NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÍ THỰC CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THÁO NƯỚC DƯỚI SÂU VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA. TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SƠN LA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
--------------

NGÔ THỊ HỒNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÍ THỰC
CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THÁO NƯỚC DƯỚI SÂU VÀ BIỆN
PHÁP PHÒNG NGỪA. TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO CÔNG
TRÌNH THỦY ĐIỆN SƠN LA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

--------------

NGÔ THỊ HỒNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÍ THỰC
CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THÁO NƯỚC DƯỚI SÂU VÀ

BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA. TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO
CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SƠN LA
Chuyên ngành:

Xây dựng công trình thủy

Mã số:

60-58-40

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học:
GS.TS NGUYỄN CHIẾN

HÀ NỘI - 2011



Luận văn thạc sĩ

1

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với
đề tài: ” Nghiên cứu khả năng khí thực của các công trình tháo nước dưới
sâu và biện pháp phòng ngừa. Tính toán áp dụng cho công trình xả sâu
Thủy điện Sơn La.”, đã được hoàn thành với sự giúp đỡ của các thầy giáo
khoa Công trình, khoa Sau đại học (nay là phòng Đào tạo đại học và sau đại

học) trường đại học Thủy lợi, cùng nhiều bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều
kiện giúp đỡ tác giả về tài liệu nghiên cứu, thông tin tham khảo, ý kiến… cho
luận văn.
Lời đầu tiên, tác giả xin chân thành cám ơn sâu sắc tới GS.TS. Nguyễn
Chiến, người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, cung cấp tài liệu và các thông
tin khoa học cần thiết cho công tác làm đề tài luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến bạn bè và đồng nghiệp luôn động
viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả nghiên cứu và hoàn thành
luận văn này.
Do điều kiện tài liệu, thời gian và kiến thức còn hạn chế, vì thế không
tránh khỏi những khiếm khuyết trong luận văn. Tác giả rất mong muốn nhận
được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 09/03/2011
Tác giả

Ngô Thị Hồng

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

2

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... 1
T
0

T
0

MỤC LỤC ........................................................................................................ 2
T
0

T
0

DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................. 5
T
0

T
0

DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................. 7
T
0

T
0

1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................... 8
T

0

T
0

2. Mục đích của đề tài .................................................................................. 9
T
0

T
0

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ........................................... 9
T
0

T
0

4. Kết quả dự kiến đạt được ..................................................................... 10
T
0

T
0

Chương 1 TỔNG QUAN .............................................................................. 11
T
0

T
0

1.1
T
0

. Tính hình xây dựng các công trình đầu mối, thủy lợi, thủy

T
0

T
0

điện có cột nước cao. ................................................................................ 11
T
0

Các trường hợp bố trí công trình tháo nước dưới sâu. ............... 17

1.2.
T
0

T
0

T
0

Điều kiện thủy lực của công trình xả sâu. ..................................... 18

1.3.
T
0

T
0

T
0

T
0

T
0

1.4. Những hư hỏng thường gặp ở các công trình tháo nước dưới
T
0

T
0

T
0

sâu. ........................................................................................................... 20

T
0

1.5. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu. ..................................................... 26
T
0

T
0

1.6. Kết luận chương 1 .............................................................................. 26
Chương 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ KIỂM TRA KHÍ THỰC CỦA CÁC
T
0

CÔNG TRÌNH THÁO NƯỚC DƯỚI SÂU VÀ CÁC BIỆN PHÁP
PHÒNG KHÍ THỰC..................................................................................... 27
T
0

2.1. Khí hóa ở các bộ phận công trình tháo nước dưới sâu. ................. 27
T
0

T
0

2.1.1. Khái niệm khí hóa và phương pháp kiểm tra. .......................... 27
T
0

Học viên: Ngô Thị Hồng

T
0

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

3

2.1.2. Kiểm tra khí hóa tại các bộ phận công trình tháo nước dưới
T
0

sâu. ........................................................................................................... 28
T
0

2.2. Khí thực ở công trình tháo nước dưới sâu. ...................................... 35
T
0

T
0

2.2.1. Khái niệm khí thực. ...................................................................... 35
T
0

T
0

2.2.2. Phương pháp kiểm tra khí thực: ................................................. 36
2.3. Giải pháp phòng khí thực ở các công trình tháo nước dưới sâu.... 39
T
0

