Nghiên cứu giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông hồng – sông đuống, nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước trên sông hồng về mùa kiệt

BẢN CAM KẾT
Họ và tên học viên: Đặng Văn Kiên
Chuyên ngành:

Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu
dòng chảy sông Hồng – sông Đuống, nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước
trên sông Hồng về mùa kiệt”.
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết quả
nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào
khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức kỷ luật
nào của Khoa và Nhà trường.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Học viên cao học

Đặng Văn Kiên

i


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn GS.TS
Trần Đình Hòa đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác giả
trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi về sự giúp đỡ

trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trường.
Cảm ơn các anh chị em trong Trung tâm công trình đồng bằng ven biển và đê điều –
Viện Thủy Công - Viện khoa học Thuỷ lợi Việt Nam là những người đã sát cánh cùng
tác giả trong quá trình nghiên cứu. Đặc biệt là các đồng nghiệp thuộc Bộ môn phát
triển công nghệ mới, nhóm thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng thể giải pháp công trình
đập dâng nước nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước, đảm bảo an ninh nguồn
nước cho vùng hạ du Sông Hồng” đã đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến hay và cung
cấp nhiều thông tin bổ ích.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình
đã luôn quan tâm, động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành
luận văn này.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Tác giả

Đặng Văn Kiên

ii


MỤC LỤC
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................1
2. Mục đích của đề tài: ..................................................................................................4
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu : ..........................................................................4
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: ...........................................................5
5. Kết quả đạt được của luận văn: ...............................................................................5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................6
1.1. Tổng quan các giải pháp phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống đã
nghiên cứu ......................................................................................................................6
1.1.1. Các kết quả nghiên cứu đã có : ............................................................................6
1.1.2. Những nguyên nhân dẫn điến tình tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng
về mùa kiệt: ....................................................................................................................10
1.1.3. Đề xuất định hướng giải quyết vấn đề nghiên cứu .............................................11
1.2. Tổng quan các công trình đập dâng điều tiết trong nước và trên thế giới ....12
1.2.1. Tổng quan trên thế giới ......................................................................................12
1.2.2. Tổng quan trong nước ........................................................................................17
1.3. Kết luận chương ..................................................................................................22
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP ĐẬP DÂNG ..................24
2.1. Cơ sở phân tích lựa chọn giải pháp đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy
sông Hồng – sông Đuống. ............................................................................................24
2.1.1. Đánh giá thực trạng dòng chảy về mùa kiệt .......................................................24
2.1.2. Phương án điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống về mùa
kiệt : ............................................................................................................................28
2.1.3. Phương án điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống về mùa
lũ

............................................................................................................................32

2.2. Đề xuất giải pháp kết cấu đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng
– sông Đuống ................................................................................................................36
2.2.1. Đập dâng nước bằng hệ thống xà lan cố định có cửa van điều tiết:..................36
2.2.2. Đập dângcố địnhđiều tiết bằng cửa van lớn ......................................................39
2.3. Phân tích lựa chọn giải pháp và bố trí tổng thể đập dâng. .............................42
2.3.1. Phân tích lựa chọn quy mô, giải pháp đập dâng lựa chọn.................................42
iii

2.3.2. Bố trí các hạng mục đập dâng điều tiết ............................................................. 43
2.4. Kết luận chương 2 ............................................................................................... 46
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH CHO PHƯƠNG ÁN
CHỌN

............................................................................................................. 48

3.1. Cơ sở tính toán ổn đinh giải pháp đập dâng .................................................... 48
3.1.1. Thông số thiết kế................................................................................................. 48
3.1.2. Điều kiện địa chất............................................................................................... 48
3.2. Tổ hợp tải trọng................................................................................................... 52
3.2.1. Tải trọng và tổ hợp tải trọng .............................................................................. 52
3.2.2. Kết quả tổ hợp tải trọng ..................................................................................... 53
3.3. Tính toán ổn định công trình điều tiết .............................................................. 53
3.3.1. Tính toán ổn định thấm đập dâng ...................................................................... 54
3.3.2. Tính toán ổn định đập dâng ............................................................................... 57
3.4. Kết luận chương .................................................................................................. 73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 74
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN ............................................................................................. 78

HÌNH MINH HOẠ
Hình 1:

Bản đồ hệ thống dòng chảy lưu vực sông Hồng ........................................... 1

Hình 2:

Diễn biến mặt cắt ngang sông Hồng tại trạm Thượng Cát qua từng thời kỳ 2

Hình 3:

Diễn biến tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng qua sông Đuống ................. 3

Hình 4:

Hiện tượng sa mạc hóa trên Sông Hồng........................................................ 4

Hình 1.1. Phương án kè bãi Bắc Cầu ............................................................................ 7
Hình 1.2. Mặt bằng kè bãi Bắc Cầu .............................................................................. 7
Hình 1.3. Cắt dọc tuyến kè bãi Bắc Cầu ........................................................................ 8
Hình 1.4. Phương án lấp hố xói cửa vào sông Đuống .................................................. 8
Hình 1.5. Mặt bằng phạm vi lấp hố xói ......................................................................... 9
Hình 1.6. Mặt cắt ngang hố xói điển hình. .................................................................... 9
Hình 1.7. Quy mô dự án khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc ......................... 13
Hình 1.8. 02 đập dâng điển hình vùng trung du trên sông Yeongsan – Hàn Quốc ..... 15
iv


