đánh giá ổn định đập định bình khi gặp lũ cực hạn và giải pháp đảm bảo an toàn khi công trình gặp sự cố

LỜI CẢM ƠN
Luận văn “Đánh giá ổn định đập Định Bình khi gặp lũ cực hạn và
giải pháp đảm bảo an toàn khi công trình gặp sự cố” được hoàn thành với
sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy, Cô, cơ quan, bạn bè và gia đình.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:Thầy giáo hướng dẫn 1:
GS.TS Phạm Ngọc Quý và Thầy giáo hướng dẫn 2: TS. Nguyễn Mai Đăng đã
tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết
cho luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Phòng đào tạo đại học
và Sau đại học, khoa Công trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tận tình giảng
dạy và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, cũng như quá trình thực
hiện luận văn này.
Để hoàn thành luận văn, tác giả còn được sự cổ vũ, động viên khích lệ
và giúp đỡ về nhiều mặt của gia đình và bạn bè.


Hà Nội, ngày 19 tháng 08 năm 2013
Tác giả luận văn



Lê Nguyên Trung



LỜI CAM KẾT

Tên tôi là: Lê Nguyên Trung.
Học viên lớp: 19C12.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội
dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công

bố trong bất kỳ công trình khoa học nào.
Tác giả



Lê Nguyên Trung

MỤC LỤC
38TMỞ ĐẦU38T 1
38T1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI38T 1
38T2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI38T 1
38T3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU38T 1
38T4. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC38T 1
38TCHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN ĐẬP38T 2
38T1.1. Khái quát về đập và hồ chứa.38T 2
38T1.1.1. Khái quát về đập.38T 2
38T1.1.2. Khái quát về hồ chứa.38T 4
38T1.2. Lũ cực hạn và sự cố công trình.38T 5
38T1.2.1. Khái quát về lũ cực hạn.38T 5
38T1.2.2. Khái quát về sự cố công trình38T 7
38T1.2.3. Tổng quan việc sử dụng lũ cực hạn để đánh giá ổn định đập38T 9
38T1.3. Tổng quan ổn định và an toàn đập trên thế giới và Việt Nam.38T 10
38T1.3.1. Tổng quan ổn định và an toàn đập ở Việt Nam.38T 10
38T1.3.2. Tổng quan ổn định và an toàn đập trên thế giới.38T 13
38TCHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐỊNH BÌNH KHI
GẶP LŨ CỰC HẠN
38T 21
38T2.1. Tổng quan về hồ Định Bình.38T 21
38T2.2. Tính toán lũ cực hạn đến đập Định Bình.38T 24
38T2.2.1. Các dữ liệu đầu vào38T 25

38T2.2.2. Kết quả tính toán38T 28
38T2.3. Tính toán điều tiết lũ qua công trình.38T 31
38T2.3.1. Cơ sở lý thuyết.38T 31
38T2.3.2. Xây dựng phần mềm tính toán điều tiết lũ với mực nước vượt đỉnh
đập chắn.
38T 32
38T2.3.3. Kết quả tính toán.38T 38
38T2.4. Đánh giá ổn định đập Định Bình38T 41
38T2.4.1. Mặt cắt và trường hợp tính toán38T 41
38T2.4.2. Các tài liệu cơ bản của công trình38T 43
38T2.4.3. Trình tự và kết quả tính toán38T 44
38T2.4.4. Phân tích đánh giá kết quả tính toán ổn định38T 55
38T2.5. Phân tích đánh giá kết quả.38T 56
38TCHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN
TOÀN ĐẬP ĐỊNH BÌNH
38T 58
38T3.1. Đánh giá ngập lụt khi công trình gặp sự cố38T 58
38T3.1.1. Đánh giá ngập lụt ngay sau tuyến đập.38T 58
38T3.1.2. Đánh giá ngập lụt hạ du khi đập Định Bình bị vỡ.38T 60
38T3.2. Nghiên cứu tính toán và đề xuất các giải pháp đảm bảo an toàn đập38T 65
38T3.2.1. Giải pháp công trình38T 65
38T3.2.2. Giải pháp phi công trình38T 85
38T3.3. Phân tích đánh giá kết quả.38T 86
38TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ38T 87
38T1. Kết luận38T 87
38T2. Kiến nghị38T 88
38TTÀI LIỆU THAM KHẢO38T 89

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
38THình 1.1. Các loại đập đất38T 2

38THình 1.2. Đập đất đá38T 3
38THình 1.3. Đập bê tông và bê tông cốt thép38T 4
38THình 1.4. Các đặc trưng hình thái kho nước[7]38T 5
38THình 1.5. Một số bản vẽ về sự cố lần 1 đập Suối Trầu [6].38T 12
38THình 1.6. Một số bản vẽ về sự cố đập Suối Hành [6].38T 13
38THình 1.7. Sơ đồ tính ổn định với mặt trượt phẳng[16].38T 14
38THình 1.8. Sơ đồ tính ổn định dạng mặt trượt gãy phức hợp[16]38T 15
38THình 1.9. Vị trí của hợp lực trong các trường hợp tính ổn định lật[16]38T 16
38THình 1.10. Phân bố đập lớn trên thế giới (tính đến năm 2000) [22].38T 17
38THình 1.11. Tỷ lệ các loại đập đã được xây dựng trên thế giới [25]38T 17
38THình 1.12. Đập Francis hoàn thành.38T 18
38THình 1.13. Đập Francis sau khi bị vỡ38T 18
38THình 1.14. Đập Malpasset hoàn thành38T 20
38THình 1.15. Đập Malpasset sau khi bị vỡ38T 20
38THình 1.16. Đập Teton đang bị vỡ.38T 20
38THình 2.1. Mặt bằng tổng thể đập Định Bình38T 22
38THình 2.2. Vị trí các trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Côn[5]38T 26
38THình 2.3. Phân phối mưa điển hình của trạm Quy Nhơn38T 27
38THình 2.4. Phân phối mưa PMP hồ Định Bình38T 28
38THình 2.5. Đường quá trình lũ PMF đến đập Định Bình38T 30
38THình 2.6. Sơ đồ khối tính toán điều tiết lũ theo phương pháp lặp38T 34
38THình 2.7. Giao diện chính của phần mềm38T 35
38THình 2.8. Giao diện nhập dữ liệu thủy văn và hồ chứa38T 36
38THình 2.9. Giao diện nhập dữ liệu công trình38T 37
38THình 2.10. Giao diện kết quả tính toán điều tiết lũ của chương trình38T 38
38THình 2.11. Đường quan hệ Z~V hồ Định Bình38T 39
38THình 2.12. Đường quan hệ Q~Zhạ lưu đập Định Bình38T 39
38THình 2.13. Quan hệ ZR
hồ
R~Q của đập Định Bình(Phần đỉnh đập không tràn)38T 40

