Nghiên cứu phương án bố trí hệ thống quan trắc thấm trong đập đất - áp dụng cho công trình hồ Tả Trạch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN HỒNG ĐĂNG

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ THỐNG QUAN TRẮC THẤM
TRONG ĐẬP ĐẤT- ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH HỒ TẢ TRẠCH,
TỈNH THỪA THIÊN HUẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - NĂM 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN HỒNG ĐĂNG

“NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ THỐNG QUAN TRẮC THẤM
TRONG ĐẬP ĐẤT- ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH HỒ TẢ TRẠCH,
TỈNH THỪA THIÊN HUẾ”

Chuyên ngành:

KTXD CÔNG TRÌNH THỦY

Mã ngành:

8580202

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Ngọc Thắng

HÀ NỘI - NĂM 2018


LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên học viên: Nguyễn Hồng Đăng
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các nội dung
và kết quả nghiên cứu cũng như các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao
chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn
tài liệu, kế thừa các nội dung nghiên cứu đã có, được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn
tài liệu tham khảo đúng quy định.

Hà Nội, ngày…..tháng….năm 2018
Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Đăng

i


LỜI CÁM ƠN
Để hoàn thành luận văn thạc sỹ chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy với
đề tài: “Nghiên cứu phương án bố trí hệ thống quan trắc thấm trong đập đất- áp

dụng cho công trình hồ tả trạch, tỉnh thừa thiên huế” tác giả đã nhận được sự giúp
đỡ tận tình của các Thầy giáo, Cô giáo tại Cơ sở 2- Đại học Thủy Lợi, các Thầy giáo,
cô giáo, các trợ lý Khoa trong Khoa Công trình, Trường đại học Thủy lợi, các anh chị
em đồng nghiệp trong Trung tâm công nghệ phần mềm thủy lợi – Viện khoa học thủy
lợi Việt Nam cùng bạn bè và tập thể lớp CH23C11- CS2-Đại học Thủy Lợi
Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo tại Cơ sở 2- Đại
học Thủy Lợi, các thầy cô giáo, cán bộ trợ lý Khoa trong Khoa Công trình, Khoa Sau
đại học, các anh chị em đồng nghiệp tại Trung tâm công nghệ phần mềm thủy lợi –
Viện khoa học thủy lợi Việt Nam Gia đình và Bạn bè, đồng môn đã tạo điều kiện giúp
đỡ hết sức cho tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu, làm việc và thực hiện
luận văn tốt nghiệp. Đặc biệt tác giả xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo
hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Ngọc Thắng, Khoa Công Trình - Trường Đại học Thuỷ lợi
đã luôn động viên giúp đỡ, và hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này.
Trong luận văn không thể tránh khỏi những sai sót nhất định do thời gian và trình độ
cũng như kinh nghiệm nghiên cứu. Tác giả kính mong Thầy giáo, Cô giáo, Bạn bè và
Đồng nghiệp góp ý để luận văn được hoàn chỉnh và trọn vẹn hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày…..tháng….năm 2018
Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Đăng

ii


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU

LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i
LỜI CÁM ƠN ............................................................................................................... ii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1.

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

2.

Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2

3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................2

3.1.

Đối tượng .............................................................................................................2

3.2.

Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 2

4.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ......................................................3

4.1.

Cách tiếp cận .......................................................................................................3

4.2.

Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................3

5.

Bố cục của luận văn ........................................................................................... 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC
TRONG ĐẬP ĐẤT ........................................................................................................4
1.1.

Tổng quan về đập đất trên thế giới và ở Việt Nam ...........................................4

1.1.1.

Tổng quan về đập đất trên thế giới ....................................................................4

1.1.2.

Tổng quan về đập đất ở Việt Nam .....................................................................6

1.1.3.

Một số vấn đề an toàn trong đập đất ở Việt Nam hiện nay ............................. 11
iii

1.2.

Tổng quan về hệ thống quan trắc công trình thủy lợi ....................................16

1.2.1.

Trên thế giới .....................................................................................................16

1.2.2.

Một số vấn đề trong công tác quan trắc tại Việt Nam .....................................19

1.3.

Quan trắc thấm và một số tồn tại của quan trắc thấm trong đập đất ............22

1.3.1. Hệ thống quan trắc thấm trong đập đất. ............................................................. 22
1.3.2. Một số vấn đề của quan trắc thấm trong đập đất ...............................................23
1.4.

