Nghiên cứu ổn định vật liệu địa phương trong đầu mối thủy điện tích năng

L IC M

N

Trong quá trình th c hi n lu n v n “Nghiên c u n đ nh đ p v t li u đ a
ph

ng trong đ u m i th y đi n tích n ng” h c viên đã nh n đ

c a các th y, cô giáo tr

ng

c a GS-TS Nguy n Chi n.

i H c Th y L i, đ c bi t là s h

c s giúp đ

ng d n tr c ti p

n nay tơi đã hồn thành lu n v n th c s theo đúng k

ho ch đã đ ra.
Mong mu n c a h c viên là góp ph n nh bé vào vi c nghiên c u đánh giá n
đ nh các lo i đ p v t li u đ a ph

ng đóng vai trị là đ u m i th y đi n tích n ng.

Tuy nhiên vì s hi u bi t c a b n thân và th i gian th c hi n lu n v n có h n nên
n i dung c a lu n v n không tránh kh i nh ng thi u sót. R t mong nh n đ

c

nh ng ý ki n đóng góp, ch b o c a các th y, cô đ nâng cao s hi u bi t và có đi u
ki n phát tri n thêm n i dung nghiên c u c a lu n v n sau này.
H c viên xin bày t lòng c m n sâu s c đ n GS-TS Nguy n Chi n, ng
tr c ti p h

i đã

ng d n, ch b o t n tình, cung c p các ki n th c khoa h c cho tôi trong

su t th i gian qua. Qua đây tôi g i l i c m n chân thành đ n các th y, cô giáo
trong b môn Th y cơng, Khoa cơng trình, Phịng đào t o
tr

ng

i h c và Sau đ i h c

i h c Th y L i đã giúp đ và t o m i đi u ki n thu n l i đ tơi hồn

thành lu n v n Th c s này.
Hà N i, ngày…….tháng…….. n m 2015
H c viên

Nguy n

ng Thìn

L I CAM OAN
Tơi là Nguy n

ng Thìn, h c viên cao h c l p 20C21 - Tr

ng

i h c

Th y l i.
Tôi là tác gi c a bài lu n v n này, tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên
c u c a riêng tơi. Các n i dung và k t qu nghiên c u là trung th c, ch a t ng đ
công b trong b t k cơng trình nào khác.

Tác gi

Nguy n

ng Thìn

c


M CL C
M

U ....................................................................................................................1

1. Tính c p thi t c a đ tài. ........................................................................................ 1

2. M c tiêu c a đ tài. ............................................................................................... 1
3. Ph m vi nghiên c u c a đ tài. ............................................................................. 2
4. Cách ti p c n và nghiên c u. ................................................................................ 2
5. N i dung c a Lu n v n. ........................................................................................ 2
CH

NG 1................................................................................................................3

T NG QUAN V
CƠNG TRÌNH

TH Y

I N TÍCH N NG VÀ S

LÀM VI C C A

U M I TRONG TH Y I N TÍCH N NG ........................3

1.1. T NG QUAN V TH Y I N TÍCH N NG ................................................. 3
1.1.1. Gi i thi u chung ............................................................................................... 3
1.1.2. Tình hình phát tri n th y đi n tích n ng trên th gi i. .................................... 4
1.1.3.

c đi m và ch c n ng c a th y đi n tích n ng.............................................. 5

1.2. CƠNG TRÌNH

U M I TH Y I N TÍCH N NG .................................. 10

1.2.1. Tình hình xây d ng đ p v t li u đ a ph

ng

Vi t Nam ............................. 10

1.2.2.

c đi m cơng trình th y đi n tích n ng ....................................................... 12

1.2.3.

c đi m cơng trình đ u m i ......................................................................... 12

1.3. S

LÀM VI C C A CÔNG TRÌNH

U M I TH Y

I N TÍCH N NG

.................................................................................................................................. 13
1.3.1. nh h

ng c a bão. ....................................................................................... 13

1.3.2. nh h

ng c a l . .......................................................................................... 14

1.3.3. nh h

ng c a tr

1.3.4. nh h

ng c a quá trình khai thác ................................................................ 15

t l đ t. ........................................................................... 14

1.4. GI I H N PH M VI NGHIÊN C U ............................................................. 16
CH
C

NG 2..............................................................................................................18
S

LÝ THUY T TÍNH TỐN TH M VÀ

KHI M C N
2.1. CH

C THAY
TH M TRONG

N

NH

P VL P ..........18

I NHANH ..............................................................18
P ....................................................................... 18


2.1.1. Th m n đ nh và không n đ nh .................................................................... 18
2.1.2. Tác h i c a dòng th m không n đ nh ........................................................... 19
2.2. C S GI I BÀI TỐN TH M KHƠNG N
2.2.1. Các ph

P....................... 21

ng pháp nghiên c u th m không n đ nh ....................................... 21

2.2.2. C s lý thuy t ph
2.2.3. Ph

NH

ng trình vi phân th m không n đ nh ........................... 26

ng trình vi phân c b n c a dịng th m khơng n đ nh cho đ t bão hịa 27

2.2.4. Gi i bài tốn th m theo ph
2.3. TÍNH TOÁN

N

ng pháp ph n t h u h n ................................. 30

NH MÁI

P KHI XÉT

N TH M KHÔNG

N

NH ........................................................................................................................31
2.3.1. Các tr ng thái nguy hi m ............................................................................... 31
2.3.2. Ph

ng pháp tính toán ................................................................................... 33

2.4. K T LU N CH
CH

NG 2.................................................................................. 33

NG 3..............................................................................................................35

NGHIÊN C U

N

NH

P VL P TRONG

U M I TH Y

I N

TÍCH N NG ............................................................................................................35
3.1.

