Phân tích và đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi việt nam theo lý thuyết độ tin cậy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN LAN HƯƠNG

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI
HỒ CHỨA THỦY LỢI VIỆT NAM THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI
HỒ CHỨA THỦY LỢI VIỆT NAM THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Mã số: 62-58-40-01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS.TS NGUYỄN QUANG HÙNG
2. PGS.TS NGUYỄN HỮU BẢO

HÀ NỘI, NĂM 2017

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án
Chữ ký

Nguyễn Lan Hương

i


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cố GS.TS. Nguyễn Văn Mạo, PGS.TS.
Nguyễn Hữu Bảo và PGS.TS. Nguyễn Quang Hùng là các thầy hướng dẫn trực tiếp tác
giả thực hiện luận án. Xin cảm ơn các thầy đã dành nhiều công sức, trí tuệ trong thời
gian tác giả thực hiện luận án.
Tác giả xin trân trọng cám ơn các nhà khoa học trong và ngoài trường đã có những
đóng góp quý báu, chân tình và thẳng thắn để tác giả hoàn thiện luận án.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Trường Đại học Thủy lợi. Tác giả trân trọng cám
ơn Vụ Đại học và Sau Đại học - Bộ Giáo dục và Đào tạo, Khoa Công Trình, Bộ môn
Thủy công, Phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học - Trường Đại học Thủy lợi, đã có
những giúp đỡ quý báu cho tác giả trong quá trình thực hiện nghiên cứu của mình.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các đồng nghiệp của tác giả tại Bộ môn Thủy công
đã gánh vác khối lượng công việc để tác giả có thời gian hoàn thành luận án.
Cuối cùng, tác giả xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình luôn động
viên, khích lệ để tác giả hoàn thành công trình nghiên cứu.

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................xi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ............ xiii
MỞ ĐẦU

...............................................................................................................1

1. Tính cấp thiết của đề tài...........................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ..............................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.................................................................3
6. Cấu trúc của luận án ................................................................................................4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỒ CHỨA VÀ ỨNG
DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY ĐỂ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG TRÌNH
THỦY LỢI
...............................................................................................................5
1.1 Đầu mối hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam ...............................................................5
1.1.1

Hiện trạng các đầu mối hồ chứa thủy lợi Việt Nam ..................................5

1.1.2

Hư hỏng và sự cố của các công trình đầu mối thủy lợi ở Việt Nam........13

1.1.3

Sự cần thiết đảm bảo an toàn công trình đầu mối ....................................16

1.2 Các phương pháp đánh giá an toàn của công trình thủy lợi .............................16
1.2.1

Phương pháp thiết kế tất định ..................................................................17

1.2.2

Phương pháp thiết kế theo mô hình ngẫu nhiên ......................................20

1.2.3

Nhận xét các phương pháp thiết kế ..........................................................21

1.3 Các nghiên cứu về lý thuyết độ tin cậy trong lĩnh vực thủy lợi và an toàn đập ...
..........................................................................................................................22
1.3.1

Các nghiên cứu trên thế giới ....................................................................22

1.3.2

Các nghiên cứu ở Việt Nam .....................................................................27

1.4 Kết luận Chương 1............................................................................................32
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG TRÌNH
ĐẦU MỐI HỒ CHỨA NƯỚC .....................................................................................33

2.1 Quan điểm về an toàn công trình thủy lợi ........................................................33
2.2 Cấu trúc các công trình trong đầu mối hồ chứa thủy lợi ..................................33

iii


2.2.1
thống

Phân loại các đầu mối hồ chứa thủy lợi theo số lượng công trình trong hệ
..................................................................................................................34

2.2.2
tế

Sự sai khác của mô hình tính toán so với hệ thống đầu mối hồ chứa thực
..................................................................................................................42

2.3 Cơ sở lý thuyết và thực tiễn khi đánh giá an toàn công trình đầu mối .............44
2.3.1

Cơ sở lý thuyết .........................................................................................44

2.3.2

Cơ sở thực tiễn .........................................................................................44

2.4 Phân tích các yếu tố gây hư hỏng, sự cố các công trình đầu mối hồ chứa .......45
2.4.1

Yếu tố tự nhiên .........................................................................................45

2.4.2

Yếu tố khảo sát, thiết kế ...........................................................................46

2.4.3

Yếu tố thi công .........................................................................................46

2.4.4

Yếu tố khai thác và quản lý......................................................................46

2.4.5

Yếu tố chiến tranh, phá hoại có chủ ý......................................................46

2.5 Đặc điểm làm việc, cơ chế phá hoại và trạng thái giới hạn của các công trình
đầu mối hồ chứa ........................................................................................................47
2.5.1

Đặc điểm làm việc của các công trình đầu mối hồ chứa .........................47

2.5.2

Cơ chế phá hoại, trạng thái giới hạn ........................................................49

2.5.3

Các quan điểm về cơ chế phá hoại ...........................................................52

2.6 Kết luận Chương 2............................................................................................52
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI
HỒ CHỨA THỦY LỢI THEO ĐỘ TIN CẬY .............................................................54
3.1 Đặt vấn đề .........................................................................................................54
3.2 Phân tích và đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa theo lý thuyết độ tin
cậy cấp độ II ..............................................................................................................55
3.2.1

Mô phỏng các sự cố của công trình đầu mối hồ chứa .............................55

3.2.2

Thiết lập hàm tin cậy................................................................................58

3.2.3

Tính toán xác suất an toàn cho từng cơ chế sự cố ...................................65

3.2.4

Đánh giá xác suất an toàn các công trình trong đầu mối hồ chứa ...........71

3.2.5

Đánh giá xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa ......................................72

3.2.6

Phạm vi ứng dụng của bài toán cấp độ II trong luận án ..........................75

3.3 Tính xác suất an toàn công trình đầu mối hồ chứa theo lý thuyết độ tin cậy cấp
độ III ..........................................................................................................................77

iv


3.3.1
độ III

Sự cần thiết xây dựng bài toán tính xác suất an toàn công trình theo cấp
..................................................................................................................77