Kết luận chương 1 ............................................................................................ 24

CHƯƠNG 2. HÌNH THỨC QUAN TRẮC VÀ CÁC THIẾT BỊ QUAN TRẮC
THẤM TRONG ĐẬP ĐẤT ........................................................................................ 25
2.1. Cơ sở lý thuyết bố trí hệ thống quan trắc trong đập đất ......................................25
2.2. Một số yêu cầu về quan trắc thấm trong đập đất .................................................28
2.2.1. Quan trắc cao độ mực nước trước và sau công trình .........................................28
2.2.3. Quan trắc áp lực thấm ......................................................................................... 30
2.2.4. Quan trắc lưu lượng thấm ...................................................................................31
2.3. Các hình thức quan trắc thấm, ưu và nhược điểm .............................................31

2.3.1. Quan trắc thủ công ............................................................................................. 31
2.2.2. Hình thức quan trắc và lưu số liệu tự động (bán tự động)..................................32
2.2.3. Hình thức quan trắc tự động và cập nhật số liệu trực tuyến ............................... 32
2.3.4. Một số ví dụ về các hình thức quan trắc thấm ...................................................33
2.4. Hình thức quan trắc thấm tự động và các thiết bị quan trắc .............................. 37
2.4.1. Nguyên lý quan trắc tự động ...............................................................................37
2.4.2. Thiết bị quan trắc áp lực thấm ............................................................................38

iv


2.5. Kết luận chương 2 .................................................................................................41
CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG BỐ TRÍ HỆ THỐNG QUAN TRẮC VÀ SỬ DỤNG SỐ
LIỆU QUAN TRẮC ĐÁNH GIÁ SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH CỤ THỂHỒ TẢ TRẠCH ...........................................................................................................42
3.1. Giới thiệu tổng quan về công trình hồ Tả Trạch .................................................42
3.1.1. Vị trí địa lý và nhiệm vụ công trình .....................................................................42
3. 1.2. Các thông số cơ bản của hồ chứa ......................................................................43
3.1.3. Quy mô, kết cấu các hạng mục công trình chính ................................................43
3.2. Hiện trạng hệ thống quan trắc thấm trong đập Tả Trạch ...................................47
3.2.1. Hệ thống quan trắc thấm trong đập ....................................................................47
3.2.2. Các thiết bị quan trắc thấm được sử dụng tại hồ Tả Trạch ................................ 51
3.2.3. Kết quả từ hệ thống quan trắc thấm hồ Tả Trạch ...............................................52
3.3. Đánh giá hệ thống quan trắc thấm đập Tả Trạch và đề xuất giải pháp .............54
3.3.1. Những ưu điểm của hệ thống...............................................................................54
3.3.2. Một số tồn tại của hệ thống .................................................................................54
3.3.3. Đề xuất giải pháp ................................................................................................ 55
3.4. Tính toán thấm cho hồ Tả Trạch ..........................................................................58
3.4.1. Mục đích tính toán thấm ...................................................................................... 58
3.4.2. Các phương pháp tính toán thấm ........................................................................58
3.4.3. Giới thiệu về phần mềm Geostudio .....................................................................61

3.5. Kết quả tính toán thấm, và sử dụng số liệu quan trắc đánh giá sự làm việc của
hệ thống ......................................................................................................................... 63
3.5.1. Nguyên lý .............................................................................................................63
v


3.5.2. Lựa chọn mặt cắt tính toán ..................................................................................65
3.5.3. Kết quả quan trắc mực nước và quan trắc áp lực thấm trong thân đập .............65
3.5.4. Kết quả tính toán thấm từ mô hình ......................................................................66
3.5.5. Đánh giá sai số và đề xuất phương án ................................................................ 69
3.5.6. Kết quả tính toán mô hình ứng với trường hợp đã kiểm tra lại số liệu và thiết bị
.......................................................................................................................................71
3.6. Kết luận chương 3 .................................................................................................72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 74
1. KẾT LUẬN................................................................................................................74
1.1. Các kết quả đạt được của luận văn ........................................................................74
1.2. Một số vấn đề tồn tại .............................................................................................. 74
2. KIẾN NGHỊ ..............................................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 76

vi


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. 1. Đập Tataragi ở Nhật Bản ................................................................................6
Hình 1. 2. Đập Fort Peck ở Mỹ được hoàn thành vào năm 1940 ...................................6
Hình 1. 3. Hồ chứa nước Kẻ Gỗ- Đập dâng là đập đất .................................................11
Hình 1. 4. Đập Đầm Hà Động, tỉnh Quảng Ninh .......................................................... 11
Hình 1. 5. Hiện tượng thấm mạnh ở hồ Núi Cốc- Thái Nguyên ...................................14