TV N

................................................................................................... 35

3.1.1. S đ TT tích n ng th

ng ......................................................................... 35

3.1.2. Các th i đo n tính tốn .................................................................................. 35
3.1.3. T h p tính tốn khi tính n đ nh h tích n ng .............................................. 36
3.2. N

NH C A

P Á

CÓ LÕI

T TRONG

U M I TH Y I N

TÍCH N NG ............................................................................................................ 37

3.2.1. Tài li u c b n đ tính tốn ............................................................................ 37
3.2.2. M t c t tính tốn............................................................................................. 38
3.2.3 S đ tính tốn ................................................................................................ 38
3.2.4 K t qu tính tốn ............................................................................................. 39
3.2.5 Phân tích k t qu ............................................................................................. 42
3.3. N

NH C A

P

T TRONG

U M I TH Y I N TÍCH N NG 45

3.3.1. Tài li u c b n đ tính tốn ............................................................................ 45
3.3.2. M t c t tính tốn............................................................................................. 46


3.3.3 S đ tính tốn ................................................................................................ 46
3.3.4 K t qu tính tốn ............................................................................................. 47
3.3.5 Phân tích k t qu ............................................................................................. 50
3.4. K T LU N CH
CH

NG 3.................................................................................. 53

NG 4..............................................................................................................54

NGHIÊN C U

NG D NG CHO

P PH H

SÔNG CÁI .........................54

H TH NG TH Y L I TÂN M - NINH THU N ..........................................54
4.1. GI I THI U CƠNG TRÌNH ............................................................................ 54
4.1.1. H th ng th y l i Tân M .............................................................................. 54
4.1.2.

p ph đ u m i h Sông Cái ....................................................................... 55

4.2. CÁC THÔNG S C B N C A

P PH -

U M I H SƠNG CÁI .. 55

4.2.1. Các thơng s c b n ....................................................................................... 55
4.2.2. M t c t tính tốn............................................................................................. 57
4.2.3. Tiêu chu n tính tốn ....................................................................................... 57
4.3. NGHIÊN C U

N

NH C A

P PH

H

SÔNG CÁI TRONG

U

M I TH Y I N TÍCH N NG ............................................................................ 58
4.3.1. K t qu tính tốn ............................................................................................ 58
4.3.2. Phân tích k t qu ............................................................................................ 62
4.4. K T LU N CH

NG 4.................................................................................. 63

K T LU N, KI N NGH ......................................................................................65
1. CÁC K T QU
2. H

T

C C A LU N V N .............................................. 65

NG TI P T C NGHIÊN C U ................................................................... 66


DANH M C HÌNH V
Hình 1.1: S đ cơng trình tuy n n ng l

ng TT tích n ng ..................................06

Hình 1.2: Tồn c nh TT tích n ng Goldisthal (
Hình 1.3: nh h

c) .............................................07

ng c a thiên tai t i đ p v t li u đ a ph

ng................................15

Hình 2-1: Áp l c n

c k r ng trong thân đ p khi dịng th m n đ nh ....................18

Hình 2-2: Áp l c n

c k r ng trong thân đ p khi m c n

c th

ng l u rút nhanh

...................................................................................................................................19
Hình 2-3: Xác minh th c nghi m v

nh lu t th m Darcy cho dòng th m n

c qua

đ t khơng bão hịa (theo Chids và Collis−Goerge) ...................................................27
Hình 2-4: Dịng th m đi qua phân t đ t ...................................................................27

Hình 2-5: Áp l c n

c l r ng trong thân đ p khi m c n

c rút nhanh ..................32

Hình 3-1: M t c t tính tốn ......................................................................................38
Hình 3-2: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u (t=0h) ...................................39

Hình 3-3: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u (t=10.5h) ..............................40

Hình 3-4: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u (t=0h) ...................................40

Hình 3-5: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u (t=10.5h) ..............................41

Hình 3-6: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u (t=0h) ...................................41

Hình 3-7: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u (t=10.5h) ..............................42

Hình 3-8: Di n bi n h s an toàn n đ nh mái TL khi n

c rút (Hđ=40m) ............43

Hình 3-9: Di n bi n h s an tồn n đ nh mái TL khi n

c rút (Hđ=55m) ............43

Hình 3-10: Di n bi n h s an toàn n đ nh mái TL khi n

c rút (Hđ=70m) ..........44

Hình 3-11: Di n bi n h s an toàn n đ nh mái TL khi n

c rút c a c 3 chi u cao

đ p

……………………………………………………………………………………..44

Hình 3-12: Quan h gi a chi u cao đ p (Hđ) và h s

n đ nh nh nh t (Kmin) ....45

Hình 3-13: M t c t tính tốn .....................................................................................46
Hình 3-14: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u (t=0h) .................................47

Hình 3-15: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u (t=10.5h) ............................48

Hình 3-16: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u (t=0h) .................................48


Hình 3-17: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u (t=10.5h) ............................49

Hình 3-18: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u (t=0h) .................................49

Hình 3-19: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u (t=10.5h) ............................50

Hình 3-20: Di n bi n h s an toàn n đ nh mái TL khi n

c rút (Hđ=40m) ..........50

Hình 3-21: Di n bi n h s an toàn n đ nh mái TL khi n

c rút (Hđ=55m) ..........51

Hình 3-22: Di n bi n h s an toàn n đ nh mái TL khi n

c rút (Hđ=70m) ..........51

Hình 3-23: Quan h gi a chi u cao đ p (Hđ) và h s
Hình 4-1:

n đ nh nh nh t (Kmin) ....52

ng quan h lịng h Z~W ...................................................................57

Hình 4-2: M t c t tính toán đ p ph s 2- h đ u m i Sơng Cái .............................57
Hình 4-3: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u t i th i đi m b t đ u rút n

c

(t=0h) .........................................................................................................................58
Hình 4-4: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u t i th i đi m b t đ u rút n

c

(t=10.5h) ....................................................................................................................59
Hình 4-5: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u t i th i đi m b t đ u rút n

c

(t=0h) .........................................................................................................................60
Hình 4-6: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u t i th i đi m b t đ u rút n

c

(t=10.5h) ....................................................................................................................60
Hình 4-7: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u t i th i đi m b t đ u rút n

c

(t=0h) .........................................................................................................................61
Hình 4-8: S đ k t qu tính n đ nh mái th

ng l u t i th i đi m b t đ u rút n

c

(t=10.5h) ....................................................................................................................62
Hình 4-9: Quan h gi a m c m c n

c ban đ u và h s

n đ nh nh nh t ............63

DANH M C B NG BI U
B ng 1-1: Th ng kê các TT tích n ng l n trên th gi i ................................ 05
B ng 1-2: Công su t ngu n đi n đ nh h

