Nghiên cứu giải pháp cho nước tràn qua đỉnh đập trong trường hợp có lũ lớn khẩn cấp cho các hồ chứa vừa và nhỏ

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP ĐẢM
BẢO AN TOÀNHỒ CHỨA VỪA VÀ NHỎ TRONG ĐIỀU KIỆN LŨ
LỚN Ở VIỆT NAM ........................................................................................ 6
1.1 Thực trạng về các hồ chứa vừa và nhỏ ở Việt Nam................................ 6
1.2.Các giải pháp nâng cao khả năng tháo lũ cho hồ chứa nhỏ .................. 13
1.2.1.Sử dụng tràn sự cố và tràn phụ ...................................................... 14
1.2.2. Cải tạo tràn hiện trạng ................................................................. 17
1.2.3.Giải pháp về công trình tháo lũ dưới sâu ...................................... 21
1.2.4. Giải pháp về đậpdâng ................................................................... 23
1.3. Kết luận chương ................................................................................... 28
CHƯƠNG2 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHO NƯỚC TRÀN QUA
ĐỈNH ĐẬP TRONG TRƯỜNG HỢP CÓ LŨ LỚN KHẨN CẤP ........... 29
2.1. Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng đập đất cho nước tràn đỉnh đập ở
Thế Giới và Việt Nam. ................................................................................ 29
2.2. Khái niệm chung và các hình thức cấu tạo đập cho nước tràn qua đỉnh
đập trong trường hợp có lũ lớn khẩn cấp .................................................... 31
2.2.1. Khái niệm chung ........................................................................... 31
2.2.2. Giải pháp gia cố đỉnh, mái đập bằng kết cấu vật liệu cứng ......... 32
2.2.3. Giải pháp gia cố đập kết cấu vật liệu mềm................................... 38


2.2.4. Giải pháp gia cố đỉnh, mái đập bằng kết cấu vật liệu cứng kết hợp
vật liệu mềm. ........................................................................................... 43
2.3. Các vấn đề thủy lực công trình tháo lũ theo giải pháp cho nước tràn

qua đỉnh đập ................................................................................................ 44
2.3.1. Các điều kiện và yêu cầu kỹ thuật chung ...................................... 44
2.3.2. Đặt vấn đề về thủy lực dòng chảy tháo lũ trên đỉnh đập dâng .... 44
2.3.3. Đặt vấn đề về thủy lực trên mái hạ lưu đập dâng đoạn cho nước
tràn đỉnh đập ........................................................................................... 47
2.4. Tính toán điều tiết lũ ........................................................................... 50
2.4.1. Một số tiêu chuẩn tính toán mưa lũ thiết kế trên thế giới và tại
Việt Nam ................................................................................................. 50
2.4.2. Lựa chọn mô hình tính toán mưa lũ thiết kế: ................................ 53
2.4.3. Tính toán điều tiết lũ ..................................................................... 54
2.5. Tính toán ổn định đập: ........................................................................ 64
2.5.1 Lực tác dụng lên thân đập trong trường hợp tháo nước tràn đỉnh
đập ........................................................................................................... 64
2.5.2. Tính toán ổn định đập: .................................................................. 65
2.6. Xây dựng sơ đồ khối trình tự tính toán đập dâng cho nước tràn qua
đỉnh để hỗ trợ tháo nước trong trường hợp có lũ lớn khẩn cấp .................. 73
2.7. Xây dựng bản vẽ mẫu các hình thức công trình trong phương án cho
nước tràn qua đỉnh đập dâng ....................................................................... 75
2.8. Kết luận chương ................................................................................... 76
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ÁP DỤNG GIẢI PHÁP CHO NƯỚC TRÀN
ĐỈNH ĐẬP HỒ CHỨA TRẠI GẠO- THỊ XÃ CHÍ LINH- TỈNH HẢI
DƯƠNG .......................................................................................................... 77
3.1. Đặt vấn đề ............................................................................................ 77
3.2. Đặc điểm tự nhiên vùng hồ Trại Gạo [8] ............................................ 77


3.2.1. Vị trí địa lý, địa hình, địa mạo ...................................................... 77
3.2.2. Địa chất công trình, địa động lực học, địa chất thủy văn ............ 78
3.2.3. Điều kiện sông ngòi, điều kiện khí tượng, thủy văn ...................... 78
3.3. Đặc điểm dân sinh, kinh tế, xã hội vùng hồ Trại Gạo[8].................... 80

3.4. Hiện trạng đầu mối công trình hồ Trại Gạo và các vấn đề đặt ra ........ 81
3.4.1 Hiện trạng đầu mối công trình [8] ................................................ 81
3.4.2. Sự cần thiết đầu tư ........................................................................ 83
3.4.3.Mục tiêu và nhiệm vụ của dự án: ................................................... 84
3.5. Đề xuất các phương án cải tạo, nâng cấp công trình đầu mối hồ Trại
Gạo .............................................................................................................. 85
3.5.1 Nội dung dự án sửa chữa, nâng cấp đầu mối hồ Trại Gạo năm
2014 được đề xuất:.................................................................................. 85
3.5.2 Đặt vấn đề về tính toán điều tiết lũ ................................................ 87
3.6. Phân tích lựa chọn giải pháp cho nước tràn đỉnh đập để điều tiết lũ
trong trường hợp lũ vượt tần suất thiết kế................................................... 87
3.7. Tính toán điều tiết lũ ............................................................................ 89
3.7.1. Mục đích tính toán ........................................................................ 89
3.7.2.Phương pháp và nguyên lý tính toán ............................................. 89
3.7.3. Tính toán lưu lượng lũ và tổng lũ ................................................. 90
3.7.4. Kiểm tra khả năng tháo lũ của tràn cũ: ........................................ 91
3.7.5. Tính toán điều tiết lũ và phân tích lựa chọn bề rộng đỉnh đập cho
nước tràn qua để hỗ trợ tràn chính điều tiết lũ lớn khẩn cấp ................ 93
3.8. Tính toán cao trình đỉnh đập ................................................................ 95
3.9. Tính toán ổn định mái đập dâng .......................................................... 99
3.9.1. Trường hợp tính toán .................................................................... 99
3.9.2 Số liệu đầu vào tính toán ............................................................... 99
3.9.3. Kết quả tính toán ......................................................................... 101