38THình 2.14. Kết quả tính toán điều tiết lũ PMF hồ Định Bình38T 41
38THình 2.15. Mặt cắt tính toán ổn định của đập tràn Định Bình38T 42
38THình 2.16. Mặt cắt tính toán ổn định của đập dâng chắn Định Bình38T 43
38THình 2.17. Sơ đồ tính toán lực cho mặt cắt đập dâng chắn TH138T 45
38THình 2.18. Sơ đồ tính toán lực cho mặt cắt đập tràn TH138T 50
38THình 2.19. Sơ đồ tính toán lực cho mặt cắt đập dâng chắn TH238T 52
38THình 2.20. Sơ đồ tính toán lực cho mặt cắt đập tràn TH238T 54
38THình 3.1. Nhà máy thủy điện Định Bình nhìn từ hạ lưu38T 58
38THình 3.2. Mặt bằng khu vực cống xả sâu và nhà máy thủy điện Định Bình38T 59
38THình 3.3. Khu vực đất đắp hạ lưu đập Định Bình tại mặt cắt 18.38T 60
38THình 3.4: Minh họa vết vỡ tại tuyến đập hồ Định Bình38T 61
38THình 3.5. Mực nước Hồ Định Bình và sông Côn trước khi bắt đầu vỡ đập38T 62
38THình 3.6. Mực nước hồ Định Bình và sông Côn sau khi đập chính vỡ hết38T 62
38THình 3.7. Bản đồ ngập lụt lớn nhất khi vỡ đập Định Bình do lũ PMF38T 64
38THình 3.8. Gia cố mái đất đắp hạ lưu đập Định Bình (mặt cắt 18)38T 65
38THình 3.9. Mặt cắt ngang mái gia cố của mặt cắt 1838T 66
38THình 3.10. Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ khi có tràn sự cố PA1.38T 67
38THình 3.11. Mặt bằng tổng thể đập Định Bình có bố trí đập tràn sự cố PA1.38T 69
38THình 3.12. Mặt bằng đập tràn sự cố PA1.38T 70
38THình 3.13. Mặt cắt dọc tim tràn sự cố PA1.38T 71
38THình 3.14. Mặt cắt II-II của đập tràn sự cố PA1.38T 72
38THình 3.15. Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ khi có tràn sự cố PA2.38T 73
38THình 3.16. Mặt bằng tổng thể đập Định Bình có bố trí đập tràn sự cố PA2.38T 74
38THình 3.17. Sơ đồ tính toán hố xói sau máng phun của dốc nước.38T 82
38THình 3.18. Mặt bằng tràn sự cố PA238T 83
38THình 3.19. Mặt cắt dọc tim tràn và dốc nước đập tràn sự cố PA238T 84
38THình 3.20. Mặt cắt 1-1 của đập tràn sự cố PA2.38T 84
38THình 3.21. Mặt cắt 2-2 của đập tràn sự cố PA2.38T 84

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
38TBảng 1.1. Tổng hợp các loại sự cố công trình ở hồ chứa nước[9]38T 8
38TBảng 1.2. Tiêu chuẩn lũ thiết kế theo hội đập lớn thế giới (ICOLD)[1].38T 9
38TBảng 2.1. Danh sách các trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Côn.38T 25
38TBảng 2.2. Lượng mưa 1 ngày lớn nhất trạm Vĩnh Kim.38T 27
38TBảng 2.3. Phân phối mưa PMP khu vực hồ chứa Định Bình38T 28
38TBảng 2.4. Đường quá trình lũ PMF đến đập Định Bình38T 29
38TBảng 2.5. Kết quả tính toán lũ PMF của một số công trình thủy điện.38T 30
38TBảng 2.6. Kết quả tính toán ổn định cho mặt cắt đập dâng – trường hợp 1.38T 49
38TBảng 2.7. Kết quả tính toán ổn định cho mặt cắt đập tràn – trường hợp 1.38T 51
38TBảng 2.8. Kết quả tính toán ổn định cho mặt cắt đập dâng – trường hợp 2.38T 53
38TBảng 2.9. Kết quả tính toán ổn định cho mặt cắt đập tràn – trường hợp 2.38T 55
38TBảng 2.10. Tổng hợp kết quả tính toán ổn định cho đập Định Bình.38T 55
38TBảng 3.1. Diện tích ngập và độ sâu ngập khi vỡ đập Định Bình do lũ PMF.38T . 64
38TBảng 3.2. Kết quả tính toán đường mặt nước trên dốc nước của đập tràn sự cố
PA2
38T 77
38TBảng 3.3. Kết quả kiểm tra khả năng khí hóa trên dốc nước của đập tràn sự cố
PA2.
38T 79