ng đ n n m 2020 .......................... 09

B ng 1-3. Công su t ngu n đi n đ nh h

ng đ n n m 2030........................... 10

B ng 1-4. T ng h p s l
B ng 2-1: So sánh t

ng các h ch a n

c (đ n n m 2002) ................... 11

ng t gi a các thơng s c a dịng th m và dịng đi n .. 24

B ng 3-1: H s an toàn nh nh t c a các h ng m c cơng trình ..................... 37
B ng 3-2: Các kích th

c c b n c a đ p đá................................................... 37

B ng 3-3: Các ch tiêu c lý c a v t li u đ p đ p đá và n n ........................... 38
B ng 3-4: Các ch tiêu c lý c a v t li u đ p đ p đ t và n n .......................... 45
B ng 3-5: Các kích th

c c b n c a đ p đ t.................................................. 46

B ng 4-1: Các kích th

c c b n c a đ p ph s 2 ......................................... 55

B ng 4-2: Các m c n

c dùng trong tính tốn ................................................ 56

B ng 4-3: Quan h lịng h đ u m i Sơng Cái ................................................ 56


1

M

U

1. Tính c p thi t c a đ tài.
Theo quy ho ch đi n VII v phát tri n đi n l c qu c gia giai đo n 2011 –
2020 có xét đ n tri n v ng 2030, nhu c u dùng đi n c a n

c ta là r t l n. Cân

b ng phát tri n ngu n đi n cho th y s thi u h t đi n n ng trong t
ngu n n ng l

ng lai do các

ng b c n ki t. Trong quy ho ch phát tri n ngu n đi n Vi t Nam, đ

đáp ng nhu c u phát tri n ngu n đi n t
phát tri n thêm nhi u ngu n n ng l
th y đi n tích n ng, đây đ

ng ng v i phát tri n kinh t , d ki n s

ng m i, trong đó có xây d ng các nhà máy

c xem là ph

ng án thay th có tính kinh t t t nh t đ

đáp ng nhu c u c p đi n. Trong đó, vi c s d ng hình th c đ p v t li u đ a ph

ng

làm đ u m i t o h ch a cho các cơng trình th y đi n tích n ng đang tr nên ph
bi n nh t và ch c ch n s là l a ch n s m t cho đ u m i c a lo i cơng trình th y
đi n khai thác theo hình th c này, đ c bi t là đ p đá đ . M t v n đ đ t ra là v i đ c
đi m v n hành c a th y đi n tích n ng, đ p v t li u đ a ph
m i s ch u nh h

ng nh th nào khi m c n

c th

ng đóng vai trị là đ u

ng l u thay đ i nhanh và liên

t c theo chu k ngày đêm. V n đ này h t s c có ý ngh a trong vi c đánh giá an
tồn - n đ nh c a đ p.
Chính t đi u ki n này, đ tài đi sâu nghiên c u di n bi n dịng th m khơng
n đ nh trong thân đ p đ đánh giá n đ nh th m, n đ nh mái đ p, c ng nh
đ nh t ng th ... c a đ p v t li u đ a ph

n

ng đóng vai trò là đ u m i c a th y đi n

tích n ng. T đó có nh ng đánh giá v an toàn đ p, đ xu t bi n pháp x lý, và ki n
ngh cho các cơng trình trong t

ng lai.

2. M c tiêu c a đ tài.
Nghiên c u m c đ

nh h

ng c a ch đ m c n

c th

ng l u thay đ i

trong đ u m i th y đi n tích n ng đ n an toàn n đ nh đ p v t li u đ a ph

ng.

2
a ra đ
li u đ a ph

c các ki n ngh và bi n pháp x lý đ nâng cao an toàn đ p v t

ng, c ng nh vi c l a ch n lo i đ p v t li u đ a ph

ng phù h p cho

đ u m i th y đi n tích n ng.
3. Ph m vi nghiên c u c a đ tài.
Ph m vi nghiên c u là các đ p v t li u đ a ph

ng (đ p đ t, đ p đá) trong

đ u m i th y đi n tích n ng.
4. Cách ti p c n và nghiên c u.
- Thu th p, nghiên c u tài li u c a các cơng trình th c t : ch tiêu c lý c a
v t li u đ t, hình d ng kích th c, chi u cao c t n c th ng l u, đ a ch t n n, thu v n…
- Ti p c n v i lý thuy t ph n t h u h n đ phân tích và gi i quy t bài toán
v th m và n đ nh.
-

ng d ng các ph n m m: Geo-Slope version 7, tính tốn áp th m và n

đ nh mái đ p.
- Áp d ng cho cơng trình th c t , phân tích, đánh giá k t qu .
5. N i dung c a Lu n v n.

M đ u.
Ch

ng 1. T ng quan v th y đi n tích n ng và s làm vi c c a công trình

đ u m i th y đi n tích n ng.
Ch
khi m c n

ng 2. C s lý thuy t tính tốn th m và n đ nh đ p v t li u đ a ph
c th

ng

ng l u thay đ i nhanh.

Ch

ng 3. Nghiên c u n đ nh đ p đ t, đá trong đ u m i th y đi n tích n ng.

Ch

ng 4. Nghiên c u áp d ng cho đ p ph h Sông Cái – h th ng th y l i

Tân M .
K t lu n và ki n ngh .


3

CH

NG 1

T NG QUAN V TH Y I N TÍCH N NG VÀ S
CƠNG TRÌNH

LÀM VI C C A

U M I TRONG TH Y I N TÍCH N NG

1.1. T NG QUAN V TH Y I N TÍCH N NG
1.1.1. Gi i thi u chung
T i Vi t Nam, theo quy ho ch phát tri n đi n l c Vi t Nam giai đo n 20112020 có xét đ n tri n v ng n m 2030 (g i t t là quy ho ch đi n VII) đã đ
t

c Th

ng Chính ph phê duy t thì trong giai đo n t n m 2011 đ n 2020 hàng n m nhu

c u đi n d ki n t ng lên kho ng 17%, s n l

ng đi n n ng cung c p d ki n t

194-210 TWh n m 2015, 330-362 TWh n m 2020 và 695-834 TWh n m 2030
trong tr

ng h p k ch b n c s . Nhu c u đi n t

ng ng m i n m là 42.6GW,

71.5GW và 110.7GW
Xét v s đ phát đi n, d ki n ti m n ng th y đi n c ng nh kh n ng phát
đi n b ng khí s đ

c khai thác hoàn toàn trong m t vài n m t i do đã đ t đ n gi i

h n cung c p. R i nh ng ngu n n ng l
M t khác, t

ng s d ng nhiên li u c ng s b h n ch .