3 .10. Bản vẽ sơ bộ phương án bố trí công trình đầu mối hồ Trại Gạo cho
nước tràn qua đỉnh đập .............................................................................. 102
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 108
CÁC PHỤ LỤC TÍNH TOÁN ................................................................... 110

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Biểu đồ tỷ lệ phần trăm phân loại số lượng hồ đập theo dung tích trữ ... 6
Hình 1.2: Biểu đồ tỷ lệ phần trăm phân cấp quản lý hồ đập vừa và nhỏ tại
Việt Nam ........................................................................................................... 8
Hình 1.3: Hồ Hồ Ea H’Rar 1 (Đắk Lắk) (bên trái) vàhồ chứa Suối Tre (bên
phải) ( Bình Định) cạn trơ đáy vào mùa kiệt .................................................. 11
Hình 1.4: Sạt lở bể tiêu năng, kênh xả lũ sau tràn, hồ Bến Tắm Ngoài- tỉnh
Hải Dương ....................................................................................................... 12
Hình1.5: Cấu tạo tràn xả lũ tự lật .................................................................... 14
Hình 1.6: Đập tràn tự vỡ[8]............................................................................ 15
Hình 1.7: Tràn điều tiết phụ ........................................................................... 17
Hình 1.8: Mặt cắt ngang tuyến tràn mở rộng .................................................. 18
Hình 1.9: Đường tràn ngang ........................................................................... 19
Hình 1.10: Ngưỡng tràn zích zắc loại A [10].................................................. 20
Hình 1.11: Tràn có cửa van điều tiết trên ngưỡng tràn ................................... 21
Hình1.12: Giếng tháo lũ [6][9]........................................................................ 22
Hình1.13: Biện pháp gia cố mái đập dâng ...................................................... 26
Hình 2.1: Đập dâng kết hợp tràn cho phép nước tràn qua đỉnh đập ............... 31
Hình 2.2: Gia cố áo cứng mái đập cho phép nước tràn qua toàn bộ đập ........ 33
Hình 2.3: Mặt cắt ngang đập gia cố áo cứng mái đập chophép nước tràn qua
toàn bộ đập ...................................................................................................... 34
Hình 2.4: Gia cố áo cứng mái đập cho phép nước tràn qua toàn bộ đập ........ 34
Hình 2.5: Mặt cắt ngang đập gia cố áo cứng mái đậpcho phép nước tràn qua
một phần đập ................................................................................................... 35
Hình 2.6: Chi tiết cấu tạo tấm lát bê tông đổ tại chỗ ...................................... 35
Hình 2.7: Chi tiết cấu kiện BT đúc sẵn ........................................................... 36
Hình 2.8: Mái đập gia cố bằng rọ thép xếp đá hộc ......................................... 37

Hình 2.9: Chi tiết mặt cắt dọc mái đập bố trí rọ thép xếp đá hộc ................... 37
Hình 2.10: Rọ thép xếp đá hộc ........................................................................ 37
Hình 2.11: Giải pháp chống xói chân mái đập dâng ....................................... 38
Hình 2.12: Sử dụng giải pháp gia cố bờ sông vào bờ hồ đập: ........................ 38
Hình 2.13: Gia cố mái đập bằng vải bạt và bao tải cát cho nước tràn mái đập
......................................................................................................................... 40
Hình 2.14: Gia cố đập bằng bao tải đất, cát .................................................... 41
Hình 2.15: Gia cố mái đập bằng bạt dày ghim gia cố vào mái đập ................ 41
Hình 2.16: Cách bố trí và liên kết thảm túi cát trên mái đập .......................... 42
Hình 2.17: Gia cố đỉnh đập, mái hạ lưu bằng thảm phủ thực vật ................... 43
Hình 2.18: Gia cố đỉnh đập bằng vật liệu cứng kết hợp vật liệu mềm ........... 43
Hình 2.19: Mặt cắt ngang tuyến đập phủ bạt cho nước tràn đỉnh đập ........... 45
Hình 2.20: Sơ đồ đường mực nước trong trường hợp2H< δ <4H ................. 45
Hình 2.21: Sơ đồ đường mực nước trong trường hợp3H< δ <8H ................. 45
Hình 2.22: Sơ đồ đường mực nước trong trường hợp δ=(8÷10)H ............... 46
Hình 2.23: Sơ đồ đường mực nước trong trường hợp δ>10H ....................... 46
Hình 2.24: Sơ đồ tính toán đường mặt nước trên dốc nước............................ 49
Hình 2.25: Sơ đồ tính toán điều tiết lũ cho hồ chứa ...................................... 55
Hình 2.26: Đồ thị điều tiết lũ theo phương pháp Potapop .............................. 59
Hình 2.28: Sơ đồ khối quá trình xả lũ lớn khẩn cấpq xả ~t có sự tham gia tháo
lũ qua đỉnh đập dâng ....................................................................................... 64
Hình 2.29: Biểu đồ áp lực nước tĩnh tác dụng lên đập ................................... 65
Hình 2.30: Sơ đồ tính ổn định mái đập trong trường hợpnước tràn đỉnh đập
theo Ghecxevanop ........................................................................................... 67
Hình 2.31: Sơ đồ xác định vị trí cung trượt nguy hiểmtheo Filennit .............. 68
Hình 2.32: Sơ đồ xác định vị trí cung trượt nguy hiểmkết hợp Fanđêep và
W.Fellenius ..................................................................................................... 70