Hình 1.9. 02 đập dâng điển hình vùng trung du trên sông Nakdong – Hàn Quốc ......16
Hình 1.10. Một số công trình đập dâng và âu thuyền trên sông Murray ......................17
Hình 1.11. Một số công trình đập dâng trên sông Dinh ................................................18
Hình 1.12. Đập dâng Văn Phong (Bình Định)...............................................................19
Hình 1.13. Công trình Thảo Long – Huế .......................................................................20
Hình 1.14. Đập dâng Barra Đô Lương – Nghệ An ........................................................21
Hình 1.15. Phương án nâng cấp Barra Đô Lương ........................................................22
Hình 2.1. Quá trình lưu lượng mùa kiệt tại Sơn Tây khi các hồ vận hành bình thường .
......................................................................................................................25
Hình 2.2. Quá trình lưu lượng tại Sơn Tây khi các hồ thượng nguồn xả nước gia tăng .
......................................................................................................................26

Hình 2.3. Đường quá trình mực nước tại cống Liên Mạc, TV Hà Nội, cống Xuân
Quan khi các hồ vận hành bình thường ........................................................................26
Hình 2.4. Đường quá trình mực nước tại cống Liên Mạc, TV Hà Nội, cống Xuân
Quan khi các hồ xả nước gia tăng .................................................................................27
Hình 2.5. Vị trí tuyến đập dâng lựa chọn tính toán .....................................................29
Hình 2.6. Đường mực nước tại một số vị trí khi có đập dâng Long Tửu và Xuân Quan
......................................................................................................................29
Hình 2.7. Đường mực nước dọc sông Hồng (từ ngã 3 Lô Hồng đến Ba Lạt) .............30
Hình 2.8. Mặt cắt ngang đập dâng ..............................................................................36
Hình 2.9. Kết cấu phao điều tiết ..................................................................................37
Hình 2.10. Kết cấu trụ pin dạng đặc ..............................................................................39
Hình 2.11. Kết cấu trụ pin dạng phao............................................................................40
Hình 2.12. Kết cấu dầm van ...........................................................................................41
Hình 2.13. Sơ đồ vị trí tuyến dự kiến đập dâng .............................................................44
Hình 2.14. Kết cấu trụ pin và dầm van ..........................................................................45
Hình 3.1: Mô hình hóa thấm qua dầm van giữa 2trụ...................................................55
Hình 3.2: Thấm qua dầm van – Tổ hợp cơ bản 2.........................................................56
Hình 3.3: GradientXY qua dầm van giữa trụ T1.T2- tổ hợp cơ bản 2 .........................56
Hình 3.4: Gradient XY tại cửa vào và cửa ra dầm van................................................57
Hình 3.5: Sức kháng ngang của cọc.............................................................................66
v


Hình 3.6: Mặt bằng bố trí cọc ...................................................................................... 68
Hình 3.7: Sơ đồ tính lún ............................................................................................... 70
BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Bảng tỷ lệ phân lưu sông Hồng – sông Đuống của Bộ Tài nguyên và Môi
trường

...................................................................................................................... 11

Bảng 2.1: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống (%) ứng với 2 kịch bản vận hành hồ chứa
thướng nguồn................................................................................................................. 27
Bảng 2.2: Mực nước max khi xây dựng hai đập dâng điều tiết.................................... 30
Bảng 2.3: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống ................................................................... 31
Bảng 2.4: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống ................................................................... 32
Bảng 2.5: Các trường hợp tính toán ảnh hưởng thoát lũ của đập dâng Long Tửu ..... 33
Bảng 2.6: Kết quả tính toán mực nước với lũ 500 năm ............................................... 34
Bảng 2.7: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống các trường hợp thiết kế cống Long Tửu, .. 35
Bảng 3.1: Tổ hợp mực nước tính toán ổn định công trình ........................................... 48
Bảng 3.2: Tính chất cơ lý của các lớp đất theo bảng sau: ........................................... 50
Bảng 3.3: Tổ hợp tải trọng tính toán thiết kế ............................................................... 53
Bảng 3.4: Tổ hợp tải trọng tính toán kiểm tra.............................................................. 53
Bảng 3.5: Bảng tính sức chịu tải đất nền ..................................................................... 58
Bảng 3.6: Bảng tính áp lực đáy móng .......................................................................... 59
Bảng 3.7: Lực tác dụng lên từng đầu cọc ứng với các trường hợp .............................. 68
Bảng 3.8: Tổ hợp tải trọng sử dụng tác dụng đáy móng .............................................. 69
Bảng 3.9: Đặc trưng hình học của đáy khối móng quy ước ......................................... 71

vi


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đồng bằng sông Hồng là vùng kinh tế, chính trị, văn hoá và xã hội quan trọng của đất
nước. Trong vùng có nhiều thành phố và công trình quan trọng trong đó có thủ đô Hà
Nội - trung tâm kinh tế, văn hóa, chính trị của đất nước, là nơi tập trung dân cư đông
đúc. Vì vậy việc quản lý khai thác nguồn nước phục vụ sản xuất, phát triển kinh tế xã
hội có một ý nghĩa cực kỳ quan trọng trong sự phát triển chung của cả nước.
Hệ thống sông Hồng là hợp lưu của 3 con sông: Thao, Đà và Lô hợp thành. Ở hạ lưu,

sông Hồng có các phân lưu: Đáy, Đuống, Luộc, Trà Lý, Đào, Ninh Cơ. Trong đó, sông
Đuống (dài 64 km), sông Luộc (dài 74 km) chuyển nước từ sông Hồng sang sông Thái
Bình; sông Trà Lý (dài 64 km), phân lưu tả ngạn sông Hồng đổ ra biển, sông Đào Nam
Định (dài 31,5 km) đưa nước sông Hồng sang sông Đáy, sông Ninh Cơ (dài 51,8 km)
chảy ra biển.

