Nghiên cứu giải pháp xây dựng tràn sự cố kiểu máng đặt trên đỉnh đập đất áp dụng

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Nguyễn Văn Thành.
Học viên lớp cao học CH23C11.
Chuyên ngành xây dựng công trình thủy khóa 2015-2017.
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu giải pháp xây dựng tràn sự cố kiểu
máng đặt trên đỉnh đập đất - áp dụng cho hồ Khuôn Vố, tỉnh Bắc Giang” là sản
phẩm nghiên cứu của riêng cá nhân tôi cùng với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn.
Các thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Kết quả nêu
trong luận văn là khách quan, trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào trước đây.

Tác giả

Nguyễn Văn Thành

i


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp, được sự giúp đỡ của các Thầy, Cô
giáo trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt là Thầy giáo GS.TS. Nguyễn Chiến, sự tham
gia đóng góp ý kiến của bạn bè, đồng nghiệp và cùng với sự nỗ lực của bản thân. Đến
nay, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sỹ với đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp
xây dựng tràn sự cố kiểu máng đặt trên đỉnh đập đất – áp dụng cho hồ Khuôn Vố,
tỉnh Bắc Giang”.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo GS.TS. Nguyễn Chiến đã hướng dẫn,
chỉ bảo tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện
luận văn. Xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo thuộc Bộ môn Thủy Công - khoa
Công trình cùng các Thầy, Cô giáo phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học trường Đại
học Thủy Lợi, Các đồng nghiệp trong Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Bắc Giang đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi để cho tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình. Đồng thời

xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đã động viên và khuyến khích tác giả trong
quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình.
Xin trân trọng cảm ơn./.
Hà Nội, ngày

tháng
Tác giả

năm 2017

Nguyễn Văn Thành

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của Đề tài ...........................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................................2
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ...............................................................2
4. Các kết quả đạt được .................................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HỒ CHỨA NƯỚC VÀ TRÀN SỰ CỐ
Ở HỒ CHỨA CÓ ĐẬP ĐẤT ..........................................................................................3
1.1. Khái quát về xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam ...................................................3
1.1.1. Những khái niệm ...................................................................................................3
1.1.2. Khái quát về xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam ................................................4
1.2. Sự cần thiết phải xây dựng tràn sự cố cho hồ chứa nước có đập .............................8
1.3. Các hình thức tràn sự cố cho hồ chứa có đập đất .....................................................9
1.3.1. Tràn sự cố kiểu tràn tự do ......................................................................................9
1.3.2. Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ ..............................................9

1.3.3. Tràn sự cố kiểu đập đất gây vỡ bằng thuốc nổ (kiểu nổ mìn gây vỡ) .................11
1.3.4. Tràn sự cố kiểu có cửa van ..................................................................................12
1.3.5. Tràn sự cố kiểu có cửa van tự động.....................................................................12
1.3.6. Tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập đất ...............................................13
1.3.7. Tràn sự cố kiểu dẫn xói gây vỡ đập đất ...............................................................14
1.3.8. Tràn tự do kiểu zích zắc (Labyrinth) ...................................................................14
1.3.9. Tràn sự cố kiểu cầu chì ........................................................................................16
1.3.10. Tràn sự cố kiểu tấm gập mở nhanh ...................................................................17
1.3.11. Tràn sự cố kiểu tràn qua đập chắn .....................................................................18
1.4. Tình hình áp dụng tràn sự cố cho hồ chứa nước ở Việt Nam ................................18
1.5. Một số kết quả nghiên cứu về tràn sự cố và máng thu nước ..................................21
1.5.1. Một số kết quả nghiên cứu về Tràn sự cố ...........................................................21
1.5.2. Kết quả nghiên cứu về máng thu nước ................................................................23
1.6. Đặt nhiệm vụ nghiên cứu........................................................................................23
1.7. Kết luận chương 1 ..................................................................................................24

iii


CHƯƠNG 2:

NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC TRÀN

NGANG ĐẶT TRÊN ĐỈNH ĐẬP ĐẤT .......................................................................26
2.1. Bố trí đường tràn bổ sung cho các hồ chứa đã xây dựng .......................................26
2.1.1. Ngưỡng tràn dọc ..................................................................................................26
2.1.2. Ngưỡng tràn ngang ..............................................................................................26
2.2. Các hình thức bố trí tràn ngang cho các hồ đã xây dựng .......................................27
2.2.1. Vị trí đặt đường tràn ngang .................................................................................27
2.2.2. Hình thức bố trí máng bên ...................................................................................30