Hình 2.33: Lực tác dụng lên phân tố đất mặt trượt dạng trụ tròn. .................. 70
Hình 2.34: Lực tác dụng lên phân tố đất mặt trượt dạng tổ hợp và mặt trượt
dạng gãy khúc.................................................................................................. 71
Hình 2.35: Sơ đồ khối trình tự thiết kế đập dâng cho nước tràn đỉnh đập để
hỗ trợ tháo lũ lớn khẩn cấp .............................................................................. 73
Hình 2.36: Sơ đồ khối vận hành hồ chứa phòng lũ trong đó có giải pháp cho
nước tràn đỉnh đập dâng khi có lũ lớn khẩn cấp ............................................. 74
Hình 3.1: Toàn cảnh hồ Trại Gạo ................................................................... 82
Hình 3.2: Mặt tràn đất và dốc bị sạt trượt ....................................................... 82
Hình 3.3: Cống lấy nước kiểu nút .................................................................. 83
Hình 3.4: Biểu đồ quan hệ đặc trưng lòng hồ V~Z........................................ 86
Hình 3.5: Biểu đồ quan hệ đặc trưng lòng hồ F~Z ......................................... 86
Hình 3.6: Mặt cắt chi tiết tràn, đập kết hợp tháo lũ lớn khẩn cấp................... 99
Hình 3.7: Mặt cắt ngang đại diện để tính toán ổn định đập dâng phần không
cho nước tràn qua đỉnh đập ........................................................................... 100
Hình 3.8:

Mặt cắt ngang đại diện để tính toán ổn định đập dâng phần cho

nước tràn qua đỉnh đập .................................................................................. 100


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1- Phân cấp hồ chứa theo dung tích và loại vật liệu xây dựng đập[2] . 7
Bảng 1.2- Thống kê đơn vị quản lý hồ đập vừa và nhỏ ở Việt Nam ................ 8
Bảng1.3- Tiêu chuẩn tính toán lũ theo các quy phạm qua các thời kỳ ............. 9
Bảng 1.4 - Diễn biến của lượng mưa và nhiệt độ. .......................................... 12
Bảng 2.1- Thông số đập đất cho nước tràn đỉnh đập hồ chứa Yên Tử Hà và
hồ chứa Hồng Tinh [4] .................................................................................... 29
Bảng 2.2- Tiêu chuẩn lũ theo quy phạm Nga ................................................. 51

Bảng 2.3 - Tiêu chuẩn lũ theo Hội nghị London ............................................ 51
Bảng 2.4 - Tỷ lệ % tăng thêm vào lưu lượng lũ thiết kế ................................. 52
Bảng 2.5 -Tần suất lũ thiết kế, lũ kiểm tra của Trung Quốc ........................... 52
Bảng 2.6 - Tần suất lũ theo QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT [2] ................... 53
Bảng 2.7- Tiêu chuẩn lũ cực hạn áp dụng cho dự ánVWRAP[1]................... 53
Bảng 2.8- Hệ số an toàn đập theo cấp công trình ........................................... 66
Bảng 2.9- Bảng tra góc giao tìm tâm cung trượt theo Filennit[14] ................ 69
Bảng 2.10- Bảng tra R, r xác định vùng tâm cung trượt[14] .......................... 69
Bảng 3.1- Đặc trưng hình thái lưu vực tính đến tuyến đập............................ 78
Bảng 3.2 - Quy mô và thông số kỹ thuật cơ bản các hạng mục công trình .... 81
Bảng 3.3- Bảng thống kê tình hình hạn hán do thiếu nước cấp từ hồ chứa[8]84
Bảng 3.4- Các thông số kỹ thuật hồ chứa Trại Gạo theo thiết kế đề xuất[8] . 85
Bảng 3.5- Đặc trưng địa hình lòng hồ[8] ........................................................ 86
Bảng 3.6 - Bảng kết quả tính lũ ứng với các tần suất thiết kế ....................... 91
Bảng 3.7- Bảng kết quả tính toán điều tiết lũ khi chỉ có tràn xả lũ độc lập
ứng với tần suất ( P=2%)................................................................................. 91
Bảng 3.8 - Bảng kết quả tính toán điều tiết lũ khi chỉ có tràn xả lũ độc lập
ứng với tần suất ( P=1%)................................................................................. 92


Bảng 3.9 - Bảng kết quả tính toán điều tiết lũ khi chỉ có tràn xả lũ độc lập
ứng với tần suất ( P=0,01%)............................................................................ 92
Bảng 3.10- Bảng kết quả lựa chọn phương ántính toán lũvới tràn xả lũ hoạt
động độc lập .................................................................................................... 93
Bảng 3.11 - Thông số tính toán điều tiết lũ với B tràn =6,0m và B đ =15m ....... 95
Bảng 3.12- Bảng tính toán cao trình đỉnh đập dâng ...................................... 96
Bảng 3.13- Các thông số hồ chứa Trại Gạo phòng lũ P=0,01% .................... 98
Bảng 3.14- Bảng các trường hợp tính toán ổn định đập ................................. 99
Bảng 3.15- Bảng các trường hợp tính toán ổn định đập[8] ......................... 100
Bảng 3.16 - Bảng tổng hợp quả tính toán ổn định ........................................ 101

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Đề tài.
Hồ chứa nước là công trình tích nước và điều tiết dòng chảy nhằm cung
cấp nước cho các ngành kinh tế quốc dân, sản xuất điện năng, cắt giảm lũ cho
vùng hạ lưu v.v... Ở Việt Nam theo Báo cáo của Bộ NN&PTNT hiện nay, cả
nước có gần 7.000 hồ chứa thuỷ lợi với tổng dung tích trữ khoảng 11 tỷ m3,
trong đó 560 hồ chứa lớn có dung tích trữ trên 3 triệu m3, 1752 hồ có dung
tích trữ từ 0,2 đến 3 triệu m3, còn lại là 4336 hồ có dung tích nhỏ hơn 0,2
triệu m3. Cụ thể về hiện trạng các hồ đập ở Việt Nam như sau:
+ Thời gian xây dựng hồ, đập:
Bảng 1- Bảng tỷ lệ phần trăm các hồ xây dựng theo thời gian
Thời gian
Tỷ lệ (%) tính
theo số lượng

Trước
năm 1954

1954-1964

1965-1975

5,15

26,05

1,8

1976-1986 Sau 1986

36,9

30,1

+ Các sự cố hư hỏng hồ, đập:
Bảng 2- Bảng tỷ lệ phần trăm các sự cố hư hỏng hồ đập
TT

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

4

Thân 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

428

100

Tổng


2

+ Thống kê theo loại, hạng mục công trình:
Bảng 3- Bảng thống kê phân loại công trình hồ đập theo hạng
mục công trình đầu mối
TT

