lượng lớn nhất trong thời đoạn đú ứng với tần suất thiết kế. Nếu chọn thời đoạn mựa kiệt dài, thời gian thi cụng sẽ nhiều, nhưng lưu lượng thiết kế dẫn dũng sẽ lớn. Ngược lại, chọn thời đoạn mựa kiệt ngắn sẽ cho lưu lượng thiết kế dẫn dũng nhỏ nhưng thời gian thi cụng mựa kiệt ớt, trong khi đú khối lượng cụng việc cho xử lý nền và thi cụng đập phần lũng sụng rất lớn. Vỡ vậy khi lựa chọn thời đoạn dẫn dũng mựa kiệt cần cõn đối khả năng thi cụng và lưu lượng dẫn dũng thiết kế mựa kiệt sao cho kinh tế nhất.
Bờn cạnh đú giai đoạn gần cuối mựa kiệt thường cú lũ tiểu món. Tựy thuộc vào từng khu vực, cú trường hợp lưu lượng lớn nhất trong thỏng cú lũ tiểu món cú thể gấp 2 - 3 lần lưu lượng lớn nhất cỏc thỏng mựa kiệt khỏc. Khi chọn thời đoạn dẫn dũng cần chỳ ý những thỏng cú lũ tiểu món. VD: Thủy điện Hương Sơn - Hà Tĩnh, Thủy điện Bỡnh Điền - Thừa Thiờn Huế (Phụ lục 2-15). Cú 2 phương ỏn đưa ra để xử lý trường hợp này: Phương ỏn 1: Lựa chọn lưu lượng lớn nhất của thỏng cú lũ tiểu món ứng với tần suất thiết kế làm lưu lượng thiết kế dẫn dũng cho mựa kiệt. Phương ỏn này cú nhược điểm là cụng trỡnh dẫn dũng cho mựa kiệt lớn, đờ quai cao, chi phớ cho cụng tỏc dẫn dũng sẽ tăng lờn nhiều. Ưu điểm của phương ỏn này là cú thời gian mựa kiệt dài để thi cụng đập, cường độ thi cụng khụng quỏ căng thẳng.
Phương ỏn 2: Chia mựa kiệt làm 2 thời đoạn trước và sau lũ tiểu món. Giai đoạn 1 - Từ đầu mựa kiệt đến trước lũ tiểu món chọn lưu lượng thiết kế là lớn nhất trong cỏc thỏng đú, sử dụng để thiết kế cụng trỡnh dẫn dũng. Giai đoạn 2 - Từ thỏng cú lũ tiểu món đến cuối mựa kiệt chọn lưu lượng lớn nhất của thỏng cú lũ tiểu món làm lưu lượng thiết kế dẫn dũng. Trong giai đoạn 2 sử dụng cụng trỡnh dẫn dũng khỏc giai đoạn 1 (cụng trỡnh dẫn nước khỏc, hoặc cụng trỡnh ngăn nước khỏc), cú thể thỏo được lưu lượng lớn hơn (Hỡnh 3.1).
Hỡnh 3.1. Đường quỏ trỡnh mực nước thượng lưu và chiều cao đập khi dẫn dũng Giai đoạn đầu (T1), khi lưu lượng đến nhỏ, dựng đờ quai để chắn nước, giai đoạn sau Giai đoạn đầu (T1), khi lưu lượng đến nhỏ, dựng đờ quai để chắn nước, giai đoạn sau (T2) lưu lượng đến lớn thỡ dựng đập để chắn nước. Tiến độ thi cụng đập phải đảm bảo cao hơn mực nước thượng lưu khi dựng đập chắn nước.
Phương ỏn 2 cú ưu điểm là tiết kiệm được chi phớ cho cụng tỏc dẫn dũng, cống dẫn dũng và đờ quai cho giai đoạn 1 sẽ nhỏ hơn phương ỏn 1. Nhược điểm của phương ỏn 2 là đến đầu giai đoạn 2 cần thi cụng đập đến một cao trỡnh nhất định (sử dụng đập để chắn nước), đảm bảo nước khụng tràn qua đập, việc này sẽ dẫn tới thi cụng đập trong giai đoạn 1 cần cường độ cao. Đối với đập cú điều kiện địa chất phức tạp, khối lượng thi cụng trong giai đoạn 1 nhiều thỡ khú cú thể ỏp dụng phương ỏn này.
Đối với phương ỏn 2 cú thể dựng đập chớnh cú mặt cắt kinh tế (khi khả năng thi cụng khụng đỏp ứng được khối lượng để đạt được cao trỡnh chống lũ thỡ người ta đắp một phần đập phớa thượng lưu đỏp ứng yờu cầu chống lũ, phần cũn lại sẽ được thi cụng vào giai đoạn sau). Trường hợp này thường ứng dụng để chống lũ tiểu món (Hỡnh 3.2).
Hỡnh 3.2. Đắp đập chớnh theo mặt cắt kinh tế
1. Đờ quai thượng lưu giai đoạn 1; 2. Đập chớnh chắn nước giai đoạn 2 theo dạng mặt cắt kinh tế; 3. Đờ quai hạ lưu giai đoạn 1
Với phương ỏn sử dụng đập chớnh chắn nước theo dạng mặt cắt kinh tế sẽ tiết kiệm chi phớ cho cụng trỡnh dẫn dũng rất nhiều, đồng thời giảm được cường độ thi cụng đập ở giai đoạn 1 của mựa kiệt khi ngăn dũng, thi cụng phần đập lũng sụng.
