Nghiên cứu hiện tượng xói lở trên mái đập đất khi nước tràn qua, kiểm chứng cho đập phân lân vĩnh phúc

B N CAM K T
H và tên h c viên:

Th Thùy Dung

Chuyên ngành: Xây d ng công trình th y
Tên đ tài lu n v n: “Nghiên c u hi n t

ng xói l trên mái đ p đ t khi n

c tràn

qua, ki m ch ng cho đ p Phân Lân – V nh Phúc”.
Tôi xin cam đoan đ tài lu n v n c a tôi hoàn toàn là do tôi làm. Nh ng k t qu
nghiên c u, tính toán là trung th c, không sao chép t b t k ngu n thông tin nào
khác. N u vi ph m tôi xin hoàn toàn ch u trách nhi m và ch u b t k hình th c k lu t
nào c a Khoa và Nhà tr

ng.
Hà N i, ngày

tháng

n m 2017

H c viên cao h c

Th Thùy Dung

i

L IC M
Lu n v n th c s : “Nghiên c u hi n t

N

ng xói l trên mái đ p đ t khi n

qua, ki m ch ng cho đ p Phân Lân – V nh Phúc” đã đ

c tràn

c tác gi hoàn thành đúng

th i h n quy đ nh và đ m b o đ y đ các yêu c u trong đ c

ng đ

c phê duy t.

Trong quá trình th c hi n, nh s giúp đ t n tình c a các Giáo s , Ti n s Tr

ng

i

h c Thu l i, các công ty t v n và đ ng nghi p, tác gi đã hoàn thành lu n v n này.
Tác gi chân thành c m n PGS.TS. Nguy n C nh Thái, Tr
t n tình h

ng

i h c Thu l i đã

ng d n giúp đ đ tác gi hoàn thành lu n v n.

Tác gi xin chân thành c m n các th y cô tr

ng

i h c Thu l i, các th y cô trong

khoa Công trình đã t n t y gi ng d y tác gi trong su t quá trình h c đ i h c và cao
h c t i tr

ng.

Tuy đã có nh ng c g ng song do th i gian có h n, trình đ b n thân còn h n ch , lu n
v n này không th tránh kh i nh ng t n t i, tác gi mong nh n đ

c nh ng ý ki n

đóng góp và trao đ i chân thành c a các th y cô giáo, các anh ch em và b n bè đ ng
nghi p. Tác gi r t mong mu n nh ng v n đ còn t n t i s đ

c tác gi phát tri n

m c đ nghiên c u sâu h n góp ph n ng d ng nh ng ki n th c khoa h c vào ph c v
đ i s ng s n xu t.
Xin chân thành c m n!

Hà N i, ngày

tháng

n m 2017

Tác gi

Th Thùy Dung

ii


M CL C
DANH M C HÌNH ........................................................................................................v
DANH M C B NG .................................................................................................... vii
PH N M

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

1. Tính c p thi t c a đ tài...............................................................................................1
2. M c đích c a đ tài......................................................................................................6
3.

it

ng và ph m vi nghiên c u ...............................................................................6

4. Cách ti p c n và ph
5. K t qu đ t đ

CH

ng pháp nghiên c u ..................................................................7

c c a lu n v n ....................................................................................7

NG 1. T NG QUAN CÁC V N

NGHIÊN C U ........................................8

1.1

S c n thi t c a v n đ nghiên c u .......................................................................8

1.2

Nguyên nhân n

1.3

C ch xói l đ p đ t khi n

1.4

Phân tích nh ng y u t

1.5

K t lu n ch

CH

NG 2. C

c tràn đ nh ...............................................................................13
nh h

c tràn đ nh đ p .....................................................17
ng đ n xói l c a đ p đ t khi n

c tràn qua ....20

ng 1 ...............................................................................................22
S

LÝ THUY T C A V N

XÓI M T

P D

I TÁC

D NG C A DÒNG CH Y TRÀN .............................................................................23
2.1

Xói c a đ t h t m n .............................................................................................23

2.2

Xói c a đ t h t r i ...............................................................................................27

2.3

C s lý thuy t ....................................................................................................31

2.4

Gi i thi u ph n m m Embank.............................................................................32

2.5

Mô ph ng thí nghi m ..........................................................................................35

2.6

K t lu n ch

CH

ng 2 ...............................................................................................37

NG 3. NGHIÊN C U CÁC Y U T

KHI N

NH H

NG

N XÓI MÁI

P

C TRÀN QUA ..............................................................................................39

3.1

Nghiên c u nh h

3.2

Mô hình s tính toán ............................................................................................45

3.3

K t lu n ch

CH

ng 3 ...............................................................................................61

NG 4. TÍNH TOÁN KI M CH NG CHO

KHI N
4.1

ng c a đ ch t đ n xói l b ng th c nghi m ......................39

P PHÂN LÂN – V NH PHÚC

C TRÀN QUA ..............................................................................................62

T ng quan v đ p Phân Lân – V nh Phúc ...........................................................62
iii


4.2

Mô t s c đ p Phân Lân ................................................................................... 64

4.3

Tính toán mô ph ng s c ................................................................................... 65

4.4

K t lu n ch

ng 4 ............................................................................................... 72