Loại, hạng mục

Tỷ lệ %

1

Hồ chứa vừa và nhỏ

62

2

Đập dâng cấu tạo bằng vật liệu đất

99

3

Tràn xả lũ không có cửa van điều tiết

95

4

Tràn xả lũ kiểu đập tràn đỉnh rộng

80

Qua thống kê trên ta thấy các hồ được xây dựng chủ yếu được xây dựng
cách đây 30-60 năm trong điều kiện đất nước có chiến tranh và nền kinh tế
khó khăn.Đánh giá chung các hồ chứa lớn được quản lý chất lượng từ thiết kế
đến thi công và vận hành đáp ứng được đầy đủ tính chất kỹ thuật, trong khi
thực trạng các hồ chứa vừa và nhỏ được đầu tư ít vốn, có những hồ địa
phương tự vận động sức dân làm thiếu tài liệu cơ bản như: địa hình, địa chất,
thủy văn, thiết bị thi công, lực lượng kỹ thuật và nhất là đầu tư kinh phí không
đủ nên chất lượng đập chưa tốt, mức độ an toàn rất thấp.Mặt khác qua nhiều
năm sử dụng không được cải tạo, nâng cấp nên đã xuống cấp nghiêm trọng,
thực tế những năm gần đây, do tình hình thời tiết khí hậu diễn biến phức tạp,
mưa lũ lớn thường xuyên, thời gian lũ ngắn, đã dẫn đến có nhiều đập vừa và
nhỏ bị vỡ khi có mưa lũ về điển hình như năm 2012 vỡ đập Tây Nguyên

(dung tích 1.200.000m3) huyện Quỳnh Lưu, tỉnh Nghệ An, năm 2013 vỡ đập
hồ Đồng Đáng (xã Trường Lâm) và Khe Luồng (xã Tân Trường) với dung
tích hồ 200.000m3 và 500.000m3 - tỉnh Thanh Hóa, vỡ đập Phốp (huyện
Thanh Trương- Nghệ An) trữ 18.000m3 nước... gây thiệt hại lớn về sản xuất
nông nghiệp, dân sinh kinh tế vùng bị ảnh hưởng, đe dọa an toàn tính mạng của
người dân.


3

Trên cơ sở thực tiễn tại các công trình, tham khảo các tài liệu chuyên
môn, tài liệu nghiên cứu của các tác giả đã được công nhận, một trong những
nguyên nhân chính gây mất an toàn hồ đập là các đập vừa và nhỏ hầu hết là
các đập đất, khi có mưa lũ vượt tần suất thiết kế, tràn không đủ khả năng tháo
nước dẫn đến nước tràn qua đỉnh đập, xói mòn mặt, mái đập, thân đập bão
hòa nước, sạt trượt dẫn đến vỡ đập...Các giải pháp cải tạo nâng cấp thường là
tôn cao đập, mở rộng tràn với chi phí xây dựng cao, vượt ra ngoài khả năng
ngân sách của địa phương. Đây là nguyên nhân chính dẫn đến nhiều công
trình đứng trước nhiều mối nguy cơ thường trực mà vẫn chưa có giải pháp
phù hợp đảm bảo an toàn. Trong hoàn cảnh này, một giải pháp đơn giản, với
chi phí thấp sẽ phù hợp và có tính khả thi cao.Xuất phát từ các ý tưởng này
kết hợp với các tình huống xử lý khẩn cấp khi các nhà thầu thi công mặt đập
vượt lũ, tác giả đề xuất các giải pháp khẩn cấp tháo lũ trên đỉnh đập đất khi có
lũ lớn bất thường cho các hồ chứa vừa và nhỏ - thường là loại công trình có
cột nước không quá cao, lũ tập trung nhanh. Giải pháp cuối cùng sẽ được áp
dụng thử cho một công trình điển hình được tác giả lựa chọn thiết kế là đập
hồ Trại Gạo- thị xã Chí Linh- tỉnh Hải Dương. Hồ Trại Gạo được xây dựng
năm 1970, hồ có các thông số cơ bản như sau:
Bảng 4- Thông số cơ bản hồ Trại Gạo- Thị xã Chí Linh- Tỉnh Hải Dương[8]
Đập dâng

Cao

L(m)

Diện tích tưới
Cao

trình trình
đỉnh

chân

đập

đập

F lòng hồ

Dung
MNGC MNC MNBT tích hồ

(m2)

(m3)

Thiết
kế, quy
hoạch

Tràn xả lũ

Thực
tế

Khẩu

năm

độ

2011

Cao
trình
ngưỡng

Kiểu
đập tràn
Tràn đất

120 +41,0 +35,5 48.000

+40,0

+36,0

+39,0

120.000

95,0

27,0

4m

+39,0

kiểu đập
tràn đỉnh
rộng


4

Hồ hiện nay đã xuống cấp trầm trọng, mái đập thượng hạ lưu bị sạt
trượt, thân đập, cống lấy nước rò rỉ, tràn đất bị xói mạnh qua mỗi mùa mưa lũ,
bề rộng thực trạng của tràn xả lũ 8,0m, lớn hơn 4m so với thiết kế ban đầu,
cao trình đỉnh tràn là +38,50m thấp hơn so với thiết kế ban đầu là 0,5m.
2. Mục đích của Đề tài.
- Đánh giá được tổng quan về hiện trạng an toàn hồ, đập vừa và nhỏ ở
Việt Nam.
- Đề xuất, đánh giá sơ bộ về các giải pháp công trình về tràn tăng cường khả
năng tháo lũ cho các hồ chứa vừa và nhỏ.
- Nghiên cứu giải pháp cho nước tràn qua đỉnh đập trong trường hợp có
lũ lớn khẩn cấp.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu: Hồ chứa nước sử dụng đập đất.
- Phạm vi nghiên cứu: Hồ chứa vừa và nhỏ.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

Cách tiếp cận:
- Tiếp cận qua các nghiên cứu, tài liệu đã được công bố.
- Tiếp cận qua công trình thực tế.
- Qua các nguồn thông tin khác.
Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp lý thuyết.
- Phương pháp thống kê, phân tích đánh giá số liệu thu thập.
- Tham khảo kinh nghiệm chuyên gia.
5. Kết quả dự kiến đạt được.
- Đánh giá được tổng thể về an toàn hồ đập vừa và nhỏ ở Việt Nam.
- Trên cơ sở các tính toán về thủy lực, điều tiết, ổn định đập đề xuất các giải
pháp tháo lũ qua đỉnh đập cho các hồ chứa vừa và nhỏ.