3.3.2

Thiết lập hàm tin cậy Z ............................................................................80

3.3.3 Tính xác suất an toàn các công trình trong đầu mối hồ chứa theo phương
pháp Monte Carlo ..................................................................................................80
3.3.4

Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa nước............................................85

3.3.5

Phạm vi ứng dụng của bài toán cấp độ III trong luận án .........................85

3.4 Mối quan hệ giữa chỉ số độ tin cậy và hệ số an toàn ........................................87
3.5 Xây dựng chương trình tính xác suất an toàn cho đầu mối hồ chứa nước .......87

3.5.1

Các căn cứ để xây dựng chương trình .....................................................87

3.5.2 Sai lệch về kết quả tính toán khi đánh giá xác suất an toàn của công trình
theo cấp độ II và cấp độ III ....................................................................................88
3.5.3

Ngôn ngữ lập trình ...................................................................................90

3.5.4

Giới thiệu cấu trúc phần mềm ..................................................................90

3.5.5

Kiểm định chương trình ...........................................................................94

3.5.6

Khả năng ứng dụng và hạn chế của chương trình....................................95

3.6 Kết luận Chương 3............................................................................................96
CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI HỒ
CHỨA NƯỚC PHÚ NINH – QUẢNG NAM ..............................................................98
4.1 Đặt vấn đề .........................................................................................................98
4.2 Giới thiệu về hệ thống thủy lợi Phú Ninh – Quảng Nam .................................98
4.3 Tính xác suất an toàn của hệ thống Phú Ninh theo cấp độ II ...........................99
4.3.1

Mô phỏng hệ thống tính toán ...................................................................99

4.3.2

Nhận biết hệ thống ...................................................................................99

4.3.3

Số liệu tính toán .....................................................................................103

4.3.4

Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa Phú Ninh ..................................113

4.3.5
thống

Tính toán đầu mối hồ Phú Ninh theo các phương pháp thiết kế truyền
................................................................................................................128

4.4 Tính toán kích thước cơ bản của đập chính Phú Ninh theo lý thuyết độ tin cậy..
........................................................................................................................131
4.5 Tính xác suất an toàn của đập chính Phú Ninh theo cấp độ III ......................132
4.6 Kết luận Chương 4..........................................................................................133
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................135
v


I. Kết quả đạt được của luận án ...............................................................................135
II. Những đóng góp mới của luận án .......................................................................136

III. Những khó khăn và hạn chế của các kết quả nghiên cứu trong luận án ...........137
IV. Hướng phát triển của luận án ............................................................................138
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ ........................139
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................140
PHỤ LỤC

...........................................................................................................145

PHỤ LỤC 1. KIỂM ĐỊNH CHƯƠNG TRÌNH SYPRO2016 ....................................146
Phụ lục 1.1 Tính xác suất an toàn của công trình theo các thuật toán chương 3 ....146
Phụ lục 1.2 Tính xác suất sự cố bằng phần mềm Vap và SYPRO2016 ..................150
Phụ lục 1.3 Sử dụng chương trình SYPRO2016 tính độ tin cậy cho một nghiên cứu
đã có .........................................................................................................................151
PHỤ LỤC 2. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ MỘT SỐ KẾT QUẢ TÍNH XÁC
SUẤT AN TOÀN CỦA HỆ THỐNG PHÚ NINH .....................................................153
Phụ lục 2.1 Các thông số kỹ thuật chính của đầu mối hồ Phú Ninh - Quảng Nam 153
Phụ lục 2.2 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính ..........................................157
Phụ lục 2.3 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập phụ Tứ Yên ................................161
Phụ lục 2.4 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập phụ Long Sơn ............................165
Phụ lục 2.5 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập phụ Dương Lâm.........................169
Phụ lục 2.6 Các kết quả tính độ tin cậy của đầu mối Phú Ninh ..............................172
PHỤ LỤC 3. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM SYPRO2016 .......................185
Phụ lục 3.1 Hướng dẫn sử dụng phần mềm SYPRO2016.......................................185
Phụ lục 3.2 Các bước tính xác suất an toàn của các công trình đầu mối hồ chứa thủy
lợi bằng phần mềm SYPRO2016 ............................................................................187
PHỤ LỤC 4. CODE PHẦN MỀM SYPRO2016 ........................................................189
Phụ lục 4.1 Xác suất an toàn của hệ thống theo LTĐTC cấp độ II .........................189
Phụ lục 4.2 Xác suất an toàn của công trình theo LTĐTC cấp độ III .....................201

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1-1. Phân bố số lượng hồ chứa thuỷ lợi, thuỷ điện ở các tỉnh có nhiều hồ. ...........5
Hình 1-2. Tỷ lệ các hồ theo dung tích [3]........................................................................6
Hình 1-3. Đập Tả Trạch-Thừa Thiên Huế .......................................................................9
Hình 1-4. Đập bê tông đầm lăn Sơn La ...........................................................................9
Hình 1-5. Đập vòm Nậm Chiến .......................................................................................9
Hình 1-6. Sơ đồ minh họa vị trí công trình tháo lũ trên mặt và dưới sâu [5] ................11
Hình 1-7. Tràn xả lũ hồ Yên Lập - Quảng Ninh. ..........................................................11
Hình 1-8. Cống ngầm lấy nước ở hồ chứa nước Vực Sự - Nghệ An ............................13
Hình 1-9. Một số hình ảnh sự cố đập ở Việt Nam.........................................................15
Hình 2-1. Bố trí đầu mối hồ chứa có 3 công trình: đập chính, công trình xả lũ và cống
lấy nước .........................................................................................................................34
Hình 2-2. Sơ đồ ghép nối tiếp 3 công trình đập đất, cống ngầm và tràn xả lũ .............35
Hình 2-3. Sơ đồ ghép hỗn hợp 3 công trình đập đất, cống ngầm và tràn xả lũ ............36
Hình 2-4. Bố trí đầu mối hồ chứa có 4 công trình .........................................................37
Hình 2-5. Sơ đồ ghép nối tiếp của đầu mối hồ chứa nước có 4 công trình ..................38
Hình 2-6. Sơ đồ ghép hỗn hợp của đầu mối hồ chứa nước có 4 công trình .................38
Hình 2-7. Bố trí đầu mối hồ chứa có nhiều hơn 4 công trình........................................40
Hình 2-8. Sơ đồ ghép nối tiêp của đầu mối hồ chứa có nhiều hơn 4 công trình .........41
Hình 2-9. Sơ đồ ghép hỗn hợp của đầu mối hồ chứa có nhiều hơn 4 công trình ..........42
Hình 2-10. Đầu mối hồ chứa có các công trình được bố trí theo hình thức ghép nối tiếp
.......................................................................................................................................42
Hình 2-11. Đầu mối hồ chứa có các công trình được bố trí theo hình thức ghép hỗn
hợp .................................................................................................................................42
Hình 3-1. Sơ đồ cây sự cố các công trình trong đầu mối hồ chứa nước .......................56
Hình 3-2. Sơ đồ thể hiện cơ chế sự cố nước tràn đỉnh đập ...........................................59
Hình 3-3. Sơ đồ tính ổn định mái dốc theo phương pháp Bishop [58] .........................60