2.3. Cơ sở lý thuyết tính toán thủy lực tràn ngang ........................................................31
2.3.1. Yêu cầu tính toán .................................................................................................31
2.3.2. Các phương pháp tính toán thủy lực máng thu ...................................................31
2.3.3. Lựa chọn phương pháp tính toán .........................................................................35
2.4. Thuật toán và quy trình tính toán thủy lực máng thu .............................................37
2.4.2. Quy trình tính toán thủy lực máng thu nước .......................................................38
2.5. Nghiên cứu tổng quát xác định các thông số máng thu nước trên đỉnh đập đất ....40
2.5.1. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................40
2.5.2. Các Sêri tính toán ................................................................................................41
2.5.3. Các bước tính toán nghiên cứu tổng quát ............................................................41
2.5.4. Kết quả tính toán .................................................................................................42
2.5.5. Nhận xét kết quả tính toán ...................................................................................48
2.6. Đề xuất quy trình bố trí và tính toán tràn sự cố kiểu máng đặt trên đỉnh đập đất ..49
2.7. Kết luận chương 2 ..................................................................................................51
CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO HỒ KHUÔN VỐ TỈNH BẮC GIANG 53
3.1. Giới thiệu công trình...............................................................................................53
3.1.1. Vị trí, nhiệm vụ....................................................................................................53
3.1.2. Quy mô, thành phần công trình đầu mối .............................................................53
3.1.3. Sự cần thiết phải xem xét bố trí tràn sự cố ..........................................................54
3.2. Phân tích, lựa chọn phương án bố trí tràn sự cố .....................................................55
3.3. Tính toán điều tiết lũ cho con lũ vượt lũ kiểm tra ..................................................56
3.3.1. Số liệu đầu vào ....................................................................................................56
3.3.2. Phương pháp tính toán .........................................................................................59

iv


3.3.3. Tính toán với trường hợp lũ P=0,1% khi chưa xây dựng tràn sự cố ...................59
3.3.4. Tính toán với trường hợp lũ P=0,1% khi có làm tràn sự cố ................................62
3.4. Tính toán thủy lực khi tháo lũ p=0,1% và có tràn sự cố .......................................64

3.4.1. Bố trí phương án đường tháo ...............................................................................64
3.4.2. Tính toán máng thu nước.....................................................................................65
3.4.3. Tính toán thủy lực dốc nước ................................................................................67
3.4.4. Tính toán tiêu năng ..............................................................................................69
3.4.5. Thuyết minh về việc tôn cao tường dốc nước tràn và bể tiêu năng ....................71
3.5. Tính toán thủy lực dốc nước khi tháo lũ p=0,1% và không có tràn sự cố ............72
3.6. Phương án mở rộng tràn chính ...............................................................................73
3.6.1. Tính toán với trường hợp lũ P=0,1% khi mở rộng tràn chính .............................73
3.6.2. Tính toán đường mặt nước của tràn sau khi mở rộng .........................................76
3.7. Kiểm tra ổn định đập cho các phương án bổ sung .................................................78
3.7.1. Giới thiệu về phần mềm Geo - Slope ..................................................................78
3.7.2. Chỉ tiêu cơ lý đất đắp và đất nền .........................................................................79
3.7.3. Phương án máng tràn ngang ................................................................................80
3.7.4. Phương án làm tường chắn sóng .........................................................................82
3.8. Phân tích và lựa chọn phương án ...........................................................................84
3.8.1. Tính toán khối lượng 3 phương án ......................................................................84
3.8.2. Phân tích và lựa chọn phương án ........................................................................84
3.9. Kết luận chương 3 ..................................................................................................86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................88
I. Các kết quả đạt được của luận văn .............................................................................88
II. Một số điểm tồn tại và hướng tiếp tục nghiên cứu ...................................................89
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................91
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN ...............................................................................................92

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Mặt cắt tràn sự cố kiểu tự do _____________________________________9
Hình 1.2: Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ __________________10

Hình 1.3: Đập tràn sự cố kiểu tự vỡ của hồ Sông Hinh. _______________________10
Hình 1.4: Tràn sự cố kiểu đập đất gây vỡ bằng năng lượng thuốc nổ [2] _________11
Hình 1.5: Đập tràn gây vỡ bằng nổ mìn ở hồ A Vĩnh Sơn. _____________________11
Hình 1.6: Tràn sự cố kiểu cửa van tự động [2] ______________________________12
Hình 1.7: Tràn sự cố kiểu cửa van tự động [2] ______________________________13
Hình 1.8: Tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập đất [2] ________________14
Hình 1.9: Tràn sự cố kiểu dẫn xói gây vỡ đập đất [2] _________________________14
Hình 1.10: Mặt bằng các dạng ngưỡng tràn zik zăc __________________________15
Hình 1.11: Tràn phím piano Đập dâng Văn Phong - Bình Định _________________15
Hình 1.12: Ngưỡng tràn kiểu Zik zăc ở đập dâng Phước Hòa - Bình Dương _______16
Hình 1.13: Tràn sự cố kiểu cầu chì _______________________________________16
Hình 1.14: Lắp đặt tràn cầu chì __________________________________________17
Hình 1.15: Thi công tràn cầu chì tại đập Saloun _____________________________17
Hình 1.16: Tràn sự cố kiểu tấm gập mở nhanh [2] ___________________________18
Hình 2.1: Bố trí chung tràn sự cố kiểu máng thu trên đỉnh đập đất ______________28
Hình 2.2: Máng thu mở rộng dần (Sơ đồ 1) _________________________________30
Hình 2.3: Máng thu lăng trụ (Sơ đồ 2) _____________________________________31
Hình 2.4: Mặt cắt ngang máng thu nước tràn đỉnh đập đất ____________________38
Hình 2.5: Sơ đồ khối nghiên cứu tổng quát đường mặt nước trong máng thu ______42
Hình 2.6: Quan hệ i 1 ~ Ht, Bt____________________________________________46
Hình 2.7: Quan hệ i 1 ~ Ht, Bt____________________________________________47
Hình 3.1: Quan hệ Z~F ________________________________________________58
Hình 3.2: Quan hệ Z~W ________________________________________________58
Hình 3.3: Quan hệ q~t lũ với tần suất P=0,1% chưa có tràn sự cố ______________61
Hình 3.4: Quan hệ q~t điều tiết lũ với tần suất P=0,1% khi có tràn sự cố _________64
Hình 3.5: Sơ đồ tính toán cột nước tại vị trí nhập dòng _______________________68
Hình 3.6: Quan hệ q~t lũ với tần suất P=0,1% khi mở rộng tràn cũ B=15,5m _____75