Hình 1:

Bản đồ hệ thống dòng chảy lưu vực sông Hồng

1


Trong những năm gần đây,hiện tượng xói sâu và mở rộng mặt cắt ướt lòng dẫn trên
sông Hồng, sông Lô, sông Đuống diễn biến ngày càng phức tạp. Theo tài liệu khảo sát
địa hình và tổng hợp số liệu đo đạc mặt cắt sông qua các năm do Viện Quy hoạch thủy
lợi thực hiện năm 2011, cao độ lòng sông Lô, sông Hồng và sông Đuống đều bị xói
sâu. Trên sông Lô, đáy sông bị hạ thấp từ 6-8m so với địa hình năm 2000, thậm chí có
vị trí bị hạ thấp đến 9-12m, trên sông Đuống cao độ đáy sông hạ thấp từ 4-6m, còn
trên sông Hồng tại vị trí Sơn Tây đáy sông hạ thấp đến 5m. Mặt cắt ngang sông ở phần
nước thấp cũng bị mở rộng do vậy, diện tích mặt cắt ướt tăng cao.
DIỄN BIẾN MẶT CẮT NGANG TẠI TRẠM THỦY VĂN THƯỢNG CÁT THEO CÁC NĂM
Cao độ (m)
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0

2010

0.0

2009

-2.0

Khoảng cách (m)

Hình 2:

640

620

600

580

560

540

520

500

480

460

440

420

400

380

360

340

320

300

280

260

240

220

200

180

160

140

120

80

2006

100

-8.0
60

2007

40

-6.0
0

2008

20

-4.0

2005

1990

Diễn biến mặt cắt ngang sông Hồng tại trạm Thượng Cát qua từng thời kỳ

Theo báo cáo “Đánh giá phân tích thực trạng, nguyên nhân và tác động của sự suy
giảm mực nước thời kỳ mùa Kiệt hạ du Sông Hồng” của GS.TS Hà Văn Khối trong
buổi toạ đàm: Hiện trạng suy giảm nước về mùa khô và các giải pháp đảm bảo an
ninh nguồn nước hạ du Sông Hồng do Hội đập lớn Việt Nam và Viện Khoa học Thủy
Lợi Việt Nam tổ chức. GS.TS Hà Văn Khối đã nêu ra một số nguyên nhân chính dẫn
tới tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng về mùa kiệt:
+ Do tác động của bồ lắng bùn cát tại các hồ chứa trên sông Hồng;
+ Do khai thác cát quá mức trên sông Lô, sông Hồng và sông Đuống;
+ Sự thay đổi tỷ lệ lượng nước phân sang sông Đuống.
2


Căn cứ vào số liệu đo đạc thực tế tại trạm Hà Nội trên sông Hồng và trạm Thượng Cát
trên sông Đuống từ năm 1957 đến năm 2011, tiến hành so sánh tỷ lệ giữa trạm Thượng
Cát với tổng của trạm Hà Nội và Thượng Cát, dòng chảy mùa kiệt từ tháng 1 đến
tháng 4 giai đoạn trước năm 2000 tỷ lệ phân lưu là 25%, đến năm 2010 tỷ lệ phân lưu
lên đến 40%-45%. Sự thay đổi này sẽ làm suy giảm đáng kể mực nước mùa kiệt từ sau
cửa vào sông Đuống đến Hưng Yên, gây ra tình trạng khó khăn trong việc lấy nước
phục vụ sản xuất nông nghiệp trong đó có công trình lấy nước Xuân Quan.

Diễn biến tỉ lệ phân lưu dòng chảy mùa cạn sông Hồng qua
sông Đuống
Tỉ lệ phân lưu (%)

45
40

35
30
25
20
15
10
1955

Hình 3:

1960

1965

1970

1975

1980 1985
Năm

1990

1995

2000

2005

2010

Diễn biến tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng qua sông Đuống

Trước tình hình biến đổi khí hậu, nước biển dâng đang ngày càng cấp thiết, đe dọa đến
ah ninh nguồn nước, Việt Nam được dự báo là một trong những quốc gia chịu ảnh
hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu. Các dòng sông chính trong đó có sông Hồng
đang bị mặn tấn công, nước mặn đã lấn sâu dọc theo sông Hồng lên phía thượng lưu,
có những thời điểm lên đến vài chục km. Ảnh hưởng của mặn làm cho nguồn nước bị
ô nhiễm, độ mặn vượt quá mức cho phép không đảm bảo cho việc lấy nước tưới cho
nông nghiệp, đặc biệt là các tỉnh giáp biển như Nam Định, Ninh Bình, Thái
Bình...Cùng với việc hạ thấp mực nước và thiếu hụt nguồn nước trên sông Hồng càng
làm gia tăng khả năng xâm nhập mặn hiện tại và dự báo càng trầm trọng trong tương
lai.

3


Có thể thấy rằng, vấn đề hạ thấp mực nước sông Hồng về mùa kiệt, đặc biệt trong điều
kiện biến đổi khí hậu, khan hiếm nguồn nước hiện nay đã và đang là một vấn đề quan
trọng, đặt ra một thách thức lớn, ảnh hưởng tới hầu hết các lĩnh vực của đời sống, kinh
tế xã hội đối với toàn bộ hạ du sông Hồng.

