ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đánh giá an toàn công trình trên hệ thống

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp cao học, được sự giúp đỡ
của các thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là cô TS Phạm Hồng
Cường, thầy PGS.TS Nguyễn Quang Hùng, cô Th.s Nguyễn Lan Hương, và
cùng sự nỗ lực của bản thân. Đến nay, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ
thuật, chuyên ngành Xây dựng công trình thủ
y.
Các kết quả đạt được là những đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong quá trình
nghiên cứu và tính toán ổn định công trình trong hệ thống thủy nông, góp phần nâng
cao độ chính xác trong quá trình đưa ra mức độ hư hỏng và độ tin cậy của công
trình. Tuy nhiên, trong khuôn khổ luận văn, đo điều kiện thời gian và trình độ có
hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những
lời chỉ b
ảo và góp ý của các thầy, cô giáo và các đồng nghiệp.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô TS Phạm Hồng Cường, thầy giáo
PGS.TS Nguyễn Quang Hùngvà cô Th.s Nguyễn Lan Hương đã hướng dẫn, chỉ
bảo tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện
luận văn. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo thuộc Bộ môn Thủy công- khoa
Công trình, phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại họ
c trường Đại học Thủy lợi đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành tốt luận văn thạc sỹ của mình.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã
động viên, khích lệ tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này
Hà nội, tháng 8 năm 2013
Tác giả


Nguyễn Thị Lệ

BẢN CAM KẾT

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thông tin,
tài liệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Kết quả nêu trong luận
văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào trước
đây.
Tác giả


Nguyễn Thị Lệ

















DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1-1 : Sơ đồ đập dâng nước
Hình 1-2. Cống Xuân Quan (HTTL Bắc-Hưng-Hải).
Hình 1-3. Đập dâng Bái Thượng trên sông Chu (khi chưa tôn cao)
Hình 1-4. Công trình đầu mối Thạch Nham (Quảng Ngãi).
Hình 1-5. Đập dâng Đầm Chích – Kiên Giang
Hình 1-6. Cống Liên Mạc-đầu mối của HTTL Sông Nhuệ.
Hình 1-7. Sơ đồ bố trí hệ thống kênh tưới.
Hình 2-1: Định nghĩa biên hư hỏng Z = 0
Hình 2-2 Sơ đồ tính độ tin cậy của kết cấu công trình
Hình 2-3: Sơ đồ của hệ có cấu trúc các ph
ần tử ghép nối tiếp
Hình 2-4: Sơ đồ của hệ có cấu trúc các phần tử ghép song song
Hình 2-5: Một dạng ghép hỗn hợp giữa các phần tử
Hình 2-6: Sơ đồ "cây sự cố"
Hình 2-7 Định nghĩa xác suất xảy ra sự cố và chỉ số độ tin cậy
Hình 3-1: Sơ đồ đoạn kênh tính toán

Hình 3-2: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cống Lăng Trình
Hình 3-3: Luật phân phối của γ
k
cống Lăng Trình

Hình 3-4: Luật phân phối của γ
bt
cống Lăng Trình

Hình 3-5: Luật phân phối của ϕ cống Lăng Trình
Hình 3-6: Luật phân phối của C cống Lăng Trình
Hình 3-7: Luật phân phối của L cống Lăng Trình
Hình 3 – 8: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cống tại Km0+317 .

Hình 3-9: Luật phân phối của γ
k
cống tại Km0+317
Hình 3-10: Luật phân phối của ϕ cống tại Km0+317
Hình 3-11: Luật phân phối của C cống tại Km0+317
Hình 3-12: Luật phân phối của L cống tại Km0+317
Hình 3-13 : Ảnh hưởng của các đại lượng ngẫu nhiên đến ổn định trượt cống
Hình 3-14 : Ảnh hưởng của các đại lượng ngẫu nhiên đến ổn định lật cống
Hình 3-15 : Ảnh hưởng của các đại lượng ngẫu nhiên đến ổn định trượt của kênh

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3-1: Phân lớp và tính các tham số thống kê cống Lăng Trình
Bảng 3-2: Tần suất lý thuyết n
i
’ của các lớp cống Lăng Trình
Bảng 3-3: Chuỗi số liệu thực nghiệm cống
Lăng Trình
Bảng 3-4: Quy luật phân phối luật xác xuất
Bảng 3-5: Chuỗi số liệu thực nghiệm
của cống tại Km0+317
Bảng 3-6: Quy luật phân phối luật xác xuất
của cống tại Km0+317
Bảng 3-7: Số liệu địa chất phục vụ tính toán kênh
Bảng 3- 8: Kết quả tính toán Kmin và Jmax cho từng mặt cắt kênh
Bảng 3-9: Các giá trị cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam và Châu Âu.