Trường hợp khối lượng xử lý nền quỏ lớn, khối lượng đập thi cụng lớn, khụng kịp đắp đập đến cao trỡnh chống lũ trong một mựa kiệt thỡ cú thể đắp phần đập lũng sụng trong hai mựa kiệt. Ở cụng trỡnh Đầm Hà Động, phương ỏn dẫn dũng khụng theo lối mũn dẫn dũng trong một mựa kiệt mà thi cụng phần đập lũng sụng trong hai mựa kiệt. Mựa kiệt năm trước tiến hành ngăn dũng, đắp đờ quai thượng hạ lưu, đào múng đập, đổ bờ tụng chõn khay, xử lý chống thấm, đắp đập đến cao trỡnh lũng sụng cũ, gia cố tạm bề mặt. Mựa lũ cho nước chảy qua phần đập lũng sụng đó thi cụng. Mựa kiệt năm sau lại đắp đờ quai thượng hạ lưu, búc bỏ lớp gia cố bề mặt, thi cụng đập đến cao trỡnh chống lũ cho năm đú.
Trường hợp này, nếu thi cụng trong 1 mựa kiệt dẫn đến cường độ thi cụng vượt lũ rất căng thẳng, sẽ khú thực hiện hoặc khụng an toàn. Phương ỏn dựng hai mựa kiệt để thi cụng phần đập lũng sụng giỳp giảm cường độ thi cụng đắp đập, đồng thời chọn thời đoạn dẫn dũng mựa kiệt ngắn hơn, vào những thỏng cú lưu lượng đến nhỏ, giỳp tiết kiệm rất nhiều chi phớ dành cho cụng trỡnh dẫn dũng.
Qua cỏc phõn tớch ở trờn cho thấy chế độ dũng chảy mựa kiệt ở Việt Nam theo cỏc khu vực vựng miền là khỏc nhau. Cú thể sử dụng phương ỏn chia mựa kiệt thành cỏc thời đoạn nhỏ, sử dụng cựng một cụng trỡnh dẫn nước và giải quyết yờu cầu về cụng trỡnh chắn nước, cũng cú thể dựng phương ỏn thi cụng phần đập lũng sụng trong hai mựa kiệt như cụng trỡnh Hà Động. Lựa chọn thời đoạn dẫn dũng hợp lý sẽ giỳp tiết kiệm rất nhiều chi phớ dành cho cụng trỡnh dẫn dũng mà vẫn đảm bảo thi cụng cụng trỡnh an toàn, hiệu quả.
3.1.3 Xỏc định lưu lượng thiết kế dẫn dũng thi cụng
Lưu lượng thiết kế dẫn dũng là lưu lượng lớn nhất trong thời đoạn dẫn dũng thi cụng ứng với tần suất thiết kế dẫn dũng. Như ở Chương 2 đó phõn tớch, mỗi thời đoạn dẫn dũng thi cụng sử dụng một sơ đồ dẫn dũng và qui mụ cụng trỡnh dẫn dũng. Do đú, mỗi thời đoạn phải chọn lưu lượng thiết kế dẫn dũng. Đối với phương ỏn dẫn dũng cho cụng trỡnh từ khi khởi cụng đến khi hoàn thành trong nhiều năm sẽ trải qua nhiều thời đoạn
dẫn dũng thi cụng. Lưu lượng thiết kế dẫn dũng, trong cỏc thời đoạn cơ bản là khỏc nhau, là cơ sở để xỏc định qui mụ cũng như thiết kế cỏc hạng mục cụng trỡnh dẫn dũng. Lưu lượng thiết kế dẫn dũng được xỏc định phụ thuộc vào tần suất thiết kế dẫn dũng và thời đoạn dẫn dũng.
QP = f(P, T) (3-1)
3.2 Lập chương trỡnh tớnh toỏn thủy lực dẫn dũng thi cụng và điều tiết lũ
3.2.1 Lập chương trỡnh tớnh toỏn thủy lực dẫn dũng thi cụng qua cống
Trong quỏ trỡnh lập chương trỡnh tớnh toỏn thủy lực, ứng với cỏc chế độ chảy khỏc nhau của cụng trỡnh thỏo sẽ sử dụng cụng thức tớnh lưu lượng khỏc nhau. Về bản chất thủy lực thỡ dũng chảy khụng thay đổi chế độ đột ngột, trong khi đú, cỏc cụng thức bỏn thực nghiệm ỏp dụng tại cỏc điểm chuyển tiếp cột nước sẽ cho hai kết quả khỏc nhau về giỏ trị lưu lượng. Vỡ vậy cần xử lý về mặt thuật toỏn tại những vị trớ này nhằm thuận lợi cho tớnh toỏn nhưng khụng gõy sai khỏc lớn đến kết quả [45]. Việc xử lý này đặc biệt cần thiết phục vụ cho tớnh toỏn thử dần khi dẫn dũng đồng thời qua nhiều cụng trỡnh thỏo.
3.2.1.1 Xử lý thuật toỏn chuyển tiếp chảy ngập và chảy khụng ngập
Sau khi vẽ đường mặt nước từ hạ lưu cống lờn, tớnh được chiều sõu cột nước sau cửa vào cống hđc. Theo [38] khi hđc ≥ 1,25hk, cống chảy ngập, khi hđc < 1,25hk cống chảy khụng ngập. Trong khi tớnh toỏn cần cú phạm vi chuyển tiếp giữa hai chế độ này (Hỡnh