Hình 4:

Hiện tượng sa mạc hóa trên Sông Hồng

Đề tài:“Nghiên cứu giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy
sông Hồng – sông Đuống, nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước trên sông
Hồng về mùa kiệt.” là cấp thiết trược thực trạng hạ thấp mực nước sông Hồng về mùa
kiệt.

2. Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu và lựa chọn giải pháp đập dâng nước điều tiết phân lưu dòng chảy sông
Hồng – sông Đuống, Phân tích tính toán ổn định nền công đập dâng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :
Đối tương nghiên cứu: Giải pháp đập dâng điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông
Hồng – sông Đuống.
Giới hạn khuôn khổ nghiên cứu của luận văn:
-

Nghiên cứu tổng quan các loại hình kết cấu đập dâng trong nước và trên thế giới;

-

Phân tích, đề xuất giải pháp kết cấu đập dâng;

-

Tính toán ổn định nền đập dâng;

4


4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
- Cách tiếp cận:
Tiếp cận bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các tổ chức, cá nhân khoa học
hay các phương tiện thông tin đại chúng; qua các kết quả nghiên cứu công trình ngăn
sông, lấn biển trên thế giới cũng như trong nước đã có kết hợp tìm hiểu, thu thập, và
phân tích đánh giá các tài liệu có liên quan, đo đạc khảo sát thực tế hiện trạng những vị
trí đề xuất xây dựng công trình, từ đó đề ra phương án cụ thể phù hợp với tình hình
điều kiện cụ thể của nước ta.

- Phương pháp nghiên cứu:
+ Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu.
+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần mềm ứng dụng.
+ Phương pháp chuyên gia.
+ Phương pháp phân tích, tổng hợp.
5. Kết quả đạt được của luận văn:
 Tổng quan về các hình loại đập dâng nước;
 Đề xuất một số giải pháp kết cấu đập dâng có thể áp dụng.
 Phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu đập dâng phù hợp với điều kiện điều tiết tỷ
lệ phân lưu của sông Hồng – sông Đuống.
 Tính toán ổn định nền đập dâng phương án chọn.

5


CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan các giải pháp phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống đã
nghiên cứu
Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về các giải pháp điều tiết phân lưu dòng chảy sông
Hồng – sông Đuống trong đó có: Đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước: « Nghiên
cứu đề xuất giải pháp ổn định tỷ lưu hợp lý tại các phân lưu sông Hồng – sông
Đuốngvà sông Hồng, sông Luộc » của PGS.TS.Nguyễn ngọc Quỳnh, phòng thí
nghiệm trọng điểm quốc gia về động lực học sông biển – Viện khoa học thủy lợi Việt
nam.
1.1.1.

Các kết quả nghiên cứu đã có :

Đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước của PGS.TS.Nguyễn ngọc Quỳnh: « Nghiên
cứu đề xuất giải pháp ổn định tỷ lưu hợp lý tại các phân lưu sông Hồng – sông Đuống
và sông Hồng, sông Luộc” của phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về động lực học
sông biển – Viện khoa học thủy lợi Việt nam; đề tài đã nghiên cứu, phân tích và đề
xuất tỷ lệ phân lưu hợp lý của sông Hồng – sông Đuống từ đó đưa ra giải pháp công
trình để đảm bảo yêu cầu phân lưu. Đề tài đã nghiên cứu đã tính toán tỷ lệ phân lưu
của sông Hồng và sông Đuống cho 2 giải pháp công trình bằng mô hình tính toán và
mô hình vật lý thu được kết quả như sau:
1.1.1.1. Giải pháp kè phân lưu ở đầu bãi Bắc Cầu
Giải pháp kè phân lưu ở đầu bãi Bắc Cầu là một trong những giải pháp được đề xuất
để tính toán của đề tài. Giải pháp bố trí công trình kè phân lưu (dạng mõm cá) ở đầu
bãi Bắc Cầu để ổn định, chống xói lở đầu bãi và góp phần điều chỉnh, ổn định tỷ lệ
phân lưu vào sông Đuống.
Tuyến kè có kết cầu lõi bằng đất đắp đầm chặt và được bảo vệ bằng lớp đá lát trong
khung bê tông, bên dưới có bố trí tầng lọc ngược và gia cố bằng cọc bê tông cốt thép.
Tuyến kè mũ hướng về phía luồng của sông Đuống để cắt bớt dòng chảy đổ vào sông
Đuống.

6


Hỡnh 1.1.

Phng ỏn kố bói Bc Cu

ti ó tớnh toỏn vi 3 phng ỏn chiu di tuyn kố khỏc nhau (50m, 150m, 250m)
nhng m hiu qu iu tit t l phõn lu khụng cao ch gim c 1,0% (mựa l) v
1,7% (mựa kit). T l phõn lu tng khi chiu di tuyn kố tng, nhng vic tng
chiu di tuyn kố s dn n co hp ca vo ca sụng ung v kố s nm vo v trớ

h xúi (gii phỏp cụng trỡnh phc tp v tn kộm). Sau khi phõn tớch tỏc gi la chn
phng ỏn chiu di tuyn kố L=250m
chi tiết mặt bằng kè phân lưu
tỷ lệ: 1/2.000

M2

,5m
dày 0
c hân
đá hộ
m
y 0,5
Thảm
à
d
á
đ
Thảm
m
y 0,5
đá dà
m
ả
Th
m
,5x0,3
0
x
,5

KT 0
m BT
tấ
t
á
L

M1

Lát tấm bê tông
KT 0,5x0,5x0,3m

Đá lá
t tron
g
Đá lá
t tron
g

k hun

k hun

Khung ô BT
trồng cỏ

g bê
tông

g bê

tông

M2

Hỡnh 1.2.

