Nghiên cứu lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình thủy lợi

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

MAI LÂM TUẤN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN QUY MÔ CÔNG TRÌNH
DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
THỦY LỢI THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2019


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

MAI LÂM TUẤN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN QUY MÔ CÔNG TRÌNH
DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
THỦY LỢI THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY
Mã số: 9 58 02 02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS NGUYỄN QUANG CƯỜNG

2. PGS.TS LÊ VĂN HÙNG

HÀ NỘI, NĂM 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả cam đoan luận án là công trình nghiên cứu của tác giả. Các kết quả nghiên cứu
và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn nào và
dưới bất kỳ hình thức nào. Nguồn tài liệu tham khảo được trích dẫn theo đúng quy
định.
Tác giả luận án

Mai Lâm Tuấn

i


LỜI CÁM ƠN
Sau thời gian thực hiện luận án, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận
tình của tập thể hướng dẫn, các nhà khoa học, luận án tiến sĩ “Nghiên cứu lựa chọn
quy mô công trình dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình thủy lợi thủy điện ở
Việt Nam” được hoàn thành.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Quang Cường; PGS.TS. Lê
Văn Hùng đã dành nhiều công sức giúp đỡ và tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thành
luận án.
Tác giả trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và cán bộ của Trường Đại học Thủy
Lợi, đặc biệt là Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng, Khoa Công trình, Phòng
Đào tạo đại học và sau đại học, các nhà khoa học từ các đơn vị trong và ngoài trường
Đại học Thủy Lợi có nhiều đóng góp quý báu và đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá
trình nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Tác giả cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã động viên, giúp đỡ, tạo điều
kiện để tác giả hoàn thành luận án này.

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.....................................................................................vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ ................ix
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG
CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN .....................................................................6
1.1 Tầm quan trọng của công tác dẫn dòng thi công .................................................... 6
1.2 Lựa chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng và tính toán thủy lực dẫn dòng ..................8
1.2.1 Tần suất thiết kế dẫn dòng thi công .................................................................. 8
1.2.2 Thời đoạn dẫn dòng thi công ..........................................................................10
1.2.3 Tính toán thủy lực dẫn dòng ........................................................................... 11
1.3 Dẫn dòng thi công qua cống, đường hầm .............................................................12
1.3.1 Dẫn dòng thi công qua cống ........................................................................... 13
1.3.2 Dẫn dòng thi công qua đường hầm.................................................................15
1.4 Dẫn dòng thi công qua đập đang xây dựng ..........................................................17
1.4.1 Dẫn dòng thi công qua đập đá đổ đang xây dựng ..........................................17
1.4.2 Dẫn dòng thi công qua đập bê tông đang xây dựng .......................................23
1.4.3 Dẫn dòng thi công qua đập đất đang xây dựng .............................................. 24
1.4.4 Dẫn dòng thi công đồng thời qua đập đang xây dựng và cống, đường hầm .. 25

1.5 Kết luận chương 1 ................................................................................................. 28
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ DẪN
DÒNG THI CÔNG VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG .................................30
2.1 Phân tích lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công ........................................30
2.1.1 Cơ sở lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công ........................................30
2.1.2 Cơ sở khoa học để nâng hoặc hạ cấp tần suất thiết kế dẫn dòng ....................31
2.2 Xác định thời đoạn dẫn dòng thi công .................................................................. 34
2.2.1 Nhân tố ảnh hưởng đến việc chọn thời đoạn dẫn dòng thi công .................... 34
2.2.2 Điều kiện khí hậu và dòng chảy các vùng của Việt Nam ...............................35
2.3 Cơ sở lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng ........................................................38
2.3.1 Dẫn dòng qua công trình độc lập .................................................................... 38
2.3.2 Dẫn dòng đồng thời qua cống và đập đang xây dựng .................................... 41
2.4 Cơ sở lý thuyết tính toán thủy lực dẫn dòng thi công và điều tiết lũ .................... 42
2.4.1 Tính toán thủy lực qua đập đang xây dựng .................................................... 42
2.4.2 Tính toán thủy lực dẫn dòng qua cống ........................................................... 45
2.4.3 Tính toán thủy lực dẫn dòng đồng thời qua hai hoặc nhiều công trình dẫn
dòng ...................................................................................................................... 48
iii


2.4.4 Điều tiết lũ trong dẫn dòng thi công ............................................................... 49
2.4.5 Giới thiệu phần mềm Flow-3D .......................................................................50
2.5 Tính toán lưu tốc lớn nhất khi dẫn dòng qua đập đá đổ, đá đắp đang xây dựng ..50
2.6 Kết luận chương 2 ................................................................................................. 53
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH LỰA CHỌN HỢP LÝ QUY MÔ
CÔNG TRÌNH DẪN DÒNG THI CÔNG .................................................................... 54
3.1 Nghiên cứu lựa chọn tần suất lưu lượng và thời đoạn thiết kế dẫn dòng .............54
3.1.1 Chọn tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng theo tiêu chuẩn các quốc gia ......54

3.1.2 Lựa chọn thời đoạn dẫn dòng trong điều kiện khí hậu Việt Nam .................. 57
3.1.3 Xác định lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công .............................................. 60
3.2 Lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công và điều tiết lũ ................61
3.2.1 Lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công qua cống .................. 61
3.2.2 Lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công đồng thời qua đập
đang xây dựng và cống..............................................................................................66
3.2.3 Lập chương trình tính toán điều tiết lũ ........................................................... 67
3.2.4 Kiểm định chương trình tính toán thủy lực ....................................................71
3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công trình đến lưu tốc lớn nhất khi dẫn dòng
qua đập đá đổ đang xây dựng ........................................................................................72
3.3.1 Xác định lưu tốc trên bề mặt đập đá đổ đang xây dựng khi dẫn dòng ...........72
3.3.2 Kiểm định chương trình tính lưu tốc lớn nhất trên bề mặt đập đá đổ đang xây
dựng khi dẫn dòng .......................................................................................................1
3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số mái dốc của dốc nước đến lưu tốc lớn nhất ..
........................................................................................................................3
3.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài dốc nước đến lưu tốc lớn nhất ..............4
3.3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của chênh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước
hạ lưu đến lưu tốc lớn nhất .......................................................................................... 5
3.3.6 Nhận xét chung .................................................................................................6
3.3.7 Sử dụng kết quả nghiên cứu ............................................................................. 8
3.4 Kết luận chương 3 ...................................................................................................9
CHƯƠNG 4
ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO MỘT SỐ CÔNG
TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM ....................................................... 11
4.1 Phân tích việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng ...............................................11
4.1.1 Giới thiệu công trình .......................................................................................11
4.1.2 Sử dụng công trình chính để dẫn dòng thi công .............................................16
4.1.3 Sử dụng công trình chính tham gia dẫn dòng .................................................17
4.1.4 Đề xuất chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công ........................................... 18
4.2 Lựa chọn thông số dẫn dòng qua đập xây dựng dở cho công trình hồ chứa nước