MỤC LỤC
I. MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài. 1
2. Nội dung nghiên cứu của đề tài 2
3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài. 2
4. Mục tiêu của đề tài. 2
5. Cách tiếp cận và nghiên cứu. 2
6. Các kết quả và đóng góp của luận văn 2
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH THỦY
NÔNG VIỆT NAM 4
1.1. Chức năng của công trình thủy lợi 4
1.2. Nhi
ệm vụ công trình thủy lợi 5
1.2.1 Công trình dâng nước 5
1.2.2. Công trình điều chỉnh dòng chảy 6
1.2.3. Công trình dẫn nước 7
1.3. Tổng quan về hệ thống công trình thủy lợi ở Việt Nam 7
1.3.1. Hệ thống thuỷ lợi Bắc - Hưng - Hải 8
1.3.2. Hệ thống thuỷ lợi sông Chu 9

1.3.3. Hệ thống thuỷ lợi Thạch Nham 10
1.3.4. Hệ thống thuỷ lợi Dầu Tiếng 11
1.3.5. Hệ thống thuỷ lợi Tứ giác Long Xuyên 11
1.4. Vai trò của các loại công trình trong hệ thống: 12
1.4.1. Công trình đầu mối 12
1.4.2. Công trình chuyển nước 13
1.4.3 Các công trình trên hệ thống 14
1.4.3.1Các cống lấy nước, cống điều tiết 14
1.4.3.2 Các công trình chuyển nước 14
1.4.3.3 Các công trình nối tiếp 15
1.4.3.4 Công trình đo nước 15
1.4.3.5 Các công trình bảo vệ kênh 15
1.4.3.6 Bể lắng cát 16
1.4.3.7 Công trình vận tải thuỷ trên kênh 16

1.4.3.8 Cầu giao thông qua kênh 16
1.5. Tổng quan các phương pháp đánh giá an toàn công trình trong hệ thống hiện hành 17
1.5.1 Phương pháp ứng suất cho phép 17
1.5.2 Phương pháp hệ số an toàn 17
1.5.3 Phương pháp trạng thái giới hạn 18
1.5.4. Phương pháp tính theo lý thuyết độ tin cậy 19
1.5.4.1 Sự hình thành của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên: 19
1.5.4.2 Lịch sử phát triển phương pháp thiết kế ngẫu nhiên trên thế giới 20
1.5.4.3. Các cấp độ tiếp cận trong ứng dụng phương pháp thiế
t kế ngẫu nhiên 20
1.6. Kết luận chương 1 21
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ỔN ĐỊNH HỆ
THỐNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY 23
2.1 Giới thiệu phương pháp lý thuyết độ tin cậy 23
2.1.1 Giới thiệu chung 23

2.1.2 Những ưu điểm khi sử dụng lý thuyết độ tin cậy 26
2.2. Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiên 27
2.2.1. Tính toán cấp độ I: 27
2.2.2 . Tính toán cấp độ
II 29
2.2.3 . Tính toán cấp độ III 34
2.3 Cơ chế phá hoại ổn định tổng thể của hệ thống thủy nông 35
2.3.1. Khái niệm về hệ thống thủy nông trong lý thuyêt độ tin cậy 35
2.3.2. Hệ có cấu trúc ghép nối tiếp 36
2.3.3. Hệ có cấu trúc ghép song song: 36
2.3.4. Hệ có cấu trúc ghép hỗn hợp 37
2.3.5. Hệ có cấu trúc ghép bất kỳ 38
2.3.6 Sơ đồ cây sự cố hệ thống thủy nông 38
2.3.7. Các yếu tổ ngẫu nhiên tác động đế
n chất lượng công trình trong hệ thống thủy nông39
2.8 Lý thuyết áp dụng để phân tích 40
2.8.1 Lý thuyết áp dụng 40
2.8.2 Cơ sở đánh giá mức độ an toàn 43
2.9 Xác suất xảy ra sự cố đối với hệ thống thủy nông 43
2.9.1 Cống mất ổn định do trượt 43
2.9.2 Cống mất ổn định do lật 44
2.9.3 Mất ổn định đoạn kênh dẫn nước: 44

2.9.4 Xác suất xảy ra sự cố đối với đoạn kênh tính toán 45
2.10 Các phần mềm dùng trong luận văn 45
2.11 Kết luận chương 2 46
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH
CHO MỘT ĐOẠN KÊNH THUỘC HỆ THỐNG SÔNG CẦU 47
3.1. Đặt vấn đề 47
3.2 Giới thiệu về hệ thống 47

3.3. Nội dung tính toán 48
3.3.1 Sơ đồ tính toán 48
3.3.2 Nội dung tính toán 48
3.4. Tính toán ổn định C
ống Lăng Trình 49
3.4.1. Các trường hợp tính toán ổn định Cống Lăng Trình 49
3.4.2. Các tài liệu tính toán 50
3.4.3. Tính toán ổn định trượt phẳng 51
3.4.3.1. Tính ổn định trượt của cống theo phương pháp hệ số an toàn 51
3.4.3.2. Tính ổn định trượt của cống theo lý thuyết độ tin cậy 53
3.4.4. Kiểm tra lật của cống 60
3.4.4.1. Kiểm tra lật của cống theo phương pháp hệ số an toàn 60
3.4.4.2. Kiểm tra lật của cống theo lý thuyết độ tin cậ
y 60
3.5. Tính toán ổn định của cống tại Km0+317 61
3.5.1. Tính toán ổn định trượt phẳng của cống 62
3.5.1.1. Tính toán ổn định trượt phẳng của cống theo phương pháp hệ số an toàn 62
3.5.1.2. Tính ổn định trượt của cống Km0+317 theo lý thuyết độ tin cậy 64
3.5.2 Kiểm tra lật quanh trục B 65
3.5.2.1. Kiểm tra lật của cống theo phương pháp hệ số an toàn 65
3.5.2.2. Kiểm tra lật của cống theo lý thuyết độ tin cậy 65
3.6. Đánh giá
độ tin cậy cho các phần tử-kênh trong hệ thống chọn 68
3.7. Phân tích/Đánh giá kết quả 70
3.7.1.Phân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ổn định trượt phẳng: 71
3.7.2. Phân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ổn định lật 71
3.7.3. Phân tích/ đánh giá kết quả tính toán ổn định của hệ thống 72
3.7.3.1 Ảnh hưởng của các ĐLNN đến ổn định của kênh 73
3.8. Kết luận chương 3 77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79