Mt bng kố bói Bc Cu

7

M1


mÆt c¾t däc kÌ ph©n l­u (M1- M1)
tû lÖ: 1/250

M2

Hình 1.3.

Cắt dọc tuyến kè bãi Bắc Cầu

1.1.1.2. Giải pháp lấp hố xói đoạn cửa vào sông Đuống
Giải pháp lấp hố xói đoạn cửa vào sông Đuống: Lấp các hố xói ở đoạn sông Đuống từ
cửa vào đến cầu Đông Trù, giải pháp này làm giảm phạm vi diện tích mặt cắt ngang
dòng chảy trên đoạn cửa vào sông Đuống theo phương đứng, hạn chế tỷ lệ phân lưu.

Hình 1.4.

Phương án lấp hố xói cửa vào sông Đuống

8


Tại vị trí cửa vào của sông Đuống, địa hình lòng sông tự nhiên vị xói sâu dẫn tới tình
trạng dòng chảy tập trung sang sông Đuống làm mất cân bằng tỷ lệ phân lưu dòng
chảy trên sông Hồng – sông Đuống. Giải pháp lấp hố xói đoạn cửa vào sông Đuống để
ứng phó với tình trạng trên. Hố xói được lấp đến cao trình +5 bằng bao tải cát và gia
cố ở trên là thảm đá.
X· Xu©n Canh
HuyÖn §«ng Anh

L1

L2
ng
s«
ng
hå

L2

X· §«ng Héi
HuyÖn §«ng Anh

L3

L3

Hình 1.5.

Hình 1.6.

Mặt bằng phạm vi lấp hố xói

Mặt cắt ngang hố xói điển hình.

9

s.®u

L1

èng


Đề tài đã tính toán với 3 phương án cao trình lấp hố xói khác nhau (-3.0m, -5.0m, 7.0m), sau khi tính toán với cao trình lấp hố xói là (-3.0m) hiệu quả tỷ lệ phân lưu
giảm khá lớn từ 3,4% - 3,8% (mùa lũ) và lên đến 6% (mùa kiệt) tiệm cận với tỷ lệ
phân lưu hợp lý. Tỷ lệ phân lưu giảm khi cao trình lấp hố xói giảm, nhưng việc tăng
cao trình lấp hố xói sẽ ảnh hưởng tới chiều giao thông thủy của tuyến Việt Trì – Quảng
Ninh qua cửa sông Đuống. Sau khi phân tích tác giả lựa chọn phương án lấp hố xói ở
cao trình -5,0m đảm bảo yêu cầu giao thông thủy.
Để đảm bảo tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông tác giả đã đề xuất kết hợp cả hai phương án
kè bãi bãi bắc cầu với chiều dài L=250m và lấp hố xói cửa vào sông Đuống đến (5.0m)
1.1.2. Những nguyên nhân dẫn điến tình tình trạng hạ thấp mực nước trên sông
Hồng về mùa kiệt:
Theo báo cáo “Đánh giá phân tích thực trạng, nguyên nhân và tác động của sự suy
giảm mực nước thời kỳ mùa Kiệt hạ du Sông Hồng” của GS.TS Hà Văn Khối trong
buổi toạ đàm: “Hiện trạng suy giảm nước về mùa khô và các giải pháp đảm bảo an
ninh nguồn nước hạ du Sông Hồng” do Hội đập lớn Việt Nam và Viện Khoa học Thủy

Lợi Việt Nam tổ chức. GS.TS Hà Văn Khối đã nêu ra một số nguyên nhân chính dẫn
tới tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng về mùa kiệt:
+ Do tác động của bồ lắng bùn cát tại các hồ chứa trên sông Hồng: Với việc xây
dựng các hồ chứa trên thượng nguồn các con sông đã dẫn tới hiện tượng bùn cát được
giữ lại ở các hồ chứa gây ra hiện tượng xói nước trong cho hạ du. Hiện tượng xói nước
trong đã gây ra tình trạng xói lở và hạ thấp lòng dẫn ở hạ du sông Hồng gây ra tình
trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng.
+ Do tình trạng khai thác cát quá mức trên sông Lô, sông Hồng và sông Đuống: Thực
trạng quản lý khai thác cát tràn lan trên sông Hồng càng làm cho lòng dẫn trên sông
Hồng (đặc biệt là mùa kiệt).
+ Sự thay đổi tỷ lệ lượng nước phân sang sông Đuống: Căn cứ vào nghiên cứu về tỷ lệ
phân lưu sông Hồng – sông Đuống của Viện khí tượng thủy văn – Bộ Tài nguyên và
Môi trường năm 2012 – 2013, tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống về
10


mùa kiệt trong những năm ngần đây từ 40%-45%. Sự thay đổi này sẽ làm suy giảm
đáng kể mực nước mùa kiệt từ sau cửa vào sông Đuống đến Hưng Yên, gây ra tình
trạng khó khăn cho việc lấy nước của các công trình đầu mối trong đó có công trình
lấy nước Xuân Quan và một số công trình khác.
Bảng 1.1.