Hình 3-4. Sơ đồ tính toán biến hình thấm đặc biệt ........................................................62
Hình 3-5. Hàm mật độ xác suất của hàm tin cậy Z .......................................................68
Hình 3-6. Sơ đồ khối tính xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa theo cấp độ
II.....................................................................................................................................76
Hình 3-7. Hàm mật độ xác suất của các biến ngẫu nhiên được quan trắc tại hồ thủy
điện Hòa Bình [63], [64] ...............................................................................................78
Hình 3-8. Sơ đồ khối tính xác suất an toàn của hệ thống đầu mối hồ chứa theo cấp độ
III ...................................................................................................................................86
Hình 3-9. Sơ đồ khối xây dựng chương trình SYPRO2016 ..........................................89
Hình 3-10. Sơ đồ khối các mô đun chính của chương trình SYPRO2016 ....................90
Hình 3-11. Giao diện chính để mô phỏng, vẽ sơ đồ cây sự cố và tính độ tin cậy hệ
thống ..............................................................................................................................92
vii


Hình 3-12. Giao diện nhập thông tin về hàm tin cậy và tính ĐTC theo cấp độ II ........93
Hình 3-13. Giao diện nhập thông tin về hàm tin cậy và tính ĐTC theo cấp độ III .......93
Hình 4-1. Sơ đồ bố trí các công trình trong đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh – Quảng
Nam .............................................................................................................................100
Hình 4-2. Cây sự cố đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh - Quảng Nam .........................102
Hình 4-3. Mặt cắt ngang đập chính Phú Ninh [77] .....................................................104
Hình 4-4. Mặt cắt ngang đập phụ Tứ Yên [77] ...........................................................108
Hình 4-5. Mặt cắt ngang đập phụ Long Sơn [77]........................................................110
Hình 4-6. Mặt cắt ngang đập phụ Dương Lâm [77] ....................................................110
Hình 4-7. Sơ đồ tính toán ổn định ngưỡng tràn số 2 ...................................................113
Hình 4-8: Xác suất an toàn của đập chính ...................................................................115
Hình 4-9: Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến độ tin cậy của đập chính .....116
Hình 4-10. Ảnh hưởng của các BNN đến cơ chế nước tràn đỉnh đập chính ...............117
Hình 4-11. Ảnh hưởng của các BNN ..........................................................................117
Hình 4-12. Ảnh hưởng của các BNN đến cơ chế hình thành hang thấm trong thân đập

.....................................................................................................................................117
Hình 4-13. Xác suất an toàn của đập phụ Tứ Yên.......................................................118
Hình 4-14. Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến độ tin cậy của đập Tứ Yên 119
Hình 4-15. Mức độ ảnh hưởng của các BNN đến cơ chế nước tràn đỉnh đập Tứ Yên
.....................................................................................................................................120
Hình 4-16. Mức độ ảnh hưởng của các BNN đến cơ chế trượt mái hạ lưu đập Tứ Yên
.....................................................................................................................................120
Hình 4-17. Xác suất an toàn của đập phụ Long Sơn ...................................................121
Hình 4-18. Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến độ tin cậy của đập Long Sơn
.....................................................................................................................................121
Hình 4-19. Xác suất an toàn của đập phụ Dương Lâm ...............................................122
Hình 4-20. Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến độ tin cậy của đập phụ Dương
Lâm ..............................................................................................................................123
Hình 4-21. Xác suất sự cố của đập tràn số 1 ...............................................................124
Hình 4-22. Xác suất sự cố của đập tràn số 2 ...............................................................124
Hình 4-23. Xác suất sự cố của đập tràn số 3 ...............................................................124
Hình 4-24. Xác suất an toàn của cống Nam ................................................................125
Hình 4-25. Xác suất an toàn của cống Bắc ..................................................................126
Hình 4-26. Xác suất an toàn của cống Dương Lâm ....................................................126
Hình 4-27. Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa Phú Ninh - Quảng Nam ...............127
Hình 4-28. Ảnh hưởng của từng công trình đến sự cố đầu mối hồ Phú Ninh .............127
Hình 4-29. Hệ số an toàn mái hạ lưu đập Kat được chuyển đổi ..................................129
Hình 4-30. Hệ số an toàn mái hạ lưu đập đất theo phương pháp hệ số an toàn ..........129
Hình 4-31. Hệ số an toàn chuyển đổi về ổn định trượt và lật của các đập tràn ...........130
Hình 4-32. Hệ số an toàn về ổn định trượt và lật của các đập tràn .............................130

viii


Hình 4-33. Xác suất an toàn của đập chính khi tính theo LTĐTC cấp độ II, cấp độ III