K T LU N VÀ KI N NGH ....................................................................................... 73
TÀI LI U THAM KH O ............................................................................................. 75
PH L C TÍNH TOÁN ............................................................................................... 77
Ph l c A. B ng ch tiêu c lý c a đ t đ p đ p Phân Lân ............................................ 77
Ph l c B1. K t qu đo t c đ xói m u đ t - c p l u l

ng Q = 7,5 l/s ....................... 78

Ph l c B2. K t qu đo t c đ xói m u đ t - c p l u l

ng Q = 12,22 l/s ................... 79

Ph l c B3. K t qu đo t c đ xói m u đ t - c p l u l

ng Q = 17,74 l/s ................... 80

Ph l c B4. K t qu đo t c đ xói m u đ t - c p l u l

ng Q = 21,94 l/s ................... 81

Ph l c B5. K t qu đo t c đ xói m u đ t - c p l u l

ng Q = 26,61 l/s ................... 82

Ph l c C1. K t qu tính toán l đ n h Phân Lân 1 .................................................... 83
Ph l c C2. K t qu tính toán đi u ti t l ..................................................................... 85
Ph l c D. M t s hình nh trong quá trình thí nghi m ................................................ 87
Ph l c E. K t qu tính toán mô ph ng s c đ p Phân Lân 1 ..................................... 92

iv


DANH M C HÌNH
Hình 1.

p chính

m Hà

ng khi n

Hình 2. M t s hình nh v đ p khi n

c tràn qua ......................................................4
c tràn qua .........................................................5

Hình 1. 1 Mô hình thí nghi m

HR Wallingford, Anh ..................................................9

Hình 1. 2 K t qu thí nghi m

HR Wallingford, Anh ...................................................9

Hình 1. 3 Mô hình thí nghi m tràn đ nh

Na Uy .........................................................10

Hình 1. 4 K t qu thí nghi m tràn đ nh

Na Uy ..........................................................10

Hình 1. 5 Mô t thi t b thí nghi m xói m u đ t c a Fujisawa [8]................................11
Hình 1. 6 V đ p th y đi n Ia Krel 2 – Gia Rai ............................................................14
Hình 1. 7 V đ p th y đi n H Hô................................................................................15
Hình 1. 8 V đ p ph s 2

m Hà

ng – Qu ng Ninh .............................................16

Hình 1. 9 Hình nh đ p Vajont sau khi x y ra s c n m 1963 ....................................17
Hình 1. 10 Quá trình v đ p do tràn đ nh ......................................................................20
Hình 2. 1 L c và áp l c tác đ ng lên h t trong đi u ki n n

c t nh .............................24

Hình 2. 2 L c và áp l c tác đ ng lên h t trong đi u ki n n

c ch y............................25

Hình 2. 3 C ch tr

t c a h t đ t.................................................................................27

Hình 2. 4 C ch quay c a h t đ t .................................................................................29
Hình 2. 5 C ch nh c h t đ t .......................................................................................30
Hình 2. 6 S đ tính toán c a ph n m m Embank ........................................................33
Hình 2. 7 S đ b trí thí nghi m ..................................................................................35
Hình 2. 8 Kích th

c máng thí nghi m .........................................................................36

Hình 2. 9 Thi t b thí nghi m xói m u đ t ....................................................................36
Hình 2. 10 ng ch a m u đ t ........................................................................................37
Hình 2. 11 Hình nh chu n b m u đ t ..........................................................................39
Hình 2. 12 Hình nh đo t c đ xói c a m u đ t ............................................................40
Hình 3. 1 B trí các m t c t đo m c n

c và l u t c trên máng...................................42

Hình 3. 2 M u đ t sau khi thí nghi m ...........................................................................43
Hình 3. 3 Bi u đ quan h gi a ng su t và t c đ xói ................................................45
Hình 3. 4. S đ tính toán ..............................................................................................46
Hình 3. 5

ng quan h gi a th i gian và cao trình m c n

v

c th

ng l u ...............47


Hình 3. 6

ng quan h gi a th i gian và l u l

ng n

c tràn qua đ nh .................. 47

Hình 3. 7 Mô ph ng quá trình xói mái h l u đ p khi mái đ p không đ

c b o v .... 51

Hình 3. 8

ng quan h gi a kh i l

ng đ t b xói và th i gian ............................... 52

Hình 3. 9

ng quan h gi a t c đ xói và th i gian ................................................. 52

Hình 3. 10. S đ tính toán ........................................................................................... 53
Hình 3. 11 Mô ph ng quá trình xói mái h l u đ p khi mái đ p đ

c b o v b ng c 56

Hình 3. 12

ng quan h gi a kh i l

ng đ t b xói và th i gian ............................. 57

Hình 3. 13

ng quan h gi a t c đ xói và th i gian ............................................... 57

Hình 3. 14. S đ tính toán ........................................................................................... 58
Hình 3. 15 Mô ph ng quá trình xói mái h l u đ p khi mái đ p đ

c b o v b ng t m

bê tông ........................................................................................................................... 60
Hình 4. 1 B n đ l u v c h ch a Phân Lân – V nh Phúc ........................................... 63

Hình 4. 2 âp Phân Lân 1 sau khi x y ra v đ p .......................................................... 65
Hình 4. 3

ng quá trình l đ n đ p Phân Lân 1 ....................................................... 66

Hình 4. 4

ng quá trình Q đ n ~ t và q x ~ t ............................................................... 67