Bảng tỷ lệ phân lưu sông Hồng – sông Đuống của Bộ Tài nguyên và Môi
trường

Do tác động của bồ lắng bùn cát tại các hồ chứa trên sông Hồng và tình trạng khai thác
cát quá mức trên sông Lô, sông Hồng và sông Đuống làm cho điều kiện địa hình lòng
sông Hồng ngày càng hạ thấp, Cùng với sự phân lưu dòng chảy sông Hồng sang sông
Đuống làm cho tình trạng hạ thấp mực nước sông Hồng về mùa kiệt ngày càng trở lên
khốc liệt. Trước thực trạng đó để cân đối với nhu cầu sử dụng nước cho sản xuất nông

nghiệp các hồ chứa thượng nguồn đã phải xả xuống hạ lưu một lượng nước lớn hơn rất
nhiều so với nhu cầu sử dụng nước, gây áp lức tới yêu cầu sử dụng nước của các hồ
chứa.
1.1.3.

Đề xuất định hướng giải quyết vấn đề nghiên cứu

1.1.3.1. Mục tiêu và nhiệm vụ
+) Mục tiêu:
11


Đề xuất giải pháp đập dâng tại vị trí cửa sông Đuống nhằm điều tiết phân lưu dòng
chảy sông Hồng – sông Đuống, ứng phó với tình trạng hạ thấp mực nước sông Hồng
về mùa kiệt.
+) Nhiệm vụ:
- Đảm bảo tỷ lệ phân chia lưu lượng hợp lý giữa sông Hồng vào sông Đuống;
- Kết hợp dâng nước thượng lưu về mùa kiệt đảm bảo các yêu cầu cho tưới tiêu nông
nghiệp, cải thiện môi trường các dòng sông nhánh;
- Đảm bảo giao thông thủy được thông suốt trên sông Đuống;
- Không ảnh hưởng đến khả năng tiêu thoát về mùa lũ.
1.1.3.2. Những vấn đề cần nghiên cứu
-

Nghiên cứu tổng quan các loại hình kết cấu đập dâng trong nước và trên thế giới;

-

Nghiên cứu các phương án điều tiết phân lưu sông Hồng – sông Đuống, đề xuất

giải pháp kết cấu đập dâng;
-

Tính toán ổn định nền đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông

Đuống được lựa chọn.
1.2.
1.2.1.

Tổng quan các công trình đập dâng điều tiết trong nước và trên thế giới
Tổng quan trên thế giới

Hiện nay, các công trình đập dâng nhằm cải tạo môi trường, dâng cao mực nước đã
được thực hiện rất nhiều, nhằm khai thác một cách hiệu quả đa mục tiêu nguồn nước
trên thế giới trước thực trạng biến đổi khí hậu diễn biến phức tạp. Tùy thuộc vào điều
kiện tự nhiên, nhiệm vụ công trình cũng như khả năng kinh tế kỹ thuật của mỗi nước,
những công trình đập dâng trên thế giới rất đa dạng về kết cấu và phong phú về giải
pháp xây dựng, lắp đặt công trình.
1.2.1.1. Dự án khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc
Tại Châu Á trong lĩnh vực quy hoạch, khai thác và bảo vệ nguồn nước cũng như xây
dựng các công trình thủy lợi, Hàn Quốc được biết đến với rất nhiều dự án có quy mô
lớn, mang tầm cỡ thế giới như dự án đê biển Seamangeum hay dự án “khôi phục 4
12


dòng sông chính - 4 Major Rivers Restoration Projects”. Nếu như dự án xây dựng đê
biển Seamangeum được triển khai nhằm mục đích chống lũ, nước biển dâng và lấn
biển thì dự án “Khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc lại nhằm mục đích “tăng
trưởng xanh – Green Growth”, cải tạo môi trường sinh thái và giảm thiểu thiệt hại, rủi
ro do lũ lụt, hạn hán gây ra hàng năm; nâng cao cột nước trên các sông nhằm phục vụ

sản xuất nông nghiệp; phục hồi hệ sinh thái dọc sông và tạo ra các khu vực, không
gian nghỉ dưỡng dọc sông để thúc đẩy phát triển vùng.

Hình 1.7.

Quy mô dự án khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc

Đây là dự án được thiết lập để giải quyết những thách thức lớn về mặt môi trường của
04 con sông lớn: sông Hàn, Nakdong, Geum và Yeongsan tại Hàn Quốc. Sự thiệt hại
hàng năm gây nên bởi hạn hán là rất lớn, nghiêm trọng nhất là mất hệ sinh thái và suy
thoái môi trường sống. Sự thiệt hại được dự báo ngày càng tăng bởi các hiện tượng
thời tiết cực đoạn của biến đổi khí hậu. Ở Hàn Quốc, hạn hán được dự kiến sẽ trở nên
thường xuyên hơn 3đến 4 lần trong tương lai gần.
+) Tạo hồ chứa nước: Để bảo đảm đủ lượng nước theo nhu cầu sử dụng nước, sẽ tiến
hành xây dựng tuyến đường thủy và 16 đập dâng tạo hồ chứa nước trên 04 con sông
13


chính. Với 16 đập dâng dự kiến để bảo đảm 800 triệu m3. Ngoài ra, 16 đập dâng trên
04 con sông chính sẽ tăng cột nước cho 96 hồ chứa nông nghiệp hiện có để đảm bảo
250 triệu m3. Ngoài ra, việc xây dựng ba đập kích thước vừa và nhỏ dự kiến sẽ mang
lại hơn 250 triệu m3. Những công trình này sẽ giúp cho việc lưu trữ lượng nước cần
thiết trong mùa khô. Kết hợp với giải pháp nạo vét luồng lạch, nạo vét lòng sông để
tăng sức chứa cho các tuyến sông, giảm mực nước lũ,….. làm cho lưu lượng lũ đổ về
hạ lưu giảm xuống, kết hợp khả năng lưu trữ nước cho mùa khô được an toàn hơn.
Điều này sẽ làm giảm đáng kể lũ lụt, hạn hán hàng năm và các thiệt hại mà chúng gây
ra.
+) Kiểm soát lũ: Để đảm bảo khả năng tiêu thoát lũ giải pháp được nghiên cứu đề
xuất là mở rộng các cửa sông của các sông nhánh, cho phép giảm nhanh mực nước và
tăng lưu lượng tiêu thoát lũ ở các cửa sông. Ngoài ra, để làm chậm dòng lũ, các vùng

