ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KHOA HỌC, CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN, HIỆU QUẢ PHỤC VỤ CÔNG TÁC SỬA CHỮA, VẬN HÀNH, KHAI THÁC CÁC CÔNG TRÌNH ĐẬP DÂNG VÙNG TÂY BẮC

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TRỌNG ĐIỂM CẤP
NHÀ NƯỚC GIAI ĐOẠN 2013-2018 “KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG VÙNG TÂY BẮC”

MÃ SỐ CHƯƠNG TRÌNH: KHCN-TB/13-18

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT VÀ ỨNG DỤNG CÁC GIẢI PHÁP KHOA
HỌC, CÔNG NGHỆ PHÙ HỢP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÁC CÔNG

TRÌNH ĐẬP DÂNG VÙNG TÂY BẮC

SẢN PHẨM SỐ 07

BÁO CÁO

ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KHOA HỌC, CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN,
HIỆU QUẢ PHỤC VỤ CÔNG TÁC SỬA CHỮA, VẬN HÀNH, KHAI

THÁC CÁC CƠNG TRÌNH ĐẬP DÂNG VÙNG TÂY BẮC

Cơ quan chủ quản: Văn phịng Chương trình Tây Bắc
Cơ quan chủ trì: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam
Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Chí Thanh
Thực hiện báo cáo: TS. Nguyễn Chí Thanh

Thời gian thực hiện: 2017

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TRỌNG ĐIỂM CẤP NHÀ NƯỚC
GIAI ĐOẠN 2013-2018 “KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN

BỀN VỮNG VÙNG TÂY BẮC”

MÃ SỐ CHƯƠNG TRÌNH: KHCN-TB/13-18

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT VÀ ỨNG DỤNG CÁC GIẢI PHÁP KHOA
HỌC, CÔNG NGHỆ PHÙ HỢP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÁC
CƠNG TRÌNH ĐẬP DÂNG VÙNG TÂY BẮC

BÁO CÁO

ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KHOA HỌC, CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN, HIỆU

QUẢ PHỤC VỤ CÔNG TÁC SỬA CHỮA, VẬN HÀNH, KHAI THÁC CÁC

CƠNG TRÌNH ĐẬP DÂNG VÙNG TÂY BẮC

Cơ quan chủ quản: Văn phịng Chương trình Tây Bắc
Cơ quan chủ trì: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam

Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Chí Thanh
Thực hiện báo cáo: TS. Nguyễn Chí Thanh
Thời gian thực hiện: 2017

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VN
GIÁM ĐỐC

TS Nguyễn Chí Thanh HÀ NỘI
2017
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM
Địa chỉ: 171 - Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội
Điện thoại: 043.852.2086 – Fax: 043.563.2827

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................. 4
DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. 4
Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................................ 7
1.1. Mục đích và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 7
1.2. Cơ sở lập báo cáo ........................................................................................... 7
1.2.1. Cơ sở pháp lý............................................................................................... 7
1.2.2. Cơ sở khoa học ............................................................................................ 8
Chương 2. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KHOA HỌC, CÔNG
NGHỆ TIÊN TIẾN, HIỆU QUẢ PHỤC VỤ CÔNG TÁC SỬA CHỮA, VẬN
HÀNH, KHAI THÁC CÁC CƠNG TRÌNH ĐẬP DÂNG VÙNG TÂY BẮC.... 9
2.1. Nghiên cứu đề xuất giải pháp hệ thống lấy nước kiểu ngầm để thay thế cho
hệ thống lấy nước kiểu truyền thống..................................................................... 9
2.1.1. Cơ sở khoa học của giải pháp ..................................................................... 9
2.1.1.1 Đặc điểm địa chất thủy văn của các lớp bồi tích lịng sơng, suối khu vực
Tây Bắc.................................................................................................................. 9

2.1.1.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm xác định các yếu tố địa chất thủy văn
đặc trưng và khả năng thu nước của một số ống lọc phổ biến. ........................... 13
2.1.2. Sơ đồ công nghệ của giải pháp thu nước kiểu ngầm ................................ 22
2.2. Nghiên cứu đề xuất giải pháp công nghệ ứng dụng thiết kế thi công kết cấu
bê tông vỏ mỏng để khôi phục và nâng cấp thân đập dâng khu vực Tây Bắc.... 24
2.2.1. Cơ sở khoa học của giải pháp ................................................................... 24
2.2.1.1. Khái niệm về bê tông vỏ mỏng .............................................................. 24
2.2.1.2. Vật liệu chế tạo bê tông vỏ mỏng .......................................................... 26
2.2.1.3. Cấu trúc của cốt liệu bê tông vỏ mỏng................................................... 26
2.2.2. Sơ đồ công nghệ của giải pháp ứng dụng kết cấu bê tông vỏ mỏng để khôi
phục và nâng cấp thân đập dâng ......................................................................... 27
2.2.2.1. Các loại kết cấu bê tông vỏ mỏng được sử dụng để khôi phục và nâng
cấp thân đập dâng ................................................................................................ 27