5

- Tính toán điển hình cho một trường hợp cụ thể.
6. Nội dung luận văn:
 Lời cám ơn.
 Lời cam đoan.
 Mở đầu.
 Chương 1: Tổng quan về thực trạng và giải pháp đảm bảo an toàn hồ
chứa và và nhỏ trong điều kiện lũ lớn ở Việt Nam.
 Chương 2: Nghiên cứu giải pháp cho nước tràn qua đỉnh đập trong
trường hợp có lũ lớn khẩn cấp.
 Chương 3: Tính toán áp dụng giải pháp cho nước tràn đỉnh đập hồ
chứa Trại Gạo - Thị xã Chí Linh- Tỉnh Hải Dương.
 Kết luận và kiến nghị.

6

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN
TOÀNHỒ CHỨA VỪA VÀ NHỎ TRONG ĐIỀU KIỆN LŨ LỚN
Ở VIỆT NAM
1.1 Thực trạng về các hồ chứa vừa và nhỏ ở Việt Nam
Hồ chứa nước là công trình tích nước và điều tiết dòng chảy nhằm cung
cấp nước cho các ngành kinh tế quốc dân, sản xuất điện năng, cắt giảm lũ cho
vùng hạ lưu v.v... Ở Việt Nam theo Báo cáo của Bộ NN&PTNT hiện nay, cả
nước có gần 7.000 hồ chứa thuỷ lợi với tổng dung tích trữ khoảng 11 tỷ m3,
trong đó 560 hồ chứa lớn có dung tích trữ trên 3 triệu m3, 1752 hồ có dung
tích trữ từ 0,2 đến 3 triệu m3, còn lại là 4336 hồ có dung tích nhỏ hơn 0,2
triệu m3.

HỒ THỦY LỢI
>3 triệu

0.2-3 triệu

< 0.2 triệu

9%
26%
65%

Hình 1.1: Biểu đồ tỷ lệ phần trăm phân loại số lượng
hồ đập theo dung tích trữ
Theo nghị định số 72/2007/NĐ-CP của Chính Phủ ngày 07 tháng 5
năm 2007 về Quản lý an toàn đập, quy định:

+Đập lớn là đập có chiều cao tính từ mặt nền đến đỉnh đập bằng hoặc
lớn hơn 15m hoặc đập của hồ chứa nước có quy mô dung tích bằng hoặc lớn
hơn 3.000.000 m3 (ba triệu mét khối).


7

+Đập nhỏ là đập có chiều cao tính từ mặt nền đến đỉnh nhỏ hơn 15m và
tạo hồ chứa nước có dung tích trữ nhỏ hơn 3.000.000 m3 (ba triệu mét khối).
Nếu tính theo chiều cao đập thìsố lượng hồ chứa có chiều cao đập lớn
hơn 15m chiếm khoảng 20% - 30% tổng số các hồ chứa.
Nếu tính theo dung tích hồ chứa thì các đập lớn chiếm 10%-15% tổng
số các hồ chứa
Quy chuẩn thiết kế công trình thủy lợi hiện nay là quy chuẩn quốc gia
về công trình thủy lợi, các quy định chủ yếu về thiết kế QCVN 04-05:2012/
BNNPTNT
Bảng 1.1- Phân cấp hồ chứa theo dung tích và loại vật liệu xây dựng đập[2]
Loại công trình và
năng lực phục vụ
1. Hồ chứa nước có dung
tích ứng với MNDBT, 106
m3

Loại
nền

Cấp công trình
Đặc biệt

>1 000

> 100

I

II

III

IV

>200 ÷1
>20 ÷ 200 ≥ 3 ÷ 20 < 3
000
>70 ÷ 100 >25 ÷ 70 >10 ÷ 25 ≤ 10

A
2. Đập vật liệu đất, đất B
> 35 ÷ 75 >15 ÷ 35 >8 ÷ 15 ≤ 8
đá
C
>15 ÷ 25 >5 ÷ 15 ≤ 5
3. Đập bê tông, bê tông cốt A
> 100
>60 ÷ 100 >25 ÷ 60 >10 ÷ 25 ≤ 10
thép các loại và các công B
>25 ÷ 50 >10 ÷ 25 >5 ÷ 10 ≤ 5
trình thủy lợi chịu áp khác
C
>10 ÷ 20 >5 ÷ 10 ≤ 5
có chiều cao, m

CHÚ THÍCH:
1) Đất nền chia thành 3 nhóm điển hình:
- Nhóm A: nền là đá ;
- Nhóm B: nền là đất cát, đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng và nửa cứng;
- Nhóm C: nền là đất sét bão hòa nước ở trạng thái dẻo;
2) Chiều cao công trình được tính như sau:
- Với đập vật liệu đất, đất – đá: chiều cao tính từ mặt nền thấp nhất sau khi dọn móng
(không kể phần chiều cao chân khay) đến đỉnh đập;
- Với đập bê tông các loại và các công trình xây đúc chịu áp khác: chiều cao tính từ đáy
chân khay thấp nhất đến đỉnh công trình.