Hình 1. 6. Hiện tượng sạt trượt mái hạ lưu hồ Triệu Thượng 2- Quảng Trị .................15
Hình 1. 7. Vỡ đập Tây Nguyên – Xã Quỳnh Thắng, Quỳnh Lưu, Nghệ An ................15
Hình 1. 8. Phòng điều khiển, hệ thống quan trắc tự động đầu mối Công trình lấy nước
trên sông tại Nhật Bản ...................................................................................................18
Hình 1. 9. Hệ thống giám sát hình ảnh ở đập Kmasa- Nhật Bản .................................18
Hình 1. 10. Cột thủy chí hạ lưu Đập Lòng Sông .......................................................... 19
Hình 1. 11. Mốc quan trắc thấm Đập Ayun Hạ ............................................................. 20

Hình 2. 1. Cột thủy chí ..................................................................................................28
Hình 2. 2. Sơ đồ bố trí hệ thống quan trắc đường bão hòa thân đập đồng chất ............29
Hình 2. 3. Sơ đồ bố trí quan trắc áp lực thấm................................................................ 30
Hình 2. 4. Sơ đồ bố trị quan trắc áp lực thấm đập chống thấm kiểu tường tâm............30
Hình 2. 5. Nguyên lý đo lưu lượng thấm qua đập mặt cắt chữ V .................................31
Hình 2. 6. Cột thủy chí ..................................................................................................34
Hình 2. 7. Minh họa đo mực nước hồ theo phương pháp đo tự động ........................... 34

vii


Hình 2. 8. Bộ thiết bị quan trắc áp lực thấm thủ công ...................................................35
Hình 2. 9. Thiết bị cảm biến đo mực nước tự động ...................................................... 35
Hình 2. 10. Hệ thống ống đo áp lực thấm trong công trình ...........................................36
Hình 2. 11. Sơ đồ nguyên lý tổng thể hệ thống quan trắc tự động ................................ 37
Hình 2. 12. Model 4500S của Geokon ..........................................................................40
Hình 2. 13. Thiết bị đo model VWP-3000 ....................................................................40

Hình 3. 1. Mặt bằng tổng thể hồ Tả Trạch ....................................................................42
Hình 3. 2. Đập chính hồ Tả Trạch ................................................................................44
Hình 3. 3. Mặt cắt ngang điển hình đập chính .............................................................. 45
Hình 3. 4. Tràn xả lũ công trình hồ chứa nước Tả Trạch ..............................................46

Hình 3. 5. Các tuyến quan trắc áp lực thấm đập Tả Trạch (được đánh màu đỏ) ..........48
Hình 3. 6. Mặt cắt điển hình lòng sông đập Tả Trạch ...................................................49
Hình 3. 7. Các giếng quan trắc cho một mặt cắt sườn đồi ............................................50
Hình 3. 8. Các giếng quan trắc cho mặt cắt lòng sông ..................................................50
Hình 3. 9. Đầu đo Model 4500S của Geokon ............................................................... 51
Hình 3. 10. Mô tả công tác thả đầu đo mực nước xuống ống đo ..................................52
Hình 3. 11. Thiết bị RTU............................................................................................... 52
Hình 3. 12. Thông tin quan trắc hồ Tả Trạch ................................................................ 53
Hình 3. 13. Biểu đồ số liệu quan trắc áp lực thấm ........................................................ 53
Hình 3. 14. Vị trí giếng quan trắc đề xuất bổ sung phía sau tường tâm chống thấm ....56
Hình 3. 15. Đo lưu lượng nước thấm bằng đập tràn mặt cắt chữ V .............................. 57
viii


Hình 3. 16. Minh họa về chia lưới phần tử và sự liên kết các phần tử .......................... 62
Hình 3. 17. Mô hình tính toán thấm ..............................................................................63
Hình 3. 18. Nguyên lý xây dựng mối quan hệ giữa mực nước hồ và áp lực thấm........64
Hình 3. 19. Mặt cắt ngang và Sơ đồ bố trí hệ thống quan trắc tuyến số 3 ....................65
Hình 3. 20. Mô hình tính toán và điều kiện biên ........................................................... 67
Hình 3. 21. Kết quả chạy mô hình TH1 ........................................................................68
Hình 3. 22. Kết quả chạy mô hình TH2 ........................................................................68
Hình 3. 23. Kết quả chạy mô hình TH3 ........................................................................69
Hình 3. 24. Kết quả chạy mô hình TH1A......................................................................71
Hình 3. 25. Kết quả chạy mô hình TH1B ......................................................................72

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1. Bảng tổng hợp một số công trình đập đất ở Việt Nam ............................ 7