1

2.2.2.2. Các yêu cầu khi thiết kế mặt cắt khôi phục và nâng cấp đập dâng bằng
bê tông vỏ mỏng .................................................................................................. 27
2.2.2.3.Đề xuất mặt cắt điển hình khơi phục và nâng cấp thân đập dâng hiện
trạng bằng kết cấu bê tông vỏ mỏng ................................................................... 28
2.2.2.4. Lựa chọn công nghệ thi công bê tông .................................................... 33
2.3. Nghiên cứu đề xuất giải pháp công nghệ ứng dụng thiết kế thi công bê tông
(cát sỏi, astphalt) tự lèn để nâng cấp thân đập dâng có kết cấu dạng rọ đá trên địa
bàn Tây Bắc......................................................................................................... 34
2.3.1. Cơ sở khoa học của giải pháp ................................................................... 34
2.3.1.1. Khái niệm về bê tông tự lèn ................................................................... 34
2.3.1.2. Ưu nhược điểm của vật liệu BTTL ........................................................ 36
2.3.1.3. Đề xuất cấp phối vật liệu hợp lý sử dụng nâng cấp thân đập dâng khu
vực Tây Bắc......................................................................................................... 37
2.3.2. Sơ đồ công nghệ giải pháp ứng dụng vật liệu bê tông tự lèn để khôi phục

và nâng cấp thân đập dâng .................................................................................. 43
2.3.2.1. Đề xuất mặt cắt kết cấu điển hình sử dụng vật liệu BTTL .................... 43
2.3.2.2. Quy trình thi công giải pháp ứng dụng công nghệ vật liệu BTTL để khôi
phục và nâng cấp thân đập dâng ......................................................................... 45
2.4. Nghiên cứu nghiên cứu giải pháp dập dâng kết hợp cửa phai xả bùn cát ở
dịng chính ........................................................................................................... 47
2.4.1. Cơ sở khoa học của giải pháp ................................................................... 48
2.4.1.1. Các hình thức bố trí cống xả cát của đập dâng hiện nay........................ 48
2.4.1.2. Các tồn tại gây bồi lấp đập dâng và cửa lấy nước ................................. 50
2.4.2. Đề xuất giải pháp đập dâng kết hợp cửa phai xả cát ở dòng chính, sơ đồ
quy trình cơng nghệ............................................................................................. 52
2.4.2.1. Đề xuất vị trí đặt cửa xả bùn cát và vật liệu làm cửa ............................. 52
2.4.2.2. Sơ đồ công nghệ giải pháp đập dâng kết hợp cửa phai xả bùn cát ở dịng
chính .................................................................................................................... 53
2.5. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp chống thấm kết hợp gia cố nền cuội sỏi
cho các đập dâng vùng Tây Bắc.......................................................................... 58

2

2.5.1. Cơ sở khoa học của giải pháp ................................................................... 58
2.5.1.1. Đề xuất lựa chọn giải pháp chống thấm kết hợp gia cố nền cuội sỏi cho
cơng trình đập dâng bằng tường Baret ................................................................ 58
2.5.1.2. Ưu nhược điểm của giải pháp chống thấm kết hợp gia cố nền cuội sỏi
cho công trình đập dâng bằng tường Baret ......................................................... 60
2.5.2. Sơ đồ quy trình cơng nghệ ........................................................................ 61
2.5.2.1. Đề xuất mặt cắt thiết kế tường Baret chống thấm kết hợp gia cố nền cuội
sỏi cho cơng trình đập dâng. ............................................................................... 61
2.5.2.2. Sơ đồ, quy trình thi cơng tường Baret chống thấm kết hợp gia cố nền
cuội ...................................................................................................................... 63
Chương 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................... 65

3.1. Kết luận ........................................................................................................ 65
3.2. Kiến nghị ...................................................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 67

3

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Đặc điểm địa chất thủy văn của lớp 1 cấu trúc dạng 1.........................8
Bảng 2.2: Đặc điểm địa chất thủy văn của lớp 1 cấu trúc dạng 2.........................9
Bảng 2.3. Các thông số của ống lọc sử dụng trong thí nghiệm..........................14
Bảng 2.4: Loại cấp phối bê tơng (cát, sỏi) tự lèn điển hình.................................37
Bảng 2.5: Hiệu ứng và cơ chế điều chỉnh thành phần hỗn hợp BTTL...............37
Bảng 2.6: Hàm lượng nhựa tối ưu tham khảo....................................................40
Bảng 2.7. Bảng tra kích thước cọc Barret...........................................................61