Hình 4. 5 S đ tính toán .............................................................................................. 68
Hình 4. 6 Mô ph ng quá trình xói mái h l u đ p Phân Lân khi x y ra s c ............. 71

vi


DANH M C B NG
B ng 1. T ng h p k t qu đánh giá an toàn đ p thông qua kh n ng v n hành .............2
B ng 2. 1. Tr ng l c và l c Van der Waals c a h t cát và sét ......................................24
B ng 2. 2

ng su t c t gi i h n

B ng 2. 3 M t s nhân t
B ng 3. 1 Tr ng l

c

nh h

cho đ t sét ..............................................................26

ng đ n xói c a đ t h t m n ......................................27

ng kh i đ t t ng m u và các tính ch t c a đ t ..............................40

B ng 3. 2 K t qu đo các y u t th y l c ......................................................................42
B ng 3. 3 B ng k t qu tính toán ng su t τ t i m t c t V-V .......................................44
B ng 3. 4. K t qu tính t c đ xói cho t ng m u đ t ....................................................44
B ng 3. 5 K t qu tính ng su t c t và h s xói cho t ng m u ...................................45
B ng 3. 6 B ng thông s đ u vào ..................................................................................46
B ng 3. 7 Quá trình xói t i 14 b

c tính toán ...............................................................49

B ng 3. 8 B ng k t qu tính toán kh i l
B ng 3. 9 Quá trình xói t i 14 b

c tính toán ...............................................................54

B ng 3. 10 B ng k t qu tính toán kh i l
B ng 3. 11 Quá trình xói t i 14 b
B ng 4. 1 Thông s h ch a n

ng đ t b xói và t c đ xói theo th i gian ...50
ng đ t b xói và t c đ xói theo th i gian .55

c tính toán .............................................................59

c Phân Lân 1..............................................................63

B ng 4. 2 Các đ c tr ng c a h ch a ............................................................................65
B ng 4. 3 Quan h Z-F-V c a h Phân Lân 1 ...............................................................65
B ng 4. 4 B ng thông s đ u vào ..................................................................................68
B ng 4. 5. Quá trình xói t i 17 b

c tính toán ..............................................................70

vii



PH N M

U

1. Tính c p thi t c a đ tài
Vi t Nam là m t qu c gia có n n kinh t d a vào nông nghi p và là m t trong nh ng
qu c gia d t n th

ng nh t b i thiên tai do v trí đ a lý, đi u ki n đ a hình, khí h u, c

c u kinh t và phân b dân c . V i 14 l u v c sông l n phân b trên c n
Nam có ngu n tài nguyên n
th

c phong phú v i t ng l

c tính kho ng 850 t m3. H n 62 t m3 n

đi u ti t, c p n

cđ

c, Vi t

ng dòng ch y trên toàn lãnh
c tr l i trong 6.886 h ch a đ

c cho các m c tiêu phát tri n kinh t - xã h i. Có th kh ng đ nh

r ng, các h ch a đóng m t vai trò r t quan tr ng trong các ho t đ ng s n xu t và phát
tri n kinh t c a Vi t Nam. Trong t ng s 4,0 tri u hecta đ t nông nghi p thì có h n
3,0 tri u hecta đ

ct

i nh l y n

c t 6.648 h ch a. V i 238 đ p th y đi n đang

v n hành, đã cung c p t ng công su t l p đ t là 13.066 MW, trong đó 86 nhà máy th y
đi n l n v i công su t l p đ t 30 MW tr lên v i chi u cao đ p l n h n 15m. Các h
ch a đ

c xây d ng đ ph c v đa m c tiêu nh c p n

c cho nông nghi p, công

nghi p, sinh ho t, phát đi n và các ngành kinh t khác, c i t o c nh quan môi tr

ng

sinh thái, đi u ti t l đ gi m nh thiên tai.
Theo th ng kê c a T ng c c Th y l i [1], các h ch a l n có chi u cao đ p t 15m tr
lên ho c có dung tích h ch a t 3 tri u m3 tr lên là 675 h (chi m 9,8% t ng s ),
trong đó có 115 h th y đi n và 560 h th y l i. S l

ng h ch a có dung tích l n

h n 1 t m3 là 13 h ch a (11 h ch a th y đi n, 2 h ch a th y l i). Các h ch a nh
có chi u cao đ p t 5m đ n 15m và có dung tích h ch a t 50.000 m3 đ n d

i 3 tri u

m3 là 6.211 h ch a (chi m 90,2% t ng s ), trong đó 123 h th y đi n, 6.088 h th y
l i. Trong s 6.648 h ch a th y l i có 16 h có dung tích trên 100 tri u m3, 87 h có
dung tích t (10 ÷ 100) tri u m3, 68 h có dung tích t (5 ÷ 10) tri u m3, 84 h có dung
tích t (3 ÷ 5) tri u m3, 459 h có dung tích t (1 ÷ 3) tri u m3, 1.752 h có dung tích
t (0,2 ÷ 1) tri u m3 và 4.182 h có dung tích d

i 0,2 tri u m3.