Bảng 2. 1. Thành phần, khối lượng công tác quan trắc trong công trình ................27
Bảng 2. 2. Bảng thông số kỹ thuật các loại đầu đo ....................................................... 40

Bảng 3. 1. Thông số cơ bản các đập phụ .......................................................................45
Bảng 3. 2. Vị trí các tuyến quan trắc .............................................................................48
Bảng 3. 3. Mặt cắt tính toán .......................................................................................... 65
Bảng 3. 4. Bảng quan trắc mực nước hồ và giá trị cột nước áp lực thấm trên tuyến
quan trắc tuyến 03..........................................................................................................66
Bảng 3. 5. Bảng thông số hệ số thấm các lớp đất, đá đập Tả Trạch.............................. 67
Bảng 3. 6. Bảng kết quả cột nước áp lực thấm từ mô hình TH1 ...................................68
Bảng 3. 7. Bảng kết quả cột nước áp lực thấm từ mô hình TH2 ...................................68
Bảng 3. 8. Bảng kết quả cột nước áp lực thấm từ mô hình TH3 ...................................69
Bảng 3. 9. Bảng tổng hợp kết quả .................................................................................69
Bảng 3. 10. Bảng giá trị quan trắc áp lực thấm sau khi sửa chữa đầu đo...................... 71
Bảng 3. 11. Kết quả cột nước áp lực thấm và sai số TH1A ..........................................71
Bảng 3. 12. Bảng kết quả cột nước áp lực thấm TH1B .................................................72

x


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đập đất là loại đập được làm từ vật liệu địa phương (chủ yếu là đất) chắn ngang sông
tạo thành hồ chứa. Đập đất được áp dụng rộng rãi, phổ biến trên thế giới và ở Việt
Nam, có lịch sử xây dựng từ rất lâu đời, đã đạt được nhiều thành tựu trong thiết kế
cũng như thi công. Nước ta có tổng số trên 6500 hồ chứa thủy lợi với dung tích trữ
nước khoảng 11 tỷ m3 đã được xây dựng, trong đó có: 560 hồ chứa có dung tích trữ
nước lớn hơn 3 triệu m3 hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ chứa có dung tích từ 0,2 triệu

đến 3 triệu m3 nước, còn lại là các hồ có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3 nước. Đa số
các công trình đập (hồ chứa) đã được xây dựng đều là đập đất và được xây dựng trước
những năm 2000. Để phát huy hiệu quả các công trình đập đất cần đảm bảo yêu cầu an
toàn kỹ thuật, không để xảy ra hiện tượng: Sạt trượt mất ổn định, lún nứt thân đập, xói
lở, và đặc biệt về hiện tượng mất ổn định do thấm…Theo quá trình sử dụng, vận hành
nhiều công trình đã xuống cấp và bị hư hỏng ở nhiều hạng mục. Theo số liệu thống kê
của Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn, tính đến năm 2017 có tới 1.150 hồ chứa
bị hư hỏng xuống cấp, nhiều công trình hồ chứa, đập bị vỡ trong mùa mưa lũ. Trong
số các nguyên nhân gây hư hỏng cho công trình đập đất thì hiện tượng mất ổn định do
thấm là một trong số những hiện tượng phổ biến nhất.
Chúng ta đều biết, công tác theo dõi dòng thấm trong thân đập là rất quan trọng và cần
thiết đối với công trình đập đất. Tuy nhiên việc xây dựng phương án bố trí hệ thống
quan trắc trong thân đập, đặc biệt là quan trắc thấm vẫn còn rất hạn chế, chưa được
đầu tư đúng mức và bài bản. Chỉ có một số ít các công trình đập lớn, quan trọng được
đầu tư hệ thống quan trắc để theo dõi kiểm tra tình hình thấm trong thân đập, số còn lại
thường đến khi xảy ra sự cố mới được đầu tư để khắc phục sự cố.
Xuất phát từ tầm quan trọng của việc quan trắc hiện tượng thấm trong thân đập nhằm
kịp thời phát hiện các sự cố để có giải pháp khắc phục đảm bảo an toàn cho công trình
và phát huy hiệu quả sử dụng của công trình, tác giả tiến hành nghiên cứu phương án
bố trí hệ thống quan trắc thấm trong thân đập và áp dụng cho một công trình cụ thể.
1


Trong số các công trình đập đất đã được xây dựng, hồ Tả Trạch là một trong những
công trình đập đất nổi bật của khu vực Bắc Trung Bộ. Hồ chứa nước Tả Trạch có vị
trí công trình đầu mối tại tuyến Dương Hoà, xã Dương Hoà, huyện Hương Thuỷ, tỉnh
Thừa Thiên - Huế. Hồ có vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển của tỉnh Thừa
Thiên Huế, công trình có nhiệm vụ: chống lũ tiểu mãn, lũ sớm; giảm lũ chính vụ cho
hệ thống sông Hương; cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp ở mức 2 m 3 /s. Tạo
nguồn nước tưới ổn định cho 34782 ha đất canh tác thuộc vùng đồng bằng sông