vi

Hình 3.7: Chi tiết đỉnh đập phương án làm tràn ngang ________________________81
Hình 3.8: Chi tiết cấu tạo tràn ngang _____________________________________81
Hình 3.9: Kết quả kiểm tra ổn định mái thượng lưu Kminmin= 1,991 ____________81
Hình 3.10: Kết quả kiểm tra ổn định mái thượng lưu Kminmin= 1,124 ___________82
Hình 3.11: Chi tiết đỉnh đập phương án làm tường chắn sóng __________________82
Hình 3.12: Cấu tạo tường chắn sóng ______________________________________83
Hình 3.13: Kết quả kiểm tra ổn định mái thượng lưu Kminmin= 1,864 ___________83

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Bảng thống kê hồ chứa theo dung tích _____________________________4
Bảng 1.2: Một số hồ đập lớn ở Việt Nam [10] ________________________________5
Bảng 1.3: Thống kê một số công trình đã xây dựng tràn sự cố __________________20
Bảng 2.1: Tính toán đường mực nước trong máng bên theo phương pháp thử dần __35
Bảng 2.2: Số liệu các Sêri tính toán _______________________________________41
Bảng 2.3: Đường mặt nước trong máng theo seri 1, i1=9% ____________________43
Bảng 2.4: Tính V cho máng theo seri 1, i1=9% ______________________________44
Bảng 2.5: Tổng hợp kết quả tính toán lựa chọn i 1 và V ________________________45
Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật của hồ Khuôn Vố [6] ________________________53
Bảng 3.2: Quá trình lũ thiết kế P= 1% ____________________________________56
Bảng 3.3: Quá trình lũ kiểm tra P= 0,2% __________________________________57
Bảng 3.4: Quá trình lũ vượt kiểm tra P=0,1%_______________________________57
Bảng 3.5: Bảng quan hệ địa hình lòng hồ __________________________________57
Bảng 3.6: Bảng thông số tràn xả lũ hiện trạng ______________________________59
Bảng 3.7: Bảng tính toán điều tiết lũ với tần suất P=0,1% chưa có tràn sự cố _____59
Bảng 3.8: Kết quả tính toán điều tiết lũ với tần suất P=0,1% chưa có tràn sự cố ___61
Bảng 3.9: Bảng tính toán điều tiết lũ với tần suất P=0,1% khi có tràn sự cố _______62

Bảng 3.10: Kết quả tính toán điều tiết lũ với tần suất P=0,1% khi có tràn sự cố ____63
Bảng 3.11: Tính toán đường mực nước trong máng bên theo phương pháp thử dần _65
Bảng 3.12: Tính toán khối lượng phần gia cố máng __________________________66
Bảng 3.13: Bảng tính đường mặt nước đoạn thu hẹp khi có tràn sự cố ___________67
Bảng 3.14:Bảng tính đường mặt nước đoạn không đổi khi có tràn sự cố __________67
Bảng 3.15: Bảng tính đường mặt nước đoạn không đổi khi có tràn sự cố _________68
Bảng 3.16: Kết quả tính toán theo phương pháp thử dần ______________________71
Bảng 3.17: Bảng tính đường mặt nước đoạn thu hẹp không có tràn sự cố _________72
Bảng 3.18: Bảng tính đường mặt nước đoạn không đổi không có tràn sự cố _______72
Bảng 3.19: Bảng tính toán điều tiết lũ với tần suất P=0,1% khi mở rộng tràn chính _74
Bảng 3.20: Kết quả tính điều tiết lũ với tần suất P=0,1% khi mở rộng tràn cũ
B=15,5m ____________________________________________________________75

viii


Bảng 3.21: Bảng tính đường mặt nước đoạn thu hẹp không có tràn sự cố _________76
Bảng 3.22: Bảng tính đường mặt nước đoạn không đổi không có tràn sự cố _______77
Bảng 3.23: Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền và đất đắp [7] ______________________80
Bảng 3.24: Bảng tổng hợp khối lượng 3 phương án tràn ______________________84