T
0

2.3.1. Lựa chọn đường biên cửa vào. .................................................... 39
T
0

T
0

2.3.2. Lựa chọn vật liệu thành lòng dẫn. .............................................. 40
T
0

T
0

2.3.3. Giải pháp tiếp khí vào dòng chảy. .............................................. 41

T
0

T
0

2.4. Kết luận chương 2 ............................................................................... 46
T
0

T
0

Chương 3 TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH XẢ SÂU CỦA
T
0

THỦY ĐIỆN SƠN LA .................................................................................. 47
T
0

3.1. Giới thiệu về công trình thủy điện Sơn La. ...................................... 47
T
0

T
0

3.1.1. Cấp công trình và tiêu chuẩn thiết kế ........................................ 47
T

0

T
0

3.1.2. Các thông số kỹ thuật chính ........................................................ 47
T
0

T
0

3.1.3. Bố trí tổng thể công trình và giải pháp kết cấu chính .............. 48
T
0

T
0

3.1.4. Trạm phân phối điện 500 kV : .................................................... 51
T
0

T
0

3.1.5. Đấu nối .......................................................................................... 50
T
0

3.1.6. Thiết bị công nghệ chính : ........................................................... 51
T
0

T
0

3.1.7. Tiến độ thi công : .......................................................................... 52
T
0

T
0

3.2. Các thông số cơ bản của công trình xả lũ ở đập Sơn La…...……..56
3.3. Các chế độ làm việc của công trình xả sâu ở đập Sơn La. ............. 62.
T
0

T
0

3.3.1. Sơ đồ vận hành của công trình xả trong thời kỳ vận hành bình
T
0

thường...................................................................................................... 62
T
0

3.3.2 Sơ đồ vận hành của các công trình xả Thuỷ điện Sơn La trong
T
0

thời kỳ có lũ lớn (lũ thiết kế và kiểm tra)............................................. 62
T
0

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

4

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

3.4. Kiểm tra khả năng khí hóa ở công trình xả sâu của đập Sơn La. . 65
T
0

T
0

3.4.1. Số liệu tính toán. ........................................................................... 66
T
0

T
0

3.4.2. Kiểm tra khả năng khí hóa tại cửa vào cửa xả sâu. .................. 66
T
0

T
0

3.4.3. Kiểm tra khả năng khí hóa buồng van: ..................................... 68
T
0

T
0

3.5. Kiểm tra khả năng khí thực: ............................................................. 69
T
0

T
0

3.6. Lựa chọn và và tính toán giải pháp phòng khí thực: ...................... 70
T
0

T
0

3.6.1. Lựa chọn đường biên cửa vào:............ .......................................70
3.6.2. Lựa chọn vật liệu thành lòng dẫn: .............................................. 70
T
0

T
0

3.6.3. Tiếp khí vào buồng van: .............................................................. 71
T
0

T
0

3.7. Phân tích các kết quả tính toán ......................................................... 77
T
0

T
0

3.8. Kết luận chương 3 ............................................................................... 81
T
0

T
0

Chương 4 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .......................................................... 82
T
0

4.1. Kết luận................................................................................................ 82
T
0

T
0

4.2. Kiến nghị.............................................................................................. 85
T
0

T
0

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 86
T
0

Học viên: Ngô Thị Hồng

T
0

Lớp cao học 17C1

Luận văn thạc sĩ

5

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

DANH MỤC HÌNH VẼ
1. Hình 1.1 - Công trình Glen Canyon (Arizona) - sự cố sụt ở hầm xả lũ
do xâm thực [8].
2. Hình 1.2 - Công trình Lucky Peak (Idaho) – do hiện tượng xâm thực
làm bong tróc hết bề mặt ngưỡng vào cửa xả sâu [8].
3. Hình 1.3: Công trình Terzaghi (British Columbia) – do hiện tượng xâm
thực làm bong tróc hết bề mặt bê tông xung quanh cửa van phẳng phía
hạ lưu của lỗ xả sâu [8].
4. Hình 1.4 - Công trình Keenleyside (British Columbia) – do hiện tượng
xâm thực làm bong tróc hết bề mặt bê tông, chỗ ngưỡng vào đáy còn bị
thủng, chỗ sâu nhất tới 9 in (≈23cm) [8].
5. Hình 2.1 - Quan hệ giữa C pmax = f (Kr, Ks) của các đường xả sâu [1]
6. Hình 2.2 - Quan hệ giữa C pmax = f (Kr, α) của cửa vào e lip chỉ mở rộng
lên phía trên [1].
7. Hình 2.3- Trị số δP của cửa vào có cung là ¼ đường tròn [1].
R