S l

ng đ p th y đi n có k t c u bê tông tr ng l c là 186/238 đ p (chi m 78,15%),

s l

ng k t c u đ p v t li u đ a ph

ng (đ p đ t, đ t đá, đá đ lõi sét, đá đ b n m t)
1


là 52/238 đ p (chi m 21,85%).

i v i đ p th y l i, k t c u đ p v t li u đ a ph

ng

chi m đa s (đ p đ t chi m kho ng 98% ), ch có m t s đ p k t c u bê tông tr ng l c;
v t li u đ t đ p đ p có th đ

c chia thành 3 lo i: (i)

l p đ t thu n không có d m s n đ đ p; (ii)
vào): Thu c lo i pha tàn tích s
g pn

c th

ng tr

t đ Bazan: Ch y u s d ng
à N ng tr

t ven bi n mi n trung (t

n núi nh ng l i có tính ch t nh lo i hoàng th , khi

ng n – lún,

t nhanh, tan rã m nh. S d ng lo i đ t này n u

không có gi i pháp k thu t v k t c u s d n đ n m t an toàn và n đ nh công trình;
và (iii)

t pha tàn tích s

n núi: Thông th

đ ng ch t v i γ c = 1,6 – 1,7t/m3 đ

ng k t c u đ p ch đ n thu n m t d ng là

c ch n trên c s thí nghi m. Lo i này đ

các đ p thu c các t nh phía B c và khu b n c .

d ng h u h t

a ph n tràn x l đã xây d ng là tràn không c a van (tính theo s l
95%), 80% ng

ng tràn đ nh r ng, n i ti p sau tràn là d c n

v i Vmax không v
th hai ít đ

cs

ng chi m t i

c, b c n

c đ n đi u

t quá 15 ÷ 18m/s; hình th c tiêu n ng đáy chi m u th , sân sau

c chú tr ng khi thi t k . Tr m t s công trình l n đóng m van b ng

pittông th y l c, còn l i đa ph n b ng vitme và t i cu n. B ng 1 th hi n k t qu đánh
giá hi n tr ng an toàn đ p thông qua kh n ng v n hành [1].
B ng 1. T ng h p k t qu đánh giá an toàn đ p thông qua kh n ng v n hành
Th y đi n
TT

ánh giá

Th y l i

pl n
p

p nh

%

p

pl n
%

p

p nh
%

p

%

1

p đ c v n hành
bình th ng m c
n c thi t k và 72/115
không có t n t i l n
v ch t l ng

62,6

34/123

26,8

436/560

78

1200

20

2

p đ c v n hành
bình th ng m c
n c thi t k tuy
nhiên có m t s t n
t i v ch t l ng
nh th m qua thân
và n n đ p, lún,
n t, s t tr t mái
d c, xói l h l u...
c n kh c ph c

6,1

1/123

0,9

85/560

15

1117

18

7/115

2


Th y đi n
ánh giá

TT

Th y l i

pl n
p

p nh

%

p

pl n
%

p

p nh
%

p

%

3

p cho phép v n
hành nh ng ph i h
th p m c n c h
ch a d i m c thi t
k do c n ph i có
đánh giá thêm v
hi n t ng đ ng đ t
kích thích

1/115

0,9

0/123

0

39/560

7

127

18,5

4

p không an toàn,
không cho v n hành
và ph i h m c
n c
h
ch a
xu ng m c n c h
t i thi u ho c tháo
c n h đ s a ch a

0

0

0

0

0

0

23

0,4

5

p ch a đ thông
35/115
tin đ đánh giá

30,4

88/123

71,5

0

0

2621

43

H u h t các h đ p này đ u có nhi m v đa m c tiêu nh t
ch ng l , c p n

i nông nghi p, phòng

c cho dân sinh và công nghi p, du l ch, th y s n, phát đi n,… Ph n

l n h ch a th y l i đ

c xây d ng trong b i c nh: (i)

tri n nên ngu n v n đ u t h n h p, th

i u ki n kinh t ch a phát

ng ph i gi m nh qui mô; (ii) K thu t kh o

sát h n ch , thi u các tiêu chu n, quy ph m thi t k , thi t b thi công không đáp ng
yêu c u k thu t, thi u ho c không có quy trình v n hành và không đ
k , thi u n ng l c d báo; (iii) do yêu c u b c bách c p n

c s a ch a đ nh

c cho h l u nên m t s

h còn t nâng cao dung tích hi u d ng, trong khi đa s là các h đ p đ t d n đ n an
toàn v h ch a b đe d a. K t qu là nhi u đ p đã b xu ng c p và m c đ an toàn
c a đ p th p h n so v i tiêu chu n qu c t , t ng nguy c r i ro đ i v i s an toàn c a
con ng

i và kinh t .

a s các đ p

Vi t Nam đ u đ

c xây d ng t nhi u n m tr

d ng tiêu chu n và quy chu n c , thêm vào đó nh h

c, chúng đ

c áp

ng c a bi n đ i khí h u đang

ngày càng hi n h u nên hi n nay kh n ng m t an toàn h ch a ngày càng cao. C th
nhi t đ t ng d n đ n b c h i t ng, nhu c u dùng n
3

c t ng, dòng ch y đ n các h


ch a c ng thay đ i m t cách b t l i nh dòng ch y ki t gi m, dòng ch y l t ng do s
thay đ i c a th m ph . Nh ng nh h

ng này d n đ n hi u qu c a các h ch a theo

thi t k s không đ m b o, mà mu n đ m b o thì ph i t ng dung tích hi u d ng, v i
chi u cao đ p không đ i thì dung tích ch ng l cho công trình s b gi m nh , đ c bi t
v i các h có dung tích nh , b ng h bé thì m c đ an toàn c a h đ p s gi m xu ng
r t nhanh. Kh n ng n

c tràn qua đ nh đ p r t d x y ra. Ngoài ra, do sai sót trong

công tác qu n lý nh không m k p th i c a van khi l v hay do thi t b qu n lý v n
hành b h h ng nh tr

ng h p đ p H Hô do m t đi n nên không m đ

khi l v ; c a van c a

m Hà

ng không đ

D u Ti ng,… c ng d n đ n s c n

cb od

c c a van

ng đúng, gãy tai van c a đ p

c tràn qua đ nh đ p. V i m i công trình, khi x y

ra s c đ u gây nên nh ng t n th t khác nhau, có đ p b v nh ng c ng có nh ng đ p
không b v . Nh đ p chính c a
chính không b v mà

m Hà

h l u ch b n

Hình 1.