1. Những kết quả đạt được: 79
2. Những tồn tại: 79
3. Kiến nghị: 80
4. Hướng tiếp tục nghiên cứu: 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
I. Tiếng Việt 82
II. Tiếng nước ngoài 83












1
I. MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Hiện nay, việc đánh giá chất lượng kỹ thuật cho các công trình thuỷ lợi là
một bài toán rất phức tạp, vì công trình thường nằm sâu trong đất và chịu tác dụng
của nhiều yếu tố phức tạp như lực tĩnh, lực động áp lực thấm…vv. Việc đánh giá
đúng nguyên nhân hư hỏng lại càng khó khăn hơn.
Hiện nay do sự biế
n đổi của khí hậu, thiên tai bão lụt xảy ra thường xuyên
hơn nên các công trình nói chung đặc biệt là công trình thủy lợi phải chịu thêm

nhiều yếu tố bất lợi. Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết xác suất và quá
trình ngẫu nhiên nhằm phản ánh đúng thực tế hơn. Là hướng nghiên cứu tất yếu trên
thế giới cũng như trong nước, nhằm đầu tư cho công trình đạt hiệu quả. Hơn nữa
với việc phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ đặc biệt là công nghệ thông
tin, việc áp dụng các lý thuyết mới như lý thuyết độ tin cậy vào bài toán đánh giá và
chẩn đoán chất lượng công trình thủy lợi phải được quan tâm hơn.
Vấn đề nghiên cứu đánh giá chất lượng kết cấu công trình đã khá hoàn thiện.
Xong nghiên cứu để đánh giá chất lượng kết cấu hệ
thống công trình thủy lợi hiện
nay chưa được nghiên cứu. Trên thế giới hiện nay có quy trình đánh giá nhanh RAP
của tác giả Charles Burt Tr−êng §¹i häc kü thuËt California. Phương pháp này giúp
đánh giá toàn diện hiện trạng hệ thống nhưng bằng định tính, hoàn toàn phụ thuộc
vào chuyên gia và người được điều tra để trả lời hơn 700 câu hỏi đối với một hệ
thống. Việt Nam cũng đã có đề tài nghiên cứu áp dụng phương pháp này nh
ưng rất
nhiều câu hỏi trong điều kiện các hệ thống thủy lợi ở Việt Nam không thể trả lời
được. Hơn nữa, RAP không đánh giá được bản chất thực của kết cấu công trình
bằng định lượng.
Xuất phát từ thực tế khai thác các hệ thống công trình thuỷ nông, cho thấy
không ít hệ thống công trình bị sự cố dẫn đến phá huỷ công trình với nhiều lý do
khác nhau, trong
đó có những yếu tố không được xét đến do hạn chế của các
phương pháp trong tính toán truyền thống nên đã gây ra những tổn thất đáng tiếc
đối với sản xuất, kinh tế, an toàn môi trường và con người. Hơn nữa, các nghiên

2
cứu trước đây mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu đánh giá chất lượng cho một công
trình cụ thể, đơn lẻ mà chưa có một nghiên cứu nào nhằm đánh giá chất lượng kỹ
thuật về kết cấu của một nhóm công trình cũng như cả hệ thống công trình thủy lợi.
Từ những lý do đó, luận văn tiến hành nghiên cứu ứng dụng lý thuyế

t độ tin
cậy nhằm đánh giá an toàn công trình trên hệ thống mang tính khoa học và thực
tiễn cao.
2. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đánh giá an toàn công trình trên hệ
thống thủy lợi.
3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài.
- Phạm vi nghiên cứu là công trình trên hệ thống thủy lợi.
4. Mục tiêu của đề tài.
Nghiên cứu khắc phục các khiếm khuyết của phương pháp tính truyền th
ống,
bằng cách dựa trên áp dụng các phương pháp xác suất của lý thuyết độ tin cậy để
đánh giá và từ đó nâng cao chất lượng như mong muốn của công trình trên hệ
thống xây dựng trong điều kiện Việt Nam.
5. Cách tiếp cận và nghiên cứu.
- Thu thập, nghiên cứu tài liệu của các công trình trên hệ thống thực tế
- Tiếp cận với lý thuyết độ tin cậy trong tính toán đánh giá an toàn công
trình.
- Ứng dụng các phần mề
m: Bestfit, Vap for MS windows, Geo – Slope
đánh giá an toàn công trình trên hệ thống.
6. Các kết quả và đóng góp của luận văn.
- Nghiên cứu lý thuyết độ tin cậy trong đánh giá an toàn công trình.
- Ví dụ minh họa công nghệ tính toán công trình bằng lý thuyết độ tin cậy .
- Đưa ra các kiến nghị về nâng cao an toàn công trình trên hệ thống theo lý
thuyết độ tin cậy.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
- Áp dụng lý thuyết độ tin cậy trong tính toán công trình thủy lợi.