đất trũng được quy hoạch làm các vùng chậm lũ hoặc kiểm soát lũ, trữ lượng chứa lũ
lên đến 920 triệu m3.
+) Chất lượng nước và phục hồi sinh thái: Đến năm 2012, chất lượng nước của
dòng chính đã được cải thiện với mức trung bình của mức hai (Biochemical Oxygen
Demand ít hơn 3ppm) bằng cách mở rộng các cơ sở xử lý nước thải và thiết lập các cơ
sở giảm tảo xanh. Hơn nữa, cố gắng để khôi phục lại dòng sông sinh thái, tạo ra vùng
hệ sinh thái ven sông.
+) Tạo ra các không gian đa năng cho cư dân địa phương: Để tạo ra các bờ sông là
một khu vực đa năng để cải thiện lối sống, giải trí, du lịch, các hoạt động văn hóa, và
tăng trưởng xanh, làn đường xe đạp (1,728km) sẽ được phát triển, các chương trình
tour du lịch sẽ được đẩy mạnh, và các môn thể thao sẽ được mở rộng tại đây.
+) Sông theo định hướng phát triển cộng đồng: Dự án cũng sẽ góp phần vào sự phát
triển khu vực thông qua các kế hoạch khác nhau mà sử dụng các cơ sở hạ tầng được
quy hoạch trong dự án và cảnh quan.
Nhận xét về mục tiêu nhiệm vụ:
Mục tiêu và nhiệm vụ của "Dự án xanh New Deal", trong đó có khôi phục 04 con sông
chính sông Hàn, Nakdong, Geum và Yeongsan tại Hàn Quốc, có nhiều điểm tương
14


đồng với giải pháp đập dâng điều tiết phân lưu sông Hồng – sông Đuống nhằm nâng
cao mực nước sông Hồng về mùa kiệt:
- Đảo bảo an toàn nguồn nước: Giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu dòng
chảy sông Hồng – sông Đuống cũng đặt ra nhiệm vụ về an toàn nguồn nước cho khu
vực đồng bằng Bắc Bộ;
- Nâng cao đầu nước phục vụ sản xuất nông nghiệp: Tương tự "Dự án xanh New
Deal", giải pháp đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng sông Đuống nâng
cao được đầu nước phía thượng lưu, cải tạo được nguồn nước chảy vào cho các tuyên
sông nhánh như: sông Tích, sông Đáy, sông Nhuệ, sông Bắc Hưng Hải, .... nâng cao
được trữ lượng nước phục vụ sản xuất nông nghiệp cho mùa kiệt và giảm được lượng

nước phải xả xuống hạ lưu của các hồ chứa trên thượng nguồn;
- Đảm bảo luồng giao thông thủy: Tương tự "Dự án xanh New Deal", giải pháp đập
dâng cũng đảm bảo yêu cầu giao thông thủy trên sông Đuống;
Dưới đây là một số hình ảnh về các giải pháp đập dâng điều điều tiết dòng chảy trong
dự án cải tạo 4 dòng sông chính sông Hàn, Nakdong, Geum và Yeongsan tại Hàn
Quốc.

Hình 1.8.

02 đập dâng điển hình vùng trung du trên sông Yeongsan – Hàn Quốc

15


Hình 1.9.

02 đập dâng điển hình vùng trung du trên sông Nakdong – Hàn Quốc

1.2.1.2. Hệ thống đập dâng trên sông Murray (Úc)
Nhu cầu về nguồn nước cho nông nghiệp, sinh hoạt,… ngày càng lớn, nhu cầu cần
thiết xây dựng các dạng đập dâng, tạo hồ chứa nước trên tuyến sông đảm bảo nguồn
nước là điều hiển nhiên. Điển hình là năm 1982 đã xẩy ra một đợt hạn hạn rất lớn, đặt
ra yêu cầu rất lớn cho nguồn nước từ sông Murray. Phong trào xây dựng các hồ trữ
nước, phân phối nước tự phát bất nguồn từ Kyabram hình thành dọc theo thung lũng
Murray để đảm bảo nhu cầu sử dụng nước của các vùng đất và bảo vệ lợi ích của
người dân trong khu vực. Điều này đặt vấn đề cho việc xây dựng các hồ chứa nước có
tính chất hệ thống trên sông Murry đã trở thành nhu cầu hiển nhiên.
Trên dòng chính sông Murray hiện tại đã xây dựng 10 công trình đập dâng nước kết
hợp âu thuyền để giữ nước phục vụ sản xuất nông nghiệp. Đây là dự án có tính chất và
nhiệm vụ tương đối giống với việc nghiên cứu hệ thống đập dâng trên sông Hồng.

Dưới đây là một số hình ảnh về các giải pháp đập dâng điều điều tiết dòng chảy trên
sông Muray nhằm nâng cao mực nước phục vụ sản xuất nông nghiệp.