Cửa Đạt .......................................................................................................................... 19
4.2.1 Số liệu đầu vào................................................................................................ 19
4.2.2 Gia cố bề mặt đập khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng ............................... 21
iv


4.2.3 Tính cường độ thi công và chi phí gia cố ....................................................... 23
4.2.4 Kết quả tính toán.............................................................................................25
4.2.5 Phân tích lựa chọn thông số dẫn dòng ............................................................ 28
4.2.6 Kiểm chứng bằng phương pháp số tính thủy lực............................................ 31
4.3 Kết luận chương 4 ................................................................................................. 36
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................38
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .............................................................. 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 42
PHỤ LỤC

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Công trình thủy điện Sơn La - Mặt cắt dọc cống dẫn dòng ..........................14
Hình 1.2. Công trình thủy điện Tuyên Quang - Mặt cắt ngang cống dẫn dòng thi công
.......................................................................................................................................14
Hình 1.3. Công trình thủy điện Bình Điền - Mặt cắt dọc cống dẫn dòng thi công .......15
Hình 1.4. Công trình Cửa Đạt - Đường hầm dẫn dòng TN2 ......................................... 16
Hình 1.5. Công trình thủy điện Huội Quảng - Mặt cắt dọc hầm dẫn dòng thi công ..... 16
Hình 1.6. Hồ chứa Mao Gia Thôn - Bố trí kết hợp đường hầm dẫn dòng, đường hầm
tháo lũ và đường hầm tháo nước ...................................................................................17
Hình 1.7. Công trình Toktogunskia - Tháo lũ tràn qua đê quai giai đoạn 1..................18
Hình 1.8. Công trình Ust-Khantaiska - Sơ đồ dẫn dòng tràn qua đê quai giai đoạn 1 và

hố móng; tràn qua đập đá đổ đang xây dựng.................................................................19
Hình 1.9. Công trình Braunla - Mặt cắt ngang đập .......................................................20
Hình 1.10. Đập Ord - Dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng và phương án gia cố .. 20
Hình 1.11. Công trình thủy điện Tuyên Quang - Đê quai thượng lưu được phủ bê tông
cốt thép để cho lũ tràn qua trong quá trình thi công ......................................................21
Hình 1.12. Công trình thủy điện Hòa Bình - Mặt cắt đập ở vùng kênh thi công trong
giai đoạn tháo lũ 1986 ...................................................................................................22
Hình 1.13. Công trình Cửa Đạt - Dẫn dòng qua đập đang xây dựng năm 2007 ........... 22
Hình 1.14. Công trình thủy điện Sơn La - Dẫn dòng qua cống và đập đang xây dựng mùa
lũ 2009............................................................................................................................23
Hình 1.15. Công trình Sê San 4 - Chuẩn bị tháo lũ qua đập đang xây dựng 5/2007 .... 24
Hình 1.16. Gia cố đập đất khi cho nước tràn qua ..........................................................24
Hình 2.1. Tương quan chi phí với kích thước công trình dẫn dòng ..............................39
Hình 2.2. Các thông số thủy lực của đập tràn ...............................................................43
Hình 2.3. Đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập và chảy ngập ...................................... 44
Hình 2.4. Đường quan hệ lưu lượng với mực nước thượng lưu của cống ....................45
Hình 2.5. Sơ đồ các chế độ chảy qua cống ....................................................................46
Hình 2.6. Sơ đồ tính toán thủy lực dẫn dòng qua kênh .................................................47
Hình 2.7. Sơ đồ thủy lực cống chảy có áp .....................................................................48
Hình 2.8. Biến thiên năng lượng dòng chảy ổn định khi viết phương trình Bernoulli .51
Hình 2.9. Sơ đồ tính toán thủy lực qua đập đá đổ đang xây dựng ................................52
Hình 3.1. Đường quá trình mực nước thượng lưu và chiều cao đập khi dẫn dòng .......59
Hình 3.2. Đắp đập chính theo mặt cắt kinh tế ............................................................... 59
Hình 3.3. Tương quan Q~H khi chuyển tiếp chảy ngập sang chảy không ngập ...........61
Hình 3.4. Tương quan Q~H0 khi chuyển tiếp chảy không áp sang chảy có áp ............. 62
Hình 3.5. Sơ đồ khối tính thủy lực dẫn dòng qua cống ................................................. 65
Hình 3.6. Sơ đồ khối tính thủy lực dẫn dòng qua đập đang xây dựng và cống ............68
Hình 3.7. Sơ đồ khối tính điều tiết lũ ............................................................................70
vi

Hình 3.8. Đường mặt nước và diễn biến lưu tốc trên bề mặt đập đá đổ đang xây dựng
khi dẫn dòng ..................................................................................................................73
Hình 3.9. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước - TH1 .............................1
Hình 3.10. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước - TH2 ........................... 2
Hình 3.11. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước - TH3 ........................... 2
Hình 3.12. Quan hệ q ~ Vmax trường hợp L = 150m, H2 = 0m ........................................3
Hình 3.13. Quan hệ q ~ Vmax trường hợp m = 8, H2 = 0m ..............................................4
Hình 3.14. Quan hệ q ~ Vmax trường hợp m = 8, L = 150m ............................................ 5
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thông số m, H2 đến lưu tốc lớn nhất ....................................6
Hình 3.16. Ảnh hưởng của thông số L, H2 đến lưu tốc lớn nhất .....................................7
Hình 3.17. Lựa chọn thông số đập đá đổ đang xây dựng phục vụ dẫn dòng ..................8
Hình 4.1. Mặt cắt ngang đập đắp đập vượt lũ giai đoạn 2 ............................................ 21
Hình 4.2. Bố trí gia cố dốc nước bằng tấm bê tông.......................................................22
Hình 4.3. Xác định chiều dày trung bình của tấm bê tông ............................................22
Hình 4.4. Gia cố bề mặt cho nước tràn qua đập đá đổ đang xây dựng .........................22
Hình 4.5. Mặt cắt ngang đập tính khối lượng giai đoạn 1 và giai đoạn 2 .....................23
Hình 4.6. Mặt cắt dọc đập tính khối lượng giai đoạn 1 và giai đoạn 2 ......................... 23
Hình 4.7. Lưu tốc lớn nhất các phương án ....................................................................28
Hình 4.8. Chi phí vật liệu gia cố đập cho các phương án..............................................28
Hình 4.9. Khối lượng thi công giai đoạn 1 và giai đoạn 2 các phương án .................... 29
Hình 4.10. Cường độ thi công giai đoạn 1 và giai đoạn 2 các phương án .................... 29
Hình 4.11. Mô hình tính toán dòng chảy trên bề mặt đập đang xây dựng 2 chiều ....... 31
Hình 4.12. Kết quả tính toán 2 chiều dòng chảy trên bề mặt đập đang xây dựng ........31
Hình 4.13. Cao trình mực nước thượng lưu tại TT1 .....................................................32
Hình 4.14. Lưu tốc dòng chảy tại TT1 .......................................................................... 32
Hình 4.15. Lưu tốc dòng chảy tại TT2 .......................................................................... 32
Hình 4.16. Lưu tốc dòng chảy tại TT3 .......................................................................... 32
Hình 4.17. Mô hình dẫn dòng qua đập đang xây dựng và đường hầm .........................33
Hình 4.18. Điều kiện ban đầu dẫn dòng qua đập đang xây dựng và đường hầm .......... 33