ix


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ
Ký hiệu

Tên gọi

Ký hiệu

MNDBT

Mực nước dâng bình thường

MNC

MNLTK

Mực nước lũ thiết kế

MNDGC

Mực nước dâng gia cường

MNLKT

Mực nước lũ kiểm tra

PPPTHH

Phương pháp phần tử hữu hạn

x

Tên gọi
Mực nước chết


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của Đề tài
Trong những năm qua Nhà nước đã đầu tư nhiều nghìn tỷ đồng để xây dựng các công
trình thủy lợi lớn và nhỏ phục vụ cho các mục đích phát điện, tưới tiêu, cấp nước dân
dụng, công nghiệp cải tạo môi trường, phòng chống thiên tai,….. đã góp phần to lớn
trong việc phát triển kinh tế đất nước, cải thiện đời sống nhân dân. Do mức độ quan
trọng và đặc thù của công trình Thủy lợi, những yêu cầu về đảm bảo an toàn và kinh tế
trong việc tính toán thiết kế, thi công và quản lý khai thác đặt ra ngày càng cao.
Theo thống kê ở Việt Nam hiện nay, gần 50% sự cố hồ đập là do nước tràn đỉnh đập
bởi các lý do khác nhau như lũ vượt thiết kế, lũ tập trung quá nhanh, sự cố kẹt cửa van
hay lỗi do công tác quản lý… Điều này càng trở nên trầm trọng hơn trong điều kiện
biến đổi khí hậu, rừng phòng hộ bị phá hoại, các tiêu chuẩn thiết kế công trình, đặc
biệt là tần suất lũ áp dụng hiện nay đã thay đổi theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia
(Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế QCVN 04-05:2012/
BNNPTNT). Vì vậy trong thiết kế mới hồ chứa, hoặc rà soát năng lực xả lũ của các hồ
đã xây dựng, cần xem xét các phương án tràn có năng lực xả lũ cao và làm việc tự
động, để hạn chế thấp nhất sự cố hồ do lũ.
Sử dụng loại tràn tự động (tức cao trình ngưỡng tràn = MNDBT) và có bề rộng tràn
lớn có những ưu điểm nổi bật như:
- Tràn tự động làm việc khi có lũ về, loại trừ được sự cố do kẹt cửa van, hoặc bất cẩn
của người quản lý.
- Do B t lớn nên giảm được cột nước tràn; đặc biệt khi lũ đến vượt quá lưu lượng thiết
kế thì độ gia tăng mực nước hồ là nhỏ, tránh được khả năng nước tràn đỉnh đập gây
vỡ, đặc biệt là khi đập bằng vật liệu địa phương (đất đá).
Công trình hồ khuôn Vố tỉnh Bắc Giang có điều kiện địa hình, địa chất phức tạp không
thuận lợi về mặt kinh tế cho việc mở rộng tràn cũ để thoát lũ với tần suất vượt tần suất
lũ kiểm tra của công trình.
1


Vì vậy luận văn này chọn đề tài “ Nghiên cứu giải pháp xây dựng tràn sự cố kiểu máng

đặt trên đỉnh đập đất – Áp dụng cho hồ khuôn Vố, tỉnh Bắc Giang” là cần thiết, có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu một giải pháp bố trí tràn sư cố cho đập đất của các hồ vừa và nhỏ đã xây
dựng nhằm đảm bảo an toàn cho công trình, giảm chi phí đầu tư và có tính khả thi
trong thực tế.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
+ Thu thập, thống kê và tổng hợp tài liệu nghiên cứu liên quan đến đề tài.
+ Tham khảo các tài liệu lý thuyết có liên quan đến đề tài để phục vụ mục đích nghiên cứu
+ Nghiên cứu ứng dụng: đề xuất các tổ hợp bố trí, tính toán và phân tích.
+ Áp dụng cho công trình thực tế.
4. Các kết quả đạt được
+ Bố trí tổng thể giải pháp tràn sự cố kiểu máng thu nước đặt trên đỉnh đập đất nối
thông với tràn chính đã xây dựng.
+ Nghiên cứu tổng quát về xác định các thông số bố trí máng thu nước đặt trên đỉnh
đập đất để làm tài liệu tham khảo khi thiết kế tràn sự cố dạng này.
+ Lựa chọn được sơ đồ bố trí tràn ngang và máng thu thích hợp với điều kiện của hồ
Khuôn Vố, tỉnh Bắc Giang.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HỒ CHỨA NƯỚC VÀ
TRÀN SỰ CỐ Ở HỒ CHỨA CÓ ĐẬP ĐẤT
1.1. Khái quát về xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam
1.1.1. Những khái niệm
1.1.1.1. Hồ chứa nước
Hồ chứa nước là những khu vực chứa nước trên bề mặt trái đất. Hồ chứa nước gồm có
hồ tự nhiên và hồ nhân tạo.
+ Hồ tự nhiên là loại hồ được hình thành và phát triển một cách tự nhiên sau một quá

trình vận động lâu dài của vỏ trái đất mà không do bàn tay của con người tạo nên. Hồ
tự nhiên có thể là các hồ kín dạng hồ chứa ví dụ như hồ Baican (Nga), Biển Hồ
(Campuchia), hồ Ba Bể (Việt Nam), hoặc dạng hồ đầm ở vùng trũng.
+ Hồ nhân tạo là một loại công trình thuỷ lợi đặc biệt có nhiệm vụ biến đổi và điều
tiết nguồn nước phù hợp với yêu cầu dùng nước khác nhau của các ngành kinh tế, xã
hội, an ninh, quốc phòng và phòng chống giảm nhẹ thiên tai. Hồ nhân tạo do con
người tạo ra để phục vụ cho cuộc sống của chính con người.
Trong phạm vi luận văn này chỉ đề cập đến loại hồ chứa nước nhân tạo được xây dựng
trên sông, suối nhờ có đập ngăn tạo hồ.
1.1.1.2. Các bộ phận của hồ chứa
a.