Hương. Bổ sung nguồn nước ngọt cho hạ lưu sông Hương để đẩy mặn, cải thiện môi
trường vùng đầm phá, phục vụ nuôi trồng thuỷ sản với lưu lượng Q = 25 m 3 /s và
phát điện với công suất lắp máy 19,5 MW. Hồ Tả Trạch là công trình hồ chứa lớn thứ
2 của khu vực Bắc Trung Bộ, hình thức đập chính là đập đất đồng chất, không tường
chắn sóng. Là một công trình quan trọng như vậy, nên vấn đề an toàn đập, an toàn
công trình của hồ chứa luôn được đặt lên hàng đầu.
Chính vì lẽ đó tác giả đề xuất thực hiện đề tài luận văn “Nghiên cứu phương án bố
trí hệ thống quan trắc thấm trong đập đất- Áp dụng cho công trình hồ Tả Trạch,
tỉnh Thừa Thiên Huế”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu phương án bố trí hệ thống quan trắc trong đập đất, các phương pháp quan
trắc và thiết bị quan trắc.
Tổng hợp, đánh giá hệ thống quan trắc thấm đập đất của công trình cụ thể hồ Tả Trạch,
tỉnh Thừa Thiên Huế. Sử dụng kết quả quan trắc thấm để theo dõi sự làm việc của đập.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng
Hệ thống quan trắc thấm trong đập đất.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu hệ thống quan trắc thấm trong thân đập đất và sử dụng kết quả quan trắc
để đánh giá sự làm việc của đập.

2


Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.

4.1. Cách tiếp cận
-

Thông qua các tài liệu: Giáo trình thủy công, giáo trình thủy lực, các giáo trình
chuyên ngành về đập đất và hệ thống quan trắc, các tài liệu chuyên ngành, các
tiêu chuẩn hướng dẫn sách, báo, hệ thống internet.

-

Nghiên cứu các phương pháp bố trí hệ thống quan trắc và thiết bị quan trắc
trong đập đất đã và đang áp dụng ở Việt Nam.

-

Thông qua hồ sơ thiết kế một công trình cụ thể.

4.2. Phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp tổng hợp số liệu: Tổng hợp các tài liệu nghiên cứu về hệ thống
quan trắc trong đập đất.

-

Phương pháp kế thừa: Kế thừa các nghiên cứu đã có sẵn làm cơ sở tham khảo
cho đề tài.

-

Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực
bố trí hệ thống quan trắc.

5.

Bố cục của luận văn

Phần mở đầu
Chương 1. Tổng quan về đập đất và hệ thống quan trắc trong đập đất
Chương 2. Phương pháp quan trắc và các thiết bị quan trắc đập đất
Chương 3. Áp dụng bố trí hệ thống quan trắc và sử dụng số liệu quan trắc đánh giá sự
làm việc của công trình cụ thể- Hồ Tả Trạch
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC
TRONG ĐẬP ĐẤT
1.1.

Tổng quan về đập đất trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1. Tổng quan về đập đất trên thế giới
Các công trình hồ chứa trữ nước nhân tạo, khi được xây dựng trên các khe suối, lòng
sông bằng các đập chắn ngang sông thường là các hồ chứa nước đa mục tiêu. Trong
lĩnh vực khai thác và quản lý nguồn tài nguôn nước, hồ chứa là biện pháp thiết yếu
trong hệ thống các công trình điều tiết, nó có khả năng làm thay đổi sâu sắc chế độ
dòng chảy sông ngòi theo thời gian và không gian. Chức năng chính của hồ chứa
thường là điều tiết dòng chảy tự nhiên nhằm thỏa mãn các nhu cầu khác nhau về
nguồn nước của các đối tượng sử dụng nước. Ngoài ra nó còn có vai trò rất quan trọng
trong công tác phòng chống lũ đảm bảo an toàn cho hạ du.