Hình 4.19. Kết quả phân bố dòng chảy qua đập đang xây dựng và đường hầm ...........34
Hình 4.20. Kết quả phân bố dòng chảy cắt qua tim đường hầm ...................................34
Hình 4.21. Lưu tốc dòng chảy tại TT4 .......................................................................... 35
Hình 4.22. Lưu tốc dòng chảy tại TT7 .......................................................................... 35
Hình 4.23. Lưu tốc dòng chảy tại TT5 .......................................................................... 35
Hình 4.24. Lưu tốc dòng chảy tại TT8 .......................................................................... 35
Hình 4.25. Lưu tốc dòng chảy tại TT6 .......................................................................... 35
Hình 4.26. Lưu tốc dòng chảy tại TT9 .......................................................................... 35

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Phân chia mùa kiệt và mùa lũ 5 vùng của Việt Nam ....................................37
Bảng 3.1. Tần suất lưu lượng thiết kế của công trình dẫn dòng.................................... 54
Bảng 3.2. Tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng khi cho nước tràn qua đập đang xây dựng
.......................................................................................................................................54
Bảng 3.3. Tần suất thiết kế dẫn dòng thi công khi công trình chính tham gia phục vụ
dẫn dòng thi công .......................................................................................................... 55
Bảng 3.4. Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất để thiết kế các công trình tạm thời
phục vụ công tác dẫn dòng thi công .............................................................................. 56
Bảng 3.5. Bảng tính toán điều tiết lũ ............................................................................. 69
Bảng 3.6. Dẫn dòng thi công qua cống - So sánh kết quả thí nghiệm mô hình với tính
toán bằng chương trình ..................................................................................................71
Bảng 3.7. Dẫn dòng thi công qua đập đang xây dựng và cống - So sánh kết quả thí
nghiệm mô hình với tính toán bằng chương trình .........................................................72
Bảng 3.8. Thông số đầu vào tính toán Vmax...................................................................73
Bảng 3.9. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trên bề mặt đập đá đổ đang xây dựng khi dẫn
dòng ...............................................................................................................................74
Bảng 3.10. Các trường hợp tính kiểm định chương trình................................................1

Bảng 3.11. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp L = 150m, H2 = 0m .....................3
Bảng 3.12. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp m = 8, H2 = 0m ............................4
Bảng 3.13. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp m = 8, L = 150m .........................5
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật của công trình thủy điện Tuyên Quang ........................... 11
Bảng 4.2. Các thông số kỹ thuật công trình Cửa Đạt ....................................................13
Bảng 4.3. Các thông số kỹ thuật công trình thủy điện Sơn La ......................................14
Bảng 4.4. Các thông số kỹ thuật công trình thủy điện Lai Châu...................................15
Bảng 4.5. Tần suất thiết kế dẫn dòng khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng ................16
Bảng 4.6. Tần suất thiết kế dẫn dòng khi công trình chính tham gia dẫn dòng ............17
Bảng 4.7. Đề xuất tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng khi cho nước tràn qua đập đang
xây dựng .........................................................................................................................19
Bảng 4.8. Thông số đập đá đổ xây dựng dở ..................................................................21
Bảng 4.9. Kết quả tính toán thủy lực dẫn dòng kết hợp đập đang xây dựng (tràn) và
đường hầm .....................................................................................................................26
Bảng 4.10. Kết quả tính toán cường độ thi công và chi phí gia cố các phương án .......27

viii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ
1.

Danh mục các từ viết tắt

CFRD
LSTH
LSTN
MNHL
MNTL
QCVN

RCC
TCVN
TNMH
QP%
Qtk
2.

Đập đá đổ bản mặt bê tông (Concrete Face Rockfill Dam – CFRD)
Lòng sông thu hẹp
Lòng sông tự nhiên
Mực nước hạ lưu
Mực nước thượng lưu
Quy chuẩn Quốc gia Việt Nam
Bê tông đầm lăn (Roller Compacted Concrete – RCC)
Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam
Thí nghiệm mô hình
Lưu lượng thiết kế dẫn dòng
Lưu lượng thiết kế công trình dẫn dòng

Giải thích các thuật ngữ

Công trình dẫn dòng: Gồm công trình dẫn nước và công trình ngăn nước. Công trình
dẫn nước có thể là kênh, cống, đường hầm, đập đang xây dựng, tràn đang xây dựng,
tràn xả lũ... có nhiệm vụ dẫn nước từ thượng lưu về hạ lưu. Công trình ngăn nước có
thể là đê quai, đập tạm, đập chính đang xây dưng, đập chính... có nhiệm vụ chắn nước
bảo vệ hố móng, hướng dòng chảy theo công trình dẫn nước về hạ lưu.
Tần suất thiết kế dẫn dòng: Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất để thiết kế các
công trình phục vụ dẫn dòng thi công.
Thời đoạn dẫn dòng: Khi thiết kế dẫn dòng, người ta chia quá trình dẫn dòng ra một
hoặc nhiều thời đoạn. Thời đoạn có thể là một vài tháng, một mùa, một năm hoặc

nhiều năm. Ứng với mỗi thời đoạn dẫn dòng, sử dụng một loại công trình dẫn nước và
công trình chắn nước.
Lưu lượng thiết kế dẫn dòng (QP%): Lưu lượng dòng chảy lớn nhất trong thời đoạn
dẫn dòng ứng với tần suất thiết kế dẫn dòng.
Lưu lượng thiết kế công trình dẫn dòng (Qtk): Lưu lượng dòng chảy qua công trình
dẫn dòng để thiết kế công trình dẫn nước. Lưu lượng này dùng để thiết kế cho hạng
mục công trình dẫn dòng được xác định trên cơ sở lưu lượng thiết kế dẫn dòng và tính
toán cân bằng nước.