1
MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay ngành công nghiệp trên thế giới đang phát triển rất nhanh,
kèm theo đó là các hoạt động tạo ra khí nhà kính và sự khai thác quá mức các
thành phần hấp thụ khí nhà kính như: rừng, hệ sinh thái biển đã làm biến đổi
khí hậu của trái đất. Sự biến đổi này đã làm thiên tai bất thường xẩy ra ở
nhiều nơi trên trái đất. Nếu sự biến đổi khí hậu này không được kiểm soát thì

khả năng thiên tai bất thường xẩy ra sẽ còn nhiều hơn. Trong những thiên tai
này có sự xuất hiện của dòng chảy vượt lũ thiết kế và lũ kiểm tra, vì vậy việc
nghiên cứu tính toán ổn định của đập khi gặp lũ cực hạn, xây dựng bản đồ
ngập lụt khi công trình gặp sự cố và đề xuất giải pháp ứng phó là rất cần thiết.
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
- Đánh giá tổng quan về ổn định và an toàn đập.
- Nghiên cứu tính toán ổn định của đập Định Bình khi gặp lũ cực hạn.
- Nghiên cứu đề xuất giải pháp đảm bảo an toàn đập.
3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Cách tiếp cận: thu thập, tổng hợp, phân tích và đánh giá tài liệu thực
tế về sự cố công trình, tính toán ổn định đập, dự kiến kịch bản vỡ đập có thể
xẩy ra, xây dựng bản đồ ngập lụt hạ du và đề xuất giải pháp ứng phó.
- Phương pháp nghiên cứu: phương pháp thống kê, phương pháp kế
thừa, phương pháp chuyên gia, phương pháp mô phỏng, mô hình toán
4. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC
Trên cơ sở các cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu đã đề ra, tác
giả dự kiến luận văn đạt được một số kết quả sau:
- Tính toán ổn định của đập Định Bình khi gặp lũ cực hạn.
- Đề xuất giải pháp đảm bảo an toàn đập

2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN ĐẬP
1.1. Khái quát về đập và hồ chứa.
1.1.1. Khái quát về đập.
Đập là những công trình chắn ngang sông, làm dâng cao mực nước ở
phía trước tạo thành hồ chứa. Vật liệu làm đập là bê tông, bê tông cốt thép,
gỗ, đá, đất và được gọi tên theo vật liệu làm đập là đập bê tông, đập bê tông
cốt thép, đập gỗ, đập đá, đập đất. Loại đập được dùng rộng rãi nhất là đập vật
liệu tại chỗ và đập bê tông.
a. Đập đất.

Đập đất được xây dựng bằng các loại đất. Tùy thuộc vào việc sử dụng
một hay nhiều loại đất để đắp đập người ta phân ra đập đất đồng chất (hình
1.1a,b) hay đập đất không đồng chất (hình 1.1c,d). Nước thấm qua thân đập
đất tạo thành dòng thấm. Giới hạn trên cùng của dòng thấm là đường bão hòa
thấm (đường abc của hình 1.1a). Nếu đất đắp đập có hệ số thấm quá lớn làm
tổn thất nước trong hồ nhiều thì cần có biện pháp chống thấm như tường
nghiêng hay tường lõi làm bằng vật liệu ít thấm nước như đất sét hoặc đất á
sét, bê tông [14].


a. Đập đất đồng chất;
b. Đập đất có thiết bị chống thấm
tường nghiêng;
c. Đập có tường tâm;
d. Đập đất hai khối
Hình 1.1.Các loại đập đất
b. Đập đá.

3
Loại này có thân đập được đắp bằng đá. Thiết bị chống thấm là tường
nghiêng (hình 1.2a) hoặc tường lõi (hình 1.2b) làm bằng đất sét hay á sét.
Thân đập được đắp bằng nửa đất nửa đá được gọi là đập hỗn hợp đất đá (hình
1.2c)[14].


a Đập đá đổ tường nghiêng bằng đất,
b. Đập đá đổ tường tâm bằng đất,
c. Đập hai khối đất, đá.

Hình 1.2. Đập đất đá

c. Đập bê tông.
Đập bê tông gồm đập bê tông trọng lực (hình 1.3a), đập bản chống
(hình 1.3b) và đập vòm (hình 1.3c).
Đập bê tông trọng lực không tràn có dạng mặt cắt ngang thường gặp là
dạng hình thang, mái thượng lưu thẳng đứng hoặc có độ nghiêng nhỏ, trong
thân đập có thể bố trí đường ống dẫn nước qua đập như hình 1.3a. Đập bê
tông trọng lực tràn nước có dạng mặt cắt thường gặp là dạng mặt cong.
Đập bản chống bao gồm bản mặt ở trước thượng lưu mỏng và một hệ
thống các trụ chống hợp thành như hình 1.3b.
Đập vòm là loại dập được xây dựng bằng bê tông hoặc bê tông cốt
thép làm nhiệm vụ dâng nước và cũng cho phép bố trí những khoang để nước
tràn qua. Nhờ tính hợp lí của dạng vòm trên mặt bằng, đập có thể thu nhỏ mặt
cắt ngang, tỷ lệ chiều rộng đáy mặt cắt ngang trên chiều cao đập (β) dao động
trong khoảng 0,1- 0,65 (hình 1.3c). Nhờ tính ưu việt của kếtcấu dạng vòm,

4
măt cắt đập vòm được thu nhỏ nên tiết kiệm được vật liệu bê tông so với đập
bê tông trọng lực. Đập vòm trọng lực được xây dựng bằng công nghệ thi công
bê tông truyền thống và cả bằng công nghệ bê tông đầm lăn. Đập vòm thường
được sử dụng để xây dựng ở vị trí lòng sông có mặt cắt ngang lòng sông dạng
chữ V hoặc chữ U, đồng thời phải có chất nền đá tốt thì mới kinh tế. Trong
những điều kiện thích hợp, loại đập này có thể đạt đến những độ cao lớn[14].