p chính

ng khi x y ra s c n

c tràn đ nh đ p

c làm cho mái đ p b xói m nh (Hình 1).

m Hà

4

ng khi n

c tràn qua


S c v đ p c a các công trình th y l i, th y đi n thì không nh ng nh h
v c công trình mà còn nh h
n

cv

ng t i khu

ng t i khu v c r ng l n phía sau đ p, khi hàng tri u m3

t kh i t m ki m soát và quét s ch nh ng gì có trên đ

ng đi c a chúng. Có

r t nhi u nguyên nhân gây ra s c v đ p, tuy nhiên th c t cho th y n

c tràn qua

đ nh đ p là m t trong các nguyên nhân chính. Khi l

t quá kh

n ng tr c a h ch a, n

ng n

cđ nh v

c b t đ u tràn qua đ nh đ p, ch y d c theo mái h l u v

phía h du công trình. T i v trí chân mái h l u, t i n i l p gia c b h h ng s x y ra
xói mòn c c b và hình thành các v t n t gây nên hi n t

ng s t l mái h l u. C

nh v y, quá trình hình thành v t n t phát tri n r ng ng

c lên đ n đ nh đ p và x y ra

v đ p. M t s đ p b v do tràn đ nh nh đ p Hò Võ,

n Húng, V V ng (1978),

Phân Lân,

ng áng, Thung C i (2013),… (Hình 1).

p ph s 2 -

m Hà

p

ng

ng áng–Thanh Hóa ngày
01/10/2013

p akrong 3 – Qu ng tr ngày
20/9/2013

p Phân Lân – V nh Phúc ngày 3/8/2013

Hình 2. M t s hình nh v đ p khi n
Có th th y r ng, h u h t các công trình này đ u đ

c tràn qua

c xây d ng t nhi u n m tr

c

v i bi n pháp thi công th công, còn nhi u h n ch v công ngh , v t li u. M t khác
các công trình h ch a th

ng phân b r i rác, dân c th a th t làm cho công tác qu n
5

lý ch a đ

c chú tr ng, đ c bi t đ i v i các đ p do chính quy n đ a ph

do không đ

ng qu n lý,

c đào t o v chuyên môn th y l i, v n hành ch y u d a vào kinh

nghi m b i v y d n đ n nh ng s c nghiêm tr ng v đ p không đ
lý k p th i. Tuy nhiên, khi n

c phát hi n và x

c tràn qua c ng có nh ng đ p không b v mà ch làm

h h ng n ng mái h l u nh đ p chính

m Hà

ng (Hình 1). Nh v y, khi n

c

tràn qua đ p đ t, tùy thu c vào đ c tính c a m i con đ p mà chúng có th b v ho c
không v .
Bên c nh đó, di n bi n ph c t p c a khí h u, không theo quy lu t thông th

ng đã gây

khó kh n cho công tác d báo c ng nh công tác qu n lý an toàn h ch a. B i v y
vi c nghiên c u hi n t

ng xói trên mái đ p đ t khi n

tài: “Nghiên c u hi n t

c tràn qua là h t s c c n thi t.

ng xói l trên mái đ p đ t khi n

c tràn qua, ki m ch ng

cho đ p Phân Lân – V nh Phúc” trên c s k th a các nghiên c u đã và đang phát
tri n trên th gi i c ng nh trong n
h

ng đ n hi n t

c s t p trung thí nghi m m t s y u t

ng xói c a đ t đ p đ p khi b n

hình s đ tính toán ki m ch ng cho hi n t

nh

c tràn qua; l a ch n s d ng mô

ng v đ p do tràn đ nh c a đ p Phân Lân

– V nh Phúc và đ xu t m t s gi i pháp gia c mái h l u đ p.
2. M c đích c a đ tài
Thông qua nghiên c u thí nghi m hi n t

ng xói c a các m u đ t và phân tích di n

bi n xói b ng mô hình s nh m:
− Nghiên c u hi n t

ng xói c a đ t đ p đ p khi n

c tràn đ nh

− Mô ph ng quá trình v c a đ p Phân Lân – V nh Phúc.
−

xu t các gi i pháp công trình phù h p đ b o v mái h l u.

3.

it
it

ng và ph m vi nghiên c u
ng nghiên c u:

p đ t đ ng ch t

Gi i h n nghiên c u c a lu n v n:
− Nghiên c u hi n t

ng xói các m u đ t đ p c a đ p Phân Lân thông qua thí

nghi m;

6


− Nghiên c u di n bi n xói c a đ p Phân Lân trong m t s tr

ng h p gia c mái

khác nhau b ng mô hình s (mô hình 2D).
4. Cách ti p c n và ph

ng pháp nghiên c u

Cách ti p c n: Ti p c n t t ng quan đ n c th . Ti p c n toàn di n đ không b sót
các y u t

nh h

ng chính đ n k t qu nghiên c u. V n đ nghiên c u đ

ki n th c t ng h p và mang tính thuy t ph c cao.

c suy ra t

ng th i t p h p các tài li u có đ

c p đ n t c đ bào mòn b m t và các công trình nghiên c u liên quan đ n tràn đ nh.
Ph

ng pháp nghiên c u:

− Ph

ng pháp đi u tra kh o sát, thu th p t ng h p tài li u.