.....................................................................................................................................133
Hình 1. Kết quả tính xác suất sự cố của cơ chế trượt mái hạ lưu đập đất bằng Vap ...150
Hình 2. Kết quả xác suất sự cố của cơ chế trượt mái hạ lưu bằng SYPRO2016 ........151
Hình 3. Tính xác suất sự cố của đập đất Tenhado - Ethiopia bằng SYPRO2016 .......152
Hình 4. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 28,17m .........157
Hình 5. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 28,41m .........157
Hình 6. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 29,39m .........157
Hình 7. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 30,17m .........158
Hình 8. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 31,65m .........158
Hình 9. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 31,85m .........158
Hình 10. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 32m ............159
Hình 11. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 32,38m .......159
Hình 12. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 32,5m .........159
Hình 13. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 33m ............160
Hình 14. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 33,68m .......160
Hình 15. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập chính, trường hợp Zmn = 34,44m .......160
Hình 16. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 28,17m ....161
Hình 17. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 28,41m ....161
Hình 18. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 29,39m ....161
Hình 19. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 30,17m ....162
Hình 20. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 31,65m ....162
Hình 21. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 31,85m ....162
Hình 22. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 32m .........163
Hình 23. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 32,38m ....163
Hình 24. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 32,5m ......163
Hình 25. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 33m .........164
Hình 26. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 33,86m ....164
Hình 27. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Tứ Yên, trường hợp Zmn = 34,34m ....164
Hình 28. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 28,17m 165
Hình 29. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 28,41m 165

Hình 30. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 29,39m 165
Hình 31. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 30,17m 166
Hình 32. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 31,65m 166
Hình 33. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 31,85m 166
Hình 34. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 32m .....167
Hình 35. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 32,38m 167
Hình 36. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 32,5m ..167
Hình 37. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 33m .....168
Hình 38. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 33,86m 168

ix


Hình 39. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Long Sơn, trường hợp Zmn = 34,44m 168
Hình 40. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 28,17m
.....................................................................................................................................169
Hình 41. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 28,41m
.....................................................................................................................................169
Hình 42. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 29,39m
.....................................................................................................................................169
Hình 43. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 30,17m
.....................................................................................................................................170
Hình 44. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 31,65m
.....................................................................................................................................170
Hình 45. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 31,85m
.....................................................................................................................................170
Hình 46. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 32m ..171
Hình 47. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 32,38m
.....................................................................................................................................171
Hình 48. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 32,5m

.....................................................................................................................................171
Hình 49. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 33m ..172
Hình 50. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 33,86m
.....................................................................................................................................172
Hình 51. Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập Dương Lâm, trường hợp Zmn = 34,44m
.....................................................................................................................................172
Hình 52. Giao diện nhập thông tin về các biến ngẫu nhiên.........................................186
Hình 53. Giao diện mức độ ảnh hưởng của các BNN đến xác suất xảy ra sự cố........186
Hình 54. Giao diện thể hiện giá trị của điểm thiết kế cuối cùng .................................186

x


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1. Tình hình hư hỏng các công trình đầu mối ở hồ chứa [1], [2] .......................7
Bảng 1-2. Hiện trạng quan trắc ở hồ có đập cao 15 ÷ 50m , dung tích hồ Wh ≥ 3.106 m3
[2].....................................................................................................................................7
Bảng 2-1. Các yếu tố ngẫu nhiên được xét đến khi tính độ tin cậy của đầu mối hồ chứa
.......................................................................................................................................47
Bảng 2-2. Một số cơ chế phá hoại và điều kiện an toàn chính của đập đất, đập tràn
trọng lực và cống ngầm .................................................................................................51
Bảng 3-1. Ma trận xác suất làm việc an toàn của các công trình trong hệ thống ..........72
Bảng 4-1. Các trường hợp mực nước tính toán Zmn [77] ............................................104
Bảng 4-2. Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập và đất nền đập chính [77] ....................105
Bảng 4-3. Gradien thấm cho phép của đập và nền [54] ..............................................105
Bảng 4-4. Gradien tại vị trí chân khay và cửa ra chân đập của đập chính ..................106
Bảng 4-5. Các đặc trưng thống kê về kích thước đập chính, sóng và gió hồ Phú Ninh
[77]...............................................................................................................................107
Bảng 4-6. Các chỉ tiêu cơ lý của đập phụ Tứ Yên [77] ...............................................108
Bảng 4-7. Gradien tại vị trí chân khay và cửa ra của đập Tứ Yên ..............................109

Bảng 4-8. Các đặc trưng thống kê về kích thước đập Tứ Yên, sóng và gió hồ Phú Ninh
[77]...............................................................................................................................110
Bảng 4-9. Gradien tại vị trí cửa ra chân đập Long Sơn và Dương Lâm .....................111
Bảng 4-10. Các đặc trưng thống kê về kích thước đập Long Sơn, Dương Lâm [77] .112
Bảng 4-11. Các đặc trưng thống kê của các biến ngẫu nhiên (BNN) khi tính ổn định
ngưỡng tràn số 1, 2, 3 [77] ..........................................................................................112
Bảng 4-12. Các đặc trưng thống kê của các biến ngẫu nhiên (BNN) khi tính xác suất
an toàn cho cống Nam, cống Bắc và cống Dương Lâm [18], [77]..............................114
Bảng 4-13. Độ tin cậy tiêu chuẩn các công trình trong hệ thống đầu mối [34] ..........115
Bảng 4-14. Kích thước cơ bản của đập chính tính theo độ tin cậy tiêu chuẩn ............132
Bảng 1. Các đặc trưng thống kê của các biến ngẫu nhiên trong hàm tin cậy Z ..........146
Bảng 2. Kết quả tính toán ứng với cung trượt có hệ số an toàn nhỏ nhất ...................147
Bảng 3. Các tham số trong hàm tin cậy Z ...................................................................148
Bảng 4. Bảng tính lặp tìm chỉ số độ tin cậy ................................................................149
Bảng 5. Các đặc trưng thống kê của các biến ngẫu nhiên [33] ...................................151
Bảng 6. Các thông số kỹ thuật chính của đầu mối hồ Phú Ninh - Quảng Nam [77] ..153
Bảng 7. Xác xuất an toàn của đập chính .....................................................................173
Bảng 8. Ảnh hưởng (%) của các cơ chế sự cố đến an toàn của đập chính ..................174
Bảng 9. Ảnh hưởng của từng cơ chế sự cố đến an toàn của đập phụ Tứ Yên ............174
Bảng 10. Xác suất an toàn của đập phụ Tứ Yên .........................................................175
Bảng 11. Xác suất an toàn của các đập phụ Long Sơn 1, 2, 3.....................................176
Bảng 12. Ảnh hưởng của từng cơ chế sự cố đến an toàn đập phụ Long Sơn 1, 2, 3 ..176
xi