Tính đến nay trên thế giới đã xây dựng được ước tính hơn 1.400 hồ có dung tích trên 100
triệu mét khối nước với tổng dung tích các hồ là 4.200 tỷ mét khối. Tổng số lượng hồ
chứa có hơn 45.000 hồ. Trong đó châu Á có 31.340 hồ (chiếm 70%), Bắc và Trung
Mỹ có 8.010 hồ, Tây Âu có 4.227 hồ, Đông Âu có 1203 hồ, châu Phi 1.260 hồ, châu
Đại Dương 577 hồ. Đứng đầu danh sách các nước có nhiều hồ là Trung Quốc (22.000
hồ), Mỹ (6.575 hồ), Ấn Độ (4.291 hồ), Nhật Bản (2.675 hồ), Tây Ban Nha (1.196 hồ),
Nga có hơn 150 hồ với tổng dung tích trên 200 tỷ mét khối nước, Các hồ lớn nhất thế
giới là hồ Boulder trên sông Colorado (Mỹ) dung tích 38 tỷ mét khối nước, hồ Grand
Coulle trên sông Columbia (Mỹ) dung tích 24 tỷ mét khối nước, hồ Bownrrat trên
sông Angera (Nga) có dung tích gần 20 tỷ mét khối nước.
Công trình hồ chứa đầu tiên có phần đập dâng là vật liệu địa phương chắn ngang sông
suối được xây dựng từ cách đây hơn 6000 năm bởi người Trung Quốc và Ai Cập.
Công nghệ xây dựng đã dần được cải tiến và nhiều công trình hồ chứa, đập lớn đã
được xây dựng vào những năm sau đó. Thời kỳ cổ đại, hồ Vicinity tại Menphis thuộc
thung lũng sông Nile (Ai Cập) có xây đập đá đổ cao 15m, dài 45m. Trong khoảng 4000
năm trước công nguyên, cùng với sự phát triển rực rỡ của các nền văn minh cổ đại Ai Cập,

4


Trung Quốc, Hi Lạp, La Mã, Ấn Độ…kỹ thuật xây dựng hồ đập trên thế giới cũng không
ngừng phát triển. Người Nam Tư xây dựng đập Mardook ở thung lũng sông Tigris.Người
Saba xây dựng đập đá đổ Marib cao 32,5m dài 3.200m. Đến nay, thực tế phát triển xây
dựng các hồ chứa nước lớn trên thế giới đã được khẳng định mục đích và yêu cầu sử dụng
của mỗi hồ trong từng khu vực đối với từng quốc gia là khác nhau.
Trong số các hồ chứa đã được xây dựng trên thế giới, đa số các hồ chứa có phần đập
dâng được làm từ vật liệu địa phương (đập đất). Theo thống kê năm 1996 từ 63 nước
thành viên của ICOLD (International Commission on Large Dams - Hội Đập lớn Thế
giới) thì 80% đập lớn (cao trên 15m) là đập đất.
 Các công trình đập đất có những ưu điểm nổi bật:

-

Sử dụng các loại vật liệu tại chỗ, tiết kiệm chi phí

-

Cấu tạo đập đơn giản, dễ thiết kế và thi công.

-

Dễ dàng quản lý, sửa chữa nâng cấp.

-

Có khả năng chống chấn động tốt.

-

Yêu cầu về xử lý nền không cao, áp dụng được trên nhiều loại địa chất nền khác
nhau.

-

Có lịch sử xây dựng lâu đời, có nhiều nghiên cứu đánh giá, quản lý chất lượng công
trình được công bố rộng rãi.

 Một số nhược điểm:
-

Tuổi thọ công trình không cao.

-

Dễ bị ảnh hưởng từ thời tiết trong quá trình thi công.

-

Độ bền chống thấm kém.

-

Khả năng liên kết giữa các bộ phận công trình trong cụm công trình đầu mối không
cao

5


Hình 1. 1. Đập Tataragi ở Nhật Bản

Hình 1. 2. Đập Fort Peck ở Mỹ được hoàn thành vào năm 1940
1.1.2. Tổng quan về đập đất ở Việt Nam
Việt Nam là quốc gia nằm trong đới khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, có đường bờ biển
kéo dài hơn 3000km (dọc trục của đất nước). Do vị trí địa lý nên nước ta đã nhận được
lượng nhiệt mặt trời lớn, vì vậy nhiệt độ cao quanh năm, trung bình trên 21oC và tăng
dần từ Bắc vào Nam. Khí hậu nước ta có hai mùa rõ rệt, tuy nhiên khu vực miền Bắc
có chịu thêm sự ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc nên có thêm 3 tháng mùa đông. Gió
mùa đã cho nước ta một lượng mưa lớn trung bình từ 1500 đến 2000mm, độ ẩm không
6