ix


MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của luận án

Hầu hết các công trình thủy lợi, thủy điện xây dựng trên sông, suối đều phải dẫn dòng
thi công. Trong quá trình xây dựng, nhiều công trình do lựa chọn qui mô công trình
dẫn dòng chưa hợp lý dẫn đến sự cố như đê quai hoặc đập chính bị vỡ... gây thiệt hại
nhiều mặt, thời hạn thi công bị kéo dài.
Công tác dẫn dòng thi công là một trong những nội dung quan trọng có tính chất quyết
định thành công trong xây dựng các công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện. Ở Việt
Nam đã thực hiện xây dựng thành công nhiều công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện
lớn nhỏ khác nhau. Trong đó, có những công trình điển hình như Thác Bà, Hòa Bình,
Tuyên Quang, Cửa Đạt, Sơn La, Bản Chát, Nậm Chiến… Các phương án dẫn dòng và
các thông số của công trình dẫn dòng đã được lựa chọn và thiết kế hợp lý góp phần
xây dựng công trình đầu mối đúng tiến độ, an toàn và tiết kiệm chi phí.
Việc lựa chọn phương án và quy mô của công trình dẫn dòng gắn liền với các bước
thiết kế. Công tác dẫn dòng có tính chất quyết định đến lựa chọn kết cấu các hạng mục

công trình trong hệ thống, đến trình tự xây dựng, tiến độ, an toàn và chi phí xây dựng.
Thông thường, khi thiết kế cần đề xuất một số phương án và khi lựa chọn phương án
hợp lý phải thông qua phân tích kinh tế - kỹ thuật, trong đó có việc lựa chọn sơ đồ dẫn
dòng, chủng loại và qui mô công trình dẫn dòng thông qua các bước như: chọn lưu
lượng thiết kế, tính toán thủy lực và thí nghiệm mô hình, xác định các thông số cơ bản
của công trình dẫn dòng, tính toán ổn định, thiết kế gia cố…
Quy mô của công trình dẫn dòng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: chi phí xây dựng
công trình dẫn dòng và tiêu năng ở hạ lưu, chi phí đắp đê quai, trình tự và tiến độ thi
công, khối lượng thi công công trình chính và công trình tạm trong các giai đoạn, chi
phí ngập lụt, phòng tránh hay chấp nhận rủi ro... Để có thể xác định quy mô công trình
dẫn dòng và đánh giá hiệu quả công tác dẫn dòng, người thiết kế phải đủ năng lực
cũng như phải tính toán công phu với khối lượng công việc tính toán rất lớn.
1


Việc xác định thông số thủy lực công trình dẫn dòng là một trong những nội dung tốn
nhiều công sức và trí tuệ của kỹ sư thiết kế. Vấn đề đặt ra là làm sao tính toán thủy lực
dẫn dòng thi công được nhanh và thuận tiện giúp cho việc sơ bộ xác định phương án
dẫn dòng hợp lý cùng với quy mô của công trình dẫn dòng trước khi thiết kế chi tiết.
Những bài toán cơ bản về tính toán thủy lực dẫn dòng thi công cũng đã được nhiều tác
giả hoặc tài liệu, hồ sơ thiết kế đề cập nhưng chưa khái quát hóa việc ứng dụng cũng
như quy trình tính toán cụ thể nhằm giúp những người thiết kế sau này thực hiện hiệu
quả hơn.
Ở Việt Nam và trên thế giới đã xây dựng thành công rất nhiều công trình đầu mối thủy
lợi, thủy điện, nhưng công tác tổng kết đúc rút kinh nghiệm cũng như quy trình tính
toán được công bố đối với mỗi công trình cũng chưa thật đầy đủ và toàn diện. Việc xác
định sơ đồ tính và thiết lập chương trình tính toán thủy lực ứng với từng sơ đồ một
cách khoa học lại càng cần thiết.
Khi thiết kế dẫn dòng thi công, việc chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng, đặc biệt là lũ
thiết kế khi công trình chính tham gia dẫn dòng còn nhiều vấn đề cần bàn luận. Mặc dù

tiêu chuẩn của Việt Nam và các nước cũng đề cập khá kỹ, nhưng các qui định hiện tại
của chúng ta vẫn cần phải nghiên cứu làm rõ thêm trong luận án.
Dẫn dòng qua đập đang xây dựng giúp tiết kiệm chi phí cho công trình dẫn dòng vào
mùa lũ, lựa chọn quy mô của công trình dẫn dòng như thế nào, gia cố đập đang xây
dựng như thế nào cần phải có cơ sở tính toán các phương án khác nhau, từ đó lựa chọn
ra phương án có hiệu quả nhất về mặt kinh tế và kỹ thuật.
Việc thiết kế dẫn dòng thi công luôn cần thiết mặc dù hiện nay phần lớn các công trình ở
Việt Nam đã xây dựng nhưng việc mở rộng NMTĐ Hòa Bình, Yaly hay các công trình
ở Lào như Luông Phrabang và các bậc thang Mekong đối với các chuyên gia Việt Nam
rất cần thiết và quan trọng.
Đề tài “Nghiên cứu lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng thi công trong xây dựng
công trình thủy lợi thủy điện ở Việt Nam” là rất cần thiết, có ý nghĩa lớn đối với việc
thiết kế và thi công các công trình thủy lợi, thủy điện.

2


2.

Mục tiêu nghiên cứu

- Xây dựng cơ sở khoa học để kiến nghị lựa chọn tần suất thiết kế, thời đoạn dẫn dòng,
xác định lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công;
- Phân tích các yếu tố công trình phục vụ lựa chọn hợp lý quy mô công trình dẫn dòng
qua đập đá đổ, đá đắp đang xây dựng;
- Hoàn thiện phương pháp tính toán và thuật toán phục vụ thiết kế và lựa chọn quy mô
của công trình dẫn dòng khi có nhiều công trình cùng tham gia dẫn dòng.
3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là công tác xây dựng công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Phân tích lựa chọn phương án dẫn dòng thi công, chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng,
tính toán thủy lực dẫn dòng thi công và lựa chọn quy mô các công trình dẫn dòng;
- Công tác dẫn dòng thi công khi sử dụng nhiều công trình tháo nước cùng đồng thời
tham gia dẫn dòng;
- Không đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng của thấm rối, mạch động và tiêu năng hạ lưu.
4.

Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về công tác dẫn dòng thi công các công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện;
- Cơ sở khoa học và thực tiễn về lựa chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công;
- Xây dựng thuật toán và chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng phục vụ lựa chọn
quy mô công trình dẫn dòng;
- Lựa chọn hợp lý quy mô công trình dẫn dòng đồng thời cống và đập đá đổ, đá đắp
đang xây dựng.

3


5.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

5.1. Cách tiếp cận
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, luận án sử dụng cách tiếp cận tổng quan về công tác
dẫn dòng thi công từ thực tiễn xây dựng ở Việt Nam và trên thế giới thông qua các

tổng kết thi công, tiêu chuẩn qui phạm trong và ngoài nước; Tiếp cận lý thuyết về tính
toán thủy lực công trình kết hợp các phương pháp và mô hình tính hiện đại.
5.2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết;
- Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm và kế thừa;
- Phương pháp mô hình hóa;
- Phương pháp chuyên gia.
6.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6.1. Ý nghĩa khoa học
- Tổng hợp nội dung khoa học và phương pháp phân tích lựa chọn phương án dẫn
dòng thi công, chọn thời đoạn thiết kế dẫn dòng, chọn tần suất lưu lượng thiết kế và
tính toán thủy lực dẫn dòng thi công;
- Đóng góp vào cơ sở khoa học để lựa chọn hợp lý quy mô của công trình dẫn dòng
trong xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Đề xuất lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng phù hợp với điều kiện làm việc của công
trình, trên cơ sở đảm bảo an toàn và hiệu quả, góp phần hoàn thiện QCVN và công tác
thiết kế dẫn dòng thi công trong xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam;
- Đề xuất trình tự tính toán lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng trường hợp hai hoặc
nhiều công trình cùng tham gia dẫn dòng;
- Xây dựng phần mềm tính toán phục vụ tính toán thiết kế phương án dẫn dòng thi
công phục vụ xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện.
4


7.

Cấu trúc luận án

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án bao gồm:
Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình
thủy lợi, thủy điện
Chương 2: Cơ sở khoa học lựa chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công và tính toán thủy
lực dẫn dòng
Chương 3: Nghiên cứu phân tích lựa chọn hợp lý quy mô công trình dẫn dòng thi công
Chương 4: Ứng dụng kết quả nghiên cứu cho một số công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt
Nam

5


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG
CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN
1.1 Tầm quan trọng của công tác dẫn dòng thi công
Khi xây dựng các công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện phải có những giải pháp để
dẫn nước từ thượng lưu về hạ lưu công trình, đảm bảo hố móng khô ráo để thi công
công trình, được gọi là dẫn dòng thi công [1]. Dẫn dòng thi công nhằm hai mục đích
cơ bản sau đây:
- Ngăn chặn những ảnh hưởng bất lợi của dòng chảy trong quá trình thi công, làm cho
công tác thi công được tiến hành trong môi trường khô ráo một cách thuận lợi.
- Dẫn dòng chảy về hạ lưu để đảm bảo yêu cầu lợi dụng tổng hợp dòng nước trong quá
trình thi công như tưới ruộng, phát điện, nuôi cá, vận tải, nước dùng trong công nghiệp
và sinh hoạt v.v...
Công tác dẫn dòng chịu ảnh hưởng của rất nhiều nhân tố như thủy văn, địa hình, địa
chất, đặc điểm kết cấu và sự bố trí công trình thủy công, điều kiện lợi dụng dòng nước
và điều kiện thi công... Phương án dẫn dòng thi công hợp lý liên quan mật thiết với
tiến độ thi công toàn bộ công trình, thức kết cấu và bố trí công trình thủy công, bố trí

mặt bằng công trường, chi phí xây dựng, an toàn lao động v.v... Thực tiễn xây dựng
thủy lợi, thủy điện của nhiều nước đã cho thấy rằng khi không giải quyết đúng đắn vấn
đề dẫn dòng thi công đã gây nên tình trạng nửa chừng phải thay đổi phương pháp thi
công, đảo lộn thứ tự xây dựng công trình, kéo dài thời gian thi công và tăng chi phí
xây dựng. Thậm chí, gây hư hỏng nghiêm trọng đối với công trình và tăng chi phí rất
lớn như công trình Mammoth [2], đập Short Creek ở Mỹ; công trình Cửa Đạt [3], Sông
Mực, IaKrêl 2 ở Việt Nam.
Khi thiết kế dẫn dòng thi công thường phải thông qua phân tích và lựa chọn sơ bộ một
số phương án dẫn dòng. Sau đó, thông qua tính toán thiết kế định lượng và tìm ra
phương án phù hợp nhất. Thiết kế dẫn dòng thi công gắn liền với nội dung thiết kế ở
các bước thiết kế, từ bước thiết kế cơ sở đến bản vẽ thi công. Thiết kế dẫn dòng thi
công phải đảm bảo các nguyên tắc cơ bản [4], [5]:

6


-

Tiến độ thi công toàn bộ hệ thống công trình với thời gian ngắn, giá thành hạ; rút
ngắn thời gian đầu tư ban đầu, phát huy nhanh hiệu quả đầu tư.

-

Thi công công trình chính an toàn, cân bằng cường độ thi công, tránh chồng
chéo, bảo đảm tính chủ động trong thi công.

-

Công trình dẫn dòng đơn giản, khối lượng công trình nhỏ, giá thành hạ, thi công
thuận tiện, tốc độ nhanh.

-

Thỏa mãn yêu cầu các thành phần kinh tế.

Khi chọn phương án dẫn dòng thi công phải xem xét toàn diện tới các điều kiện thủy
văn, khí tượng, địa hình, địa chất, dân sinh kinh tế của vùng xây dựng, sử dụng tổng
hợp dòng sông của các ngành kinh tế khác và hình thức kết cấu, bố trí không gian và
khối lượng công trình xây dựng, năng lực thi công [1], [6], [7]. Nội dung chính của
thiết kế dẫn dòng thi công:
-

Chọn được phương pháp dẫn dòng thích hợp trong từng giai đoạn thi công;

-

Chọn được tần suất thiết kế và thời đoạn dẫn dòng thi công phù hợp. Từ đó xác
định được lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công;

-

Tính toán thủy lực và điều tiết dòng chảy, xác định được quy mô công trình tháo
nước và ngăn nước cho phương án dẫn dòng;

-

Xác định trình tự thi công các hạng mục công trình và tiến độ khống chế theo
phương án dẫn dòng đã chọn, đáp ứng đúng thời hạn xây dựng.