Hình 1.3. Đập bê tông và bê tông cốt thép
a. đập bê-tông trọng lực; b.đập bản chống phẳng; c.đập vòm;
1.chân răng;2.màng ximăng; 3.thiết bị tiêu nước; 4.mối ghép nhiệt độ;
5.mối nối gia cố; 6.bản chắn nước ; 7. trụ chống;

d. Một số các loại đập khác như: đá đổ bọc bê tông, đập cao su, đập

gỗ Nhưng các loại đập này không được sử dụng rỗng rãi trên thế giới.
1.1.2. Khái quát về hồ chứa.
1.1.2.1. Khái niệm về hồ chứa.
Hồ chứa nước gồm có hồ tự nhiên và hồ nhân tạo. Hồ nhân tạođược
hình thành một cách nhân tạo hoặc bán nhân tạo. Hồ chứa được tạo ra nhằm

5
mục đích điều tiết dòng chảy nhằm phân phối lại dòng chảy tự nhiên theo thời
gian, không gian cho phù hợp với yêu cầu dùng nước, sử dụng nước và phòng
chống lũ lụt. Các hồ chứa lớn trên thế giới và ở Việt Namđều được xây dựng
theo phương thức đắp đập ngăn sông.
1.1.2.2. Các bộ phận của hồ chứa.
a. Lưu vực: là phần diện tích hứng nước cho hồ chứa.
b. Lòng hồ: là một phần diện tích lưu vực, dùng để chứa nước. Lòng hồ
là nơi tích trữ nước và cung cấp nước theo nhiệm vụ của hồ. Lòng hồ càng
lớn thì khả năng trữ, khả năng điều tiết và cấp nước của hồ càng lớn.
c. Đầu mối công trình thường gồm có: đập chắn dâng nước (đập chính
và có thể có một hay nhiều đập phụ), tràn xả lũ (tràn chính, tràn bổ sung, tràn
sự cố ), công trình lấy nước và có thể có: nhà máy thủy điện, âu tầu, đường
chuyển bè gỗ, đường cá đi [9].
1.1.2.3. Các đặc trưng hình thái của hồ chứa
Hồ chứa dâng nước bởi đập dâng và nó có các đặc trưng hình thái:dung
tích chết và mực nước chết; dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình
thường; dung tích siêu cao và mực nước siêu cao; dung tích kết hợp và mực
nước trước lũ.

Mực nước siêu cao (H
R
sc
R

) ,
Mực nước dâng bình thường (HR
bt
R)
Mực nước trước lũ (HR
tl
R),
Mực nước chết (HR
c
R),
Dung tích siêu cao (VR
sc
R),
Dung tích hiệu dụng (VR
h
R),
Dung tích chết (VR
c
R),
Dung tích kết hợp (VR
kh
R).
Hình 1.4. Các đặc trưng hình thái kho nước[7]
1.2. Lũ cực hạn và sự cố công trình.
1.2.1. Khái quát về lũ cực hạn.


6
Lũ cực hạn hay lũ lớn nhất khả năng (PMF-Probable Maximum Flood)
là trận lũ lớn nhất được hình thành từ sự tổ hợp bất lợi nhất của các điều kiện

khí tượng thủy văn xảy ra trên lưu vực có độ ẩm đã bão hòa. Như vậy trận lũ
lớn nhất khả năng được hình thành từ trận mưa lớn nhất khả năng (PMP-
Probable Maximum Precipitation) của lưu vực.
Tính toán lũ lớn nhất khả năng phải qua hai giai đoạn :
(1)- Tính toán mưa lớn nhất khả năng PMP (cả lượng và phân bố theo
thời khoảng ngắn)
(2)- Tính chuyển mưa lớn nhất khả năng PMP sang lũ lớn nhất khả
năng PMF bằng mô hình mưa dòng chảy.
Hiện nay ở Việt Nam, các lưu vực vừa và lớn thường có khá đầy đủ các
tài liệu khí tượng, thủy văn đáp ứng cho việc tính toán mưa lớn nhất khả năng
PMP theo phương pháp cực đại hoá trận mưa lớn thực đo.
1.2.1.1. Tính toán mưa lớn nhất khả năng PMP theo phương pháp cực đại
hoá trận mưa lớn thực đo[7].
Nội dung và các bước tính toán:Trên cơ cở các số liệu khí tượng thủy
văn có sẵn trên lưu vực, các bước tính toán mưa lớn nhất khả năng cho lưu
vực như sau.
1. Xác định hệ số hiệu chỉnh cực đại được thực hiện qua các bước.
Bước 1: Chọn trận mưa lũ đại biểu.
Bước 2: Chọn thời khoảng trận mưa tính toán hiệu chỉnh.
Bước 3: Xây dựng bản đồ đẳng trị lượng mưa thời khoảng và quan hệ
lượng mưa với thời khoảng.
Bước 4:Xác định các hệ số hiệu chỉnh cực đại.
Bước 5: Hệ số hiệu chỉnh tổng hợp.

7
2. Tính lượng mưa lớn nhát khả năng (PMP) và phân bố theo thời khoảng
ngắn.
Bước1:Tính lượng mưa PMP 1 ngày.
Bước2:Tính lượng mưa PMP các thời khoảng khác nhau (2,3 ngày).
Bước3: Xác định phân bố mưa PMP theo thời khoảng ngắn(h).