Bảng 13. Xác suất an toàn của đập phụ Dương Lâm ..................................................177
Bảng 14. Mức độ ảnh hưởng của các cơ chế sự cố đến an toàn đập phụ Dương Lâm177
Bảng 15. Độ tin cậy của đập tràn số 1 .........................................................................178
Bảng 16. Độ tin cậy của đập tràn số 2 .........................................................................178
Bảng 17. Độ tin cậy của đập tràn số 3 .........................................................................179

Bảng 18. Độ tin cậy của cống Nam .............................................................................179
Bảng 19. Độ tin cậy của cống Bắc ..............................................................................180
Bảng 20. Độ tin cậy của cống Dương Lâm .................................................................180
Bảng 21. Xác suất an toàn của đầu mối hồ chứa Phú Ninh - Quảng Nam..................181
Bảng 22. Ảnh hưởng của các công trình đến độ tin cậy của đầu mối hồ chứa Phú Ninh
- Quảng Nam ...............................................................................................................182
Bảng 23. Hệ số an toàn mái hạ lưu (Kat ) được chuyển đổi từ LTĐTC và phương pháp
hệ số an toàn (HSAT) ..................................................................................................183
Bảng 24. Hệ số an toàn trượt và lật của các đập tràn được chuyển đổi từ LTĐTC và
phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH), ..................................................................183
Bảng 25. Xác suất an toàn của đập chính (Pat) tính theo LTĐTC cấp độ II và cấp độ III
.....................................................................................................................................184

xii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ
1. Danh mục các từ viết tắt
BNN

Biến ngẫu nhiên

CTĐM

Công trình đầu mối

ĐTK

Điểm thiết kế

HTC

Hàm tin cậy

HSAT

Hệ số an toàn

LTĐTC

Lý thuyết độ tin cậy

MNDBT

Mực nước dâng bình thường

PBXS

Phân bố xác suất

PHQL

Phá hoại có quy luật

PHKQL

Phá hoại không quy luật

ƯSCP

Ứng suất cho phép

TTGH

Trạng thái giới hạn

XSAT

Xác suất an toàn

2. Giải thích các thuật ngữ
- Điểm thiết kế (ĐTK): Là điểm nằm trên đường biên giữa vùng an toàn và vùng
không an toàn mà tại đó mật độ phân bố xác suất sự cố của hàm tin cậy Z là lớn nhất.
- Hàm tin cậy: Là hàm thể hiện mối quan hệ giữa tải trọng và sức chịu tải trong một cơ
chế phá hoại tương ứng với một trạng thái giới hạn, trong đó tải trọng và sức chịu tải là
những hàm chứa đựng các biến và các tham số ngẫu nhiên.

xiii


- Giải hàm tin cậy: Sử dụng các thuật toán của lý thuyết độ tin cậy cấp độ II (phương
pháp gần đúng) hoặc cấp độ III (phương pháp Monte Carlo) để tính xác suất an toàn
của từng cơ chế sự cố hoặc công trình.
- Hư hỏng: Là biến cố xảy ra với công trình nhưng nó vẫn đảm bảo được toàn bộ hoặc
một phần công năng của công trình.
- Hệ thống kết cấu: Đập bê tông tràn nước và cống ngầm bố trí trên thân đập và đóng
vai trò như một phần của đập dâng.
- Hệ thống vận hành: Đập bê tông tràn nước và cống ngầm bố trí tách rời đập, các
công trình này tạo thành hệ thống thông qua mối quan hệ vận hành hồ.
- Sự cố: Là biến cố ngẫu nhiên phá hoại khả năng chịu tải của công trình hoặc hệ

thống.
- Sự cố vận hành: Trong quá trình vận hành hồ không đủ nước hoặc không hoạt động
bình thường do các phương án vận hành thiếu khả thi, hồ không đảm bảo cung cấp
nước tưới theo thiết kế, khi đó hồ rơi vào tình trạng bị sự cố vận hành. Sự cố này đưa
đến hậu quả thiệt hại về kinh tế cho vùng được cấp nước.
- Sự cố kết cấu: Trong quá trình làm việc, sức chịu tải của đập, công trình tháo lũ hoặc
các công trình có liên quan bị suy giảm, hoặc kết cấu phải làm việc quá tải do thiên tai
bất thường, hoặc kết cấu bị phá hoại làm cho khả năng chịu tải hiện hữu không đảm
bảo, hoặc đập bị vỡ, đây là sự cố kết cấu.

xiv


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là một trong những quốc gia có nền nông nghiệp phát triển do đó hồ chứa
nước nói riêng hay hệ thống đầu mối thuỷ lợi nói chung đóng vai trò quan trọng trong
quá trình phát triển nền nông nghiệp cũng như sự phát triển của toàn xã hội. Hệ thống
lấy nước bằng hồ chứa đa phần là các hệ thống đa mục tiêu, chuyển nước bằng trọng
lực nên hiệu quả kinh tế mang lại rất rõ rệt. Tuy nhiên về mặt an toàn, hồ đập lại là nơi
tiềm ẩn tai họa do vỡ đập gây ra do các yếu tố bất định từ phía tự nhiên tác động vào
hồ đập ngày một phức tạp, đây là một trong những tác động trực tiếp dẫn đến sự cố ở
các hồ đập. Vì vậy, nghiên cứu các giải pháp khoa học công nghệ kiểm soát được an
toàn cũng như nâng cao an toàn cho các hệ thống công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi,
an toàn cộng đồng là một vấn đề luôn mang tính thời sự và cấp thiết.
Hiện nay ở nước ta, các hồ đập được thiết kế theo phương pháp truyền thống, trong đó
các chỉ tiêu an toàn dùng để đánh giá là hệ số an toàn. Mức độ an toàn của các hệ
thống được đánh giá thông qua các bài toán về thủy lực, ổn định và độ bền, trong đó
các chỉ tiêu kỹ thuật của công trình được mô phỏng qua khả năng tháo, khả năng chịu
tải của công trình nhưng sự ảnh hưởng của các thành phần công trình đến hệ thống