Lựa chọn phương án dẫn dòng thi công sẽ ảnh hưởng đến tiến độ thi công, thời gian

ngăn sông, đắp đập vượt lũ. Lựa chọn phương án dẫn dòng thi công hợp lý sẽ giúp tiết
kiệm chi phí, giảm thời gian thi công mà vẫn đảm bảo chất lượng công trình.
Cho đến nay, việc xây dựng đập lớn trên thế giới rất phát triển, nhiều đập cao với
hình thức kết cấu khác nhau đã được xây dựng. Điển hình như đập vòm bê tông Kim
Bình - I của Trung Quốc là đập cao nhất thế giới với chiều cao 305m [8], đập Nurek
ở Tat-gi-kis-tan là đập đất đá cao thứ hai thế giới (cao 300m), đập Grande Dixence ở
Thụy sĩ là đập bê tông trọng lực cao nhất thế giới, với chiều cao 285m [9]. Ngoài ra
còn có nhiều đập cao điển hình khác ở trên thế giới được trình bày trong Phụ lục 1-1.
7


Trong quá trình xây dựng, công tác dẫn dòng thi công được ứng dụng rất đa dạng, sử
dụng nhiều dạng công trình dẫn dòng khác nhau gồm cống, đường hầm, kênh, lòng
sông thu hẹp, đập đang xây dựng, tràn đang xây dựng, tràn xả lũ. Công trình dẫn
dòng thi công ở các giai đoạn của một số công trình tiêu biểu trên thế giới được trình
bày ở Phụ lục 1-2 [5] và Phụ lục 1-3 [10].
Khi thiết kế dẫn dòng thi công, cần phải phân tích các điều kiện cụ thể và đề xuất một
số phương án khả thi nhất, thông qua tính toán kinh tế kỹ thuật của từng phương án và
so sánh lựa chọn phương án tối ưu nhất.
1.2 Lựa chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng và tính toán thủy lực dẫn dòng
1.2.1 Tần suất thiết kế dẫn dòng thi công
Tần suất thiết kế dẫn dòng là thông số đầu tiên cần quan tâm khi giải quyết bài toán
thủy lực dẫn dòng thi công nhằm xác định quy mô của công trình dẫn dòng. Nếu lựa
chọn được tần suất phù hợp, không những đảm bảo an toàn cho công trình trong quá
trình thi công mà còn giúp giảm nhỏ quy mô công trình dẫn dòng, tiết kiệm chi phí cho
công tác dẫn dòng thi công.
Ở Việt Nam cũng có nhiều công trình lớn, thời gian thi công dài như thủy điện Hòa
Bình, thủy điện Tuyên Quang, thủy lợi thủy điện Cửa Đạt, thủy điện Sơn La, thủy điện
Lai Châu, thủy lợi thủy điện Tả Trạch... Phương án dẫn dòng và tần suất thiết kế dẫn
dòng cho các giai đoạn của những công trình này được trình bày trong Phụ lục 2-1 đến

Phụ lục 2-6. Tần suất thiết kế dẫn dòng của các công trình này được lấy khác nhau tùy
từng loại hình công trình dẫn dòng, số năm sử dụng công trình dẫn dòng và thay đổi
theo trình tự xây dựng công trình.
Ở Trung Quốc sử dụng khá nhiều loại hình đập đá đổ chống thấm bằng tường lõi hoặc
chống thấm bằng bản mặt bê tông. Đập đá đổ có khả năng chống xói khi cho nước tràn
qua trong thời kỳ thi công để tiết kiệm thời gian và chi phí cho công trình dẫn dòng
nên đã được ứng dụng khá nhiều.
Đập đá đổ bản mặt bê tông nhà máy thủy điện Thiên Sinh Kiều có chiều cao 178m, sử
dụng đường hầm dẫn dòng về mùa kiệt tần suất 5%, mùa lũ dẫn dòng với tần suất 3,3%

8


với lưu lượng Q = 10.800 m3/s. Năm 1995 tháo lũ qua đê quai, thân đập chưa đắp, lưu
lượng lớn nhất 4.750 m3/s. Năm 1996 mặt đập chừa lại rộng 120m để xả lũ qua đập
đang xây dựng, lưu lượng xả lớn nhất 3.790 m3/s. Năm 1997 sử dụng tần suất 0,33%,
năm 1998 sử dụng tần suất 0,2% để thiết kế dẫn dòng [11].
Phụ lục 2-7 đến Phụ lục 2-9 giới thiệu tần suất dẫn dòng thi công đập đá đổ bản mặt bê
tông công trình hồ Sách Khê có chiều cao đập 132,5m và Bạch Khê có chiều cao đập
124,4m, thủy điện Thủy Bố Á có chiều cao 233m [11]. Ngoài ra còn có các công trình
khác ở Trung Quốc sử dụng hình thức dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng với tần
suất và lưu lượng như Phụ lục 2-10 [11]. Bênh cạnh đó, tần suất lũ thi công của một số
đập đã xây dựng khác ở Trung Quốc được trình bày trong Phụ lục 2-11 [12]. Đặc điểm
chung của các công trình này khi dẫn dòng là sử dụng tần suất thiết kế dẫn dòng thi
công khác nhau cho các giai đoạn thi công khác nhau, tùy thuộc vào mức độ quan
trọng của công trình chính, chiều cao công trình chắn nước và dung tích lòng hồ tại
thời điểm dẫn dòng thi công.
Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng QCVN 04-05:2012/BNN&PTNT [13] và TCVN
9160:2012 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế dẫn dòng trong xây dựng [14] để
lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công. Tuy nhiên các tiêu chuẩn này chưa phản

ánh đúng và đầy đủ tình trạng làm việc của công trình chính khi tham gia vào công tác
dẫn dòng, chưa quy định lựa chọn tần suất dẫn dòng cụ thể như thế nào khi công trình
chính tham gia dẫn dòng (chắn nước) hoặc khi sử dụng công trình chính để dẫn dòng
thi công cho nước tràn qua.
Trong các tài liệu, quy chuẩn, giáo trình, việc chọn tần suất thiết kế dẫn dòng chỉ phụ
thuộc vào cấp công trình, chưa đề cập cụ thể đến chiều cao cột nước, dung tích lòng hồ
khi đang dẫn dòng, nếu xảy ra sự cố thì việc ngập lụt hạ lưu bị ảnh hưởng như thế nào,
thiệt hại về kinh tế sẽ diễn ra như thế nào, việc kiến nghị nâng hạ cấp tần suất là chưa
có cơ sở khoa học rõ ràng.
Khi công trình chính tham gia vào công tác dẫn dòng, đặc biệt là khi cho nước tràn qua
đập đang xây dựng thì chưa có quy định cụ thể. Điều này gây ra khó khăn cho người
thiết kế và phê duyệt thiết kế, chưa xác định đúng tần suất thiết kế dẫn dòng.
9