− Ph

ng pháp nghiên c u lý thuy t, s d ng mô hình toán và các ph n m m ng

d ng.
− Ph

ng pháp phân tích, t ng h p.

5. K t qu đ t đ

c c a lu n v n

− T ng quan tình hình nghiên c u hi n t
c ng nh

c tràn đ nh trên th gi i

Vi t Nam. Phân tích nguyên nhân, c ch v đ p do tràn đ nh;

− T ng quan đ
t

ng v đ p do n

c c ch xói c a đ t h n m n, đ t h t r i và c s lý thuy t c a hi n

ng xói c a đ t d

− Nghiên c u các y u t

i tác d ng c a dòng ch y m t;
nh h

ng đ n quá trình xói thông qua thí nghi m xác đ nh

các h s hàm xói;
− T k t qu thí nghi m, s d ng mô hình s đ phân tích di n bi n xói c a đ p đ t
(đ p Phân Lân – V nh Phúc) trong m t s tr

7

ng h p gia c mái h l u khác nhau.


CH

NG 1. T NG QUAN CÁC V N

NGHIÊN C U

1.1 S c n thi t c a v n đ nghiên c u
i v i đ p đ t, hi n t

ng n

c tràn đ nh đ p là m t trong s nguyên nhân gây v

đ p. Khi s c v đ p x y ra gây h u qu vô cùng nghiêm tr ng cho vùng h du h ,
thi t h i đ n tính m ng con ng

i; kinh t và làm m t cân b ng sinh thái,... Khi n

c

tràn qua đ nh đ p, mái đ p xu t hi n nh ng rãnh xói nh sau đó chúng m r ng d n
gây xói mòn, k t c u mái đ p b phá v , làm mái đ p không còn kh n ng ch ng đ
gây tr

t mái d n t i v đ p. S an toàn c a các đ p b ng v t li u đ a ph

nh ng di n bi n b t l i c a bi n đ i khí h u và thi t h i to l n v ng

ng tr

c

i, tài s n khi

các con đ p này b s c đã đ t các qu c gia, các nhà khoa h c trên th gi i c ng nh
Vi t Nam tr

c m t yêu c u c p bách là nghiên c u các gi i pháp công ngh đ

phó v i các s c có th x y ra, trong đó có v n đ

ng

ng phó v i s c tràn đ nh đ p.

1.1.1 Trên th gi i
V n đ tràn đ nh đ i v i đê đ p đã đ

c quan tâm t nhi u n m nay trên th gi i.

có nhi u nghiên c u chuyên sâu v v n đ xói l trên m t đ p khi n
mô hình nghiên c u đ

c tràn đ nh. Các

c thi t l p, mô ph ng tính toán, các ph n m m ph c v tính

toán nghiên c u xói trên b m t đ
hành thí nghi m cho n

ã

c phát tri n. N m 1943, White and Gayed đã ti n

c tràn trên đ nh m t đ p đ t cao 0,3m xây d ng trong phòng

thí nghi m. N m 1985, Powledge and Dodge đã th c hi n thí nghi m xói trong máng
th y l c. N m 1998 Visser đã nghiên c u quá trình v c a đ p đ t không dính khi
n

c tràn đ nh. T ng c ng đã có 22 thí nghi m v tràn đ nh đ p đ

c th c hi n t i

Vi n Nghiên c u th y l c Wallingford – Anh (Hassan và nnk., 2004) trên mô hình đ p
đ p b ng đ t dính và đ t r i (Hình 1.1); m c tiêu chung c a các thí nghi m này là đ
hi u rõ h n v các quá trình v đ p do tràn đ nh ho c x i ng m và xác đ nh các thông
s quan tr ng nh h
l u l

ng đ n quá trình này; k t qu xác đ nh đ

ng dòng ch y, m c n

nghi m tràn đ nh quy mô l n đ

c th

c m i quan h gi a

ng l u và th i gian v (Hình 1.2). V i 5 thí

c th c hi n

Na Uy d

i s tài tr c a H i đ ng

nghiên c u Na Uy; mô hình thí nghi m là m t đ p đ t có chi u cao trên 6m (Hình
8


1.3), l u l
l ul

ng dòng ch y l n nh t 450m3/s, k t qu xác đ nh đ

c m i liên quan gi a

ng dòng ch y và th i gian v (Hình 1.4).

Hình 1. 1 Mô hình thí nghi m

HR Wallingford, Anh

Hình 1. 2 K t qu thí nghi m

HR Wallingford, Anh

9


Hình 1. 3 Mô hình thí nghi m tràn đ nh

Na Uy

Hình 1. 4 K t qu thí nghi m tràn đ nh

Na Uy

(The Agricultural Research Service - ARS)

n v Nghiên c u K thu t th y l c t i

Stillwater, Oklahoma đã ti n hành nghiên c u quá trình xói mòn c a đ p đ t khi có c
b o v . Nghiên c u này đã d n t i m t mô hình xói mòn đã đ
m m máy tính c a c

quan

c tích h p vào ph n

b o t n tài nguyên USDA Natural Resources

Conservation Service (NRCS). Nh ng k t qu nghiên c u đã t o s phát tri n c a
nghiên c u trong l nh v c xói l đ p đ t.