3

- Sử dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao an toàn hệ thống công trình
thủy lợi.
- Áp dụng cho hệ thống công trình hiện đang tồn tại nhằm chứng minh tính
thực tiễn và khả năng áp dụng được của kết quả tính toán.























4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH
THỦY NÔNG VIỆT NAM

1.1. Chức năng của công trình thủy lợi [19]
Nước ta có lượng mưa dồi dào và có mạng lưới sông phong phú. Tổng lượng
nước hàng năm của các song ngòi chảy qua nước ta khoảng 845km3 và 350 triệu
m3 phù sa truyền tải trên 2360 con sông, tổng lưu lượng bình quân hàn năm trên các
con sông là 27.500m3/s. Nguồn nước phong phú đó đủ thỏa mãn cho nhu cầu kinh
tế quốc dân với điều kiện ph
ải có kế hoạch quản lý, phân phối, điều hòa, sử dụng
hợp lý.
Tuy vậy do phân phối không đều theo thời gian, phần lớn tập trung vào mùa
lũ, đồng thời phân bố không đều trên toàn bộ lãnh thổ. Vì vậy cần phải xây dựng
các công trình thủy lợi để phân phối lại nguồn nước theo không gian và điều chỉnh
dòng chảy theo thời gian một cách hợp lý. Nguồn nước được sử dụng vào các mục
đich giao thông vận tải, tăng nguồn điện, cung cấp nước cho dân cư và công nghiệp,
tưới ruộng, thau chua rửa mặn, nuôi trồng thủy sản…
Căn cứ vào mục đích trên, cần phải xây dựng các công trình thủy lợi bao
gồm các lĩnh vực sau:
+ Thủy năng: sử dụng nguồn nước sông, biển để phát điện
+ Thuỷ nông: Dùng biện pháp thuỷ lợi để tưới tiêu, thau chua rửa mặ
n
chống xói mòn.
+ Cung cấp nước và thoát nước cho khu công nghiệp, thành phố, nông thôn,
nhà máy, nông trường, trại chăn nuôi v.v
+ Giao thông thuỷ : lợi dụng nước sông, hồ, biển để phát triển đường thuỷ.
+ Thuỷ sản : làm hồ nuôi cá và cấp nước nuôi trồng thuỷ sản.
Ngoài ra biện pháp thuỷ lợi có liên quan đến công trình phục vụ công cộng
khác như công trình vệ sinh môi trường, công trình phục vụ thể thao và du lịch
+ Khi khai thác nguồn nước, việc thực hiện nguyên t
ắc lợi dụng tổng hợp rất
phức tạp vì các lĩnh vực thuỷ lợi yêu cầu dùng nước không giống nhau, có ngành
cần nước thường xuyên như cấp nước, thuỷ điện, có ngành dùng nước theo từng

5
thời kỳ như tưới ruộng; có ngành tiêu phí nước như cấp nước, tưới ruộng, nhưng có
ngành sau khi sử dụng, nước không mất đi như thuỷ điện, vận tải thuỷ, nuôi cá Do
đó có khi cùng một lúc không thoả mãn được nhiều ngành thì phải dựa vào nguyên
tắc ưu tiên cho ngành trọng điểm và có chú ý thích đáng đến các ngành khác. Mọi
biện pháp thuỷ lợi để lợi dụng tổng hợp nguồn nước sẽ mang lại hiệu quả kinh tế
cao nhất.
1.2. Nhiệm vụ công trình thủy lợi [19]
Công trình được xây dựng để sử dụng nguồn nước gọi là công trình thuỷ lợi.
Nhiệm vụ chủ yếu của các công trình thuỷ lợi là làm thay đổi, cải biến trạng thái tự
nhiên dòng chảy của sông, hồ, biển, nước ngầm để sử dụng nước một cách hợp lý
có lợi nhất và b
ảo vệ môi trường xung quanh tránh khỏi những tác hại của dòng
nước gây nên. Công trình thuỷ lợi có thể làm hình thành dòng chảy nhân tạo để thoả
mãn nhu cầu dùng nước, khi dòng chảy tự nhiên ở nơi đó không đủ hoặc không có.
Căn cứ vào tính chất tác dụng lên dòng chảy, công trình thuỷ lợi có thể chia
ra: công trình dâng nước, công trình điều chỉnh và công trình dẫn nước.
1.2.1 Công trình dâng nước
Phổ biến nhất của loại công trình dâng nước là các loại đập. Đậ
p được xây
dựng ngăn các sông suối và hình thành nên độ chênh mực nước trước và sau công
trình gọi là độ chênh mực nước thượng hạ lưu. Ở trước đập, càng gần đến đập, lưu
tốc trung bình của dòng chảy càng giảm v
1
< v
2
< v
3
< v

4
< v
5
, còn độ sâu của dòng
chảy càng tăng h
1
> h
2
> h
3
> h
4
> h
5
. Sự tăng mực nước ở trong sông làm tăng
diện tích ướt của lòng sông và dẫn đến ngập đất ở thượng lưu (hình 1-1a). Sự thay
đổi lưu tốc dòng chảy ở thượng lưu làm thay đổi khả năng vận chuyển bùn cát của
lòng sông. Lưu tốc theo chiều dòng chảy giảm dần, các hạt bùn cát trong nước được
lắng xuống đáy theo thứ tự từ những hạt lớn sau đó những hạt bé hơn và khi đến
gần công trình lưu tốc hầu như bằng không nên các hạt cát rất bé cũng được lắng
xuống, nước ở đó rất trong.