ng ng v i s phát tri n c a n n kinh t , nhìn vào bi u đ ph

t i quan sát th y có s chuy n đ i đ nh ph t i t đêm sang ngày. Thêm vào đó, nhu
c u đ nh ngày c ng t ng lên nhanh chóng làm cho kho ng cách gi a nhu c u đ nh
và nhu c u th p đi m t ng lên g p đôi. Do đó h th ng đi n Vi t Nam th c s c n
công su t cung c p đi n n ng ph đ nh.
Khi trong h th ng đi n có nhi u nhà máy đi n g m các lo i khác nhau, ch
đ v n hành c a các nhà máy t i t ng th i đi m c ng khác nhau.

t n d ng các

ngu n đi n giá r , và đi u ch nh bi u đ ph t i ngày đêm thì th y đi n tích n ng
(Pumped storage power plant g i t t là PSPP) là ph

ng án thay th có tính kinh t

t t nh t đ đáp ng nhu c u c p đi n ph đ nh c a h th ng đi n.
Các nhà máy th y đi n thu c h th ng trong mùa m a th

t i. T

ng t các h ch a th y l i, khi l

ng n

ng s phát đ y

c v l n thì có th l

ng n

c này


4
s ph i x , đ t n d ng vi c x th a này thì các t máy s đ

c huy đ ng. L

ng

công su t huy đ ng đ tránh vi c x th a này s đ m nh n công su t c n thi t đ
v n hành nhà máy th y đi n tích n ng
nhà máy th y đi n tích n ng s đ

ch đ tích n ng. Khi đ n gi cao đi m thì

c huy đ ng đ đáp ng h th ng. Vì v y, khi có

các nhà máy th y đi n tích n ng s làm cho h th ng v n hành hi u qu h n.
Theo quy ho ch đi n VII đã đ

c Th t

ng chính ph chinh th c phê duy t

t i quy t đ nh s 1208 tháng 7/2011, d ki n s xây d ng các cơng trình th y đi n
tích n ng có t ng cơng su t 2100MW
có t ng cơng su t 3400MW

h th ng đi n mi n B c và các cơng trình

h th ng đi n mi n Nam. B ng ph

ng pháp sang l c

đ c bi t đã l a ch n ra ba v trí tuy n cơng trình th y đi n tích n ng t i u nh t t
38 v trí tuy n cơng trình th y đi n tích n ng trên tồn qu c trên c s xem xét tính
kinh t và m c đ

nh h

ng đ n môi tr

ng và xã h i trong Báo cáo nghiên c u

quy ho ch th y đi n tích n ng tồn qu c do TEPCO th c hi n n m 2004 và 2005.
Theo yêu c u c a T p đoàn đi n l c Vi t Nam (EVN), báo cáo nghiên c u
ti n kh thi đã đ

Phù Yên

c ph i h p th c hi n gi a EVN và TEPCO cho tuy n cơng trình

ơng – S n La

mi n B c và tuy n B c Ái – Ninh Thu n

mi n Nam,

đây là hai v trí tuy n cơng trình có u th nh t trong báo cáo quy ho ch th y đi n
tích n ng tồn qu c.

n th i đi m hi n t i thì t i n

th y đi n tích n ng nào đ

c ta ch a có b t k nhà máy

c l p đ t. Nh ng d ki n t máy đ u tiên s v n hành

vào n m 2020.
1.1.2. Tình hình phát tri n th y đi n tích n ng trên th gi i.
Th y S là qu c qia đ u tiên gi i thi u cơng ngh th y đi n tích n ng trên
th gi i, nhà máy Schaffhausen v i công su t 1500KW đ

c v n hành vào n m

1882. Hi n nay đã có h n 130GW cơng su t đi n t các nhà máy th y đi n tích
n ng đ

c v n hành trên th gi i, x p x kho ng 3% công su t đi n toàn c u.
các n

c phát tri n trên th gi i, gi i pháp xây d ng th y đi n tích n ng

mang l i hi u qu kinh t cao. Các tr m th y đi n tích n ng đóng góp vai trị trong
vi c cân b ng công su t h th ng đi n, ti t ki m nhiên li u cho các tr m nhi t đi n,


5
đi n nguyên t và ít gây tác đ ng tiêu c c đ n môi tr
D

ng t nhiên.

i đây là th ng kê các tr m th y đi n tích n ng l n trên th gi i:
B ng 1.1 Th ng kê các TT tích n ng l n trên th gi i [4]

TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

1.1.3.
1.1.3.1.

Tên đ p
Bath County
Kannagawa
Pushihe
Guangzhou
Huizhou
Dniester
Grande Dixence
Minghu
Mt. Hope
Tamahara
Zhuhai
Dinorwig
Markersbach
Kazunogawa
Kruonis

Shin Takasegawa
Castaic
Presenzano
Tehri India
Piastra Edolo

Qu c gia
USA
Japan
China
China
China
Ukraine
Switzerland
Taiwan
USA
Japan
China
United Kingdom
Germany
Japan
Lithuania
Japan
USA
Italy
India
Italy

c đi m và ch c n ng c a th y đi n tích n ng
c đi m cơng trình th y đi n tích n ng

Cơng su t (MW)
2772
2700
2515
2400
2400
2268
2069
2000
1932
1800
1800
1728
1602
1600
1600
1600
1566
1530
1500
1495


6

Hình 1.1 S đ cơng trình tuy n n ng l

ng TT tích n ng

Th y đi n tích n ng là lo i th y đi n ki u b m tích l y, nhà máy b m n
t h d

c

i lên h trên trong th i gian th p đi m khi nhu c u đi n n ng th p b ng

cách dùng đi n n ng phát t các nhà máy đi n khác ho c t h th ng đi n, sau đó
t n d ng l
đ

ng n

c đó đ phát đi n trong th i gian có nhu c u đ nh. Khi n

c tích vào các h , cơng trình có th t n d ng nhi u l n, ch b sung l

m t đi do b c h i, th m, m t n

c trên đ

c đã

ng n

c

ng d n. Theo đó cơng trình th y đi n

tích n ng có th luôn phát đi n công su t l p máy b t k là mùa khô hay mùa m a.