R

8. Hình 2.4 - Trị số δP của cửa vào elip chỉ mở rộng về phía trên [1].
R

R

9. Hình 2.5- Xác định hệ số khí hóa phân giới K pg của các khe van khi
mở van hoàn toàn (đối với 1,0 ≤ w/h ≤ 3,0) [1].
10. Hình 2.6 - Hệ số khí hóa phân giới đối với 1 số dạng van mở từng
phần [ 1].
11. Hình 2.7 - Sự hình thành và phát triển của hiện tượng xâm thực [9].
12. Hình 2.8 - Quan hệ V ng = f(R b , S) của bê tông [1].
R

R

R

R

13. Hình 2.9 - Quan hệ V cp = f( R b , y/D, H/D, H/B)của bê tông [1].
R

R

R

R

14. Hình 2.10 - Sơ đồ tiếp khí cho các vùng tách dòng cục bộ tại buồng
van [2].
15. Hình 2.11- Một số giải pháp tiếp khí trong buồng van [2].

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1

Luận văn thạc sĩ

6

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

16. Hình 3.1 – Tổng mặt bằng công trình thủy điện Sơn La [4]
17. Hình 3.2 – Chính diện thượng lưu công trình thủy điện Sơn La [4]
18. Hình 3.3 – Mặt cắt công trình xả lũ [4].
19. Hình 3.4 – Sơ đồ thông khí cho lỗ xả sâu theo mặt cắt.
20. Hình 3.5 – Chi tiết A.
21. Hình 3.6 – Sơ đồ hệ thống thông khí theo mặt bằng.
22. Hình 3.7 – Thông khí riêng cho xả sâu.
23. Hình 3.8 – Sơ đồ cấp khí cho bậc thụt.
24. Hình 3.9 – Thượng lưu công trình khi xả lũ [4].
25. Hình 3.10 – Khi chưa tiếp khí, dòng chảy sau bậc thụt của cửa xả sâu
vượt qua cả thành trụ pin (phương án thành trụ pin thấp) [4].
26. Hình 3.11 – Khi chưa tiếp khí, Trụ Pin làm cao đến đỉnh trần trên [4].
27. Hình 3.12 – Dốc nước nhìn từ hạ lưu khi đã có biện pháp phòng khí
thực [4].
28. Hình 3.13 – Hình ảnh tiêu năng sau dốc [4].

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

7

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

DANH MỤC BẢNG BIỂU
1. Bảng 1.1 Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao trên thế giới [6].
2. Bảng 1.2 Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao ở Việt Nam [7].
3. Bảng 1.3 Một số thống kê về xâm thực ở công trình tháo nước dưới sâu [8].
4. Bảng 2.1 Bảng tra hệ số sửa chữa Kd [1].
5. Bảng 3.1 Bảng thông số chính thuỷ điện Sơn La [4].
6. Bảng 3.2 Khả năng xả của các công trình [4].
7. Bảng 3.3 Các thông số chính của đập tràn [4].
8. Bảng 3.4 Các thông số chính của dốc nước [4].

9. Bảng 3.5 Trị số lưu lượng thiết kế hố xói tham khảo [4].
10. Bảng 3.6 Khả năng xả của công trình theo chế độ vận hành [4].
11. Bảng 3.7 Số liệu tính toán cho 1 cửa xả sâu [4].
12. Bảng 3.8 Bảng kết quả tính toán hệ số khí hóa tại cửa vào.
13. Bảng 3.9 Bảng kết quả tính toán hệ số khí hóa tại trần buồng van.
14. Bảng 3.10 Bảng kết quả tính toán hệ số khí hóa tại bậc thụt buồng van.
15. Bảng 3.11 Bảng vận tốc ngưỡng xâm thực của bê tông M40 [2].