6
a)
b)
c)

Hình 1-1 : Sơ đồ đập dâng nước
Sự dâng mực nước còn làm thay đổi cả trạng thái nước ngầm dưới lòng sông

và hai bên bờ. Do có độ chênh cột nước thượng hạ lưu nên có hiện tượng thấm qua
nền và vòng quanh công trình qua 2 bên bờ từ thượng lưu về hạ lưu.
Nước ở thượng lưu chảy về hạ lưu không mang bùn cát, do đó để trở về trạng
thái cũ của dòng nướ
c, lòng sông và bờ ở hạ lưu lại bị bào mòn xói lở .
Như vậy công trình dâng nước có ảnh hưởng đến tất cả các yếu tố của dòng
chảy, lòng sông và cả nước ngầm. Nhưng nó có hiệu quả lớn, điều chỉnh lưu lượng
ở thượng lưu về hạ lưu, về mùa lũ nước được giữ lại ở thượng lưu (đối với hồ ch
ứa)
và được tháo về hạ lưu vào thời kỳ cần thiết theo nhu cầu dùng nước. Công trình
dâng nước được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực kinh tế nước.
1.2.2. Công trình điều chỉnh dòng chảy
Công trình điều chỉnh để khống chế xói lở dòng sông, có thể làm thay đổi
trạng thái dòng chảy, làm thay đổi hướng của dòng chảy trong giới hạn lòng sông
theo yêu cầu cần thiết và bảo vệ
lòng sông tránh khỏi những tác hại nguy hiểm của
dòng nước. Công trình điều chỉnh bao gồm đê, đập, tường, kè. Các đê đập đó
không xây ngăn hết toàn bộ lòng sông, mà chỉ một phần theo hướng của mặt cắt
ngang hoặc có khi theo hướng dọc lòng sông.
Công trình điều chỉnh không làm dâng nước, mà nó có tác dụng làm thay đổi
hướng và lưu tốc dòng chảy, phân bố lại lưu tốc và ảnh hưởng đến hình dạng củ
a
lòng sông. Các công trình này nhằm phục vụ các ngành khác nhau, có thể để giữ độ

7
sâu, lưu tốc và hình dạng lòng sông cần thiết cho tàu bè qua lại, đảm bảo điều kiện
bình thường để lấy nước từ sông, giữ ổn định bờ sông để đảm bảo an toàn cho dân
cư và nhà máy, xí nghiệp ở hai bên bờ.
1.2.3. Công trình dẫn nước
Những công trình này bao gồm các loại như kênh mương, đường hầm, cầu

máng, đường ống làm bằng các vật liệu khác nhau. Các công trình đó chuyển nước
với các lưu l
ượng xác định vào các mục đích khác nhau : dẫn nước vào turbin của
nhà máy thuỷ điện, đưa nước vào tưới ruộng và đồng cỏ, vào hệ thống cấp nước
của thành phố, xí nghiệp, nhà máy , đồng thời nó có thể sử dụng làm đường giao
thông cho tàu thuyền đi lại. Thuộc loại công trình dẫn nước này phải kể đến cả
công trình tháo lũ, đó là những công trình tháo nước thừa của hồ chứa từ thượng
lưu về hạ lưu qua đập hoặc hai bên bờ của đập, các công trình phân lũ sang khu
vực khác nhằm giảm lũ sông chính tránh ngập lụt hạ lưu
1.3. Tổng quan về hệ thống công trình thủy lợi ở Việt Nam [6]
Hệ thống thuỷ lợi (HTTL) là một tập hợp nhiều công trình trong một không
gian nhất định và phục vụ cho một số nhiệm vụ thuỷ lợi nhấ
t định.
Địa bàn phục vụ của một HTTL từ hàng chục hecta đến hàng ngàn hecta, có
thể trải rộng trên nhiều tỉnh, như HTTL Bắc-Hưng-Hải ở đồng bằng Bắc Bộ, HTTL
Dầu Tiếng ở Đông Nam Bộ, hệ thống Quản Lộ - Phụng Hiệp, Tứ giác Long Xuyên
ở miền Tây Nam Bộ…
Nhiệm vụ của HTTL cũng rất đa dạng: thuỷ nông (tưới, tiêu, cải t
ạo đất),
thuỷ điện, giao thông thuỷ, cấp thoát nước, thuỷ sản… Các HTTL lớn thường là đa
mục tiêu, đảm bảo lợi dụng tổng hợp nguồn nước, phòng chống thuỷ tai và bảo vệ
môi trường. Ví dụ các HTTL Bắc-Hưng-Hải, Cầu Sơn, Bái Thượng, Đô Lương,
Linh Cảm, Thạch Nham, Đồng Cam… đều có nhiệm vụ tưới, tiêu, cấp nước; các hệ
thống thuỷ l
ợi Quản Lộ-Phụng Hiệp, Tứ giác Long Xuyên, Đồng Tháp Mười… có
nhiệm vụ tưới, tiêu, cải tạo đất (thau chua, ngọt hóa đồng ruộng), kết hợp với giao
thông thuỷ…