khí cao trên 80%. Do điều kiện mưa nhiều đã tạo ra một số lượng sông suối rất lớn, tới
khoảng 2.360 con sông và kênh lớn nhỏ. Dọc bờ biển, khoảng 23 km có một cửa sông
và theo thống kê có 112 cửa sông ra biển.Các sông lớn ở Việt Nam thường bắt nguồn
từ bên ngoài, phần trung du và hạ du chảy trên đất Việt Nam. Hầu hết các sông ở Việt
Nam chảy theo hướng Tây Bắc-Đông Nam và đổ ra Biển Đông. Ngoại lệ có sông Kỳ
Cùng và Bằng Giang chảy theo hướng Đông Nam-Tây Bắc.
Với mạng lưới sông ngòi dày đặc, việc khai thác hiệu quả nguồn nước đã được các nhà
khoa học nghiên cứu từ rất sớm. Hệ thống Hồ chứa nước ở nước ta có thể là hồ tự
nhiên hoặc nhân tạo trải dài từ Bắc vào Nam. Các hồ chứa có thể sử dụng trong tưới
tiêu nông nghiệp, nuôi trồng khai thác thủy sản, khai thác thủy điện, phát triển du lịch,
...ngoài ra các hồ chứa còn giữ vị trí quan trọng trong việc điều hòa sinh thái, bảo vệ
môi trường sống của con người. Nước ta có tổng số trên 6500 hồ chứa thủy lợi với
dung tích trữ nước khoảng 11 tỷ m3 đã được xây dựng, trong đó có: 560 hồ chứa có
dung tích trữ nước lớn hơn 3 triệu m3 hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ chứa có dung
tích từ 0,2 triệu đến 3 triệu m3 nước, còn lại là các hồ có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu
m3 nước. [1] Đa số các công trình hồ chứa ở Việt Nam đều có phần đập dâng là đập
đất và được xây dựng từ khá lâu, giai đoạn trước những năm 2000.
Bảng 1. 1. Bảng tổng hợp một số công trình đập đất ở Việt Nam [2]
Hmax

Năm hoàn

(m)

thành

Đất

23,50

1961

Bắc Giang

Đất

26,00

1963

Đa Nhim

Lâm Đồng

Đất

38,00

1963

4

Suối Hai

Hà Tây

Đất

24,00

1963

5

Thượng Tuy

Hà Tĩnh

Đất

25,00

1964

TT

Tên hồ

Tỉnh

Loại đập

1

Cây Trường

Hà Tĩnh

2

Khuôn Thần

3

7


Hmax

Năm hoàn

(m)

thành

Đất

30,00

1965

Lạng Sơn

Đất

35,00

1972

Cấm Sơn

Bắc Giang

Đất

42,50

1974

9

Vực Trống

Hà Tĩnh

Đất

22,80

1974

10

Đồng Mô

Hà Tây

Đất

21,00

1974

11

Tiên Lang

Quảng Bình

Đất

32,30

1978

12

Núi Cốc

Thái Nguyên

Đất

26,00

1978

13

Pa Khoang

Lai Châu

Đất

26,00

1978

14

Kẻ Gỗ

Hà Tĩnh

Đất

37,50

1979

15

Yên Mỹ

Thanh Hóa

Đất

25,00

1980

16

Yên Lập

Quảng Ninh

Đất

40,00

1980

17

Vĩnh Trinh

Quảng Nam

Đất

23,00

1980

18

Liệt Sơn

Quảng Ngãi

Đất

29,00

1981

19

Phú Ninh

Quảng Nam

Đất

39,40

1982

20

Sông Mực

Thanh Hóa

Đất

33,40

1983

21

Quất Đông

Quảng Ninh

Đất

22,60

1983

TT

Tên hồ

Tỉnh

Loại đập

6

Cẩm Ly

Quảng Bình

7

Tà Keo

8

8


Hmax

Năm hoàn

(m)

thành

Đất

41,00

1984

Thanh Hóa

Đất

18,00

1984

Mậu Lâm

Thanh Hóa

Đất

9,50

1984

25

Hòa Trung

Đà Nẵng

Đất

26,00

1984

26

Hội Sơn

Bình Định

Đất

29,00

1985

27

Dầu Tiếng

Tây Ninh

Đất

28,00

1985

28

Biển Hồ

Gia Lai

Đất

21,00

1985

29

Núi Một

Bình Định

Đất

30,00

1986

30

Vực Tròn

Quảng Bình

Đất

29,00

1986

31

Tuyền Lâm

Lâm Đồng

Đất

32,00

1987

32

Đá Bàn

Khánh Hòa

Đất

42,50

1988

33

Khe Tân

Quảng Nam

Đất

22,40

1989

34

Kinh Môn

Quảng Trị

Đất

21,00

1989

35

Khe Chè

Quảng Ninh

Đất

25,20

1990

36

Phú Xuân

Phú Yên

Đất

23,70

1996

37

Gò Miếu

Thái Nguyên

Đất

30,00

1999

TT

Tên hồ

Tỉnh

Loại đập

22

Xạ Hương

Vĩnh Phúc

23

Cống Khê

24

9


Hmax

Năm hoàn

(m)