Nhà máy th y đi n tích n ng v i các t máy th y l c đ
d

phía h

i đ t n d ng chi u cao c t áp do đ chênh l ch gi a hai h . Hai h này đ

n i v i nhau b ng h th ng đ
tr

cđ t

c

ng d n và nhà máy th y đi n – tr m b m. Tùy theo

ng h p c th mà s đ công trình th y đi n tích n ng có th khác nhau.
Có 3 s đ l p đ t thi t b cho th y đi n tích n ng: s đ 4 máy (đ c l p), s

đ 3 máy (song song), s đ 2 máy (thu n ngh ch).
+ S đ 4 máy (đ c l p): g m tuabin, máy phát, máy b m và đ ng c đi n
b trí thành các t máy đ c l p. V i s đ này các thi t b có th đ t chung vào m t
nhà máy, chung đ
t n d ng c t n

ng d n ho c có th nhà máy th y đi n đ t

c, còn nhà máy b m đ t

m t v trí có c t n

m t v trí khác đ
c b m lên th p nh t.


7
+ S đ 3 máy (song song): g m tuabin, máy b m, đ ng c đi n thu n
ngh ch (đ ng c – máy phát) b trí k t h p vào m t t máy.
+ S đ 2 máy (thu n ngh ch): g m tuabin – b m, đ ng c – máy phát b trí
trong m t t máy. Các lo i tuabin này có th làm vi c theo hai ch c n ng máy b m
và tuabin khi thay đ i chi u và máy phát c ng làm vi c v i ch c n ng đ ng c đi n
ho c máy phát t

ng ng.

Hình 1.2 Tồn c nh TT tích n ng Goldisthal (

c)

1.1.3.2. Các d ng th y đi n tích n ng
Có hai d ng th y đi n tích n ng c b n:
- Th y đi n tích n ng thu n túy: Bao g m hai h ch a, n
b m tr c ti p t h d

c

h trên đ

c

i qua tuabin – b m và khơng có dịng ch y t nhiên vào h .

- Th y đi n tích n ng h n h p: Bao g m hai h ch a trên cùng m t dịng
sơng.

i n n ng phát ra ph thu c vào dòng ch y t nhiên vào h và l

b m lên h trên.

ng n

c


8
1.1.3.3. Nguyên lý v n hành c a nhà máy th y đi n tích n ng
Vào gi cao đi m c a ph t i, nhà máy th y đi n tích n ng s l y n
trên, qua c a nh n n

c r i vào đ

ng ng áp l c, sau đó qua tuabin và làm quay

máy phát đi n đ s n xu t đi n n ng vào h th ng. N
kênh x , d n vào h d

hành

i và đ

ct h

c sau khi qua t máy s vào

c l u tr t i đây.

Vào gi th p đi m c a ph t i, máy phát s l y n ng l

ng đi n t l

ch đ đ ng c làm quay tuabin (ch đ b m) đ c p n

c lên h trên.

i, v n

1.1.3.4. Ch c n ng c a th y đi n tích n ng
Cơng trình th y đi n tích n ng tích n ng l
vào ban đêm và s d ng ngu n n ng l

ng tích đ

ng n

c khi nhu c u đi n th p

c này đ đáp ng nhu c u ph

đ nh. Do đó nó có th đi u ch nh cân b ng gi a cung c p – nhu c u và gi m đi
kho ng cách gi a nhu c u đ nh và nhu c u th p đi m. Cơng trình th y đi n tích

n ng đóng m t vao trò cân b ng tiêu th đi n n ng thay đ i và có th coi là m t
ki u qu n lý nhu c u.
các n

c đang phát tri n nói chung và

Vi t Nam nói riêng, nhu c u dùng

đi n là r t l n. Trong bi u đ ph t i ngày đêm có s chênh l ch l n v cơng su t
gi a th i đo n cao đi m và th p đi m.
đ

n

c tri n khai xây d ng, nó s đáp ng đ

c ta các nhà máy đi n h t nhân b t đ u
c ph n l n ph t i trong ngày. Tuy

nhiên s x y ra tình tr ng th a đi n vào gi th p đi m.

i v i nhà máy đi n h t

nhân và nhà máy nhi t đi n thì vi c đi u ch nh t máy là r t khó kh n và khơng an
tồn. Do đó trong bi u đ ph t i thì nó làm vi c
các tr m th y đi n làm vi c

ph n g c và ph n thân. Vi c cho

ph n đ nh c a bi u đ ph t i là r t h p lý, tuy nhiên

trong các giai đo n ti p theo vi c khai thác n ng l

ng th y đi n c ng s c n ki t.

Do đó xây d ng các tr m th y đi n tích n ng là r t c n thi t và mang l i hi u qu
kinh t cao. Tr m th y đi n tích n ng mua đi n đ b m n
phát đi n vào gi cao đi m s giúp cân b ng n ng l

c trong gi th p đi m và

ng trong h th ng đi n.

Do vai trò làm cân b ng ph t i c a th y đi n tích n ng, các cơng trình phát
đi n khác có th v n hành liên t c

công su t không đ i và hi u qu s d ng nhiên


9
li u c a các cơng trình đó s t ng lên do t n su t kh i đ ng – d ng trong v n hành
gi m đi. H n n a, nó có th làm t ng lên m c đ chia s c a các nhà máy phát đi n
c s trong h th ng đi n, nh đó tồn b chi phí phát đi n có th gi m đi và đ t
đ

c m t h th ng đi n làm vi c m t cách hi u qu và kinh t .
M t khác, cơng trình th y đi n tích n ng có kh n ng n đ nh h th ng đi n

b ng cách đi u khi n nhanh chóng cơng su t mà m t nhà máy th y đi n bình
th

ng có th có. Qua đó, th y đi n tích n ng có th cung c p các d ch v ph tr

khác không th thi u đ
-

c đ b o đ m đ tin c y c a h th ng đi n:

i u ch nh t n s : Th y đi n tích n ng có th đi u ch nh cân b ng gi a nhu

c u - cung c p đ đi u khi n s dao đ ng t n s .
- Quay d tr :

đi u ki n quay d tr , th y đi n tích n ng có th cung c p

đi n trong vòng 10 phút sau khi đ t l ch.
đi u ki n d tr ngu i, th y đi n tích n ng có th cung

- Thay th d tr :

c p đi n trong vòng 60 phút sau khi nh n đ

c l nh.