8
Theo số liệu thống kê, đến nay cả nước đã xây dựng 75 hệ thống thủy lợi lớn,

1.967 hồ chứa dung tích trên 0,2 triệu m
3
, hơn 5.000 cống tưới tiêu và trên 10.000
trạm bơm lớn và vừa, mỗi trạm có công suất 24,8x106m
3
/h cùng hàng vạn công
trình thủy lợi vừa và nhỏ. Xây dựng 5.700 km đê sông, 3.000 km đê biển, 23.000
km bờ bao, hàng ngàn cống dưới đê, hàng trăm km kè và nhiều hồ chứa lớn tham
gia chống lũ cho vùng hạ du. Tổng năng lực của hệ thống thủy lợi bảo đảm tưới
nước trực tiếp 3,45 triệu ha, tạo nguồn nước cho 1,3 triệu ha, tiêu 1,4 triệu ha, ngăn
mặn 0,87 triệu ha, cải tạo chua phèn 1,6 triệu ha, cấp và tạo nguồn cấp nước 5-6
tỷ/năm cho sinh hoạt, công nghiệp, du lịch, dịch vụ, 70-75% tổng số dân nông thôn
đã được cấp nước sinh hoạt.
Một số hệ thống thủy nông điển hình ở nước ta hiện nay:
1.3.1. Hệ thống thuỷ lợi Bắc - Hưng - Hải
Hệ thống có nhiệm vụ cấp nước cho 124.000 ha đất canh tác, tiêu úng cho
185.000 ha thuộc các tỉnh Bắc Ninh, Hưng Yên, Hải Dương và một phần huyện Gia
Lâm thuộc thành phố Hà Nội. Các công trình đầu mối chủ yếu gồm cống Xuân
Quan là cống lấy nước từ sông Hồng để
cấp nước cho hệ thống; các cống Cầu Xe,
An Thổ tiêu nước ra hệ thống sông Thái Bình.
Hệ thống được xây dựng từ những năm 50 của thế kỷ 20, sau khi hoà bình
lập lại ở miền Bắc và đã phát huy tác dụng to lớn trong công cuộc khôi phục và phát
triển kinh tế ở miền Bắc nước ta. Ngày nay, hệ thống vẫn đang phát huy tác dụng
tốt và ngày càng được củng cố, hoàn thiện và mở rộ
ng diện phục vụ.

9

Hình 1-2. Cống Xuân Quan (HTTL Bắc-Hưng-Hải).

1.3.2. Hệ thống thuỷ lợi sông Chu
Hệ thống có nhiệm vụ tưới nước cho 50.000 ha vùng đồng bằng Nam sông
Mã thuộc tỉnh Thanh Hoá, cấp nước dân dụng và công nghiệp với lưu lượng 1,25
m³/s kết hợp với giao thông thuỷ. Công trình đầu mối là đập Bái Thượng trên sông
Chu. Hệ thống kênh gồm kênh chính có chiều dài 19,33 km và các kênh nhánh với
tổng chiều dài hàng trăm ki lô mét.
Hệ thống được xây dựng từ n
ăm 1936 với diện tích tưới hạn chế. Đầu năm
1996, công trình được nâng cấp về cơ bản với việc tôn cao đập dâng, mở rộng và
hiện đại hoá cống lấy nước, kênh dẫn nước, mở rộng diện tích tưới.

10



1.3.3. Hệ thống thuỷ lợi Thạch Nham









Hình 1-4. Công trình đầu mối Thạch Nham (Quảng Ngãi).
Hệ thống thuỷ lợi Thạch Nham thuộc tỉnh Quảng Ngãi, phạm vi phía Nam
sông Vệ. Nhiệm vụ của hệ thống là tưới 50.000 ha, cấp nước sinh hoạt cho nhân
dân vùng với Q=1,7 m³/s. Công trình đầu mối là đập dâng Thạch Nham. Kênh
chính của hệ thống dài 35,2 km, trên đó có xiphông chuyển nước qua sông Vệ là

một công trình tiêu biểu với 2
ống thép đường kính 1,6 m, dài 226 m, lưu lượng lớn
nhất Qmax= 15 m³/s.
Hình 1-3. Đập dâng Bái Thượng trên sông Chu (khi chưa tôn cao)