Trong thực tế dẫn dòng, trường hợp có nhiều công trình cùng tham gia dẫn dòng đồng
thời thì quy mô của từng công trình như thế nào để đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ thuật
là bài toán thường gặp đối với những công trình có lưu lượng dẫn dòng lớn và thi công
trong nhiều năm.
Như vậy việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng ở Việt Nam cần điều chỉnh bổ sung
cho rõ ràng hơn, phù hợp với thực tế thi công. Vấn đề đầu tiên luận án cần nghiên cứu
là công tác lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công, đề xuất điều chỉnh bổ sung
vào tiêu chuẩn của Việt Nam về lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công.
1.2.2 Thời đoạn dẫn dòng thi công
Việt nam là nước có đặc điểm địa lý khí tượng thay đổi mạnh theo các miền. Các đặc
trưng lưu lượng theo mùa kiệt và mùa lũ rất rõ rệt, thời gian diễn ra của các mùa cũng
thay đổi dọc theo các miền và phụ thuộc vào vĩ độ. Khi vận dụng khoa học kỹ thuật
của thế giới vào Việt Nam cũng cần phải phân tích kỹ yếu tố thời gian diễn ra của mùa
cũng như đặc điểm dòng chảy trong các tháng của từng mùa ở từng miền Bắc, Trung,
Nam để chọn được phương án dẫn dòng cũng như thiết kế các thông số cụ thể của

công trình dẫn dòng phù hợp nhất.
Việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng và thời đoạn dẫn dòng quyết định đến lưu
lượng thiết kế dẫn dòng, ảnh hưởng trực tiếp đến quy mô công trình dẫn dòng thi công.
Các công trình ở Việt Nam và trên thế giới mới đưa ra kiến nghị mà chưa lý giải một
cách đầy đủ và toàn diện cơ sở khoa học để nâng hoặc hạ cấp tần suất thiết kế dẫn
dòng thi công. Đây là một trong nhưng nội dung đặt ra cần nghiên cứu để có cơ sở khi
áp dụng vào Việt Nam. Trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay, việc lựa chọn thời
đoạn dẫn dòng sao cho phù hợp với từng khu vực, từng lưu vực sông ở Việt Nam là
những nội dung trong thực tế đang đặt ra cần được giải quyết.
Luận án tổng hợp các đặc điểm khí tượng thủy văn từng vùng miền của Việt Nam,
phân tích các đặc điểm dòng chảy liên quan đến việc chọn thời đoạn dẫn dòng thi
công, đồng thời đưa ra biện pháp xử lý các trường hợp đặc biệt liên quan đến dòng
chảy các vùng miền ở Việt Nam.

10


1.2.3 Tính toán thủy lực dẫn dòng
Trong các bước thiết kế dẫn dòng thi công, việc chọn phương án dẫn dòng, thời đoạn
dẫn dòng và tần suất thiết kế dẫn dòng thi công liên quan mật thiết với nhau. Kết quả
của việc lựa chọn này là xác định được lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công. Từ đó,
tính toán thủy lực và tính toán điều tiết dòng chảy để xác định mực nước thượng lưu
và lưu tốc dòng chảy qua công trình dẫn dòng.
Karen Fisher và David Ramsbottom hướng dẫn các bước để tính toán dẫn dòng thi công
qua kênh gồm tính toán lưu lượng, lựa chọn và tính toán kết cấu kênh dẫn [15], các
nghiên cứu này chỉ áp dụng cho các công trình nhỏ, chiều cao đập không lớn. Sổ tay tính
toán thủy lực của Nga [16] cũng hướng dẫn tính toán thủy lực qua nhiều dạng công trình
khác nhau, là một tài liệu có giá trị trong tính toán thủy lực dẫn dòng. Tuy nhiên sổ tay
này chỉ hướng dẫn tính toán đối với công trình dẫn dòng độc lập, chưa đề cập cụ thể đến
việc tính toán thủy lực dẫn dòng khi sử dụng đồng thời hai hoặc nhiều công trình dẫn

dòng.
TCVN 9160:2012 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế dẫn dòng trong xây dựng [14]
đề cập đến tính toán thủy lực qua lòng sông thu hẹp, kênh dẫn, đường hầm và cống, cửa
tràn răng lược, đập đá đổ đang xây dựng. Nhược điểm của tiêu chuẩn này là chưa đề cập
đến phương pháp tính toán thủy lực khi kết hợp dẫn dòng đồng thời qua nhiều công
trình tháo khác nhau mà thực tế xây dựng rất hay gặp như: Dẫn dòng qua lòng sông thu
hẹp đồng thời với dẫn qua cống/đường hầm; Dẫn dòng qua đập đang xây dựng đồng
thời với dẫn qua cống/đường hầm; Dẫn dòng qua tràn đồng thời với dẫn qua
cống/đường hầm…
Hiện nay có các mô hình tính toán thủy lực động lực sông, hệ thống kênh, vận chuyển bùn
cát trên thế giới và Việt Nam như MIKE, HEC-RAS, TELEMAC, VRSAP... tuy nhiên
việc sử dụng các mô hình này khá phức tạp. Bên cạnh đó nội dung thủy lực công trình
trong tính toán dẫn dòng xây dựng dựa trên cơ sở dòng chảy ổn định với 3 phương trình
có bản là phương trình động lượng, phương trình liên tục, phương trình Bernoully, trong
khi các phần mềm kể trên sử dụng hệ phương trình vi phân cơ bản là hệ phương trình

11


Saint Venant gồm phương trình liên tục và phương trình động lực của dòng chảy một
chiều. Các phần mềm này không thực sự phù hợp cho tính toán thủy lực dẫn dòng.
Phần mềm tính toán thủy lực Flow-3D tính toán và mô phỏng rất chi tiết chế độ dòng
chảy qua các dạng công trình, để sử dụng phần mềm này cần đưa vào nhiều dữ liệu về
điều kiện biên, yêu cầu cấu hình máy tính cao, mỗi lần tính cho một trường hợp mất nhiều
thời gian, không phù hợp với việc tính toán để lựa chọn phương án. Phần mềm Flow-3D
phù hợp với việc đánh giá chế độ thủy lực chi tiết qua công trình dẫn dòng, đặc biệt đối
với các công trình không có thí nghiệm mô hình hoặc có thể kết hợp với thí nghiệm mô
hình để đánh giá thêm các phương án chỉnh sửa đối với các công trình có thí nghiệm mô
hình.
Bên cạnh đó có phần mềm tính toán thủy lực Hydraulic Calculator của công ty Bentley