Lưu vực

Phần diện tích hứng nước cho hồ chứa nước gọi là lưu vực (kể cả nước ngầm). Muốn
hình thành hồ chứa trước hết phải có nguồn nước. Nước trên lưu vực chảy theo hệ
thống sông suối tập trung vào một lòng chính rồi đổ vào hồ chứa.
b.

Lòng hồ

Lòng hồ là một phần diện tích lưu vực, dùng để chứa nước, bao gồm cả nước mặt, nước
ngầm, nước mưa. Lòng hồ là nơi tích trữ nước và cung cấp nước theo nhiệm vụ của hồ.

3


Lòng hồ càng lớn thì khả năng điều tiết, khả năng trữ và cấp nước của hồ càng lớn.
c.

Đầu mối công trình

Các công trình được tập hợp ở một khu vực xây dựng để cùng giải quyết những nhiệm
vụ của giải pháp khai thác sử dụng nguồn nước và phòng chống giảm nhẹ thiên tai gọi
là đầu mối công trình thuỷ lợi.
Đầu mối công trình hồ chứa nước thường gồm có: đập chắn dâng nước (đập chính và
có thể có một hay nhiều đập phụ), tràn xả lũ (tràn chính, tràn bổ sung, tràn sự cố...),
công trình lấy nước và có thể có: nhà máy thuỷ điện, âu tầu, đường chuyển bè gỗ,
đường cá đi, công trình du lịch, công trình thuỷ sản, v.v...
d.

Hệ thống công trình

Tập hợp các đầu mối công trình thuỷ lợi, các công trình thuỷ lợi trên một phạm vi rộng
lớn nhất định để cùng giải quyết những nhiệm vụ của một giải pháp thuỷ lợi gọi là hệ
thống công trình.
1.1.2. Khái quát về xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam
Theo kết quả rà soát, hoàn thiện Chương trình bảo đảm an toàn hồ chứa nước của Bộ
Nông nghiệp và Phát triển nông thôn thực hiện năm 2015, cả nước có 6.648 hồ chứa
thủy lợi đã tích nước, trong đó có 702 hồ chứa lớn (chiều cao đập từ 15m trở lên hoặc
có dung tích hồ chứa từ 3.000.000 m3 trở lên), đặc biệt có 2 hồ dung tích trên 1 tỷ m3
(Cửa Đạt 1,450 tỷ m3, Dầu Tiếng 1,58 tỷ m3); 2.698 hồ có dung tích từ 0,2 triệu m3
đến 3 triệu m3, còn lại là các hồ có dung tích dưới 0,2 triệu m3. Số lượng hồ chứa theo
dung tích thể hiện ở Bảng 1.1:
Bảng 1.1: Bảng thống kê hồ chứa theo dung tích
Quy mô
(.106 m3)
Số lượng
(hồ)

V≥ 10

V=3÷10,
H≥15m

V=1÷3

V=0,2÷1

V≤0,2

124

578

363

2.335

3.248

Danh mục một số hồ đập lớn ở Việt Nam theo tổng hợp của TS. Trịnh Công Vấn được
tổng hợp theo Bảng 1.2:

4


Bảng 1.2: Một số hồ đập lớn ở Việt Nam [10]
Chiều
Qxả

cao đập
max
Hmax

Tỉnh

Năm
xây dựng

Núi Cốc

Thái
Nguyên

1973-1982

27

Cấm Sơn

Bắc Giang

1966-1974

41.5

Suối Hai

Hà Nội

1958-1964

Đồng
Sơn

Hà Nội

Xạ Hương

Hồ chứa

850

Dung
tích
toàn bộ

Dung
tích hữu
ích

175.5

168

338

227.7

29

726.
84
80

46.5

42

1969-1974

20

90

110

58.04

Vĩnh Phúc

1977-1982

41

259

14.2

12.7

Đại Lải

Vĩnh Phúc

1959-1961

12.5

34.5

20.7

Kẻ Gỗ

Hà Tĩnh

1976-1988

37.4

425

345

Sông Rác

Hà Tĩnh

1987-1996

26.8

780

124.5

109.8

Phú Vinh

Quảng Bình

1993-1995

20

380

22.364

19.164

An Mã

Quảng Bình

67.646

63.846

Hòa Mỹ

Thừa Thiên
Huế

1990-1992

29.6

670

9.67

8.97

TP. Đà
Nẵng

1990-1996

25

350

17.17

15.87

40

401

344

273

Mô-Ngải

Đồng Nghệ

474.
6
106
5

27.5

Phú Ninh

Quảng Nam

Núi Một

Bình Định

1978-1980

32.5

254

138.7

111

Thuận Ninh

Bình Định

1992-1996

28.7

600

35.36

32.26

Ayun Hạ

Gia Lai

1990-1999

36

123
7

253

201

CamRanh

Khánh Hòa

1996

23.21

539

22.1

19.39

Đạ Tẻh

Lâm Đồng

1986-1996

27.3

618

24

19.19

5


Chiều
Qxả
cao đập
max
Hmax

Dung
tích
toàn bộ

Dung
tích hữu
ích

Tỉnh

Năm
xây dựng

Tuyền Lâm

Lâm Đồng

1982-1987

32

500

10.6

9.6

Cà Giây

Bình Thuận

1996-2000

25.4

304

36.63

29.43

Sông Quao

Bình Thuận

1988-1997

40

105
8

73

67

Dầu Tiếng

Bình
Dương,
Bình Phước

1981-1985

28

280
0

1580

1110

Easoupe thượng

Đăk Lăk

2002-2005

27

792

146.94

135.94

Krong buk hạ

Đăk Lăk

2006-2010

33

102
0

109.3

95.7

2006-2010

32

654

177.8

162.5

2006-2010

38

714
240
0

54.15

48.64

215

196.5

115
94

1364.8

1070.8

354
00

9450

5600

2765

2547

Hồ chứa

Iamơ
IaM'lá

Gia Lai-Đăk
Lăk
Gia Lai

Sông Ray

Đồng Nai

2006-2010

35

Định Bình

Bình Định

2003-2006

50

Cửa Đặt

Thanh Hóa

2004-2009

118.5

Nước Trong

Quảng Ngãi

2006-2010

72

Thủy điện Thác
Bà

Yên Bái

Thủy điện Hòa
Bình

Hòa Bình

1979-1994

128

Thủy điện Trị An

Đồng Nai

1984-1991

40

Gia Lai

1993-2001

69

Bình Phước

1997

46

Thủy điện Ialy
Thủy điện Thác
Mơ

6

137

33

779


Chiều
Qxả
cao đập
max
Hmax

Dung
tích
toàn bộ

Dung
tích hữu
ích

343.5

266.5

Hồ chứa

Tỉnh

Năm
xây dựng

Thủy điện Cần
Đơn

Bình Phước

1999

70

TĐ
SrocPhumieng

Bình Phước

2002

31

Thủy lợi Phước
Bình Dương
Hòa

2006-2010

28

TĐ Hàm Thuận

Lâm Đồng

1996-2001

93.5

TĐ Đami

Bình Thuận

1997-2001

80

TĐ Đại Ninh

Lâm Đồng

2003-2007

54

TĐ AVương

Quảng Nam

2004-2008

72

Quảng Trị

2003-2007

70

Tuyên
Quang

2002-2007

92.2

TĐ Đồng Nai 3

Đăk NôngLâm Đồng

2005-2009

108

104
00

TĐ Đồng Nai 4

Đăk NôngLâm Đồng

2005-2010

128

100
00

Sơn La
Bản Vẽ

Sơn La
Nghệ An

2006-2010
2005-2009

138.1
137

9260
1800

Sông Ba Hạ

Phú Yên

2005-2010

50

349.7

TĐ Qủang Trị
TĐ Tuyên Quang

790
0

(Nguồn )

7


1.2. Sự cần thiết phải xây dựng tràn sự cố cho hồ chứa nước có đập
Ở đầu mối công trình hồ chứa Thủy lợi, Thủy điện đều có tràn xả lũ để xả nước thừa,
xả lũ. Quy mô tràn xả lũ được xác định tương ứng với tần suất lũ theo cấp công trình
quy định tại tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành (hiện nay thực hiện theo Quy chuẩn kỹ
thuật Quốc gia về công trình thủy lợi – Các quy định chủ yếu về thiết kế - QCVN 0405: 2012/BNNPTNT). Từ nhiệm vụ hồ chứa, quy mô công trình, điều kiện địa chất
công trình và tầm quan trọng của công trình đối với an toàn hạ du, chúng ta xác định
được cấp công trình, từ đó xác định tần suất lũ theo quy chuẩn nêu trên. Với mỗi tần
suất lũ, qua tính toán thủy văn, có được đỉnh lũ (Q maxp ), tổng lượng lũ (W p ), quá trình
lũ (Q~t)p. Từ đây chúng ta xác định được bề rộng tràn (ứng với hình thức tràn và cao
trình ngưỡng tràn đã chọn) và một mực nước lũ tương ứng trong hồ. Như vậy, tràn xả
lũ của đầu mối hồ chứa Thủy lợi, Thủy điện chỉ có thể đảm bảo xả lũ với một tần suất
nhất định. Song yêu cầu lại phải đảm bảo an toàn cho đập chính, cống, tràn và các
công trình khác với lũ đến bất kỳ tần suất nào. Hơn nữa theo điều kiện biến đổi khí hậu
trong những năm gần đây cộng với nạn chặt phá rừng bừa bãi và một số nguyên nhân
khác như đã phân tích ở trên thì các đặc trưng của lũ theo thời gian lại có thể thay đổi
(thường là lớn lên) so với thiết kế tính toán ban đầu. Cũng có thể do điều kiện vận
hành, trình độ quản lý vận hành chưa đáp ứng, trách nhiệm chưa được nâng cao, cơ
chế quản lý chưa phù hợp dẫn đến điều hành không chính xác, không phù hợp với thực
tế xảy ra và thực tế đã xảy ra ở một số hồ chứa ở Việt Nam, làm tăng thêm nguy cơ
mất an toàn cho cụm công trình đầu mối nói riêng và cả hồ chứa nói chung. Vì vậy
trong tính toán thiết kế hoặc rà soát công trình cần đảm bảo an toàn, không có nước lũ

vượt thiết kế và nhất là không có nước lũ tràn qua đập chắn. Trong thực tế có nhiều
giải pháp công trình để giải quyết các vấn đề nêu trên như tôn cao đập chính, mở rộng
tràn, làm thêm tràn bổ sung, xả trước một phần dung tích hữu ích trước khi lũ về (Nếu
dự báo không đúng thì có thể hồ sẽ không bao giờ đạt được MNDBT thiết kế). Trong
các giải pháp đó, giải pháp tràn sự cố sẽ giúp tránh được khả năng nước tràn làm mất
an toàn đập, giảm thiệt hại cho hạ lưu. Đây là biện pháp chủ động để tăng khả năng
tháo khi khẩn cấp. Hơn nữa tràn sự cố còn tham gia vào việc ngắt phần trên của đỉnh
lũ thiết kế (khi lũ đến gần hoặc bằng lũ thiết kế) góp phần giảm quy mô tràn chính