8

Các hồ chứa nhỏ chủ yếu được xây dựng vào thập niên 70,80 thế kỷ
trước. Đặc điểm dẫn đến sự mất an toàn của các hồ chứa này như sau:
+ Tổ chức đầu tư xây dựng: Các hồ chứa này được hình thành phần
lớn do chính quyền địa phương (huyện,xã, hợp tác xã..), hay các nông trường,
quân đội xây dựng trên cơ sở địa hình tự nhiên sẵn có của các sông suối,
thùng trũng tại địa phương nên không thực hiện đầy đủ các quy trình, trình tự
đầu tư, thẩm định, lựa chọn giải pháp xây dựng...
Bảng 1.2- Thống kê đơn vị quản lý hồ đập vừa và nhỏ ở Việt Nam
Đơn vị quản lý

UBND xã

Số lượng (hồ)

1159

UBND

Công ty

huyện

KTCTTL

2041

695

UBND xã

UBND huyện

Công ty KTCTTL

Tư nhân

19%

Tư nhân
899

24%

14%
43%

Hình 1.2: Biểu đồ tỷ lệ phần trăm phân cấp quản lý
hồ đập vừa và nhỏ tại Việt Nam
Các giải pháp xây dựng được đề ra không có sự phản biện khoa học,
còn mang tính chủ quan, tư duy kinh nghiệm khó tránh khỏi những thiếu sót,
rủi ro gây mất an toàn hồ chứa như đập xây vào vùng có hang động karst gây
sụt lún, mất nước, đập đắp trên tầng cuội sỏi gây trượt, mất nước lớn, nhất là
không tính đến trường hợp có lũ lớn khẩn cấp để tính toán quy mô tràn xả lũ,
hay các công trình phòng lũ bổ sung...


9

+ Hình thức, kết cấu hạng mục công trình hồ chứa gồm: Đập dâng
nước chủ yếu là các đập đất.Tràn tự do không có điều tiết (chiếm 80% các hồ
chứa), kết cấu tràn là tràn tự nhiên trên nền đất, đá phong hóa, hoặc tràn được
gia cố nhưng với quy mô nhỏ như gia cố mặt tràn bằng đá xây, bê tông, bê
tông cốt thép, nối tiếp sau tràn chủ yếu là dốc nước với tiêu năng đáy.Cống
lấy nước điều tiết thủ công bằng kiểu tháp van mở nút.
+ Tổ chức lập thiết kế: Các công trình hầu hết được thiết kế sơ sài do ít,
hoặc không có tài liệu về địa hình, địa chất, thủy văn cũng như thiếu xây dựng
quy trình vận hành hồ, thiếu sự tham gia cán bộ chuyên môn chuyên ngành
trong việc thiết kế, thẩm định dự án, quy mô hạng mục công trình của hồ chứa
thiết kế không tính đến các yếu tố bất lợi không lường trước về giải pháp tháo
lũ lớn khẩn cấp, vượt tần suất thiết kế vì vậy không có các hạng mục về tràn
sự cố, công trình tháo lũ lớn khẩn cấp. Mặt khác do xây dựng từ những thập
kỷ 70, 80 khi nền kinh tế đất nước còn khó khăn, hệ thống văn bản, các tiêu
chuẩn phòng lũ để áp dụng tính toán thiết kế hồ cũng không có tính an toàn
cao như các tiêu chuẩn hiện hành ngày nay.
Bảng1.3- Tiêu chuẩn tính toán lũ theo các quy phạm qua các thời kỳ
TT

Tên tiêu chuẩn,
quy phạm, quy
chuẩn

Đặc biệt

III

IV

V

P%
KT

TK

KT

TK

KT

TK

KT

TK

KT

1

Quy định tạm
thời về phân cấp
CTTL (Ban hành
T2/1963)

0,1

0,01

1,0

0,1

2

0,5

5,0

1,0

5,0

1,0

2

QPTL 08-76

0,1

0,5

1,0

1,5

2,0

3

TCVN 5060-90

0,1

0,5

1,0

1,5

2,0

TCXDVN2850,1÷
2002
0,2

QCVN 0405:2012/BNNPT 0,10 0,02 0,5
NT

0,02
0,5
÷0,04

0,1

1,0

0,2

1,5

0,5

0,1

0, 2

1,5

0,5

2,0

1,0

5

P%
KT

II

P%
TK

4

P%
TK

Cấp I

1

2,0


10

Qua bảng thống kê về tiêu chuẩn, quy phạm, quy chuẩn nêu trên ta thấy
mức độ an toàn theo thời gian ngày càng được nâng cao hơn. Trong quy
chuẩn mới nhất hiện nay về an toàn hồ đập QCVN 04-05:2012/BNNPTNT
đã có sự khác biệt cơ bản khi nâng mức độ an toàn của toàn bộ các hồ chứa
lên một bậc so với tiêu chuẩn trước đó là tiêu chuẩn TCXDVN285-2002, đưa
các hồ quan trọng vào cấp đặc biệt, không còn công trình hồ chứa cấp V, mức
độ an toàn của hồ chứa cấp đặc biệt trong QCVN 04-05:2012/BNNPTNT

đưa ra là số liệu giới hạn dưới (Tức an toàn cao hơn) so với cấp lớn nhất là
cấp 1 trong TCXDVN285-2002.
+ Tổ chức thi công: Các công trình này phần lớn xây dựng bằng
phương tiện thô sơ, huy động sức dân, bộ đội, công nhân nông trường tại địa
phương, sử dụng vật liệu đất đá có sẵn tại khu vực, chất lượng vật liệu đắp
không được thí nghiệm kiểm định, quy trình đắp không đảm bảo theo các quy
trình quy chuẩn, kiểm định chất lượng về lớp đắp, kỹ thuật đắp, vật liệu đắp,
độ đầm chặt, hàm lượng các tạp chất trong đất. Chất lượng của nhiều đập đất
không đảm bảo gây ra các hiện tượng như thấm, lún nhiều làm giảm chiều cao
đập, tức giảm hệ số an toàn đập.
+ Tổ chức quản lý vận hành: Các hồ sau xây dựng bàn giao cho chính
quyền địa phương ( thôn, xã, phường) quản lý, các cán bộ quản lý hồ hầu như
không được đào tạo chuyên sâu về lĩnh vực thủy lợi, chủ yếu là nông giang,
cán bộ giao thông thủy lợi thôn, xã,... không có nhiều kiến thức về kỹ thuật
chuyên môn, thiếu kiến thức về quản lý an toàn hồ đập nên vận hành chính là
các cống lấy nước có điều tiết, còn các hạng mục khác như tràn đập không
được kiểm tra cải tạo, việc tiêu thoát lũ qua tràn xả lũ chủ yếu là tràn tự do
nên tùy thuộc vào diễn biến thời tiết khí hậu.
+ Công tác bảo trì, nâng cấp cải tạo: Hầu hết các hồ nhỏ từ khi đầu tư
xây dựng đến nay không được bảo trì, cải tạo do thiếu nguồn vốn đầu tư,