- H tr đi n áp: Th y đi n tích n ng có th c p đi n ph n ng đ duy trì c p
đi n áp n đ nh trong h th ng đi n.
1.1.3.5. Quy ho ch th y đi n tích n ng
Nh ng d li u chính v quy ho ch đi n VII đã đ
B ng 1.2 Công su t ngu n đi n đ nh h
Ngu n đi n

TT

c phê duy t:
ng đ n n m 2020 [5]
Công su t

T l

T ng công su t các nhà máy đi n

75.000MW

100,0%

1

Th y đi n

17.325MW

23,1%

2

Th y đi n tích n ng

1.800MW

2,4%

3

Nhi t đi n than

36.000MW

48,0%

4

Nhi t đi n khí

12.375MW

16,5%

5

N ng l

4.200MW

5,6%

ng tái t o


10

6

i n h t nhân

975MW

1,3%

7

Nh p kh u đi n

2.325MW

3,1%

B ng 1.3 Công su t ngu n đi n đ nh h
Ngu n đi n

TT

ng đ n n m 2030 [5]
Công su t

T l

T ng công su t các nhà máy đi n

146.800MW

100,0%

1

Th y đi n

17.322,4MW

11,8%

2

Th y đi n tích n ng

5.725,2MW

3,9%

3

Nhi t đi n than

75.748,8MW

51,6%

4

Nhi t đi n khí

17.322,4MW

11,8%

5

N ng l

13.799,2MW

9,4%

ng tái t o

6

i n h t nhân

9.688,8MW

6,6%

7

Nh p kh u đi n

7.193,2MW

4,9%

1.2. CƠNG TRÌNH

U M I TH Y I N TÍCH N NG

1.2.1. Tình hình xây d ng đ p v t li u đ a ph

ng

Vi t Nam

Vi t Nam có 14 l u v c sơng l n v i ngu n tài nguyên n
h ng n m có kho ng 845 t m3 n
Tuy nhiên do l

c chuy n t i trên 2360 trên con sông l n nh .

ng m a phân b không đ u trong n m nên dòng ch y c ng thay

đ i theo mùa. Mùa khô kéo dài kho ng 6÷7 tháng, l
l

ng m a c n m, cịn l i 80÷85% l

hình n

c phong phú,

ng m a ch chi m 15÷20%

ng m a trong 5÷6 tháng mùa m a. V đ a

c ta có nhi u đ i núi thu n l i cho vi c xây d ng các h ch a ph c v phát

tri n các ngành kinh t và nhu c u v n

c cho dân sinh.


11
Tình hình xây d ng h ch a

n

c ta c ng đã phát tri n s m t n a đ u th

k XX; đ c bi t là sau khi th ng nh t đ t n

c, Nhà n

c đã đ u t xây d ng r t

nhi u h ch a. Theo th ng kê c a B nông nghi p và Phát tri n nông thôn n m
2002, c n

c ta đã có 1967 h ch a có dung tích trên 0,2.106 m3 đã đ

c xây d ng

v i t ng dung tích tr thi t k 19 t m3 và 1957 h ch a th y nơng v i t ng dung
tích tr trên 5,82 t m3. T ng s l

B ng 1-4: T ng h p s l

ng h ch a theo dung tích nh b ng 1-1.
ng các h ch a n

Lo i h ch a

TT
1

H th y đi n

2

H c pn

ct

T ng c ng
Trong s 63 t nh thành n
t nh có s l

10

T ng dung tích tr
(106m3)
19,000

1957

5,820

1967

24,820

S l

i

c (đ n n m 2002) [8]

ng

c ta có 43 t nh và thành ph có h ch a n

c. Các

ng các h ch a nhi u là Ngh An (249 h ); Hà T nh (166 h ); Thanh

Hóa (123 h ); Phú Th (118 h );

k L k (116 h ); Bình

nh (108 h ); V nh Phúc

(96 h )… H u h t các đ p dâng c a các h ch a là đ p v t li u đ a ph
p v t li u đ a ph
b ng các lo i đ t:
Ph n l n các đ p

ng c a Vi t nam t

t pha tàn tích s

ng đ i đa d ng.

ng.

pđ tđ

cđ p

n đòi, đ t bazan, đ t ven bi n mi n Trung.

mi n B c và mi n Trung đ

đ ng ch t ho c đ p có thi t b ch ng th m t

c xây d ng theo hình th c đ p đ t,
ng nghiêng, t

ng tâm, chân khay…

b ng đ t sét. M t s n m g n đây dùng m t s công ngh m i nh t
th m b ng các t m bê tông c t thép liên k t kh p

đ p Tràng Vinh, th m sét

betonite cho đ p Núi M t, hào betonite cho đ p Eaksup

Nguyên và Nam Trung B ph i s d ng đ t có hàm l

ng lõi ch ng

kL c… Vùng Tây

ng sét cao, s d ng nhi u

lo i đ t không đ ng nh t, s d ng các hình th c đ p nhi u kh i ho c đ p nhi u kh i
ho c đ p có b trí thi t b thốt n

c ki u ng khói đã c i thi n đ

c tình hình dịng

th m qua đ p.
p th

ng chi m m t v trí quan tr ng trong c m cơng trình đ u m i c a

các h ch a ho c các cơng trình dâng n

c.

xây d ng các đ p trên sông, su i


12
ng

i ta s d ng nhi u lo i v t li u khác nhau, trong đó dùng đ t đá đ đ p đ p khá

ph bi n. Các lo i v t li u đ t có s n
s

đ a ph

ng t các s n ph m c a b i tích,

n tích ho c phong hóa, nh : á sét, sét, á cát, cu i, s i,... đ u có th dùng cho đ p

đ p.
1.2.2.

c đi m cơng trình th y đi n tích n ng
Cơng trình th y đi n tích n ng là m t h th ng các cơng trình th y cơng, nhà

máy, thi t b … tùy nh ng tr

ng h p c th mà có các h ng m c cơng trình khác

nhau, nh ng đ c đi m chung nh t là ph i có m t h ch a n

c trên (h trên). Tùy

theo các đi u ki n đ a hình, th y v n c th mà quy t đ nh có hay khơng h ch a
bên d

i, có th ng

i ta ch c n l y n

cb m

m t con sơng có dịng ch y n

đ nh mà không c n làm h ch a. Tuy nhiên thông th
ch a bên d

iđ c pn

ng ng

i ta th

ng làm h

c cho h trên.