16


Hình 1.10.
1.2.2.

Một số công trình đập dâng và âu thuyền trên sông Murray

Tổng quan trong nước

Hiện nay ở trong nước đã có nhiều khu vực đối diện với tình trạng hạn hán kéo dài gây
thiệt hại nặng về sản xuất nông nghiệp như: Tình trạng hạn hán của các tỉnh miền
trung đặc biệt là Ninh Thuận, Bình Thuận; và các tỉnh miền tây nam bộ của nước ta
trong năm những năm gần đây. Chính vì thế việc xây đựng các đập dâng nhằm bảo vệ
và nâng cao mực nước trên các con sông để phục vụ sản xuất nông nghiệp là hết sức
cần thiết.
Một số sự án điển hình:
1.2.2.1. Hệ thống các đập dâng nước trên hệ thống sông Dinh (Ninh Thuận):
Sông Dinh bắt nguồn từ dãy núi cao E Lâm Thông giáp với tỉnh Lâm Đồng ở vùng
Phan Rang. Sông có chiều dài 130 km, lưu vực 2050 km², lưu lượng trung bình
39m³/s, lưu lượng thấp nhất 3,35 – 8,0m³/s, tại hạ nguồn của thuỷ điện Đa Nhim
17


Trên dòng chính sông Dinh từ thượng nguồn hiện tại có 3 con đập đã được xây dựng là
Song Pha, Nha Trinh và Lâm Cấm. Nhiệm vụ của các đập bậc thang này là dâng và
giữ nước phục vụ tưới tiêu cho nông nghiệp và các mục đích khác. Bậc thang cuối

cùng ở hạ lưu sông Dinh có nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt cung cấp nước cho nông
nghiệp, sinh hoạt và công nghiệp của TP. Phan Rang Tháp Chàm và tỉnh Ninh Thuận.
Hiện nay bậc thang cuối cùng là đập hạ lưu sông Dinh đang được chuẩn bị xây dựng.

Đập Lâm Cấm
Hình 1.11.

Đập hạ lưu Sông Dinh
Một số công trình đập dâng trên sông Dinh

Đập Lâm Cấm: có cao độ +7,4m được xây dựng cách cửa sông Cái 15 km. Mặt cắt
ngang của đập trên thượng nguồn là 3 km với trữ lượng nước khoảng 1,5 – 2,0 triệu m3
vào mùa khô và được bổ sung khoảng 12m3/s lưu lượng từ thuỷ điện Song Pha. Lưu
lượng thấp nhất (vào những tháng mùa khô – tháng tư) tại đập Lâm Cấm sau khi tưới
tiêu ước lượng khoảng 2,0 – 3,5m3/s.
Đập hạ lưu sông Dinh: Nằm cách cửa biển 2,5km với nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt
đảm bảo cung cấp nước cho các hộ dùng nước TP. Phan Rang và huyện Ninh Phước.
Quy mô công trình gồm đập ngăn mặn 6 khoang, mỗi khoang rộng 37,8m; cửa van
phẳng kéo đứng. Âu thuyền rộng 6,2m; Cầu giao thông tải trọng HL93, rộng 18m.
1.2.2.2. Đập dâng Văn Phong:
Địa điểm xây dựng thuộc địa phận các huyện Vĩnh Thạnh, Tây Sơn, An Nhơn, Phù
Cát và Thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định.

18


Mục tiêu chính: Giải quyết nhu cầu nước tưới cho nông nghiệp, dân sinh và các ngành
kinh tế, cải thiện đời sông nhân dân, bảo vệ môi trường sinh thái, giữ vững an ninh
chính trị xã hội và quốc phòng trong khu vực. Nhiệm vụ: Cấp nước tưới để mở rộng
diện tích sản xuất cho 12.545 ha đất canh tác (bao gồm: Khu tưới Văn Phong 10.815

ha; Khu tưới Vĩnh Thạnh 1.017ha; Khu tưới Vĩnh Hiệp 400ha; Khu tưới Hà Thanh
313 ha).
Đập dâng Văn Phong: Công trình cấp III, tổng chiều dài đập 542,20m, chiều cao đập
lớn nhất 19,50m, kết cấu bằng BÊ TÔNG CốT THÉP, kết hợp cầu giao thông rộng
7m, tải trọng H30.
Hệ thống kênh tưới: Tổng chiều dài kênh 274,4km và 3.357 công trình trên kênh
Đền bù, di dân, tái định cư và giải phóng mặt bằng cho toàn bộ dự án Hợp phần khu
tưới Văn Phong.

Hình 1.12.

Đập dâng Văn Phong (Bình Định)

1.2.2.3. Đập Thảo Long tỉnh Thừa Thiên Huế
Vị trí công trình: Công trình Thảo Long nằm trên Sông Hương- xã Phú Tân - Huyện
Phú Vang - Tỉnh Thừa Thiên Huế.
Nhiệm vụ công trình: Ngăn mặn, giữ nguồn nước ngọt của sông Hương phối hợp với
hồ Tả Trạch đảm bảo cung cấp đủ nước cho các nhu cầu nông nghiệp, công nghiệp,
môi trường sinh thái, dân sinh vùng đồng bằng sông Hương và cải thiện cảnh quan du
lịch thành phố Huế. Không ảnh hưởng tới khả năng thoát lũ của sông Hương so với
hiện trạng đập Thảo Long cũ, Đảm bảo giao thông thủy trên sông Hương với thuyền
19