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Cấu trúc sơng suối có nền dang I........................................................10
Hình 2.2: Cấu trúc sơng suối có nền dang II ......................................................11
Hình 2.3: Mặt cắt địa chất đập dâng…................................................................12
Hình 2.4: Minh họa các thơng số của cơng thức 2.1...........................................14
Hình 2.5a. Sơ đồ cắt dọc bể thí nghiệm…...........................................................15
Hình 2.5b. Hình ảnh bể thí nghiệm cơng nghệ thu nước kiểu ngầm...................15

Hình 2.6. Các loại cát thí nghiệm:
a- Sỏi sạn; b- Sỏi cát; c- Cát hạt vừa lẫn sỏi. .....................................................16
Hình 2.7. Các loại ống lọc thí nghiệm, từ trái sang lần lượt là ống lọc Jonhson

Inox D110, ống lọc lưới D124, Jonhson Inox D68, ống lọc xẻ khe PVC Tiền

Phong D90, Ống lọc lưới D105...........................................................................17
Hình 2.8. Biểu đồ quan hệ giữa tỷ lưu lượng của các loại ống lọc với đường kính
hạt D10 ở các độ chặt khác nhau của cấp phối....................................................18
Hình 2.9. Biểu đồ quan hệ giữa tỷ lưu lượng của ống lọc và hệ số thấm ..........19
Hình 2.10. Biểu đồ quan hệ giữa q/Sr (Sr- tổng diện tích khe rỗng của ống lọc)
và hệ số thấm K...................................................................................................20

4

Hình 2.11. Biểu đồ quan hệ giữa lưu lượng của ống lọc với gradien thấm của
một số loại cấp phối.............................................................................................21
Hình 2.12. Mặt bằng sơ đồ công nghệ lấy nước kiểu ngầm................................22
Hình 2.13 Cắt dọc sơ đồ cơng nghệ theo đường A-A.........................................23
Hình 2.14. Cắt ngang sơ đồ khoa học cơng nghệ theo đường B-B.....................23
Hình 2.15: Phối cảnh hệ thống thu nước kiểu ngầm...........................................23
Hình 2.16. Mặt cắt điển hình nâng cấp đập dâng hiện trạng có kết cấu bê tơng,
bê tơng cốt thép hoặc đá xây bọc bê tông với bê tông lưới thép........................28
Hình 2.17. Phủ và neo lưới thép trên bề mặt đập dâng hiện trạng......................29
Hình 2.18. Phủ bê tơng trên bề mặt đập dâng hiện trạng....................................29
Hình 2.19. Mặt cắt điển hình nâng cấp đập dâng hiện trạng có kết cấu đá xây
bằng bê tơng lưới thép.........................................................................................30
Hình 2.20. Phủ lưới thép trên bề mặt đập dâng hiện trạng bằng đá xây..............30
Hình 2.21. Phủ bê tông trên bề mặt đập dâng hiện trạng....................................31
Hình 2.22. Mặt cắt điển hình nâng cấp đập dâng hiện trạng có kết cấu bê tơng,
bê tơng cốt thép hoặc đá xây bọc bê tông với bê tông vỏ mỏng cốt sợi thép......31
Hình 2.23. Phủ bê tơng vỏ mỏng cốt sợi thép trên bề mặt đập dâng hiện
trạng.....................................................................................................................32
Hình 2.24. Mặt cắt điển hình nâng cấp đập dâng hiện trạng có kết cấu đá xây
bằng bê tơng vỏ mỏng cốt sợi thép......................................................................33
Hình 2.25. Phủ bê tơng vỏ mỏng cốt sợi thép trên bề mặt đập dâng hiện trạng..33

Hình 2.26. Mặt cắt ngang tim đập dâng được khôi phục, nâng cấp bằng vật liệu
BTTL..................................................................................................................43
Hình 2.27 a,b: Mặt cắt ngang điển hình đập dâng và biện pháp thi cơng lắp dựng
ván khn khi sử dụng vật liệu BTTL.................................................................44

Hình 2.28. Sơ đồ quy trình sản xuất bê tơng tự lèn.............................................46