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

8

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm qua, chúng ta đã xây dựng hàng ngàn công trình đầu
mối thủy lợi để phục vụ các mục đích dân sinh kinh tế, phát triển đất nước.
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiên đại hóa nước nhà hiện nay, thủy lợi
càng thể hiện vai trò to lớn của mình. Nhiều dự án thủy lợi lớn nhỏ phục vụ
cho mục đích phát điện, cấp nước, phòng chống thủy tai, cải tạo môi trường
đang được quy hoạch, nghiên cưú, khảo sát, thiết kế và xây dựng.
Do mức độ quan trọng và tính đặc thù của công trình thủy lợi, những
yêu cầu về đảm bảo an toàn và kinh tế trong việc tính toán thiết kế, thi công
và quản lý khai thác chúng đặt ra ngày càng cao. Những yêu cầu này càng cần
phải đặc biệt quan tâm khi mà thời gian gần đây, môi trường thiên nhiên đã có
nhiều biến đổi, những quy luật về mưa, gió, dòng chảy... đã có những chuyển
biến bất lợi hơn đối với sự làm việc của công trình.
Công trình xả nước là một trong những hạng mục quan trọng nhất của
một hệ thống thủy lợi, chính ở đây diễn ra sự tương tác giữa dòng chảy và
thành rắn. Sự tương tác đó đặc biệt là khi dòng chảy có lưu tốc lớn sẽ gây ra
những hệ quả bất lợi cho công trình như mạch động, sóng xung kích, hàm khí,
khí thực..., trong đó khí thực là một trong những vấn đề cần được ưu tiên xem
xét do những sự cố mà nó gây ra là nghiêm trọng và ngày càng phổ biến.
Đáng chú ý là vấn đề tính toán khí thực các công trình tháo xả nước ở
nước ta trong thời gian qua chưa được coi trọng đúng mức. Trong khi đó
những năm gần đây, đã ghi nhận được ngày càng nhiều các sự cố hư hỏng
công trình do các nguyên nhân có liên quan đến hiện tượng khí thực như
đường tràn của các công trình đầu mối Nam Thạch Hãn, Thác Bà, Phú Ninh...
Điều này đòi hỏi trong tính toán thiết kế cũng như thi công xây dựng các công

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

9

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

trình mới phải đề cập đầy đủ hơn đến vấn đề dự báo khí thực, cũng như áp
dụng các biện pháp kỹ thuật chuyên môn để phòng ngừa sự cố. Ngoài ra ở các
công trình đã xây dựng cũng cần phải tiến hành tính toán kiểm tra và áp dụng
các biện pháp xử lý khi cần thiết.
Nội dung đề tài: Nghiên cứu khả năng khí thực ở các công trình tháo
dưới sâu và biện pháp phòng ngừa. Áp dụng tính toán thiết kế cho một công
trình cụ thể là Thủy điện Sơn La. Đề tài này sẽ đưa ra những đánh giá về các
vị trí có khả năng phát sinh khí thực cho cửa xả sâu và các giải pháp cải thiện
tình hình khí thực cũng như phòng chống nó. Đề tài này có thể sẽ là tài liệu
tham khảo hữu ích giúp cho kỹ sư thiết kế có cái nhìn cẩn trọng hơn về khí
thực và có thể ứng dụng tính toán thiết kế cho các công trình tương tự.
2. Mục đích của đề tài
Trên cơ sở những nghiên cứu về khí thực cho cửa xả sâu và các biện
pháp phòng chống giúp cho đơn vị thiết kế thấy được tầm quan trọng của việc
kiểm khí thực đặc biệt với những công trình có lưu tốc lớn như lỗ xả sâu, xả
mặt và những ảnh hưởng nặng nề của nó đối với công trình. Từ đó cần chú ý
đến vấn đề khí thực trong các công trình xả nước để có các biện pháp hữu
hiệu nhằm phòng và chống được hiện tượng này đảm bảo công trình hoạt

động tăng tuổi thọ và ổn định.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Dựa trên cở sở thu thập tài liệu, tìm hiểu về công trình nghiên cứu.
- Tìm hiểu ảnh hưởng của các yêu tố điều kiện biên đến hiện tượng khí
thực và khí hóa.
- Tìm hiểu về quy trình vận hành hồ chứa, đặc biệt là quy trình vận
hành cửa xả sâu.

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

10

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với việc tính toán áp dụng cho một công
trình cụ thể là cửa xả sâu của công trình thủy điện Sơn La. Kiểm chứng kết
quả tính toán bằng thí nghiệm mô hình từ đó đưa ra những phân tích về kết
quả tính toán.
4. Kết quả dự kiến đạt được
- Tổng quan về bố trí và đặc điểm của làm việc của các công trình tháo
nước dưới sâu.
- Phương pháp kiểm tra khí hóa và khí thực tại các bộ phận khác nhau ở
công trình tháo nước dưới sâu.
- Kiến nghị các biện pháp phòng khí thực cho công trình tháo nước
dưới sâu.

- Ứng dụng tính toán cho cửa xả sâu của đập Sơn La, rút ra kết luận về
khả năng khí hóa, khí thực và biện pháp phòng khí thực cho cửa vào và buồng
van của cửa xả sâu.