10


Hình 1. 5 Mô t thi t b thí nghi m xói m u đ t c a Fujisawa [2]
Fujisawa và các c ng s (2008) t i đ i h c Okayama đã ti n hành thí nghi m xói m u
đ t cát pha (10% sét, 12% h t b i và 78% cát) trên máng kính th y l c (Hình 1.4). Thí

nghi m đ

c ti n hành trên 28 m u đ t có s thay đ i c a n ng l

ng đ m, dung tr ng

khô c a đ t và ng su t c t trên b m t m u. K t qu thí nghi m đã ch ra s
h

ng c a n ng l

nh

ng đ m (đ đ m ch t) đ n t c đ xói c a m u đ t và m i quan h

gi a ng su t ti p sinh ra do dòng ch y và kh n ng xói c a đ t.

11


1.1.2

Vi t Nam

V n đ nghiên c u quá trình v đ p đ

c quan tâm t lâu. Giai đo n đ u t p trung vào

nghiên c u sóng gián đo n dùng đ mô ph ng quá trình truy n l do v đ p ti p đ n là
các nghiên c u trên mô hình v t lý v s phát tri n c a l v .

l i đây, mô hình toán đ

n nh ng n m 1990 tr

c s d ng đ mô ph ng quá trình truy n l và ng p l t h du

do v đ p. M t s nghiên c u v v đ p nh sau:
− N m 2006, TS. Nguy n Danh Oanh [3] cùng c ng s đã nghiên c u thí nghi m mô
hình th y l c v đ p tràn x l s c h Sông Hinh. Thí nghi m mô hình m t c t có
t l mô hình λl = 15 nh m xác đ nh c ch v đ p ban đ u các y u t th y l c
t

ng ng trong quá trình v đ p. Mô hình t ng th v i λl = 50 s bao g m lòng h ,

kênh d n vào, tràn s c kênh x h l u. Mô ph ng lòng h sông Hinh ch y u là
mô ph ng t

ng t v th tích h u ích. Mô hình m t c t đ

c xây d ng trong máng

kính r ng 40cm dài 17,30m. C ng nh mô hình t ng th đ có ph n dung tích h
ch a b sung đi u ti t n

c cho quá trình v đ p nên đã s d ng lòng mô hình

YALY c làm dung tích h ch a đ ng th i khi thí nghi m theo đ
đ nđ c pl ul
ch mô ph ng đ

ng quá trình l

ng vào h ch a. Vì chi u dài máng có h n nên mô hình m t c t
c 90m kênh d n th

ng l u và 80m kênh x h l u. Mô hình m t

c t nh trên đã nêu ch y u là xét c ch v đ p lúc ban đ u và quá trình xói sâu
phá v đ p. V t li u ch t o tràn s c c ng đ

c thi t k tính toán nh trong ph n

thi t k v t li u làm mô hình t ng th . Nghiên c u đã thu đ
l v c a đ p s c ; Xác đ nh l u l
dòng n

c quá trình phát tri n

ng tràn qua đ p tràn s c , đ sâu và v n t c

c trên mái h l u; Xác đ nh hình d ng và kích th

c l v theo th i gian;

Xác đ nh Q, H qua đ p s c trong quá trình v đ p; Xác đ nh th i gian v đ p t
lúc b t đ u n

c tràn đ n khi l v l n nh t và đ p v đ n đáy.

− N m 2016, PGS.TS Lê V n Ngh [4]cùng các c ng s đã xây d ng 1 mô hình v t lý

g m mô hình t ng th chính thái 3D và mô hình phân đo n (mô hình m t c t 2D)
v i t l 1/125, t

ng t theo tiêu chu n Froude. V t li u đ p đ p đ

c tính toán

theo c p ph i v t li u c a công trình th c t theo h s thi t k , mô ph ng các l p
v t li u đ p đ p có đ

ng kính trung bình l n h n 50mm theo ph

ng pháp t

t tr ng l c và đ r ng; v i v t li u nh đ p lõi đ p Hòa Bình s d ng ph
12

ng

ng pháp


t

ng t v l u t c kh i đ ng. K t qu thí nghi m cho th y quá trình hình thành l

v t i đa c a đ p v t li u đ a ph

ng (đ p Hòa Bình) di n ra trong th i gian kho ng

3 gi trên mô hình m t c t và 1,2 gi trên mô hình t ng th . Sóng gián đo n ch
xu t hi n và đo đ

c trong tr

ng h p v đ p bê tông, xu t hi n ngay sau khi v và

t n t i ch vài phút, chi u cao sóng đ ng l n nh t h n 30m. V n t c truy n sóng l n
nh t g n 40m/s, n ng lu ng sóng tác đ ng vào lòng d n r t l n đ t ≅110m. Trên mô
hình v t li u đ a ph

ng không có sóng gián đo n.

− N m 2003, c PGS.TS. L u Nh Phú cùng các c ng s đã nghiên c u hi n t

ng

v đê Ng c T o c a khu ch m l Vân C c khi có l tràn t sông H ng vào. Nghiên
c u ch m i dùng cát h t m n đ mô ph ng v t li u t

ng t đ p đê mà ch a xét

đ n thành ph n c p ph i h t c a l p đ p.
1.2 Nguyên nhân n
N

c tràn đ nh

c ch y tràn qua đ nh đ p là hi n t

tr c a h ch a, n

ng khi l

cđ nh v

t quá kh n ng

c b t đ u tràn qua đ nh đ p, ch y d c theo mái h l u v phía h

du công trình. Các nguyên chính gây ra s c n
− L v

ng n

c tràn đ nh đ p bao g m:

t t n su t thi t k , không có tràn x l d phòng.