Hình 2.29: Cống xả cát bố trí vng góc với trục đập dâng và ở gần cửa lấy
nước.....................................................................................................................48
Hình 2.30 Bố trí cống xả cát kiểu chồng tầng....................................................49
Hình 2.32. Bố trí cống xả cát bên vai đập...........................................................50
Hình 2.33. Phạm vi tính tốn bùn cát lắng đọng (R)..........................................51
Hình 2.34. Mơ hình thiết kế cửa phai xả bùn cát giữa dịng...............................53
Hình 2.35: Chính diện và cắt ngang cửa phai xả bùn cát dạng trục giữa............54

5

Hình 2.36: Hoạt động xả bùn cát cửa phai trên dạng trục giữa..........................55
Hình 2.37: Hoạt động xả bùn cát cửa phai dưới dạng trục giữa........................55
Hình 2.38: Chính diện và cắt ngang cửa phai nâng hạ hèm phải thẳng..............56
Hình 2.39: Hoạt động xả bùn cát cửa phai lớp trên, nâng hạ thẳng đứng...........57
Hình 2.40: Hoạt động xả bùn cát cửa phai lớp dưới, nâng hạ thẳng đứng..........57
Hình 2.41. Mặt cắt địa chất ngang suối đặc trưng vùng Tây Bắc.......................59
Hình 2.42. Hình ảnh lớp cát lẫn sỏi phủ bề mặt lịng suối.................................59
Hình 2.43. Mơ hình cơng nghệ tường Baret........................................................62
Hình 2.44. Hình dạng khớp nối tường Baret.......................................................62
Hình 2.45. Sơ đồ thi cơng cơng nghệ chống thấm kết hợp gia cố nền cuội sỏi
bằng tường Baret................................................................................................64
Hình 2.46. Hình ảnh cơng tác thi cơng đào hố móng tường Baret......................64

6

Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG

1.1. Mục đích và phạm vi nghiên cứu

Trong những năm qua, trên địa bàn khu vực Tây Bắc thuộc phạm vi
nghiên cứu của đề tài gồm 12 tỉnh (Lai Châu, Điện Biên, Sơn La, Hồ Bình, Cao
Bằng, Bắc Kạn, Hà Giang, Lào Cai, Yên Bái, Lạng Sơn, Phú Thọ, Tuyên
Quang) và 21 huyện phía Tây của hai tỉnh Thanh Hóa và Nghệ An, đã xây dựng
được 11.339 đập dâng các loại, đảm bảo tưới cho 119.140ha lúa vụ chiêm và
160.188ha lúa vụ mùa.

Các đập dâng đã góp phần tích cực trong cơng tác phịng chống lụt bão,
giảm nhẹ thiên tai, ứng phó với biến đổi khí hậu, phục vụ sản xuất nông nghiệp,
thủy sản, tạo chuyển biến rõ nét, cải thiện cơ sở hạ tầng nông nghiệp – nông
thôn. Tuy nhiên, trong điều kiện tự nhiên khắc nghiệt (lũ, hạn hán xảy ra thường
xuyên), sự xuống cấp của công trình theo thời gian, trình độ dân trí thấp cũng
như hạn chế trong công tác quản lý vận hành đã làm suy giảm hiệu quả của các
cơng trình đập dâng. Trên cơ sở phân tích các nguyên nhân gây suy giảm hiệu
quả các cơng trình đập dâng, nhóm đề tài đã tiến hành nghiên cứu, đề xuất các
giải pháp khoa học, công nghệ tiên tiến, phù hợp để khắc phục các tồn tại của
cơng trình, phục vụ cơng tác sửa chữa, nâng cao hiệu quả vận hành, khai thác
các công trình đập dâng vùng Tây Bắc.

Các giải pháp khoa học đề xuất trong báo cáo này có tính khả thi, dễ ứng
dụng, dễ thi công, dễ thay thế, sửa chữa, vận hành khai thác, có khả năng nhân
rộng, đơn giản, sử dụng tối đa vật liệu địa phương, phù hợp với điều kiện kinh tế
của khu vực Tây Bắc.

1.2. Cơ sở lập báo cáo

1.2.1. Cơ sở pháp lý
- Căn cứ vào đề cương đề tài: “Nghiên cứu đề xuất và ứng dụng các giải

pháp khoa học, công nghệ phù hợp nâng cao hiệu quả các công trình đập dâng
vùng Tây Bắc”.

7

- Căn cứ quyết định số: 4353/QĐ-ĐHQGHN ngày 30/12/2016 của Giám
đốc Đại học Quốc Gia Hà Nội về việc phê duyệt tổ chức, cá nhân trúng tuyển
chủ trì thực hiện và phân bổ kinh phí triển khai nhiệm vụ khoa học và cơng nghệ
thuộc Chương trình Khoa học và cơng nghệ phục vụ phát triển bền vững vùng
Tây Bắc

- Căn cứ hợp đồng số: 04/2016/HĐ-KHCN-TB.14C/13-18 ngày
30/12/2016 về việc nghiên cứu đề xuất và ứng dụng các giải pháp khoa học,
công nghệ phù hợp nâng cao hiệu quả các cơng trình đập dâng vùng Tây Bắc
được ký kết giữa Văn phịng chương trình Tây Bắc với Viện Khoa học Thủy lợi
Việt Nam.