1.2.1.2.
Tính chuyển mưa PMP sang lũ PMF
Sau khi có phân bố mưa PMP theo thời khoảng ngắn như trình bày ở
trên, việc tính chuyển sang lũ PMF có thể dùng một trong các mô hình đơn
giản như: Mô hình tập trung nước tổng hợp (MHTTNTH); mô hình đường
lưu lượng đơn vị (Unit Hydrograph); mô hình Nash; mô hình truyền lũ
MUSKINGUM [7].
1.2.2. Khái quát về sự cố công trình

Sự cố các công trình thủy lợi có những đặc điểm sau đây:
1. Do một hoặc nhiều nguyên nhân gây ra,trong đó có khảo sát(địa
hình,địa chất công trình,địa chất thủy văn,thủy văn công trình),thiết kế (thủy
công, cơ khí,điện),chế tạo,lắp đặt,thi công và quản lí khai thác.Thực tế về sự
cố đã xảy ra ở các công trình thủy lợi ở nước ta cho thấy rằng,trong các
nguyên nhân đó các nguyên nhân phổ biến là:khảo sát,thiết kế,thi công và chế
tạo lắp đặt.
2. Các hạng mục công trình xẩy ra sự cố có cả các công trình đầu
mối,hệ thống kênh,công trình thủy công cũng như cơ điện. Sự cố lớn thường
xảy ra với các công trình thủy công.
3. Sự cố xảy không phải chỉ có ngay sau khi hoàn thành công trình mà
thường là nhiều năm.Tuy nhiên sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra ngay
khi gặp lũ cực lớn(như vỡ đập Vệ Vừng ở tỉnh Nghệ An và rất nhiều đập nhỏ
khác) và trong quá trình thi công (như sự cố cống Hiệp Hòa ở hệ thống thủy
nông Đô Lương ở tỉnh Nghệ An,sự cố sạt kênh dẫn và vỡ đập ở sông Mực

8
tỉnh Thanh Hóa,sự cố lần thứ 3 đập suối Trầu ở tỉnh Khánh Hòa,sự cố đập Cà
Giây tỉnh Bình Thuận,vv ). Hoặc ở năm tích nước đầu tiên,xả lũ đầu tiên(sự
cố vỡ đập suối Trầu lần thứ 1,lần thứ 2,vỡ đập Suối Hành,vỡ đập Am
Chúa,đều xảy ra tại tỉnh Khánh Hòa,vỡ đập Họ Võ ở tỉnh Hà Tĩnh,vỡđập Đáy

cũ,sự cố đập tràn thủy điện Hòa Bìnhvv…). Những sự cố nghiêm trọng khác
là do sự cố nhỏ xảy ra từ từ nhưng không được xử lí,để tiếp diễn lâu ngày tích
tiểu thành đại(cống Trung Lương ở thành phố Hải Phòng,cống Cầu Xe ở tỉnh
Hải Dương,cống lân 1 ở tỉnh Thái Bình,cống Lạch Bạng ở tỉnh Thanh Hóa,
vỡ cống Mai Lâm ở tỉnh Bắc Ninh,vv…).
4. Những sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra rất đột ngột trong
một thời gian rất ngắn ko kịp thời gian ứng phó(vỡ đập Suối Trầu lần 1, lần
2,vỡ đập Suối Hành,gẫy cửa đập tràn Dầu Tiếng,vỡ đập họ Võ, vỡ cống Mai
Lâm,sạt cống Hiệp Hòa,sạt kênh vào tràn Sông Mực,vỡ đập Vệ Vừng,vỡ đập
Đáy cũ,sạt đập Vục Tròn,sạt đập Yên Mỹ,vv…).
5. Hậu quả do sự cố gây ra thường là nghiêm trọng,việc xử lí rất tốn
kém,gây ra tổn thất lớn về tính mạng tài sản của nhân dân và tài sản quốc
gia,có ảnh hưởng xấu về kinh tế và đối với những những sự cố lớn nghiêm
trọng còn ảnh hưởng xấu đến tình hình xã hội.
Những loại sự cố phổ biến ở các hồ chứa nước là:Thấm (ở nền,vai,thân
đập); sạt lở ở phần gia cố mái thượng lưu; nước lũ tràn qua đỉnh đập do lũ lớn
hơn tần suất thiết kế hoặc mặt đập thấp hơn cao trình thiết kế; tiêu năng tràn
xả lũ bị xói;cửa tràn bị gẫy,bị kẹt;cống lấy nước bị lún,gãy,xói tấm
đáytrần,dột,khớp nối bị hỏng hoặc đứt, cửa cống bị gẫy,bị kẹt
Bảng 1.1. Tổng hợp các loại sự cố công trình ở hồ chứa nước[9]
TT Các loại sự cố Số lượng hồ Tỷ lệ %
1
Thấm
67
15,65
2
Sạt gia cố mái thượng lưu
115
26,87
3

Mức nước lũ lớn, đập thấp
40
9,35

9
4
Thân của thiết bị tiêu năng của tràn bị hỏng
113
26,4
5
Cống lấy nước bị hỏng
77
17,99
6
Cửa van bị hỏng
16
3,74
Tổng
428
100
Từ số liệu thống kê ở bảng 1.1 cho thấy sự cố công trình thường xuất
hiện nhất là: Sạt gia cố mái thượng lưu và thân của thiết bị tiêu năng của tràn
bị hỏng chiếm hơn 26%. Sự cố mực nước lũ lớn, đập thấp chiếm 9,35%, trong
tương lai với sự diễn biến của thời tiết ngày càng phức tạp thì sự cố loại này
sẽ còn tăng thêm nữa.
1.2.3. Tổng quan việc sử dụng lũ cực hạn để đánh giá ổn định đập