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

11

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 . Tính hình xây dựng các công trình đầu mối, thủy lợi, thủy điện có cột
nước cao.
Trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng có rất nhiều các công trình
thủy lợi, thủy điện có cột nước cao đã và đang được xây dựng. Nếu điều kiện
thủy văn, địa hình, địa chất phù hợp thì việc xây dựng công trình cột áp cao sẽ
tạo ra hồ chứa nước với dung tích lớn, có khả năng tạo ra lượng điện lớn,
đảm bảo yêu cầu cấp nước đa dạng cho hạ du, có khả năng điều tiết lũ tốt và
có thể thực hiện được nhiệm vụ chống lũ cho hạ du nếu có yêu cầu.
Sau đây là bảng thống kê một số công tình đầu mối có cột nước cao:
Bảng 1.1 Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao trên thế giới [6]

Đập

Sông, Quốc gia

Chiều

Dung tích

cao đập

hồ chứa

m

tỷ m

Năm hoàn
thành

3
P

Rogun

Vakhsh, Tajikistan

335

11,600

2013

Jinping1

Yalong, China

305

7,700

2014

Nurek

Vakhsh, Tajikistan

300

10,500

1980

Xiaowan

Lancang, China

292

15,000

2009

Dixence, Switzerland

285

0,400

1962

Xiluodu

Jinsha, China

273

12,900

2015

Inguri

Inguri, Georgia

272

1,100

1984

Vaiont

Vaiont, Italy

262

0,169

1961

Grande
Dixence

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

Manuel M.

12

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Grijalva, Mexico

261

1,660

1981

Bhagirathi, India

261

3,540

2006

250

0,180

1957

243

1,000

1989

243

24,670

1972

Yenisei, Russia

242

31,300

1980

Ertan

Yangtze/Yalong, China

240

5,800

1999

La Esmeralda

Batá, Colombia

237

0,815

1975

Kishau

Tons, India

236

2,400

1985

Oroville

Feather, Calif., U.S.A.

235

4,299

1968

El Cajón

Humuya, Honduras

234

5,650

1984

Chirkey

Sulak, Russia

233

2,780

1977

Shuibuya

Qingjiang, China

233

4,580

2007

Bhakra

Sutlej, India

226

9,870

1963

225

0,087

1963

223

35,154

1936

222

2,320

2007

Torres
Tehri
Mauvoisin
Alberto Lleras
Mica
SayanoShushenskaya

Luzzone

Hoover
Karun-4

Drance de Bagnes,
Switzerland
Orinoco, Colombia
British Columbia,

Canada

Brenno di Luzzone,
Switzerland
Colorado, Ariz.-Nev.,
U.S.A
Karun, Iran

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

13

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Contra

Verzasca, Switzerland

220

0,086

1965

Mratinje

Piva, Herzegovina

220

0,880

1973

219

4,259

1974

Dworshak

North Fork Clearwater,
Idaho, U.S.A

Longtan

Hongshui, China

216

Glen Canyon

Colorado, Ariz., U.S.

216

33,304

1964

Toktogul

Naryn, Kyrgyzstan

215

19,500

1978

Daniel Johnson Manicouagan, Canada

214

141,852

1968

Keban

Firat, Turkey

210

31,000

1974

Zimapan

Moctezuma, Mexico

207

—.

1994

Bakun

Balui, Malaysia

205

43,800

2010

Karun-3

Karun, Iran

205

2,900

1976

Lakhwar

Yamuna, India

204

0,580

1985

Dez

Dez, Abi, Iran

203

3,340

1963

Almendra

Tormes, Spain

202

2,649

1970

Berke

Ceyhan, Turkey

201

—

2000

Khudoni

Inguri, Georgia

201

—

1982

Kölnbrein

Malta, Austria

200

0,205

1977

Altinkaya

Kizil Irmak, Turkey

195

5,763

1986

No. Yuba, Calif., U.S.A

194

1,184

1968

New Bullards
Bar

Học viên: Ngô Thị Hồng

2009

Lớp cao học 17C1

Luận văn thạc sĩ

14

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Trong đó Đập Rogun cao nhất thế giới (335m) trên sông Vakhsh
(Tajikistan). Trong thời kỳ Liên bang Xô viết, dự án đập được đề xuất từ năm
1959. Năm 1965 bắt đầu chuẩn bị kỹ thuật và xây dựng từ 1976. Lúc đập đạt
chiều cao 63m thì công việc bị dang dở do Liên bang Xô viết tan vỡ và
những biến động trong vùng. Trận lũ lớn năm 1993 đã tàn phá hầu như toàn
bộ phần đã xây dựng. Năm 2007, khởi động lại dự án nhưng lúc đầu chậm
chạp vì nhiều khó khăn. Cho đến gần đây, dự án tiến triển nhanh và dự kiến
hoàn thành vào năm 2013. Nhà máy thủy điện có công suất 3600MW và
Tajikistan sẽ trở thành nước có lượng điện xuất khẩu tính theo đầu người cao
nhất thế giới.
Bảng 1.2 Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao ở Việt Nam [7]
Tên công
trình