chưa được xét đến. Do vậy việc nghiên cứu phương pháp đánh giá hệ thống có xét đến
mối liên hệ giữa các công trình trong hệ thống là cần thiết.
Trong mấy thập kỷ vừa qua Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng
nhiều của hiện tượng biến đổi khí hậu. Các hồ đập được xây dựng trong nhiều thời kỳ
khác nhau với những tiêu chuẩn kỹ thuật khác nhau nên chất lượng của hồ đập hiện
hữu, mô hình thiết kế đang áp dụng, cũng như công tác quản lý còn nhiều bất cập.
Xuất phát từ lý do đó, nghiên cứu phát triển ứng dụng toán xác suất - thống kê kết hợp
với lý thuyết về công trình thủy lợi và lý thuyết về hệ thống vào các phân tích về an
toàn đập nhằm đánh giá chất lượng hiện hữu của các hệ thống đầu mối hiện có là một
đóng góp mới nhằm cải thiện chất lượng các hoạt động thuộc lĩnh vực an toàn đập hiện
nay ở Việt Nam.
1


Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về an toàn công trình thủy lợi Việt Nam
được thể hiện dưới nhiều hình thức: các sách về độ tin cậy an toàn đập, các đề tài
nghiên cứu khoa học, các bài báo và trong các luận văn Thạc sĩ, luận án Tiến sĩ. Tuy
nhiên các nghiên cứu trên chủ yếu được ứng dụng trong các công trình phòng lũ và
bảo vệ bờ, đối với đầu mối hồ chứa thì chưa được đề cập đầy đủ, đặc biệt là việc ứng
dụng lý thuyết độ tin cậy để phân tích an toàn cho từng công trình và cả đầu đầu mối
hồ chứa thủy lợi. Vì vậy trong luận án này tác giả đã nghiên cứu đề tài ‘‘Phân tích và
đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi Việt Nam theo lý thuyết độ tin
cậy’’ với mong muốn từng bước tiếp cận với trình độ khoa học và công nghệ trên thế
giới để đề tài sẽ là một đóng góp mới về phát triển khoa học công nghệ trong lĩnh vực
an toàn đập ở Việt Nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng phương pháp, và công cụ đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa thủy
lợi bằng lý thuyết độ tin cậy, làm cơ sở khoa học cho công tác thiết kế cải tạo, nâng
cấp và quản lý an toàn công trình thủy lợi ở nước ta.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng
Nghiên cứu các công trình của đầu mối hồ chứa thủy lợi có đập dâng là đập đất, công
trình tháo lũ là các đập tràn và đường tràn dọc có ngưỡng thuộc dạng đập bê tông tràn
nước, cống lấy nước là cống ngầm đặt trong thân đập đất. Đây là loại đầu mối hồ chứa
thủy lợi phổ biến ở Việt Nam hiện nay.
3.2 Phạm vi nghiên cứu
Đánh giá mức độ ổn định và độ bền của các công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi chịu
tác động của các yếu tố thường xuyên thay đổi (tải trọng, độ bền, điều kiện làm việc,
…), chưa xét đến các yếu tố gây sự cố khác gồm: động đất, kết quả tính toán thủy văn
và sự cố do vận hành công trình.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
4.1 Cách tiếp cận
2


Để đạt được mục tiêu nghiên cứu tác giả đã tổng hợp, phân tích tài liệu về các công
trình nghiên cứu có liên quan, từ đó lựa chọn hướng tiếp cận vừa mang tính kế thừa
vừa mang tính hiện đại, phù hợp với điều kiện nghiên cứu Việt Nam.
4.2 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng hợp:
+ Tổng hợp dữ liệu từ thực tế, đánh giá hiện trạng các hồ chứa nước Việt Nam để đưa
ra vấn đề cấp thiết đối với an toàn đập hiện nay. Nghiên cứu cấu trúc của các công
trình trong hệ thống đầu mối để phân loại hệ thống theo các sơ đồ toán học.
+ Nghiên cứu tìm hiểu các phương pháp đánh giá chất lượng công trình hiện nay đang
sử dụng để rút ra phương pháp thiết kế sử dụng trong luận án.
+ Nghiên cứu phân tích các công trình khoa học có sử dụng lý thuyết độ tin cậy đã
thực hiện trong lĩnh vực an toàn đập ở Việt Nam và trên thế giới để chỉ ra các vấn đề
mà các công trình đó chưa xét đến và trong luận án sẽ thực hiện.
- Nghiên cứu ứng dụng: Sử dụng các kiến thức về công trình thủy lợi, kiến thức về lý
thuyết độ tin cậy và xác suất - thống kê, các lý thuyết về phân tích hệ thống để xây

dựng các thuật toán và sơ đồ khối để đánh giá độ tin cậy an toàn của công trình (đập
đất, công trình tháo lũ, cống ngầm) và đầu mối hồ chứa thủy lợi. Ứng dụng tin học viết
phần mềm SYPRO2016 để tính độ tin cậy cho công trình đầu mối hồ chứa.
- Thực hiện các tính toán bằng số với chương trình tự lập (SYPRO2016) để khảo sát
kết quả ứng dụng phương pháp luận của luận án.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
5.1 Ý nghĩa khoa học
Luận án đã xây dựng được phương pháp đánh giá và công cụ tính toán (chương trình
SYPRO2016) độ tin cậy để đánh giá an toàn cho các công trình và hệ thống đầu mối
hồ chứa thủy lợi. Đây là sự bổ sung về mặt lý luận cho các nội dung tính toán kiểm tra
an toàn đập và tính toán thiết kế công trình đầu mối hồ chứa theo lý thuyết độ tin cậy.
3


5.2 Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của luận án cung cấp bộ công cụ phục vụ cho công tác quản lý an
toàn đập theo Nghị định 72/2007/NĐ-CP của chính phủ và cũng là cơ sở cho việc thiết
kế nâng cấp, sửa chữa, quản lý và vận hành các hồ đập của Việt Nam sát với thực tế
hơn.
6. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm có 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu hồ chứa và ứng dụng lý thuyết độ tin
cậy để đánh giá an toàn công trình thủy lợi;
Chương 2: Cơ sở lý thuyết để đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa nước;
Chương 3: Phân tích và đánh giá an toàn công trình đầu mối hồ chứa thủy lợi theo độ
tin cậy;
Chương 4: Đánh giá mức độ an toàn công trình đầu mối hồ chứa nước Phú Ninh Quảng Nam.