Trên thế giới, việc sử dụng lũ cực hạn (PMF) để đánh giá ổn định đập
đã được thực hiện ở một số nước như Anh, Mỹ Theo hội đồng đập lớn thế
giới thì hồ chứa được chia thành 4 nhóm A, B, C, D và tiêu chuẩn thiết kế lũ

của hội đồng đập lớn thế giới (Icold) như bảng 1.2.[1].
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn lũ thiết kế theo hội đập lớn thế giới (ICOLD)[1].
TT
Nhóm
Lũ thiết kế
1
Nhóm A: Hồ chứa khi bị sự cố gây tổn thất về người và tổn thất
về tài sản rất nghiêm trọng cho hạ lưu
PMF
2
Nhóm B: Hồ chứa khi bị sự cố gây tổn thất về người và tổn thất
về tài sản nghiêm trọng cho hạ lưu.
0,5PMF đến
P=0,01%
3
Nhóm C: Hồ chứa khi bị sự cố gây tổn thất không đáng kể về
người và tài sản cho hạ lưu.
0,3PMF đến
P=0,1%
4
Nhóm D: Hồ chứa khi bị sự cố không gây tổn thất về người và tài
sản cho hạ lưu.
0,2PMF đến
P=0,66%
Tại Việt Nam có 2 công trình tiêu biểu đã sử dụng lũ cực hạn là thủy
điện Sơn La và thủy điện Trung Sơn. Với thủy điện Sơn La lũ PMF đã được
sử dụng để làm tần suất lũ kiểm tra của công trình (tần suất thiết kế là 0,01%).
Khi tính toán ổn định của đập Sơn La có sử dựng mực nước lũ cực hạn để tính
toán ổn định theo tổ hợp đặc biệt 2. Với thủy điện Trung Sơn khi tính toán lũ
cực hạn có giá trị lớn gấp hơn 2 lần so với lũ thiết kế do đó thủy điện Trung

Sơn đã phải thiết kế thêm đập tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập tự vỡ.

10
1.3. Tổng quan ổn định và an toàn đập trên thế giới và Việt Nam.
Đánh giá ổn định công trình là một vấn đề rất rộng, với nhiều cách tính
cho nhiều loại công trình khác nhau, vì vậy trong luận văn này chỉ trình bày
vấn đề ổn định và an toàn đập cho đập bê tông trọng lực trên nền đá.
Với đập bê tông trọng lực trên nền đá, các khả năng mất ổn định có thể
xảy ra là:
* Trượt theo một mặt nào đó, có thể là mặt đáy đập tiếp xúc với nền,
hay mặt phẳng đi qua đáy của các chân khay (khi đập có làm chân khay cắm
sâu vào nền). Trường hợp nền đá phân lớp thì cần xét thêm mặt trượt đi qua
các mặt phân lớp, là nơi các đặc trưng chống trượt của đá giảm nhỏ so với
mặt trượt qua đá nguyên khối. Khi thân đập có các vị trí giảm yếu (khoét lỗ,
mặt ngang tiếp giáp giữa các khối đổ, ) thì cần xét mặt trượt đi qua các vị trí
này. Tuỳ theo đặc điểm bố trí công trình và cấu tạo nền đập mà mặt trượt có
thể nằm ngang hay nằm nghiêng (nghiêng về phía thượng lưu hay hạ lưu).
* Lật theo trục nằm ngang dọc theo mép hạ lưu của một mặt cắt nào đó,
thường là mặt đáy đập, hay mặt cắt mà đập bị khoét lỗ, giảm yếu. Khả năng
lật chỉ có thể xảy ra khi biểu đồ ứng suất trên mặt nằm ngang tính toán có giá
trị âm (trên một phần mặt tính toán có ứng suất kéo).
* Nền đập bị phá hoại khi trị số ứng suất từ đập truyền xuống vượt quá
sức chịu tải của nền. Trong trường hợp này, cần phải thay đổi hình dạng mặt
cắt đập, hoặc tăng bề rộng đáy đập để điều chỉnh lại phân bố ứng suất dưới
đáy đập.
1.3.1. Tổng quan ổn định và an toàn đập ở Việt Nam.
1.3.1.1. Tổng quan về ổn định
Theo quy chuẩn Việt Nam QCVN 04 - 05 : 2012/BNNPTNT: Khi tính
toán ổn định, độ bền, ứng suất, biến dạng chung và cục bộ cho các công trình

11
thủy lợi và nền của chúng, phải tiến hành theo phương pháp trạng thái giới
hạn.
Để đảm bảo an toàn kết cấu và nền của công trình, trong tính toán phải
tuân thủ điều kiện quy định trong công thức (1.3.1) hoặc (1.3.2):
R
k
m
Nn
n
ttc
≤.

(1.3.1)
Đặt:
m
kn
K
nc
cp
.
=

(1.3.2)
trong đó:
n
R
c
R - hệ số tổ hợp tải trọng, nR
c

R lấy theo [10].
k
R
n
R - hệ số tin cậy, phụ thuộc vào cấp công trình, kR
n
R lấy theo [10].
m - hệ số điều kiện làm việc. m lấy theo [10].
K
R
cp
R- là hệ số an toàn chung của công trình.
N
R
tt
R - là tải trọng tính toán tổng quát (lực, mô men, ứng suất), biến dạng
hoặc thông số khác mà nó là căn cứ để đánh giá trạng thái giới hạn. Tải trọng
tính toán bằng tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số lệch tải n (lấy theo [10]).
Tải trọng tiêu chuẩn có trong các tiêu chuẩn khảo sát thiết kế quy định riêng
cho mỗi loại công trình.
N
R
tt
R =n.NR
tc
R (1.3.3)
R - là sức chịu tải tính toán tổng quát, biến dạng hoặc thông số khác
được xác lập theo các tài liệu tiêu chuẩn thiết kế.
1.3.1.2. An toàn đập ở Việt Nam.
Một số sự cố đập ở Việt Nam được trình bày dưới đây.