Cơng trình tích n ng là cơng trình đ c bi t, tính đ c bi t c a nó khơng ch
vi c khai thác n ng l

ng, đáp ng nhu c u ph đ nh bi u đ ph t i mà đi m đ c

bi t c a nó cịn xu t phát t các s đ l p đ t thi t b nh s đ 4 máy, 3 máy, 2
máy. Do nh ng đ c đi m riêng nh v y nên nó làm cho các cơng trình th y cơng
c a th y đi n tích n ng có các đ c đi m riêng không gi ng v i các tr m th y đi n
th

ng g p.

1.2.3.

c đi m cơng trình đ u m i
i v i cơng trình th y đi n, th y l i nói chung và cơng trình th y đi n tích

n ng nói riêng thì đ p và h ch a là hai h ng m c cơng trình đ u m i khơng th
thi u.

p ng n dịng ch y t o thành h ch a tích n

đi u ti t l i l u l
l

ng thành l u l

c. H ch a cịn có tác d ng

ng thi t k , nâng cao hi u qu s d ng n ng

ng t nhiên.
H ch a c a th y đi n tích n ng là h th ng g m hai h , h trên và h d

có chênh l ch cao đ . H d

i có nhi m v tích n

c và dùng máy b m đ a n

i

c

lên tích vào h trên trong gi th p đi m. Tuy nhiên tùy các s đ th y đi n tích


13
n ng mà vào nh ng ngày nhi u n
đi n. H d

i th

c, h d

i c ng có nhi m v c p n

ng là m t đo n sông m r ng đ

nh các h thông th

c dâng n

ng ho c có th làm đê quay l y n

c phát

c t o thành h ch a

c t bi n. H ch a trên là

h có th là có s n trong t nhiên nh các vùng t th y trên s

n núi ho c do đào

h nhân t o. Dung tích h ch a trên ph i đ l n đ ch a ph n dung tích phát đi n.
Hình th c đ p c a đ u m i th y đi n tích n ng c ng gi ng nh các cơng
trình th y l i th y đi n khác và tùy thu c vào đi u ki n đ a hình đ a ch t t i khu
v c xây d ng đ ng

i thi t k quy t đ nh hình th c đ p, có th là đ p bê tơng

tr ng l c, đ p v t li u đ a ph

ng… Tuy nhiên h ch a th y đi n tích n ng c n

dung tích khơng l n đ đi u ti t ngày đêm phát đi n trong gi cao đi m nên đ p
không c n ph i xây cao nh các h ch a l n.
p v t li u đ a ph
d ng r ng rãi

ng là m t lo i hình đ p t

ng đ i ph bi n và đ

Vi t Nam. V i u th giá thành r , t n d ng đ

góp ph n t ng tính kinh t c a cơng trình, đ p v t li u đ a ph

c ng

c v t li u t i ch ,

ng th

ng đ

cs

d ng trong đ u m i th y đi n tích n ng, đ c bi t là đ p đá đ .
1.3. S

LÀM VI C C A CƠNG TRÌNH

U M I TH Y I N TÍCH

N NG
1.3.1. nh h

ng c a bão.

Bão là nh ng c n gió nhi t đ i có t c đ cao t o nên c n l c tròn ho c xốy
t . Xung quanh m t bão đ

ng kính 1-50km là m t kh i l

thành nh ng c n m a to t 300-1000mm.
m nh khí áp làm cho n

ng mây l n, t đó hình

ng th i x y ra v i c n bão là s gi m

c bi n dâng lên.

S c gió trong bão tác đ ng tr c ti p phá ho i cây c i, nhà c a, tàu thuy n,
cơng trình xây d ng và c s h tâng khác. Gió trong bão cịn gây ra sóng l n trên
m tn

c sơng, h . Gió to, sóng l n làm xói l b sông, b h , b bi n và c ng là

m t nguy c d n đ n v đê, v đ p. M t khi có sóng và n
v i th i kì tri u c

c dâng do bão trùng

ng thì m c đ nguy hi m đ i v i đê bi n và cơng trình b o v


14
b l i càng cao. T h p này là t h p đ c bi t nh ng l i r t hay g p khi có bão đ
b vào vùng b bi n n

c ta.

i v i đ p v t li u đ a ph

ng: S c gió do bão, t o nên chi u cao sóng l n

trên m t h ; sóng l n phá ho i k t c u b o v mái th

ng l u, gây tràn đ nh đ p là

nh ng nguyên nhân chính d n đ n m t an toàn c a đ p. Bão th
l n làm bão hòa mái đ p gi m kh n ng ch ng tr
1.3.2. nh h

ng kéo theo m a

t c a mái, an toàn đ p b gi m.

ng c a l .

M a to trên di n r ng kéo dài gây ra l l n trên các tri n sông là m t nguy c
d n đ n l l t. M a to t p trung là nguyên nhân gây ra l quét là m t lo i thiên tai
r t khôn l

ng.

L l n là nguyên nhân gây ra v đê, v đ p gây ra ng p l t. Dịng ch y có
t c đ l n, có kh n ng tàn phá cơng trình và s s ng n i mà nó đi qua. Các dịng
ch y tràn do l th
trình th y l i...

ng kéo theo đ t đá, cát s i vùi l p đ ng ru ng, nhà c a, công
i v i đ p v t li u đ a ph

ng: m c n

c dâng có th tràn qua

đ nh đ p, kèm theo t c đ dòng ch y l n làm xói mái h l u đ p là nguy c phá
ho i cơng trình.

1.3.3. nh h

ng c a tr

t l đ t.