4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỒ
CHỨA VÀ ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY ĐỂ ĐÁNH GIÁ AN
TOÀN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
1.1 Đầu mối hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam
1.1.1 Hiện trạng các đầu mối hồ chứa thủy lợi Việt Nam
Đầu mối hồ chứa thủy lợi là tập hợp nhiều công trình như: đập dâng, công trình tháo
lũ, công trình lấy nước và các công trình chuyên môn phân bố trên một phạm vi nhất
định để cùng nhau giải quyết các nhiệm vụ đặt ra như: phòng lũ cho hạ du, tưới, phát
điện, cấp nước sinh hoạt và công nghiệp và các lĩnh vực khác: nuôi trồng thủy sản, vệ
sinh sức khỏe, thể thao, giải trí, ….
1.1.1.1 Các hệ thống hồ và liên hồ
Việt Nam có khoảng 2360 con sông lớn nhỏ và 14 lưu vực sông lớn trong đó có nhiều
sông liên quốc gia, trên các hệ thống sông suối rất nhiều hệ thống hồ chứa nước đã
được hình thành. Tính đến tháng 10 năm 2015, Việt Nam đã xây dựng được 6886 hồ
chứa thủy lợi, thủy điện, trong đó chiếm phần lớn (96,5%) là các hồ thủy lợi có dung
tích vừa và nhỏ [1]. Tuy nhiên các hồ phân bố không đều trên cả nước, tập trung nhiều
ở các tỉnh miền núi phía Bắc và Bắc Trung Bộ (chiếm 64% số lượng hồ của cả nước),
một số tỉnh có nhiều hồ như Nghệ An, Thanh Hóa, Đắk Lắc, Hòa Bình, Bắc Giang,
Tuyên Quang, Hà Tĩnh, Lạng Sơn, ... được thể hiện ở đồ thị hình 1-1 [2], [3].

Hình 1-1. Phân bố số lượng hồ chứa thuỷ lợi, thuỷ điện ở các tỉnh có nhiều hồ.
5


6 3
(1) Các hồ có Wh > 10.10 m ;
6 3
6 3

(2) Các hồ có 3.10 m ≤ Wh < 10.10 m
6 3
6 3
(3) Các hồ có 1.10 m ≤ Wh < 3.10 m
6 3
6 3
(4) Các hồ có 0,2.10 m ≤ Wh < 1.10 m
6
3
(5) Các hồ có Wh < 0, 2.10 m .

Hình 1-2. Tỷ lệ các hồ theo dung tích [3]
Các hồ chứa nước được xây dựng trên cùng một hệ thống sông có liên quan ảnh hưởng
lẫn nhau về mặt an toàn hình thành nên những hệ thống hồ, căn cứ vào sự hình thành
có thể khái quát hệ thống hồ Việt Nam thành hai nhóm hệ thống: hệ thống có xét đến
quan hệ cân bằng nước trên lưu vực sông và hệ thống không xét đến quan hệ cân bằng
nước. Hệ thống có xét đến quan hệ cân bằng nước trên lưu vực sông: là những hệ
thống hồ được xây dựng theo một quy hoạch có đầy đủ cơ sở khoa học như các hệ
thống hồ bậc thang thủy điện, hệ thống liên hồ thủy lợi, liên hồ đa mục tiêu. Hệ thống
không xét đến quan hệ cân bằng nước: là những hệ thống có nhiều hồ được xây dựng
một cách tự phát hơn là các hồ được xây dựng theo quy hoạch. Một cách ngẫu nhiên,
theo các nhánh suối hình thành những hệ thống hồ đập có quan hệ và ràng buộc về
mục đích khai thác hoặc về vận hành tháo lũ.
Các công trình đầu mối hồ chứa hiện hữu ở Việt Nam có chất lượng không đồng đều,
đang bị xuống cấp, tồn tại cả những công trình xuống cấp nghiêm trọng, nhiều công
trình đã đến lúc phải sửa chữa, nâng cấp. Phân tích số liệu điều tra an toàn hồ chứa [1],
[4] (bảng 1-1), thấy rằng mức độ hư hỏng của các công trình đầu mối ở các hồ vừa và
nhỏ nhiều hơn đáng kể so với các hồ lớn. Các đánh giá về thực trạng các hồ chứa nước
năm 2015 [2], cũng có kết quả tương tự, các hồ cần phải nâng cấp sửa chữa là các hồ
có dung tích nhỏ luôn chiếm tỷ lệ lớn hơn. Trong tổng số 1150 hồ chứa cần phải nâng

cấp sửa chữa vì bị hư hỏng và thiếu năng lực xả lũ: các hồ có dung tích lớn
V ≥ 10.106 m3 là 2,7%, 3.106 m 3 ≤ V ≤ 10.106 m 3 là 20%, 1.106 m 3 ≤ V < 3.106 m 3 là 11,6%

và V < 1.106 m 3 chiếm một lượng lớn 68,7%. Ngoài ra còn có khoảng 2500 hồ chứa có
6


dung tích nhỏ hơn 0, 2.106 m3 nằm phân tán ở nhiều nơi do địa phương quản lý không
có số liệu để đánh giá.
Bảng 1-1. Tình hình hư hỏng các công trình đầu mối ở hồ chứa [1], [2]
Nội dung kiểm tra