1. Vỡ đập Suối Trầu ở Khánh Hoà

Đập Suối Trầu ở Khánh Hoà có dung tích 9,3triệu mP
3
P nước, chiều cao
đập cao nhất: 19,6m, chiều dài thân đập: 240m. Đập Suối Trầu bị sự cố 4 lần:
Lần thứ 1: năm 1977 vỡ đập chính lần 1. Lần thứ 2: năm 1978 vỡ đập chính

12
lần 2. Lần thứ 3: năm 1980 xuất hiện lỗ rò qua đập chính. Lần thứ 4: năm
1983 sụt mái thượng lưu nhiều chỗ, xuất hiện 7 lỗ rò ở đuôi cống.

Về thiết kế: xác định sai dung trọng thiết kế. Trong khi dung trọng khô
đất cần đạt γ = 1,84T/m
P
3
P thì chọn dung trọng khô thiết kế γR
k
R = 1,5T/mP
3
P cho
nên không cần đầm, chỉ cần đổ đất cho xe tải đi qua đã có thể đạt dung trọng
yêu cầu, kết quả là đập hoàn toàn bị tơi xốp.

Về thi công: đào hố móng cống quá hẹp không còn chỗ để người đầm
đứng đầm đất ở mang cống. Đất đắp không được chọn lọc, nhiều nơi chỉ đạt
dung trọng khô γ
R
k
R = 1,4T/mP

3
P, đổ đất các lớp quá dày, phía dưới mỗi lớp
không được đầm chặt.

Về quản lý chất lượng:Không thẩm định thiết kế.Giám sát thi công
không chặt chẽ, nhất là những chỗ quan trọng như mang cống, các phần tiếp
giáp giữa đất và bê tông, không kiểm tra dung trọng đầy đủ.Số lượng lấy mẫu
thí nghiệm dung trọng ít hơn quy định của tiêu chuẩn, thường chỉ đạt 10%.
Không đánh dấu vị trí lấy mẫu.

Như vậy, sự cố vỡ đập Suối Trầu đều do lỗi của thiết kế, thi công và
quản lý.


Hình 1.5. Một số bản vẽ về sự cố lần 1 đập Suối Trầu [6].
2. Vỡ đập Suối Hành ở Khánh Hoà
Đập Suối Hành có một số thông số cơ bản sau: Dung tích hồ: 7,9triệu
m
P
3
P nước. Chiều cao đập: 24m. Chiều dài đập: 440m. Đập được khởi công từ
tháng 10/1984, hoàn công tháng 9/1986 và bị vỡ vào 2h15 phút đêm

13
03/12/1986. Nguyên nhân là do sai sót trong quá trình: khảo sát địa chất, số
liệu thí nghiệm vật liệu đắp đập, thiết kế và thi công công trình
Thiệt hại do vỡ đập: Trên 100 ha cây lương thực bị phá hỏng, 20 ha đất
trồng trọt bị cát sỏi vùi lấp, 20 ngôi nhà bị cuốn trôi, 4 người bị nước cuốn
chết.

Hình 1.6. Một số bản vẽ về sự cố đập Suối Hành [6].
1.3.2. Tổng quan ổn định và an toàn đập trên thế giới.
1.3.2.1. Tổng quan về ổn định
Trong tính toán đập bê tông trọng lực nhiều phương pháp phân tích ổn
định và phương pháp phân tích ứng suất tùy theo quan điểm của từng nước do
đó các phương pháp được đưa vào tiêu chuẩn thiết kế đập bê tông trọng lực
của mỗi nước khác nhau. Với Việt Nam, Liên bang Nga và Trung Quốc có

14
quan điểm giống nhau đều tính ổn định theo trạng thái giới hạn. Với tiêu các
tiêu chuẩn Mỹ thì tính toán ổn định theo trạng thái cân bằng giới hạn. Sau đây
luận văn sẽ trình bày tính toán ổn định theo trạng thái cân bằng giới hạn[16].
U1. Tính toán ổn định trượt.
Với đập bê tông trên nền đá ta có công thức chung để tính ổn định trượt
là công thức (1.3.4):
τ
φσ
τ
τ
Ctg
K
F
+
==
.

(1.3.4)

Trong đó:
Ctg
F
+=
φστ
.
, theo tiêu chuẩn phá hoại Mohr – Couloml.
a. Mặt trượt phẳng
Với mặt trượt phẳng có các sơ đồ tính như hình 1.7.



a. Sơ đồ tính với mặt trượt
nằm ngang
b. Sơ đồ tính với mặt trượt
dốc phía thượng lưu
c. Sơ đồ tính với mặt trượt
dốc phía hạ lưu
Hình 1.7. Sơ đồ tính ổn định với mặt trượt phẳng[16].
* Với mặt trượt nằm ngang (hình 1.7.a)
( )
H
LCtgUW
K
.+−
=
φ

(1.3.5)

trong đó:
H – tổng lực theo phương ngang tác dụng lên đập.
C - lực dính trên mặt trượt.
L - Chiều dài mặt trượt.
W – tổng các lực tác dụng thẳng đứng lên mặt trượt.
U – lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng lên mặt trượt.
φ
- góc ma sát trong của nền tại vị trí mặt trượt.