- Căn cứ quyết định số: 2109/QĐ-VKHTLVN ngày 30/12/2016 về việc
Giao cán bộ tham gia thực hiện các hạng mục công việc năm (2016+2017) đề tài
cấp Nhà nước: "Nghiên cứu đề xuất và ứng dụng các giải pháp khoa học, công
nghệ phù hợp nâng cao hiệu quả các cơng trình đập dâng vùng Tây Bắc.

1.2.2. Cơ sở khoa học
Báo cáo này được lập trên cơ sở tổng hợp, phân tích kết quả của các báo

cáo chuyên đề sau:
(1) Báo cáo tổng hợp các nguyên nhân gây suy giảm hiệu quả các cơng

trình đập dâng vùng Tây Bắc;
(2) Báo cáo nghiên cứu giải pháp hệ thống lấy nước kiểu ngầm để thay

thế cho hệ thống lấy nước kiểu truyền thống;
(3) Báo cáo nghiên cứu ứng dụng công nghệ thiết kế thi công kết cấu bê

tông vỏ mỏng để khôi phục và nâng cấp thân đập dâng khu vực Tây Bắc;
(4) Báo cáo nghiên cứu ứng dụng công nghệ thiết kế thi công bê tông (cát

sỏi, astphalt) tự lèn để nâng cấp thân đập dâng có kết cấu dạng rọ đá trên địa
bàn Tây Bắc;

(5) Báo cáo nghiên cứu giải pháp dập dâng kết hợp cửa phai xả bùn cát ở
dịng chính;

(6) Báo cáo nghiên cứu đề xuất các giải pháp chống thấm kết hợp gia cố
nền cuội sỏi cho các đập dâng trên địa bàn Tây Bắc.

8

Chương 2. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KHOA HỌC,
CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN, HIỆU QUẢ PHỤC VỤ CÔNG TÁC SỬA
CHỮA, VẬN HÀNH, KHAI THÁC CÁC CƠNG TRÌNH ĐẬP DÂNG
VÙNG TÂY BẮC

2.1. Nghiên cứu đề xuất giải pháp hệ thống lấy nước kiểu ngầm để thay thế
cho hệ thống lấy nước kiểu truyền thống

2.1.1. Cơ sở khoa học của giải pháp
Thực trạng hiện nay ở hầu hết các cơng trình đập dâng vùng Tây Bắc, các hệ

thống cửa lấy nước truyền thống trên đập đều bị bồi lấp theo mức độ nặng nhẹ
khác nhau sau mỗi mùa mưa lũ; các cơng trình đầu mối phổ biến ở xa khu dân
cứ, kinh phí bảo dưỡng, vận hành hàng năm rất khó khăn nên việc cửa lấy nước
bị bồi lấp đã làm suy giảm đáng kể hiệu quả lấy nước của cơng trình. Xuất phát
từ thực tế trên, địi hỏi phải có một giải pháp lấy nước được trong mọi điều kiện
mưa lũ, không bị bồi lấp theo thời gian. Nhóm đề tài đã đề xuất giải pháp lấy
nước kiểu ngầm thông qua hệ thống ống thu nước nằm ngang kết hợp vật liệu
lọc có sẵn trên các trầm tích sơng suối, bồi lắng trước đập dâng.

Để có cơ sở khoa học, nhóm đề tài tiến hành khảo sát, đánh giá các đặc trưng
lớp trầm tích, bồi lắng cuội sỏi, cát lòng suối vùng Tây bắc; nghiên cứu cơ sở lý
thuyết kết hợp với thí nghiệm mơ hình vật lý, từ đó tìm ra các thơng số, quan hệ
giữa các thông số đặc trưng địa chất thủy văn làm cơ sở cho thiết kế giải pháp
công nghệ.
2.1.1.1 Đặc điểm địa chất thủy văn của các lớp bồi tích lịng sơng, suối khu vực
Tây Bắc.