8


hoặc tăng hiệu quả của tràn chính. Rõ ràng tràn sự cố có vị trí quan trọng trong việc
đảm bảo an toàn và phát huy hiệu quả của hồ chứa thuỷ lợi - thuỷ điện.
Việc thiết kế tràn sự cố có thể thực hiện trong các trường hợp:
+ Hồ chứa đang được thiết kế (xây dựng mới), khi đó tràn sự cố góp phần làm giảm
bớt quy mô tràn chính, giảm kinh phí đầu tư xây dựng công trình.
+ Hồ chứa đã được xây dựng, qua rà soát thấy tràn chính chưa đủ năng lực xả lũ an
toàn, khi đó phải nghiên cứu làm tràn phụ hoặc tràn sự cố.
1.3. Các hình thức tràn sự cố cho hồ chứa có đập đất
Theo đặc điểm làm việc tràn sự cố có các loại sau:
1.3.1. Tràn sự cố kiểu tràn tự do
Tràn sự cố kiểu tràn tự do là loại kênh tràn đào trong nền đất đá tự nhiên. Cao trình ngưỡng
tràn đặt trong khoảng từ MNDBT tới cao trình mực nước lũ khống chế. Đầu ngưỡng
tràn có thể được gia cố một đoạn. Nối tiếp sau ngưỡng tràn thường là lợi dụng địa hình
tự nhiên và tự tiêu năng.

Hình 1.1: Mặt cắt tràn sự cố kiểu tự do
* Điều kiện áp dụng:
Tràn sự cố kiểu tràn tự do được áp dụng với hồ chứa nhỏ hoặc hồ có lũ tính toán thiết

kế tràn xả lũ tràn sự cố chênh không nhiều với lũ thiết kế tràn chính. Trong trường hợp
này có thể dùng đường tràn không kiên cố hoặc bán kiên cố.
1.3.2. Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ

9


Loi trn m trờn ngng trn cú b trớ mt p t tm, khi l v mc nc trong h
dõng vt nh p t tm gõy xúi v p tm v trn thc s lm vic gi l trn s
c kiu nc trn qua nh p t gõy v, gi tt l trn s c kiu p t t v.
* Nguyờn lý hot ng:
Nc trn qua nh p, gõy xúi mỏi h lu. Xúi din ra tng bc dn n thõn p
t trờn ngng trn v hon ton v trn s c lm vic vi kh nng thỏo ln nht.
* c im kt cu:
Trờn ngng trn (cú th c gia c hoc khụng gia c) cú b trớ mt p t tm gi
l p t t v. nh p t t v khụng cao hn cao trỡnh mc nc l khng ch
(MNLKC) thng lu.
Vớ d Trn s c thu in Sụng Hinh 1.3. Ranh gii gia 2 khi nghiờng v phớa h
lu nhm to cho khi thng lu nhanh v hon ton khi khi cỏt h lu b xúi.
Đất đắp đập

,75
1:2

,5

Lăng trụ cát

37,4

1:1

198,00

1:2

1:
2

1:3

1:2

1:3

,75

,5

Đá lát dày 25 cm

211,85
1:
2

212,00MNLN P= 0,1%

198,00

196,00

Hỡnh 1.2: Trn s c kiu nc trn qua nh p t gõy v

Hỡnh 1.3: p trn s c kiu t v ca h Sụng Hinh.
10

i = 0,0058


* Điều kiện sử dụng:
Tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ (tràn sự cố kiểu đập đất tự vỡ) dùng
với nền tương đối tốt và địa hình yên ngựa thấp, nhưng không đủ rộng để làm tràn tự
do (vì khi đó cột nước tràn tương đối lớn và lưu tốc dòng chảy không nhỏ).
1.3.3. Tràn sự cố kiểu đập đất gây vỡ bằng thuốc nổ (kiểu nổ mìn gây vỡ)
Trên ngưỡng tràn có bố trí đập vật liệu địa phương, trong thân đập bố trí hệ thống lỗ
mìn hoặc buồng mìn. Khi cần tháo xả khẩn cấp sẽ nạp thuốc nổ, kích nổ theo các
phương pháp hiện đại để gây vỡ đập.