Systems, phần mềm Tính toán thủy lực công trình EHPro của Vũ Đại Nguyên, tuy
nhiên các phần mềm này tính cho công trình độc lập, chưa tính toán thủy lực đồng thời
qua đập đang xây dựng và cống, chưa kết hợp tính toán điều tiết lũ để phục vụ tính
toán thủy lực dẫn dòng. Ngoài ra chương trình tính toán thủy lực qua cống chưa có xử
lý chuyển tiếp giữa chế độ chảy ngập sang không ngập, chảy không áp sang có áp, làm
cho kết quả tính toán có bước nhảy về số học, chưa phù hợp với bài toán tính thử dần
khi xả kết hợp cống và đập đang xây dựng để xả lũ.
Những phân tích trên đặt ra cho luận án cần phải nghiên cứu lập chương trình tính toán
thủy lực dẫn dòng đồng thời qua cống và đập đang xây dựng, xây dựng biểu đồ diễn
biến lưu tốc dọc theo chiều dài dòng chảy qua công trình đập đang xây dựng. Nghiên
cứu của luận án sẽ giúp các kỹ sư tính toán thủy lực nhanh và hiệu quả nhất làm cơ sở
xác định quy mô công trình và biện pháp gia cố khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng.
1.3 Dẫn dòng thi công qua cống, đường hầm
Sử dụng cống và đường hầm để dẫn dòng có ưu điểm nổi bật là giao thông được hai
bờ, vừa dẫn dòng vừa thi công được phần đập lòng sông, có khả năng thi công với
cường độ cao, đảm bảo tiến độ thi công.

12


1.3.1 Dẫn dòng thi công qua cống
Trường hợp phổ biến nhất là lợi dụng cống lâu dài để tháo nước thi công, khi đó công
tác thi công công trình dẫn dòng sẽ đơn giản đi nhiều, tránh được những khó khăn,
phức tạp trong công tác hoành triệt cống, đồng thời giảm bớt được các phí tổn về dẫn
dòng như công trình Núi Cốc (1973), Kẻ Gỗ (1976), Yên Lập (1977), Đầm Hà Động
(2005)...
Cống dẫn dòng được sử dụng tháo lũ hàng trăm m3/s, trong điều kiện cột nước hàng
vài chục mét như các công trình Sơn La, Lai Châu, Tuyên Quang [17], [18], [19]. Để
giảm bớt khó khăn khi hoành triệt cống và cải thiện điều kiện chịu lực của cống,
thường dùng cống có mặt cắt chữ nhật và các góc lượn cong, đồng thời bố trí cống ở

các độ cao khác nhau. Khi hoành triệt cống thì tiến hành đối với các cống theo trình tự
từ thấp lên cao để giảm bớt khó khăn do cột nước dâng cao ở thượng lưu đập.
Phương pháp dẫn dòng qua cống không cản trở quá trình thi công các hạng mục khác,
đặc biệt đối với việc xây dựng đập cao mà có cống lâu dài thì càng có lợi cả về kỹ thuật
và kinh tế. Dẫn dòng qua cống có khuyết điểm là hoành triệt cống khó khăn, ít nhiều có
ảnh hưởng đến tính hoàn chỉnh của công trình, khi tháo nước dễ bị vật nổi chắn ngang
cống.
Công trình thủy điện Sơn La (Hình 1.1) [18] dùng cống kích thước nxbxh = 2x12mx12m,
cao trình đáy cống +108,0m. Cống dẫn dòng được sử dụng để dẫn dòng kết hợp với
kênh dẫn dòng thi công chiều rộng đáy B = 90m, cao trình đáy kênh +110,0m trong
năm thi công thứ 3, 4, 5 với lưu lượng thiết kế dẫn dòng lớn nhất là 14.642 m3/s; dẫn
dòng kết hợp với đập đang xây dựng dở vào mùa lũ năm thi công thứ 6 với lưu lượng
thiết kế dẫn dòng là 16.044 m3/s; dẫn dòng độc lập vào mùa kiệt năm thi công thứ 6 và
năm thi công thứ 7 với lưu lượng dẫn dòng thiết kế là 2.568 m3/s. Công tác dẫn dòng
thi công qua cống của công trình này đã diễn ra an toàn.
Công trình thủy điện Lai Châu sử dụng cống dẫn dòng kích thước nxbxh =
2x10mx16m, cao độ cửa vào +199,0m [17]. Cũng tương tự như công trình thủy điện
Sơn La, cống dẫn dòng công trình thủy điện Lai Châu được sử dụng dẫn dòng kết hợp
với kênh dẫn dòng thi công có chiều rộng đáy B = 35m, cao trình đáy +200,0m ở năm thứ
13


3, 4, 5 với lưu lượng thiết kế dẫn dòng lớn nhất là 10.388 m3/s; dẫn dòng độc lập qua
cống dẫn dòng với lưu lượng thiết kế dẫn dòng là 1.837 m3/s. Thực tế dẫn dòng thi
công, lưu lượng đến lớn nhất trong giai đoạn cống làm việc độc lập là 924 m3/s, dẫn
dòng qua cống trong giai đoạn thi công an toàn.
Công trình thủy điện Bắc Hà sử dụng cống dẫn dòng với kích thước nxbxh =
3x5mx9m với tần suất 5%, lưu lượng thiết kế dẫn dòng là 1.134 m3/s vào mùa kiệt
năm 2006 và 2007 [20]. Cống dẫn dòng này cũng được sử dụng để dẫn dòng kết hợp
vào mùa lũ năm 2006 với tần suất 5% với lưu lượng thiết kế dẫn dòng là 2.530 m3/s.

Quá trình dẫn dòng diễn ra đúng với tính toán thiết kế, dẫn dòng thi công công trình an
toàn, hiệu quả.
Ngoài ra còn nhiều công trình khác ở Việt Nam dùng hình thức cống dẫn dòng như
Tuyên Quang (Hình 1.2) [19], Bình Điền (Hình 1.3) [21], Bản Chát, Bản Vẽ. Ở Trung
Quốc có trạm thủy điện Giá Lâm, Bạch Liên Hà [5].

Hình 1.1. Công trình thủy điện Sơn La - Mặt cắt dọc cống dẫn dòng

Hình 1.2. Công trình thủy điện Tuyên Quang - Mặt cắt ngang cống dẫn dòng thi công

14