Với đặc điểm địa hình phân cắt mạnh, độ dốc lòng suối lớn, mặt khác các
thành tạo địa chất khu vực Tây Bắc chủ yếu là các trầm tích lục nguyên với
thành phần chính là cát kết, thành tạo magma chủ yếu là granit hạt thô nên sản
phẩm phong hóa của các thành tạo này đa số là hạt thơ kết hợp giữa điều kiện
địa hình địa chất nói trên nên bồi tích lịng chủ yếu là cuội sỏi lẫn tảng. Tùy

9

theo hình dạng tồn tại cũng như sự phân bố địa tầng tại các khu vực có thể chia

ra một số dạng cấu trúc nền cuội sỏi cụ thể như sau.
- Dạng 1: Nền cát cuội sỏi phủ trực tiếp lên nền đá gốc hai bên bờ khơng có
thềm bồi dạng cấu trúc này phổ biến ở các vùng núi cao địa hình dốc thung lũng
sơng hẹp..

Hình 2.1: Cấu trúc sơng suối có nền dang I

Lớp 1: Cuội tảng lẫn cát sỏi màu xám trắng, xám vàng bán tròn cạnh chiều dày

của lớp thay đổi từ 0.6 đến 6.1 m. Trên cơ sở phân tích kết quả thí nghiệm thành

phần hạt của các mẫu thí nghiệm và các mẫu thu thập được cho thấy đây là lớp

có hệ số thấm lớn mức độ lưu thông nước tốt. Một số đặc điểm địa chất thủy văn

của lớp được trình bày ở bảng dưới đây (bảng 2.1)

Bảng 2.1: Đặc điểm địa chất thủy văn của lớp 1 cấu trúc dạng 1

Thành phần hạtChỉ tiêu phân tích Kích thước Đơn vị Giá trị trung bình
Cuội tảng (mm) (mm)
Sỏi sạn 60-40 % 2.7- 10.5
40-20 % 4.2-3.1
Hạt cát (mm) 20-10 % 3.3- 5.8
Hạt bụi (mm) 10-5 % 3.0-17.0
5-2 % 4.0 -21.0
2-0.5 % 8.5-11.2
% 1.2-7.1
0.5-0.25 % 0.2-8.1
0.25-0.1 % 7.0-11.6

0.1-0.05 % 0.1-2.8
0.05-0.01 %
0.01-0.005

Hạt sét (mm) <0.005 %

Tỷ trong () g/cm3 g/cm3 2.61-2.66
Hệ số thấm cm/s 2.7x10-2 - 1.68 x 10-1
K

10

Lớp 2: Sét, sét pha có nguồn gốc phong hóa từ đá gốc, đất có tính thấm
nhỏ mức độ lưu thơng nước thấp.

Lớp 3 Tùy theo mức độ phong hóa, nứt nẻ mà tính thấm nước của nền có
thể thấp hoặc cao.
- Dạng II: Nền cuội sỏi phủ trực tiếp lên lớp đất tàn tích của đá gốc hai bên bờ
sơng suối có thềm bối. Là các lớp đất đá hỗn hợp.

Hình 2.2: Cấu trúc sơng suối có nền dang II

Lớp 1: Cuội tảng lẫn cát sỏi chiều dày từ 0.6 đến 4.0m. Tài liệu thu thập
được cũng như kết quả thí nghiệm cho thấy đây là thành tạo địa chất có hệ số
thấm lớn mức độ lưu thông nước tốt các chỉ tiêu của lớp có thể tham khảo bảng
2.2.

Lớp 2: Đất đá hỗn hợp và thường là cát pha lẫn cuội tảng đây là thành tạo
có tính thấm trung bình mức độ lưu thơng nước trung bình

Bảng 2.2: Đặc điểm địa chất thủy văn của lớp 1 cấu trúc dạng 2

Chỉ tiêu phân tíchThành phần hạtKích thướcĐơn vịGiá trị trung bình
Cuội tảng (mm)
(mm) 60-40 % 7.2 - 19.7
Sỏi sạn 40-20 % 2.9 -10.1
20-10 % 4.7 -15.1
Hạt cát (mm) 10-5 % 3.1 -9.4
5-2 % 2.6-8.5
Hạt bụi 2-0.5 % 1.8-9.3
(mm) % 2.1-11.4
0.5-0.25 % 2.2-4.1
0.25-0.1 % 1.3-5.8
0.1-0.05 % 1.1-6.7
0.05-0.01 % 0.5-3.7

0.01-0.005

11

Hạt sét (mm) <0.005 % 0.2-4.1
g/cm3
Tỷ trong (D) g/cm3 2.69-2.72
Hệ số thấm cm/s 1.7x10-4 - 2.11 x 10-5

Lớp 3: Sét, sét pha có nguồn gốc phong hóa từ đá gốc, đất có tính thấm nhỏ
mức độ lưu thơng nước thấp.