Năm
xây
dựng

Chiều
Loại

cao

đập

đập

Hình thức tràn

Qxả
max

Dung

Dung

tích toàn

tích

bộ

hữu ích

Hmax
(m3/s)
P

P

(106m3)
P

P

P

P

(106m3)
P

P

Tràn dọc có cửa
Hồ chứa nước

1966-

Cấm Sơn

1974

A

41.5

van điều khiển,
TN dòng phun

726.84 338

227.7

259

14.2

12.7

401

344

273

1058

73

67

phun
Hồ chứa nước

1977-

Xạ Hương

1982

Tràn dọc có cửa

A

41

van, TN bằng
dòng phun
Tràn dọc tự do,

Hồ chứa nước

A

Phú Ninh

40

TN bằng dòng
phun

Hồ chứa nước

1988-

Sông Quao

1997

Học viên: Ngô Thị Hồng

A

40

Tràn dọc có cửa
van, TN bằng

Lớp cao học 17C1

P

P


Luận văn thạc sĩ

15

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

dòng phun
Hồ Cửa Đạt

20042009

Hồ Nước

2006-

Trong

2010

Thủy điện Hòa 1979Bình

Thủy điện Ialy

TĐ Hàm thuận

TĐ Đami
TĐ Avương

TĐ Qủang trị

1994

19932001

19962001
19972001
20042008
20032007

TĐ Tuyên

2002-

quang

2007

TĐ Đồng nai 3

20052009

Học viên: Ngô Thị Hồng

Tràn dọc có cửa
C

118.5

van, TN bằng

11594

1364.8

1070.8

9450

5600

dòng phun
Đập tràn có cửa
D

72

van, tiêu năng

bằng dòng đáy
Công trình xả lũ

B

128

có 12 cửa xả mặt 35400
và 6 cửa xả đáy
Tràn dọc có cửa

B

69

van, TN bằng

13733

779

dòng phun
Tràn dọc có cửa
B

93.5

van, dốc nước +
mũi phun

B

80

D

72

Tràn bên tự do
Đập tràn có cửa

343.5

van

266.5

Tràn dọc có cửa
D

70

+Dốc nước +
mũi phun
Tràn dọc có cửa

C

92.2

+Dốc nước +
mũi phun

D

108

Đập tràn có cửa
+ Mũi phun

10400

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

TĐ Đồng nai 4

16

20052010

D

128

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Đập tràn có +

Mũi phun

10000

Đập tràn + xả
sâu có cửa van
Sơn la

20062010

D

138.1

điều tiết , nối
tiếp bằng dốc

9260

nước + mũi
phun
Đập tràn + xả
Lai Châu

20112016

D

137

sâu có cửa van
điều tiết, nối tiếp
bằng mũi phun
Đập tràn có cửa

Bản Chát

20082012

D

128

van điều tiết, nối
tiếp bằng mũi
phun
Đập tràn có cửa

Huội Quảng

20082012

D

100

van điều tiết, nối
tiếp bằng mũi
phun
Đập tràn có cửa

Bản vẽ

20052009

D

137

van điều tiết, nối
tiếp bằng mũi

1800

phun

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

17

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Ở Việt Nam công trình thủy điện Sơn La được xếp vào loại lớn nhất nước
với chiều cao đập 138.1m là đập bê tông áp dụng công nghệ mới bê tông đầm
lăn RCC, nhà máy thủy điện có công suất 2400MW lớn nhất Việt Nam.

Ghi chú:
A Đập đất
B

Đập Đá đổ có lõi chống thấm

C

Đập Đá đổ + Bê tông bản mặt

D Bê tông trọng lực
1.2.

Các trường hợp bố trí công trình tháo nước dưới sâu.