Tỷ lệ các hồ phải sửa chữa %

Số lượng hồ có
số liệu điều tra

V ≥ 3.106 m 3

0,05.106 m3 ≤ V < 3.106 m3

6648

1,4

7,6

6648

1,2

6648

0,2

6648

2,8

Hư hỏng thân cống

6648

1,4

Hư hỏng tháp cống, dàn van

6648

1,0

Đập cần sửa chữa về thấm
Sửa chữa mái đập bị biến
dạng
Sửa chữa vết nứt ở tràn xả lũ
Hư hỏng thân tràn hoặc xói lở
tiêu năng

9,2
10,5

11,4

Một điểm tồn tại nữa của các đầu mối hồ chứa ở Việt Nam hiện nay là chưa được đầu
tư đồng bộ để trở thành một hệ thống hoàn chỉnh, trừ một số các đập cao từ 50m trở
lên đã được lắp đặt và tổ chức quan trắc tương đối đầy đủ theo quy định. Các đập thấp
hơn, nhiều đập không đặt thiết bị quan trắc hoặc chỉ quan trắc một phần. Tình trạng
này ở các hồ thủy lợi phổ biến hơn là ở hồ thủy điện. Công tác quan trắc ở 54 hồ thủy
điện và 551 hồ thủy lợi có đập cao 15 ÷ 50m , dung tích hồ Wh > 3.10 6 m 3 như ở bảng 12, mức đầu tư trang thiết bị, cơ sở hạ tầng phục vụ công tác quản lý, phục vụ cứu trợ
khẩn cấp còn thấp, chưa đủ đáp ứng yêu cầu của các quy định về an toàn đập [4].
Bảng 1-2. Hiện trạng quan trắc ở hồ có đập cao 15 ÷ 50m , dung tích hồ Wh ≥ 3.106 m3
[2]
Công tác quan trắc

Tỷ lệ

Hồ thủy điện

Hồ thủy lợi

Công trình được quan trắc

%

41,0

9,1

Công trình chưa được quan trắc

%

59,0

Công trình được quan trắc một phần

%

30,0

Công trình không lắp thiết bị quan trắc

%

61,0

1.1.1.2 Các thành phần công trình đầu mối ở Việt Nam
1. Đập dâng
7


Đập dâng là công trình chắn ngang sông, được xây dựng để dâng cao mực nước hoặc
tích nước tạo thành hồ chứa. Vật liệu tạo thành đập là đất, đá, bê tông, bê tông cốt
thép, gỗ, cao su, tuy nhiên đập ở các hồ chứa nước Việt Nam chủ yếu được xây dựng
theo hai loại vật liệu là vật liệu địa phương và bê tông.
a) Đập vật liệu địa phương
Các đập vật liệu địa phương bao gồm: Đập đất, đập đất đá hỗn hợp, đập đá đổ, đập đá
đầm nén có bản mặt bê tông cốt thép. Cho đến nay, các đập dâng tạo hồ chứa ở Việt
Nam chủ yếu là đập đất. Những đập có chiều cao trong khoảng 25 ÷ 50m chiếm đa số
như đập Đại Lải, Núi Cốc, Suối Hai, Cấm Sơn, Sông Rác, Phú Ninh, Cà Giây, Ayun

Hạ, …. Đập có kết cấu ba khối đất đá cao nhất Việt Nam hiện nay là đập Tả Trạch ở
Thừa Thiên Huế cao 60m.
Trong số các đập vật liệu địa phương đã được xây dựng ở Việt Nam, đập đá đổ có số
lượng ít hơn nhưng lại có chiều cao lớn hơn đập đất. Một số đập đá đổ có quy mô lớn
ở Việt Nam như đập Thác Bà cao 48m, đập Yaly cao 60m, đập Hòa Bình cao 123m.
Ba đập này có quy mô khác nhau nhưng có cùng dạng kết cấu đập đá đổ có kết cấu
chống thấm là tường tâm bằng đất sét.
Đập đá đầm nén có bản mặt bằng bê tông cốt thép ra đời vào những thập niên cuối của
thế kỷ XX. Ưu điểm chính của loại đập này là đá được đầm chặt, khắc phục được hiện
tượng biến dạng nhiều của đập đá đổ truyền thống và bản mặt bê tông cốt thép có khả
năng chống thấm cao. Việt Nam đã xây dựng các đập loại này như đập Rào Quán cao
78m, đập Tuyên Quang cao 92m, đập Cửa Đạt cao 115,3m, ….
Ưu điểm của đập vật liệu địa phương là sử dụng đất, đá là các vật liệu tại chỗ, có thể
thi công bằng biện pháp thủ công và biện pháp cơ giới. Nó cũng là loại đập được phát
triển sớm nhất trên thế giới nên kĩ thuật xây dựng loại đập này đã tích lũy được nhiều
kinh nghiệm.
Vì phải sử dụng một khối lượng vật liệu đất đá lớn nên khi thi công thường gặp nhiều
khó khăn trong việc kiểm soát chất lượng vật liệu đắp đập theo yêu cầu thiết kế. Mặt
khác vật liệu đất rất nhạy cảm với độ ẩm của môi trường không khí nhất là đất giàu
8


hàm lượng sét như đất ở Tây Nguyên và ở Nam Trung Bộ. Khí hậu nhiệt đới gió mùa
ở Việt Nam cũng là một trở ngại lớn đối với việc thi công đập vật liệu địa phương. Do
chịu ảnh hưởng của thời tiết cũng như công tác dẫn dòng nên tiến độ thi công loại đập
này thường gặp rủi ro, nhiều đập đã phải kéo dài thời gian thi công. Những hạn chế
này là những nguyên nhân tiềm ẩn, rất khó kiểm soát, có thể dẫn đến sự cố vỡ đập.

Hình 1-3. Đập Tả Trạch-Thừa Thiên Huế
b) Đập bê tông

Hình 1-4. Đập bê tông đầm lăn Sơn La

Hình 1-5. Đập vòm Nậm Chiến
9