11
Hệ thống được xây dựng từ những năm 80 của thế kỷ 20 và hiện nay đang
tiếp tục được nâng cấp và hiện đại hoá.
1.3.4. Hệ thống thuỷ lợi Dầu Tiếng
Hệ thống thuỷ lợi Dầu Tiếng có công trình đầu mối là hồ Dầu Tiếng thuộc
tỉnh Tây Ninh và hệ thống tưới trải rộng trên các tỉnh Tây Ninh, Long An, Bình
Dương và Thành phố Hồ Chí Minh. Nhiệm vụ
của hệ thống là tưới 93.000 ha đất
nông nghiệp, cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp 100 triệu m³/năm.
Hồ Dầu Tiếng có dung tích toàn bộ là 1,58 tỷ m³; đập chính dài 1,1 km, cao
28 m; đập phụ dài 27 km; kênh chính có chiều dài tổng cộng là 114 km. Hệ thống
được xây dựng và hoàn thành sau ngày thống nhất đất nước. Hiện nay, hệ thống
đang tiếp tục được nâng cấp, hoàn thiện và mở rộng diện phục vụ, đặc biệt là trong
lĩnh v
ực cấp nước cho dân dụng và công nghiệp.
1.3.5. Hệ thống thuỷ lợi Tứ giác Long Xuyên
Nhiệm vụ của hệ thống là tiêu úng, phòng lũ, cải tạo đất cho 488.935 ha; cấp
nước tưới cho 282.400 ha khu vực Tây Sông Hậu thuộc các tỉnh An Giang, Kiên
Giang và một phần của tỉnh Hậu Giang. Hệ thống kênh chính dài 708,3 km là kênh
kết hợp tưới tiêu và giao thông thuỷ. Trong thành phần của hệ thống có các tuyến đê
và bờ bao ngăn lũ, các cống t
ưới, tiêu, kiểm soát lũ, trong đó quan trọng nhất là các
cống- đập cao su Trà Sư, Đầm Chính,cống Tuần Thống, T6, Lung Lớn, Ba Hòn…
Hệ thống bắt đầu được xây dựng từ những năm 80 thế kỷ 20 và hiện nay vẫn tiếp
tục được bổ sung, hoàn thiện, hiện đại hoá và mở rộng phạm vi phục vụ.

12

Hình 1-5. Đập dâng Đầm Chích – Kiên Giang

1.4. Vai trò của các loại công trình trong hệ thống:
Thành phần của HTTL bao gồm công trình đầu mối, hệ thống chuyển nước(
hở hay kín ) và các công trình trên đó.
1.4.1. Công trình đầu mối
Đầu mối của một hệ thống có thể là nơi tạo nguồn nước (hồ chứa, đập dâng,
trạm bơm, cống lấy nước), hoặc chỉ là cống điều tiết ở
cuối kênh tiêu đổ ra sông,
biển. Ví dụ đập dâng Cầu Sơn trên sông Thương là công trình đầu mối của HTTL
Cầu Sơn (tỉnh Bắc Giang); Cống Xuân Quan dưới đê sông Hồng là công trình đầu
mối của HTTL Bắc-Hưng-Hải; trạm bơm Linh Cảm là công trình đầu mối của
HTTL Linh Cảm (Hà Tĩnh), hồ chứa nước Dầu Tiếng (Tây Ninh) là công trình đầu
mối của HTTL Dầu Tiếng; các cống điều tiết
ở cuối các kênh tiêu đổ ra biển là
những công trình đầu mối của hệ thống tiêu như cống Lân, Thái Bình, các cống
thoát lũ ra biển Tây ở đồng bằng sông Cửu Long…

13


Hình 1-6. Cống Liên Mạc-đầu mối của HTTL Sông Nhuệ.
1.4.2. Công trình chuyển nước
Công trình chuyển nước của HTTL là bộ phận quan trọng để vận chuyển
nước từ nguồn (đầu mối) đến các hộ sử dụng nước. Đường chuyển nước có thể bố
trí theo kiểu hở (kênh, máng) hay kín (đường ống), hoặc kết hợp cả hai, tuỳ theo
điều kiện địa hình, địa chất trên t

ừng đoạn. Đối với các HTTL phục vụ tưới tiêu,
giao thông thuỷ thì hình thức chuyển nước bằng kênh hở là chủ đạo. Các hệ thống
cấp nước dân dụng và công nghiệp thường có đường dẫn kín (ngầm hoặc lộ thiên)
để đảm bảo chất lượng nước. Hệ thống dẫn nước đến các trạm thuỷ điện kiểu đường
dẫn có thể làm theo hình thức kín hoặc hở, tuỳ thuộc vào kết quả so sánh kinh tế-kỹ
thuật các phương án. Nói chung, khi địa hình phức tạp, sườn núi dốc, dễ sạt lở… thì
hình thức đường dẫn kín là thích hợp hơn.
Một hệ thống dẫn nước phục vụ tưới, tiêu, cấp nước thường gồm kênh (ống)
chính và các kênh (ống) nhánh. Đối với hệ thống kênh tưới, sơ đồ bố trí thường theo
hình mạng lưới bao gồm kênh chính, các kênh nhánh c
ấp 1 lấy nước từ kênh chính,
các kênh nhánh cấp 2 lấy nước từ kênh cấp 1…Sơ đồ đánh số các kênh như hình 1-
4 [7].

14












Hình 1-7. Sơ đồ bố trí hệ thống kênh tưới.
1.4.3 Các công trình trên hệ thống
1.4.3.1Các cống lấy nước, cống điều tiết

- Cống lấy nước: bố trí đầu các kênh nhánh để lấy nước từ kênh cấp trên
xuống kênh cấp dưới.
- Cống điều tiết: bố trí trên các kênh chính hoặc kênh nhánh cấp cao để điều
tiết, làm dâng cao mực nước trước cống, tạo đi
ều kiện thuận lợi cho việc lấy
nước vào các kênh nhánh cấp thấp.
1.4.3.2 Các công trình chuyển nước
Dùng để chuyển tiếp nước khi kênh gặp phải các chướng ngại như sông suối,
đường giao thông, kênh khác.
Các công trình chuyển nước thường dùng như sau:
- Cầu máng: chuyển nước vượt qua sông, kênh hoặc đường giao thông khi
mực nước cao nhất trong kênh chướng ngại, hay trần lưu không cho phép ở đường
giao thông là thấp hơn cao trình đáy kênh chuyển nước.