Trong đầu mối công trình thủy lợi hồ chứa nước, ngoài một số công trình
như đập dâng, công trình lấy nước, công trình chuyên môn, còn phải làm các
công trình để tháo nước lũ thừa không thể chứa được trong hồ. Các công trình
đó có lúc đặt ở sâu để đảm nhận thêm việc tháo cạn một phần hay toàn bộ hồ
chứa khi cần thiết phải kiểm tra sửa chữa hoặc tháo bùn cát trong hồ. Có công
trình tháo lũ thì hồ mới làm việc được bình thường và an toàn.
Công trình tháo lũ trên mặt thường đặt ở cao trình tương đối cao. Do cao
trình của ngưỡng tràn cao, nên nó chỉ có thể dùng để tháo dung tích phòng lũ
của hồ chứa đến cao trình ngưỡng tràn hay ngưỡng giếng..Công trình tháo lũ
trên mặt bao gồm các kiểu sau đây:
- Đập tràn
- Đường tràn dọc
- Đường tràn ngang (máng tràn ngang)
- Xi phông tháo lũ
- Giếng tháo lũ

- Đường tràn kiểu gáo

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

18

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Nếu hồ chứa có nhu cầu tháo cạn đến cao trình nào đó, hoặc do lòng sông
hẹp các công trình xả mặt không đáp ứng đủ khả năng xả lũ, hoặc có yêu cầu
về xả cát đơn vị thiết kế thường bố trí thêm các lỗ xả sâu. Các lỗ này có thể
đặt ở dưới đáy đập vật liệu địa phương (cống ngầm), qua thân đập bê tông
(đường ống), có thể đặt ở trong bờ (đường hầm) khi điều kiện địa hình địa
chất cho phép. Với loại này có thể tháo được nước trong hồ ở bất kỳ mực
nước nào, thậm chí có thể tháo cạn hồ chứa. Loại này không những để dùng
tháo lũ mà còn tùy cao trình, vị trí và mục đích sử dụng có thể để dẫn dòng thi
công lúc xây dựng, tháo bùn cát lắng đọng trong hồ chứa hoặc lấy nước tưới,
phát điện...Tùy theo điều kiện cụ thể mà có thể kết hợp nhiều mục đích khác
nhau trong một công trình tháo nước dưới sâu.
1.3.

Điều kiện thủy lực của công trình xả sâu.

Để thỏa mãn yêu cầu tháo nước như xả, tháo cạn hồ, đồng thời thoả mãn
yêu cầu dùng nước của các ngành như dẫn nước vào nhà máy thủy điện, cung

cấp nước cho nông, lâm nghiệp, dân dụng, v.v... thường phải xây dựng các
công trình dẫn nước và xả nước kiểu sâu. Các công trình đó bao gồm đường
hầm, cống ngầm, đường ống trong thân đập...
Đường hầm được sử dụng trong trường hợp không có điều kiện bố trí
công trình tháo dẫn nước qua bản thân các công trình dâng nước hoặc gặp khó
khăn khi đào hở, không kinh tế, v.v... Trường hợp địa chất tốt, thuận tiện cho
việc làm đường hầm thì cần xét tới phương án tháo hoặc dẫn nước bằng
đường hầm. Đối với nhà máy thủy điện ngầm thì cần phải dùng đường hầm để
dẫn và tháo nước.
Cống ngầm thường được bố trí dưới các đập vật liệu địa phương như đập
đất, đập đá, v.v... tốt nhất là được đặt trên nền đá. Chiều dài cống ngầm ngắn
hơn so với đường hầm. Nói chung cống ngầm tháo lũ ít được dùng hơn.
Đường ống trong thân đập: Loại này được bố trí trong thân đập bê tông

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

19

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

hoặc bê tông cốt thép, có đặc điểm là kết cấu đơn giản, thi công tiện lợi, cho
nên thường được dùng nhiều.
Đặc điểm làm việc:
- Cửa van ở sâu, khi mở lưu tốc ở dưới cửa rất lớn. Cùng một diện tích
mặt cắt ngang như nhau, lưu lượng tháo qua lỗ sâu lớn hơn rất nhiều so với