thành

Đất

30,00

1999

Phú Yên

Đất

50,00

2000

Vũng Sú

Thanh Hóa

Đất

25,00

2003

41

Sông Sắt

Ninh Thuận

Đất

29,00

2005

42

Sông Sào

Nghệ An

Đất

30,00

2006

43

Easoup

Đắc Lắc

Đất

29,00

2005

44

Hà Động

Quảng Ninh

Đất

30,00

2007

45

IaM’La

Gia Lai

Đất

37,00

2009

46

Tân Sơn

Gia Lai

Đất

29,20

2009

47

Hao Hao

Thanh Hóa

Đất

24,2

2009

48

Trưa Vân

Thanh Hóa

Đất

22

2010

49

Tả Trạch

Đất

60,00

2012

50

Suối Mỡ

Đất

27,80

2012

TT

Tên hồ

Tỉnh

Loại đập

38

Cà Giây

Bình Thuận

39

Sông Hinh

40

Thừa Thiên
Huế
Bắc Giang

10


Hình 1. 3. Hồ chứa nước Kẻ Gỗ- Đập dâng là đập đất

Hình 1. 4. Đập Đầm Hà Động, tỉnh Quảng Ninh
1.1.3. Một số vấn đề an toàn trong đập đất ở Việt Nam hiện nay
Như đã trình bày ở trên, đập đất là công trình rất dễ bị tổn thương bởi vấn đề về an
toàn thấm, xói, ổn định, khả năng liên kết giữa các bộ phận công trình: Đập – Tràn11


Cống lấy nước….Ngoài ra, trong những năm gần đây do tình hình thay đổi của thời
tiết, ảnh hưởng từ các yếu tố Biến đổi khí hậu môi trường cộng thêm những thiếu sót
trong công tác khảo sát và sự xuống cấp do quá trình vận hành đã gây ra nhiều sự cố
liên quan đến an toàn đập. Một số sự cố thường gặp ở đập đất: [3]
a) Lũ tràn qua đỉnh đập do:
- Tính toán thuỷ văn sai
- Cửa đập tràn bị kẹt
- Lũ vượt tần suất thiết kế
- Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế
b) Sạt mái đập ở thượng lưu do:
- Tính sai cấp bão
- Biện pháp gia cố mái không đủ sức chịu của sóng do bão gây ra
- Thi công lớp gia cố kém chất lượng
- Đất mái thượng lưu đầm nện không đủ độ chặt
c) Thấm mạnh làm xói nền đập do
- Đánh giá sai địa chất nền đập
- Biện pháp thiết kế xử lý nền không đảm bảo chất lượng
- Thi công xử lý không đúng thiết kế

d) Thấm và sủi nước ở vai đập do
- Thiết kế sai biện pháp tiếp giáp giữa đập và vai
- Thi công không đúng thiết kế, bóc bỏ lớp thảo mộc không hết
- Đầm nện chỗ tiếp giáp không tốt

12


e) Thấm và xói rỗng ở mang các công trình bê tông do:
- Thiết kế biện pháp tiếp giáp không tốt
- Thi công không đảm bảo chất lượng
- Các khớp nối của công trình bê tông bị hỏng, ...
f) Thấm mạnh, sủi nước qua thân đập do:
- Vật liệu đắp không tốt
- Khảo sát vật liệu không đúng với thực tế, thí nghiệm sai các chỉ tiêu cơ lý lực học
của vật liệu đất
- Thiết kế sai dung trọng khô của đập
- Không có biện pháp xử lý thích hợp đối với độ ẩm của đất
- Thi công đầm nén không đảm bảo kỹ thuật
- Thiết bị tiêu nước qua thân đập không làm việc
g) Nứt ngang đập do:
- Nền đập bị lún
- Thân đập lún không đều
- Đất đắp đập bị lún ướt lớn hoặc tan rã nhanh
h) Nứt dọc đập do:
- Nước hồ dâng cao đột ngột do lũ về nhanh
- Nước hồ rút xuống đột ngột gây giảm tải đột ngột ở mái thượng lưu
- Nền đập bị lún theo chiều dài tim đập
- Đất đắp đập khối thượng lưu có tính lún ướt và tan rã nhanh nhưng khảo sát không
phát hiện ra hoặc thiết kế không có biện pháp đề phòng.

13