15
- Xi phông ngược (cống luồn): Chuyển nước vượt qua sông, kênh, hoặc
đường giao thông khi mực nước cao nhất trong sông, kênh chướng ngại hay trần lưu
không cho phép ở đường giao thông vượt quá cao trình đáy kênh chuyển nước.
1.4.3.3 Các công trình nối tiếp
Khi cần hạ thấp nhanh cao trình đáy kênh chuyển nước, dùng các hình thức:
- Bậc nước: khi độ dốc địa hình lớn.
- Dốc nước: khi độ dốc địa hình khá lớn.
1.4.3.4 Công trình đo nước
Công trình đo nước đượ
c đặt ở đầu kênh chính, đầu các kênh nhánh để đo
mực nước và lưu lượng phục vụ cho công tác quản lý, phân phối nước trên hệ
thống. Ngoài ra tại những vị trí cần thiết, có thể bố trí các công trình chuyên dùng
để đo các thông số về vận tải thủy, độ bồi xói…
Trên một hệ thống, có thể tận dụng các công trình thuỷ công để đo nước.
Muốn vậy, khi thiết kế phải b

ố trí các bộ phận có chức năng thích hợp.
1.4.3.5 Các công trình bảo vệ kênh
Các công trình này có chức năng bảo vệ bờ kênh khỏi bị bồi, xói lở khi nước
trong kênh tràn bờ ra ngoài, hoặc nước từ ngoài tràn vào trong kênh, đặc biệt là khi
kênh chạy dưới chân sườn đồi. Thuộc loại này gồm có:
- Tràn bên: để giữ cho nước trong kênh không tràn bờ gây xói lở bờ.
- Cống tháo cuối kênh: để giữ cho nước trong kênh không tràn bờ, hay để
tháo cạn nước trong kênh khi cần s
ửa chữa kênh và các công trình trên đó.
- Kênh tách nước: bố trí ở phía bờ kênh giáp với sườn dốc để thu nước từ
sườn dốc không cho tràn vào kênh dẫn nước. Nước trên kênh tách được chuyển
thoát ra các vị trí có địa hình trũng, từ đó có các công trình chuyển nước cắt qua
tuyến kênh.

16
- Cống tiêu qua kênh (cống luồn dưới kênh). Thường bố trí đầu cống là các
hố trũng thu nước từ sườn dốc; cuối cống được nối với các khe lạch tự nhiên gần
với tuyến kênh.
- Tràn băng qua kênh: dùng khi cần chuyển nước từ sườn dốc băng qua kênh,
mà bờ phía sườn dốc không có hố trũng thích hợp. Loại này thường sử dụng kết hợp
với cầu giao thông qua kênh. Khi phạm vi bố
trí tràn băng dài thì có thể thay bằng
một đoạn kênh hộp dẫn nước.
1.4.3.6 Bể lắng cát
Bể lắng bùn cát là một đoạn kênh được mở rộng và khơi sâu để tăng diện
tích mặt cắt, giảm lưu tốc và do đó cho phép lắng đọng các hạt bùn cát đủ lớn, có
thể gây bồi trên kênh hay mặt ruộng được tưới. Bể lắng cát cũng có thể được bố trí
trước các xi phông ng
ược (cống luồn) để tránh bùn cát bồi lấp ở đáy xiphông. Bùn
cát lắng đọng trong bể được đưa ra khỏi bể bằng các hình thức khác nhau: nạo vét

thủ công, hút bằng cơ giới (tàu hút bùn), tháo xả bằng thủy lực…
1.4.3.7 Công trình vận tải thuỷ trên kênh
Với các kênh có kết hợp vận tải thuỷ, tại các vị trí có mực nước trên kênh
thay đổi nhiều thì cần bố trí âu thuyền để cho thuyền bè đi lạ
i được an toàn.
1.4.3.8 Cầu giao thông qua kênh
Khi kênh cắt qua đường bộ mà không làm công trình chuyển nước kiểu cống
luồn thì phải bố trí cầu giao thông vượt qua kênh. Khi đó cao trình đáy dầm cầu
phải đặt cao hơn mực nước lớn nhất trong kênh. Trường hợp bề rộng kênh lớn, phải
làm trụ đỡ trung gian ở giữa kênh thì phải xét đến sự hạ thấp mực nước trong kênh
phía hạ lưu cầu do thu hẹp m
ặt cắt (tổn thất cục bộ).
Như vậy trên một HTTL, tuỳ theo nhiệm vụ công trình và các điều kiện địa
chất, địa hình, địa vật cụ thể mà bố trí các công trình thích hợp để thoả mãn nhiệm
vụ chuyển nước, phân chia nước, đồng thời đảm bảo an toàn cho kênh và khu vực
lân cận.