11

nguồn lực huy động của người dân trong vùng hưởng lợi thường rất ít, do hầu
như người dân trong vùng đều nằm trong khu vực khó khăn về kinh tế, hạ
tầng xã hội. Ngay cả việc đánh giá các nguy cơ tiềm tàng, thu thập số liệu về
hoạt động của các hồ hầu như là không có. Việc bảo trì hồ chủ yếu là dọn cỏ
rác, vá víu sạt lở từ những người quản lý vận hành.
+ Chịu ảnh hưởng tiêu cực do BĐKH: Các hồ đập vừa và nhỏ không

có khả năng điều tiết hoặc khả năng điều tiết kém, việc tích nước và cấp
nước theo năm, theo mùa và thậm chí là phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện
tự nhiên của dòng chảy đến, nên trong những tháng kiệt thì mực nước trong
các hồ xuống thấp trầm trọng, có hồ hoàn toàn không có nước. Trong những
tháng lũ, các hồ thường không có dung tích phòng lũ, điều tiết lũ qua tràn tự
do bằng hình thức tràn đất hình thức đập tràn đỉnh rộng, hay đập tràn thực
dụng ô phi xê rốp, rất ít hồ có điều tiết bằng cống tháo lũ, giếng tháo lũ, tràn
tự lật, tràn có điều tiết... Kiểu đập tràn này không có khả năng trữ nước, khả
năng tăng cường tháo lũ dưới mực nước dâng bình thường, vào cuối mùa
mưa không có khả năng để tăng thêm dung tích hồ, hay tháo bớt mực nước
trong hồ để đón lũ.

Hình 1.3: Hồ Hồ Ea H’Rar 1 (Đắk Lắk) (bên trái) vàhồ chứa Suối Tre
(bên phải) ( Bình Định) cạn trơ đáy vào mùa kiệt


12

Hình 1.4: Sạt lở bể tiêu năng, kênh xả lũ sau tràn,
hồ Bến Tắm Ngoài- tỉnh Hải Dương
Đánh giá về mưa lũ bất thường xuất hiện với tần suất ngày càng lớn
như hiện nay Bộ Tài nguyên và Môi trường đã đưa ra nghiên cứu cụ thể
như sau:
Bảng 1.4 - Diễn biến của lượng mưa và nhiệt độ.
Nhiệt độ (0C)
Vùng khí hậu

Tháng

Tháng

I

VII

Tây Bắc Bộ

1,4

Đông Bắc Bộ

Lượng mưa (%)
Năm

Thời kỳ

Thời kỳ

XI-IV

V-X

0,5

0,5

6

-6

-2

1,5

0,3

0,6

0

-9

-7

Đồng bằng Bắc Bộ

1,4

0,5

0,6

0

-13

-11

Bắc Trung Bộ

1,3

0,5

0,5

4

-5

-3

Nam Trung Bộ

0,6

0,5

0,3

20

20

20

Tây Nguyên

0,9

0,4

0,6

19

9

11

Nam Bộ

0,8

0,4

0,6

27

6

9

Năm

Ta thấy sự dao động về nhiệt độ và lượng mưa là tương đối lớn nhất là
vùng Nam Trung Bộ, Tây Nguyên lượng mưa dao động lớn, mặt khác địa

13

hình khu vực này dốc, chiều dài lưu vực ngắn, mật độ thảm phủ ngày càng
giảm do nạn phá rừng thượng nguồn nên thời gian tập trung nước ngắn hình
thành lũ ống, lũ quét ngày càng cao, diễn biến phức tạp khó dự đoán, song
đây lại là khu vực tập trung nhiều hồ đập nhất. Cụ thể các hồ đập có dung tích
dưới 1 triệu m3 nước ở tỉnh Nghệ An khoảng 448 hồ, tỉnh Thanh Hóa khoảng
303 hồ, Đắc lăk khoảng 300 hồ... Vì vậy đánh giá các thực trạng, giải pháp an
toàn các hồ đập ở khu vực này nói riêng và các vùng có hồ đập nhỏ nói chung
là hết sức cấp thiết trong giai đoạn hiện nay.
Từ các phân tích nguyên nhân bất cập nêu trên, đánh giá chung các hồ
đập vừa và nhỏ đều tiềm tàng những nguy cơ lớn sạt lở đập dâng, tràn xả lũ,
nhất là trong tình hình mưa lũ diễn biến bất thường, mưa lũ lịch sử, dòng chảy
lũ về hồ lớn đột biến trong thời gian ngắn dẫn đến sạt lở mạnh ở thân đập,
tràn gây vỡ đập, tràn ảnh hưởng thiệt hại lớn sản xuất nông nghiệp, dân sinh
kinh tế và có thể cả tính mạng và tài sản của người dân hạ du.
1.2.Các giải pháp nâng cao khả năng tháo lũ cho hồ chứa nhỏ
Đặc điểm của các hồ chứa nhỏ có kết cấu đơn giản, kinh phí đầu tư
hạn hẹp nên các giải pháp tháo lũ vượt tần suất thiết kế đề ra phải đảm bảo
được yếu tố này. Căn cứ thực tế địa hình, địa chất, chế độ thủy văn mưa lũ
trong lưu vực phân thủy của hồ, đặc điểm và năng lực chống lũ của các hạng
mục hồ, đập, tràn tại mỗi công trình hồ chứa cụ thể, đặt vấn đề để về các
nguyên nhân chính có thể gây mất an toàn hồ, đập để từ đó đề xuất các giải
pháp công trình để hạn chế và phòng chống lũ giảm thiểu tối đa các thiệt hại
hư hỏng công trình, thiệt hại về sản xuất, tài sản của người dân vùng hạ du
hưởng lợi.Các giải pháp được đưa ra trên cơ sở các luận cứ khoa học, các
giải pháp công trình tháo đang được áp dụng tại Việt Nam và trên Thế giới
vận dụng tập trung cho nhóm hồ chứa vừa và nhỏ đã xây dựng, các dự án hồ
mới nên căn cứ vào tiêu chuẩn quy phạm hiện hành để thiết kế và phải đưa