Các kh i đ t đá do tr
l p cơng trình, vùi l p ru ng v

t l đ t tác đ ng tr c ti p làm đ v cơng trình, vùi
n... Các kh i l n do tr

t l đ t r i xu ng h gây

ra sóng xung kích có chi u cao g p nhi u l n sóng gió thi t k làm cho n
qua đ nh đ p, phá v k t c u b o v mái th
đ nh đ p r t cao.

c tràn

ng l u đ p d n đ n nguy c m t n


15

thiên tai

Tác động vào công trình
- Sóng cao trong hồ
- áp lực sóng trực tiếp vào

bề mặt công trình

Bo

Mưa to tập
trung

- Lũ quét
- Nước trong hồ dâng cao
- BÃo hòa đất tự nhiên
đất đắp đập

Lũ lụt

- Mực nước dâng cao
- Mực nước rút nhanh
- Dòng chảy tràn qua công
trình và ®ång rng

Sù cè ®èi víi ®Ëp ®Êt
- Lón cđa th©n đập
và nền quá lớn
- Mất ổn định thấm
- Kết cấu bảo vệ
mái TL bị phá hoại
- .....

- Tràn đỉnh đập
- Trượt mái hạ lưu
- Trượt mái thương lưu

- Kết cấu đất thân đập
bị phá hoại

- Trượt lở kéo theo công trình
- Dòng đất đá cát sỏi
tác động vào công trình
- Gây sóng xung kích trong hồ

Trượt lở đất

Hỡnh 1-3: nh h

ng c a thiên tai t i đ p v t li u đ a ph

Tóm l i: Tác đ ng c a bão, m a l , tr
tác đ ng cơng sinh, c ng có nh ng tr
đ n cơng trình và phân tích nh h

t l đ t vào cơng trình th

ng h p đ c l p. Phân tích nh h

ng
ng là nh ng
ng c a chúng

ng các tác đ ng và các l c đ c bi t cơng trình khi

có thiên tai làm c s đ ra các gi i pháp đ m b o an tồn khi có thiên tai x y ra. M i
quan h c a thiên tai bão, l , tr

1.3.4. nh h

t l đ t đ i v i đ p đ t nh s đ hình 1-4.

ng c a quá trình khai thác

Theo ch đ làm vi c c a tr m th y đi n tích n ng, vào th i gian th p đi m
trong ngày, n

ct h d

iđ

c b m lên h trên v i t ng l u l

trong h t t xu ng m t chi u cao H, m c n
n

c rút c ng là t

ng đ i cao. T

c th

ng Q, m c n

c

ng l u thay đ i r t l n, t c đ

ng t nh th đ i v i h ch a trên trong tr

ng

h p nhà máy v n hành phát đi n ph đ nh bi u đ ph t i vào th i gian cao đi m
trong ngày.
M cn

c trên mái c a các công trình đ t (đ p v t li u đ a ph

ng, đê, kênh,

b sông…) rút xu ng trong quá trình v n hành là m t trong nh ng nguyên nhân ch
y u làm m t n đ nh mái d c. Tr

ng h p m c n

c trên mái rút xu ng nhanh, h


16
s th m c a đ t nh khi đó áp l c k r ng trong kh i đ t h u nh không thay đ i so
v i tr

c khi n

c rút. Trong khi đó tác d ng ph n áp gi

n đ nh c a kh i n

c

trên mái m t đi d n đ n m t n đ nh mái.
Nh v y trong quá trình khai thác v n hành, m c n

c th

ng l u t i đ u

m i th y đi n tích n ng ln thay đ i liên t c theo chu k ngày đêm, đây là y u t
chính d gây ra các hi n t

ng m t n đ nh đ p, trong đó có s t l mái đ p th

ng

l u.
1.4. GI I H N PH M VI NGHIÊN C U
Trên th gi i, v n đ nghiên c u nh h

ng c a m c n

cơng trình đê, đ p, b sơng rút nhanh đ n n đ nh mái d c đ
quan tâm t lâu, nhi u ph
nhau c a mơi tr

ng pháp tính đã đ

ng đ t khi m c n

c trên mái c a các
c các nhà khoa h c

c phát tri n xét đ n các ng x khác

c thay đ i nhanh.

Vi t Nam, các thi t k hi n nay ch a đ c p nhi u đ n v n đ này. Khi xác
đ nh đ d c mái th

ng l u ch y u theo đ nh tính l y đ d c tho i h n mái h l u.

Vi c đánh giá m t cách chi ti t các kh n ng rút n
t i đa đ s d ng trong tính tốn n đ nh mái th
m c. Ít có các nghiên c u đánh giá các hi n t
m cn

c có th x y ra, t c đ n
ng l u ch a đ

c rút

c quan tâm đúng

ng h h ng mà nguyên nhân là do

c rút gây ra.
Vi c m c n

c trên mái c a các cơng trình đ t đá rút xu ng trong quá trình

v n hành là m t trong nh ng nguyên nhân ch y u làm m t n đ nh mái d c. Hi n
nay, trong công tác thi t k c ng nh các quy trình v n hành h ch a đ u ch a đ
c p đ n t c đ h th p m c n

c th

ng l u gi i h n, làm cho các đ n v qu n lý

v n hành g p nhi u khó kh n trong vi c v n hành cơng trình đ m b o an toàn.
i v i các d án th y đi n tích n ng, v i nh ng u th rõ r t v m t kinh t
thì đ p v t li u đ a ph

ng th

ng đ

c s d ng cho đ u m i th y đi n tích n ng.

Nh ng v i đ c đi m khai thác v n hành nh th thì vi c nghiên c u đánh giá n
đ nh mái đ p là h t s c c n thi t đ ph c v cho công tác thi t k c ng nh qu n lý
v n hành cơng trình đ m b o an tồn.


17
Ph m vi nghiên c u c a đ tài là các đ p v t li u đ a ph

ng (đ p đ t, đ p đá

lõi đ t, đ p đá đ ) có chi u cao trung bình 40-70m. Trên c s nghiên c u các y u

t

nh h

ng đ n n đ nh mái d c khi n

rút, đ d c mái, đ tr n
bi u di n d

c rút nh t c đ n

c rút, chi u cao n

c... Thi t l p m i quan h gi a các y u t

i d ng đ th đ có th tra c u nhanh.

nh h

c
ng,