tháo ở đỉnh. Ngoài ra tháo nước tương đối ổn định; khi mực nước thay đổi,
lưu lượng thay đổi ít, mực nước trong hồ thấp cũng có thể tháo được lưu
lượng tương đối lớn.
- Do lưu tốc lớn nên bản thân dòng chảy có mạch động, dễ sinh ra chân
không, khí thực. Mạch động của dòng chảy có thể gây nên rung động cửa van
và các bộ phận khác.
- Lúc mực nước trong hồ cao, cửa van chịu áp lực nước lớn. Lực đóng mở
cửa van đều rất lớn. Như vậy trọng lượng của các thiết bị đóng càng lớn.
- Cửa van của công trình ở thấp, tiện lợi trong việc tháo bùn cát. Nhưng
nếu dòng chảy mang nhiều bùn cát thì khi tháo lũ hoặc tháo bùn cát thì cũng
có thể gây nên bào mòn lớp lót của đường ống.
- Ống ngầm và đường hầm chịu áp lực đất đắp hoặc đá. Riêng áp lực đá
xung quanh đường hầm có thể cùng với lớp lót chịu một phần áp lực của nước
bên trong đường hầm.
Tất cả các hiện tượng không lợi về phương diện thủy lực trên đây, lúc
thiết kế cần phải xét đến và có các biện pháp khắc phục như cửa vào có phân
thành nhiều cửa nhỏ để giảm áp lực đóng mở cửa van, đồng thời thuận tiện
cho việc điều tiết lưu lượng; cửa vào, đoạn thu hẹp hoặc mở rộng, đoạn ống
cong cố gắng thiết kế để dòng chảy vào hoặc chảy qua đều được thuận, tránh
gây áp lực chân không quá lớn. Tại những nơi đó và xung quanh cửa van cần
gia cố để chống tác dụng mài mòn và khí thực, v.v...

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

1.4.

20

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Những hư hỏng thường gặp ở các công trình tháo nước dưới sâu.

Đặc điểm chung của các công trình tháo nước dưới sâu là khó kiểm tra
trong quá trình vận hành, và sự hư hỏng của nó rất khó cho công tác sửa chữa,
dễ gây tác hại liên hoàn đến các công trình cận kề. Cụ thể với từng loại công
trình xả sâu khi thiết kế cần chú ý những hư hỏng thường gặp như sau để đề
phòng và có các biện pháp kỹ thuật để khống chế:
- Công ngầm: Thường nằm dưới thân đập vật liệu địa phương dễ bị xâm
thực phía sau buồng van, cửa vào, đầu các mố phân dòng phía trong buồng
van, tại các mấu gồ ghề bề mặt buồng van và cửa van, tại các vị trí khe và bậc
thụt... Cửa van vận hành đễ bị rung động, dễ xuất hiện lún không đều giữa các
đoạn ống cống nếu không được đặt trên nền đá.
- Ống dẫn nước qua thân đập: Phía sau buồng van ở cửa vào dễ có xâm
thực gàn giống như cửa vào cống ngầm, cửa van dễ bị rung động, thân ống
xuyên qua thân đập nên xung quanh ống có sự phân bố lại ứng suất và sinh ra
hiện tượng tập trung ứng suất, đồng thời trong ống còn chịu áp lực nước, áp
lực đó thường là trọng tải chủ yếu của đường ống, đặc biệt có lúc cột nước
lớn. Vì thế xung quanh đường ống thường dùng lớp lót bằng các tấm thép cố
kết chặt chẽ với bê tông hoặc xung quanh ống có bố trí cốt thép.
- Hầm dẫn nước: Phần cửa vào dễ hư hỏng như cửa vào của cống ngầm và
ống dẫn nước. Ngoài ra do đặc điểm hầm thường dài, đi ngầm trong lòng đất
hoặc đá nên công tác thi công và kiểm soát khó khăn, nếu công tác khảo sát
địa chất không có độ chính xác cao, công tác tính toán ứng suất và gia cố tạm
không được chú ý thì rất dễ có nguy cơ sụt hầm, thấm mất nước...
Tổng quát lại thì hiện tượng xâm thực là hiện thượng thường hay gặp nhất

và thường là nguyên nhân chính dẫn đến sự vận hành không an toàn của công
trình, sự hư hỏng do tác động của khí thực tạo ra gây tổn thất lớn về kinh tế và
khó khăn cho công tác sửa chữa và khôi phục.

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

21

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Bảng 1.3: Một số thống kê về xâm thực ở
công trình tháo nước dưới sâu [8]
Tên công

Năm hoàn

Vị trí xây

Bộ phận hư

Nguyên nhân

trình

thành

dựng

hỏng

hư hỏng

Glen Canyon

1964

Arizona

Hầm dẫn

Khí thực

USA

nước

Idaho

Cửa xả sâu

Khí thực

Cửa xả sâu

Khí thực

Cửa xả sâu

Khí thực

Tỉnh Thái

Cửa vào cống

Khí thực

Nguyên – Việt

lấy nước

Dam
Lucky Peak

1956

Dam
Terzaghi Dam

USA
1960

British
Columbia

Keenleyside

1968

Dam
Hồ Núi Cốc

British
Columbia

1982

Nam

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

22

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Hình 1.1 - Công trình Glen Canyon (Arizona) - sự cố sụt ở hầm xả lũ
do xâm thực [8]

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1