14

ra được giải pháp lũ vượt tần suất thiết kế cho các hồ chứa đó ngay giai đoạn
thiết kế công trình.
1.2.1.Sử dụng tràn sự cố và tràn phụ
1.2.1.1.Tràn tự lật
Trên mặt tràn bố trí các cấu kiện chắn nước rời rạc nhưng kín, khi tích
nước các cấu kiện này hoạt động như đập dâng nước tăng dung tích hồ thêm
một lượng có độ cao bằng H. Khi có lũ nước tràn qua đỉnh cấu kiện, lúc này
cấu kiện hoạt động như một đập tràn thực dụng hoặc đỉnh rộng, nước qua
ngưỡng tràn được tiêu về hạ lưu bằng kênh dẫn tháo, bậc nước. Trong trường
hợp lũ lớn bất thường vượt qua lưu lượng thiết kế, cột nước tràn qua đỉnh cấu
kiện tăng đến độ cao H lật thì tấm cấu kiện sẽ bị tách rời nhau ra, tự lật về phía
hạ lưu giúp tăng chiều cao cột nước tháo qua tràn tức tăng lưu lượng xả tràn.
Sau mỗi lần hồ xả lũ vượt tần suất thiết kế, các cấu kiện bị lật cần khôi phục
lại, quá trình khôi phục đảm bảo các cấu kiện hoạt động như thiết kế ban đầu.

Hình1.5: Cấu tạo tràn xả lũ tự lật
 Ưu điểm:
Có khả năng tự vận hành ứng phó kịp thời với lũ lớn khẩn cấp, lũ vượt
tần suất thiết kế, không cần sự điều hành và tác động của con người.
 Nhược điểm:
+ Kỹ thuật phức tạp từ thiết kế, thẩm định và thi công.
+ Tốn kém trong việc bảo trì, sửa chữa do theo thời gian, vật liệu nhất
là các khe co giãn, khít nước bị hư hỏng dễ rò rỉ nước hoặc kẹt tấm cấu kiện


15

nên thường xuyên phải kiểm tra các thông số của cấu kiện và bảo trì cấu kiện
để các cấu kiện hoạt động đúng theo thiết kế.
 Điều kiện áp dụng:
Các đập tràn của các hồ hiện trạng có khả năng hạ thấp ngưỡng tràn,
thường là các tràn kết cấu mặt tràn là đất, đất nửa phong hóa, khi đó sẽ bố trí
tràn tự lật một phần hoặc toàn bộ mặt tràn.
1.2.1.2.Tràn tự vỡ
Tràn tự vỡ là hình thức nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ ( hay còn gọi
là hình thức tràn sự cố kiểu đập đất tự vỡ). Cấu tạo của loại tràn này là trên
ngưỡng tràn bố trí một đập đất có vật liệu kết cấu rời, dễ tan rã khi gặp nước,
đập có thể có gia cố hoặc không gia cố, đỉnh đập tự vỡ không cao hơn cao
trình mực nước lũ khống chế ở thượng lưu.
1

2
300

300
20

2

5

1

300
20

40

mÆt c¾t 1-1

134
132

4
3

129
1
2

Hình 1.6: Đập tràn tự vỡ[8]
1. Đập dâng chắn nước; 2. Tường chống thấm bằng đất sét;
3. Khối cát; 4. Đường dẫn xói; 5. Máng dẫn xói
 Ưu điểm:
+ Có khả năng tự vận hành ứng phó kịp thời với lũ lớn khẩn cấp, lũ
vượt tần suất thiết kế, không cần sự điều hành và tác động của con người.


16

+Trong điều kiện tràn không hoạt động được như thiết kế ( ống dẫn
nước để gây xói bị tắc, đất bị nèn chặt theo thời gian) chỉ cần huy động nhân
lực phá dỡ làm hạ thấp đỉnh đập đủ để nước tràn qua là đập có thể hoạt động
đúng theo nhiệm vụ thiết kế.
+ Có thể làm đập tự vỡ theo nhiều cấp bằng cách phân cách đập ra làm
nhiều phần bằng tường xây gạch, bê tông cốt thép,... tùy mức độ lũ đến người
vận hành có thể cho nước tràn qua từng phần, hay toàn phần đập tràn tự vỡ.

+ Việc phục hồi lại tràn tự vỡ không có khó khăn gì do vật liệu dùng
làm tràn tự vỡ khá phổ thông tại các địa phương đó là vật liệu cát hoặc đất cát.
 Nhược điểm:
+ Sau nhiều năm không sử dụng thì đập bị nèn chặt, cỏ cây mọc gây
cản trở sự tan rã của đập khi gặp nước, không thực hiện được chức năng tháo
lũ nước dâng gây nguy hiểm đến các hạng mục công trình đầu mối
+ Chỉ bố trí được tại các đập có thể bố trí thêm tràn, trong điều kiện hồ
chỉ có một đập dâng, tràn không áp dụng được giải pháp này.
+ Sau mỗi lần hoạt động, phải xây dựng lại tốn kém kinh phí.
 Điều kiện áp dụng:
+ Áp dụng cho các hồ trong điều kiện việc quản lý có cán bộ kỹ thuật
chuyên ngành, được đào tạo tập huấn về quản lý an toàn hồ đập, có điều kiện
thường xuyên kiểm tra, đánh giá về chất lượng đập.
+ Áp dụng cho các hồ chứa nhỏ dùng có nền tương đối tốt và địa hình
yên ngựa thấp nhưng không đủ rộng để bố trí tràn tự do, chiều cao đập không
nên xây đập cao quá 5,0m do đặc điểm các hồ chứa nhỏ có chiều cao đập thấp,
việc xây dựng đập tràn tự vỡ cao quá cần phải tốn kém về kinh phí đầu tư.
1.2.1.3. Tràn phụ
Với hồ chứa có địa hình đồi thoải, yên ngựa gồm nhiều đập chính và
phụ để dâng nước thì có thể bố trí được thêm tràn điều tiết phụ tại một đập