* Bồi lấp trước đập dâng:

a b

Hình 2.3: Mặt cắt địa chất đập dâng ; a-trước khi vận hành, b- sau khi vận hành
khoảng một mùa mưa

Lớp 1a (hình 2.3): Lớp bồi tích sau khi đi vào vận hành khoảng 01 mùa
mưa, thành phần chủ yếu là cuội sỏi lẫn cát lớp có thể hệ số thấm cao, mức độ
lưu thông nước tốt, nước trong lớp này được cấp trực tiếp bởi nước suối.

Với đặc trưng cấu trúc địa hình như đã nêu trên cho thấy có thể thiết kế hệ
thống thu nước kiểu ngầm đề lấy nước từ lớp 1a, hoặc lớp 1 để phục vụ sản
xuất. Hệ thống thu nước kiểu ngầm là một hệ thống bao gồm các ống lọc thu
nước từ tầng cuội sỏi bồi tích lịng suối kết nối với 01 đường ống chính dẫn
nước thu được về kênh sau đập dâng.

* Nhận xét:
Trên cơ sở phân tích các nghiên cứu tổng quan về các hình thức lấy nước

của đập dâng, cũng như các lý thuyết vận động của nước ngầm trong tầng cuội

12

sỏi và đặc điểm địa chất thủy văn của các trầm tích cuội sỏi, chúng tơi đi đến
một số kết luận như sau:

- Bồi lấp cửa lấy nước là nguyên chính dẫn đến sự suy giảm năng lực cấp
nước của các cơng trình Đập Dâng.

- Vật liệu bồi lấp cửa lấy nước các cơng trình đập dâng Tây Bắc chủ yếu
là cuội sỏi lẫn cát, loại vật liệu bồi lấp này có tính thấm nước tốt, mức độ lưu

thơng nước cao. Với các tính chất như vậy, kết hợp với lý thuyết tính tốn có thể
thấy việc nghiên cứu giải pháp thu nước kiểu ngầm từ tầng bồi tích cuội sỏi để
thay thế hình thức cửa lấy nước trên đập dâng là giải pháp có tính khoa học và
thực tiễn cao.
2.1.1.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm xác định các yếu tố địa chất thủy văn
đặc trưng và khả năng thu nước của một số ống lọc phổ biến.

a) Mơ hình thí nghiệm:
Để tính tốn lượng nước thu qua ống lọc trong các mơi trường có hệ số
thấm khác nhau Jame . French (1964 ) đã đưa ra công thức sau (2.1)

(2.1)

Trong đó

+ K: Hệ số thấm của tầng chứa nước (m/s)

+ H+d: Chiều sâu tim ống so với mực nước tính toán

+ d:Chiều sâu tim ống sovới đỉnh tầng thấm (m)

+ P/W: Chiều sâu tim ống so với mực nước trong ống tập trung (m)

+ r: Bán kính ống lọc (m)

+ I : Bề dày của tầng thấm nước (m)

+ L: Đơn vị chiều dài tính tốn ống lọc (m)

+ (2.2)

+ a: Vị trí thu nước tương đối a được tính theo công thức 2.3

13

(2.3)

Hình 2.4: Minh họa các thông số của công thức 2.1
Để xác định chiều dài ống lọc làm việc, cần đánh giá các giá trị độ cản trở
của lớp cát, sỏi bao quanh ống, và lựa chọn vận tốc dòng chảy trong ống lọc, vận
tốc cho phép khơng gây xáo trộn trong lớp cát sỏi.
- Tính tốn xác định chiều dài ống lọc tối thiểu (Lmin) theo cơng thức:

+ Theo vận tốc dịng chảy vào ống

Lmin1 = Qyêu cầu / (Ađơn vị * e * [v]) (2.4)

+ Theo khả năng khai thác lớn nhất

Lmin2 = Qyêu cầu / qkhai thác (2.5)

Trong đó:

+ Qyêu cầu: Lưu lượng yêu cầu qua hệ thống ống lọc (m3/s)

+ Ađơn vị: Diện tích quanh ống lọc trên 1m dài (m2/m)

+ e: Độ mở của ống lọc (%)

+ v: Tốc độ chảy vào ống lọc tính tốn (m/s)

Trên đây là các cơng thức mà một số tác giả nước ngồi nghiên cứu và
đưa ra; vì vậy để có số liệu đối chứng cũng như để phù hợp với điều kiện thực tế
và mơ phỏng tương tự q trình khai thác nước trong tầng bồi tích, chúng tơi đã

14

tiến hành thí nghiệm xác định quan hệ giữa khả năng thu nước của một số loại
ống lọc phổ biến tại Việt Nam với một số vật liệu cát sỏi phổ biến ở khu vực
Tây Bắc. Mơ hình thí nghiệm xem hình 2.5a,b

Hình 2.5a. Sơ đồ cắt dọc bể thí nghiệm.