Hình 1.4: Tràn sự cố kiểu đập đất gây vỡ bằng năng lượng thuốc nổ [2]
(Kiểu gây vỡ đập đất bằng năng lượng thuốc nổ)

Hình 1.5: Đập tràn gây vỡ bằng nổ mìn ở hồ A Vĩnh Sơn.
11


* Điều kiện áp dụng:
Tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ dùng với điều kiện địa chất có khả năng chống xói tốt
(ngưỡng tràn nằm trên nền đá phong hoá vừa và ít), điều kiện địa hình không có yên
ngựa rộng và thuận lợi, nếu làm các loại tràn sự cố khác khối lượng công tác sẽ rất lớn.
Những công trình hồ chứa lớn có yêu cầu an toàn phòng lũ cao, công trình đang

nghiên cứu làm tràn bổ sung (hoặc tràn sự cố) với lưu lượng tràn lớn đều có thể áp
dụng hình thức tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ.
1.3.4. Tràn sự cố kiểu có cửa van
Loại này thường có quy mô, cấu tạo như đối với tràn chính. Nó được dùng khi cần tháo
lũ bổ sung, tháo lũ vượt thiết kế (nếu chỉ có tràn chính thì không xả hết theo yêu cầu).
Cửa van dùng trong trường hợp này có thể là cửa van cung, cửa van hình quạt…vv.
1.3.5. Tràn sự cố kiểu có cửa van tự động
Tràn sự cố kiểu có cửa van tự động là tràn trên ngưỡng bố trí cửa van tự động. Cửa
van tự động thường là tấm phẳng quay xung quanh một trục. Trục quay của cửa van tự
động có thể bố trí thẳng đứng hoặc nằm ngang (ở trên, ở giữa hoặc ở ngưỡng). Khi có
lũ vượt thiết kế, cửa van tự động lật và việc tháo xả khẩn cấp được thực hiện.
Loại này về nguyên lý thì rất hay, song có nhiều nhược điểm về hoạt động, quản lý,
bảo dưỡng nên nó chưa được dùng nhiều.

Hình 1.6: Tràn sự cố kiểu cửa van tự động [2]

12


Nguyên lý hoạt động: Khi mô men áp lực thủy động lớn hơn mô men trọng lượng của
cửa van với lực ma sát đối với điểm gối tựa, của van tự động mở đến một góc đổ nhất
định, tại vị trí góc đổ này mô men áp lực thủy động bằng mô mentrọng lượng cửa van
đối với điểm gối tựa, cửa van ở trạng thái cân bằng mới. Khi lưu lượng thay đổi góc độ
mở cũng thay đổi. Khi lưu lượng thượng lưu giảm nhỏ đến mức độ nhất định, khiến
mô men trọng lượng cửa van lớn hơn mô men áp lực thủy động với lực ma sát đối với
điểm gối tựa, cửa van sập tự khống chế thủy lực có thể tự hành quay lại đống đến một
góc đổ nhất định, cửa van lại ở trạng thái cân bằng mới khi đạt đến lưu lượng này.

Hình 1.7: Tràn sự cố kiểu cửa van tự động [2]
1.3.6. Tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập đất

Tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập là loại tràn trên ngưỡng có bố trí một đập
tạm bằng vật liệu địa phương, thường là đập đất. Phần hạ lưu của đỉnh đập có tường
chắn tạo bể chứa nước gia tải. Ở đáy đập có lớp kẹp cát tạo mặt trượt. Trên đỉnh có bố
trí các ống xiphông ăn thông với bể chứa nước gia tải. Khi mực nước thượng lưu vượt
miệng ống xi phông, nước theo xiphông chảy vào bể gia tải. Bể gia tải đầy nước sẽ gây
mất ổn định mái hạ lưu. Từ đó tạo vỡ đập

13


Hình 1.8: Tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập đất [2]
1.3.7. Tràn sự cố kiểu dẫn xói gây vỡ đập đất
Đặc điểm của loại này là trên ngưỡng tràn có bố trí đập tạm bằng đất, phía hạ lưu đập
có khối đất dễ xói trôi (thường là khối cát); phía trên giáp đỉnh đập có bố trí các ống
xiphông. Miệng vào của ống ngang mực nước lũ khống chế. Cửa ra của ống áp vào
mái đập thuộc khối đất dễ xói trôi. Khi nước hồ vượt mực nước lũ khống chế, nước sẽ
chảy qua các ống ra mái hạ lưu gây xói mái hạ lưu đập. Đến khi đập mất ổn định và
vỡ, thì tràn sự cố bắt đầu làm việc để tháo xả lũ khẩn cấp.

Hình 1.9: Tràn sự cố kiểu dẫn xói gây vỡ đập đất [2]
1.3.8. Tràn tự do kiểu zích zắc (Labyrinth)
Trên ngưỡng tràn đỉnh rộng, có thể dùng hình thức zích zắc để tăng chiều rộng thực tế
tràn nước. Vì vậy mà tăng khả năng tháo, giảm mực nước trong hồ, giảm chiều cao cột
nước tràn. Đôi khi cũng dùng hình thức này để cải tạo tràn xả lũ tự do đã có bề rộng
tràn cố định để nâng cao mực nước dâng bình thường (cũng chính là nâng cao trình

14


ngưỡng tràn tự do) mà không muốn nâng cao đập. Kiểu ngưỡng tràn Zích zắc có thể là

kiểu phím đàn Piano, kiểu mỏ vịt.
Các dạng mặt bằng của tràn Zik zăc:

Hình 1.10: Mặt bằng các dạng ngưỡng tràn zik zăc
Chú thích hình 1.10:
a. Loại hình thang.
b. Loại hình tam giác
c. Kiểu chữ nhật hay phím đàn piano
d. Kiểu mỏ vịt
e. Kiểu tràn bên

Hình 1.11: Tràn phím piano Đập dâng Văn Phong - Bình Định

15