13


Hình 1. 6 V đ p th y đi n Ia Krel 2 – Gia Rai
S c x y ra lúc 8 gi 30 phút, ngày 01/8/2014, do tình hình m a trên di n r ng và
kéo dài t i l u v c h ch a, l u l
m cn

c h ch a v

ng l v h l n, m c n

t qua cao trình đ nh đê quai th

gây xói l và làm v hoàn toàn đê quai th

c h ch a t ng nhanh,

ng l u đ p (cao trình 204,8m)

ng l u.

− Tính toán sai kh n ng tháo c a tràn đ n đ n tràn không đáp ng đ kh n ng tháo;
− H u h t các đ p c a Vi t Nam đ
đ pđ tđ

c xây d ng t nhi u n m tr

c nên khi thi t k ,

c áp d ng tiêu chu n c , đ n nay do đi n bi n khí h u ph c t p đ n đ n

đ p có kh n ng m t an toàn, cao trình đ nh đ p th p h n so v i tiêu chu n hi n
hành. Ngoài ra khi thi công đ nh đ p đ p th p h n cao trình thi t k ho c b lún
trong quá trình ho t đ ng gây n

c tràn qua đ nh đ p;

− Tính toán th y v n sai: M a gây ra l tính nh , l u l

ng đ nh l nh : t ng l

ng

l nh h n th c t : các d ng l thi t k không ph i là b t l i; thi u l u v c; l p

14


đ

ng cong dung tích h W = f(H) l ch v phía l n, l p đ

ng cong kh n ng l

c a đ p tràn Q=f(H) sai l ch v i th c t ;
− Nhi u công trình đ

c xây d ng t lâu, do s bi n đ i v khí h u, th m ph , ch t

phá r ng ... nên l v nhanh và l n h n so v i thi t k tr

c đây d n đ n h ch a

không đ m b o kh n ng thoát l ;
−

nâng cao s c ch a c a h , nhi u đ a ph

ng đã t ý xây cao ng

nên tràn không đ m b o n ng l c x l theo thi t k , d n đ n n
−

ng tràn lên,

c l tràn đ nh đ p;

i v i nh ng tràn đi u ti t b ng c a van, trong quá trình v n hành c a van tràn b
k t gây n

c tràn đ nh đ p.

Hình 1. 7 V đ p th y đi n H Hô
S c x y ra do m t đi n và không có ph
x tràn m không tri t đ , m c n

ng án máy phát đi n d phòng nên các c a

c trong lòng đ p t đó dâng cao gây tràn đ nh đ p.

− V n hành c a van tràn x l không đúng theo quy trình;

15


Hình 1. 8 V đ p ph s 2

m Hà

ng – Qu ng Ninh

L l n và m a nh trút kéo dài t đêm 29 t i r ng sáng 30.10 là m t tác nhân chính
gây v đ p th y l i

m Hà

ng (huy n

m Hà, Qu ng Ninh), nh ng theo ng

i

dân, l s không có s c công phá l n đ n th n u x l k p th i, b i m t trong 3 c a x
l đã b h ng do áp l c n
m Hà

c l quá l n, n u x k p th i có th không x y ra s c t i

ng.

− Nhi u h ch a nh do dân xây d ng thi u tràn x l , c ng l y n
l n, n

c. Khi có m a

c tràn qua đ nh đ p;

− Trong quá trình ho t đ ng c a vào tràn b các v t trôi n i b t l i: c , cây, các v t trôi
n i;
−

ng đ t ho c x y ra s t tr

t l n trong ph m vi lòng h kh i tr

t làm dâng n

c

đ t ng t và sóng l n tràn qua đ nh đ p.
− S t l lòng h : khi kh i đ t

b b s t l xu ng lòng h làm n

đ n tràn đ nh gây v đ p.

16

c h dâng lên d n


Hình 1. 9 Hình nh đ p Vajont sau khi x y ra s c n m 1963
Th m h a x y ra n m 1963, do m t kh i l
gây ra nh ng con sóng cao đ n 200m, n

ng đ t đá l n đ t vách núi xu ng h ,

c tràn qua đ nh đ p khi n 2.000 ng

i thi t

m ng dù cho Vajont v n còn nguyên.
1.3 C ch xói l đ p đ t khi n

c tràn đ nh đ p

V đ p do tràn đ nh b t đ u b ng m t s c nghiêm tr ng đ
t

c t o ra b i các s ki n

ng tác v i nhau. S c này là s k t h p c a các y u t th y v n, th y l c, s v n

chuy n bùn cát, đ a ch t , đ a hình và th m ph . V m t toán h c quá trình này v n
ch a đ

c xây d ng trên c s lý thuy t v ng ch c và khá ph c t p. Quá trình trình

v t lý đ

c quan sát và có th đ

c chia thành các giai đo n riêng bi t cùng v i nh ng

h u qu mà nó gây ra. Các bài h c kinh ngh m có th đ
Quá trình này là s t

ng tác gi a đ t và n

c rút ra t các quá trình này.

c tr i qua 2 giai đo n mà b t đ u là n

c

tràn đ nh đ p cho đ n khi xu t hi n các rãnh nh sau đó các rãnh nh m r ng, đ t b
17