15
* Với mặt trượt nghiêng về thượng lưu hay hạ lưu (hình 1.7.b, c).
( )
αα
φαα
sincos
.sincos
WH
LCtgHUW
K
−
++−
=

(1.3.6)
trong đó:
α
- góc hợp giữa mặt trượt và phương ngang; các ký hiệu
khác như công thức (1.3.10).
b. Mặt trượt gãy phức hợp
Với mặt trượt gãy phức hợp sơ đồ tính như hình 1.8.

a. Hình dạng mặt trượt
b. Sơ đồ tính ổn định
Hình 1.8. Sơ đồ tính ổn định dạng mặt trượt gãy phức hợp[16]
Công thức tính toán cho dạng mặt trượt này như công thức (1.3.7).
(
) ( ) ( )
[ ]
{ }
( ) ( ) ( )
[ ]
iiiiiiiRiLi
iiiiiiiiRiLiiii
VWPPHH
lCtgUPPHHVW
K
ααα
φααα
sincoscos
sinsincos
1
1
+−−+−
+−−+−++
=
−
−

(1.3.7)

trong đó:
i – số thứ tự mặt trượt đang phân tích.
W
R
i
R – tổng trọng lượng nước, đất, đá hay bê tông của khối thứ i.
V
R
i
R – Tổng các lực tác dụng phía trên khối nêm thứ i.
H
R
Li
R – các lực tác dụng theo phương ngang ở trên hoặc dưới tác dụng
bên phía trái khối trượt.
H
R
Ri
R – các lực tác dụng theo phương ngang ở trên hoặc dưới tác dụng
bên phía phải khối trượt.
(P
R
i-1
R – PR
i
R) – tổng các lực tác dụng phương ngang lên khối đá thứ i.
U
R
i
R – lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng lên mặt trượt thứ i.

C
R
i
R – lực dính đơn vị tính tại mặt trượt thứ i.

16
lR
i
R- chiều dài mặt trượt thứ i.
i
α
- góc hợp giữa mặt trượt thứ i với phương nằm ngang.
i
φ
- góc ma sát trong của khối nêm thứ i.
U2. Tính toán ổn định lật.
An toàn chống lật căn cứ vào vị trí của hợp lực (R) như hình 1.9, chỉ số
tính toán là tỷ số giữa tổng mô men
∑
M
của các lực thẳng đứng và nằm
ngang lấy với chân đập trên tổng các lực thẳng đứng
∑
V
.



Hình 1.9. Vị trí của hợp lực trong các trường hợp tính ổn định lật[16]

Khi chỉ số tính toán như công thức (1.3.8) nằm ngoài 1/3 phần giữa tiết
diện tính toán thì không thỏa mãn điều kiện chịu nén.
∑
∑
=
V
M
e

(1.3.8)
1.3.2.2. An toàn đập trên thế giới
1. Tổng quan đập trên thế giới.
Theo báo cáo của Ủy ban thế giới về đập, tính đến năm 2000 có khoảng
45.000 đập lớn (H
R
đập
R>15m) trên 140 quốc gia. Phân bố đập lớn trên thế giới
như hình 1.10.

17

Hình 1.10. Phân bố đập lớn trên thế giới (tính đến năm 2000)[22].

33TNhiều loại đập đã được xây dựng trên thế giới trong đó đập đấtchiếm
ưu thếvới6
33T33T333T% 33Tcủa tất cả các33Tloại 33Tđậpđược báo cáo.Đây làloại33T đập 33Tlâu đời nhất33T.
33THơn nữaloạiđập33T này 33T có thể được đắp bằng các vật liệu khác nhau33T. Tỷ lệ các
loại đập khác nhau đã được xây dựng như trong hình 1.11.

Đập đất chiếm 63%;
đập đá đổ: 8%;
đập trọng lực: 17%;
đập trụ chống 1%;
đập cửa van 0.7%;
đập vòm 5%;
đập liên vòm 0.3%;
đập khác 5%.

Hình 1.11. Tỷ lệ các loại đập đã được xây dựng trên thế giới[25]
Nguồn: 38T
2. Một số sự cố đập trên thế giới.
a. Đập Francis (Mỹ)[23].
Đây là đập bê tông trọng lực cao 62,5m, bắt đầu xây dựng năm 1924 và
hoàn thành 1926, cách thành phố Los Angeles (Mỹ) khoảng 72km về phía

18
Bắc. Đến lúc 12h đêm ngày 12/3/1928 đập bị vỡ. Trước khi bị vỡ đập không
có bất cứ 1 dấu hiệu bất thường nào. Đập có chiều dài 213m, khi bị vỡ 2 bên
vai đập đều bị xói hỏng chỉ còn lại 23m đoạn đập ở giữa lòng sông. Vào thời
điểm vỡ, gần như toàn bộ dung tích nước trong hồ chứa (47 triệu m
P
3
P) đổ về hạ
lưu. Đỉnh sóng cao nhất lúc vỡ đập lên tới 38m trên đoạn dài 1,6km sau đập.
Nước lũ đã làm chết khoảng 450 người. Lũ lớn gây thiệt hại nặng nề cho
đường giao thông, đường sắt nhưng may mắn là do đập vỡ vào ban đêm nên
cũng có ít phương tiện giao thông trên đường bộ nên cũng giảm nhẹ được
thiệt hại về người. Nước lũ còn ảnh hưởng đến tận thị trấn Santa Paula cách
đập tận 61 km về phía hạ lưu.

Hình 1.12. Đập Francis hoàn thành. Hình 1.13. Đập Francis sau khi bị vỡ

b.ĐậpMalpasset (Pháp). [24]
Đập Malpasset là một đập vòm trên sông Reyran, miền nam nước Pháp.
Đập nằm cách Fréjus khoảng 7 km về phía bắc. Nó sụp đổ tháng 2 năm 1959,
khoảng 423 người thiệt mạng trong sự cố.Đập được xây dựng để cung cấp
nước và tưới tiêu cho khu vực. Đập vòm Malpasset là đập vòm mỏng cong
hai chiều bán kính thay đổi, đập có chiều cao 60m, bề rộng đáy đập 6.78m, bề
rộng đỉnh đập 1.5m, chiều dài đỉnh đập 223m, bề rộng tràn xả lũ 30m. Đập
được bắt đầu xây dựng vào năm 1951 và đến năm 1959 thì hoàn thành.