Hình 2.5b. Hình ảnh bể thí nghiệm cơng nghệ thu nước kiểu ngầm

15

* Vật liệu lọc: sử dụng vật liệu bồi tích lịng suối gồm các loại chính: cuội
tảng lẫn cát sỏi, sỏi sạn lẫn cát, trong đó đường kính hạt chiếm 10% hàm lượng
thành phần hạt thường là nhóm hạt cát; dùng các loại cấp phối có đường kính
hạt khác nhau tương tự như loại trầm tích lịng suối phổ biến ở khu vực nghiên
cứu, gồm 3 loại cấp phối: Sỏi sạn, Sỏi cát và Cát hạt vừa lẫn sỏi lấy tại các sông
lớn trong khu vực (hình 2.6)

a) b) c)

Hình 2.6. Các loại cát thí nghiệm: a- Sỏi sạn; b- Sỏi cát; c- Cát hạt vừa lẫn sỏi.

* Loại ống lọc thu nước sử dụng trong thí nghiệm (xem hình 2.7):

Bảng 2.3. Các thơng số của ống lọc sử dụng trong thí nghiệm

STT Loại ống lọc Kết cấu ống lọc Đường Độ Nước sản
kính khe hở xuất
ngoài
(mm) (%)

Ống lọc Ống lọc Inox, khe hở giữa các Trung

1 Jonhson dây Inox cuốn vòng quanh ống 110 27.3 Quốc

D110 rộng 1mm.

Ống lọc Ống lọc Inox, khe hở giữa các Trung
19.6
2 Jonhson D68 dây Inox cuốn vòng quanh ống 68
Quốc
rộng 0.5mm.

3 Ống lọc lưới Ống thép D=110, đục lỗ tròn 124 16.7 Việt
D124 Nam
D=10mm, có 6 xương, bọc

16

lưới inox đường kính mắt lưới
0.5mm

Ống nhựa PVC D=90, đục lỗ

4 Ống lọc lưới trịn D=10mm, có 6 xương, 105 12.2 Việt

D105 bọc lưới inox đường kính mắt Nam

lưới 1mm

Ống lọc xẻ Ống lọc nhựa PVC (Tiền 90 8.0 Việt
5 khe PVC Phong), xẻ các khe rộng
0.3mm vòng quanh ống Nam
D90

Hình 2.7. Các loại ống lọc thí nghiệm, từ trái sang lần lượt là ống lọc Jonhson
Inox D110, ống lọc lưới D124, Jonhson Inox D68, ống lọc xẻ khe PVC Tiền

Phong D90, Ống lọc lưới D105.
b) Ảnh hưởng của thành phần hạt đến khả năng thu nước của ống lọc:

Trong cấp phối hạt thì nhóm hạt có ảnh hưởng chủ yếu đến tính thấm của cấp
phối là nhóm có đường kính chiếm 10% (D10) thành phần cấp phối hạt. Vì vậy,
trên cơ sở kết quả thí nghiệm, chúng tơi xây dựng tương quan giữa hàm lượng
hạt D10 và khả năng thu nước của các loại ống lọc; kết quả trình bày tại hình
hình 2.8.

17

Tỷ lưu lượng q (l/s.m)16.00
14.00
12.00 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
10.00 Đường kính hạt D10, mm Power (OL D124)
Power (JS D68)

8.00 Power (XK D90)
6.00
4.00
2.00
0.00

0.0 0.5 1.0

Linear (JS D110)
Power (OL D105)

Hình 2.8. Biểu đồ quan hệ giữa tỷ lưu lượng của các loại ống lọc với đường kính
hạt D10 ở các độ chặt khác nhau của cấp phối.

Qua kết quả thí nghiệm cho thấy, khi đường kính hạt D10 càng tăng thì
khả năng thu nước của các loại ống lọc càng lớn. Biểu đồ này là một trong
những quy luật dùng để tham khảo khi lựa chọn ống lọc.

c) Ảnh hưởng của hệ số thấm đến khả năng thu nước của ống lọc:
Hệ số thấm của môi trường là một trong các yếu tố quyết định đến khả năng
thu nước của ống lọc; vì vậy trên cơ sở kết quả thí nghiệm; chúng tơi tiến hành
xây dựng tương quan giữa khả năng thu nước của các loại ống lọc với hệ số
thấm của một số loại vật liệu đặc trưng khu vực Tây Bắc; kết quả được thể hiện
ở hình vẽ 2.9

18