Nghiên cứu giải pháp đảm bảo an toàn cho công trình đập tràn tháo lũ nam thạch hãn, tỉnh quảng trị

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM HỒNG LỢI

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TOÀN
CHO CÔNG TRÌNH ĐẬP TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN,
TỈNH QUẢNG TRỊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng - Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM HỒNG LỢI

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TOÀN
CHO CÔNG TRÌNH ĐẬP TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN,
TỈNH QUẢNG TRỊ
Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số
: 60.58.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HOÀNG NGỌC TUẤN

Đà Nẵng - Năm 2018


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Phạm Hồng Lợi


ii

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................... 1
2. Mục tiêu của Đề tài...................................................................................................... 3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 3
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .................................................................. 3
5. Kết quả đạt được .......................................................................................................... 3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiển ..................................................................................... 4
Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐÀU MỐI CÔNG TRÌNH THỦY LỢI ................. 5
1.1. Tình hình xây dựng đập tràn dâng nước và tràn tháo lũ trên thế giới ............. 5
1.1.1. Một số thông số chính về các công trình thủy lợi hiện có ở Việt Nam ....... 6
1.1.2. Nhận xét về tình hình xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện trên thế
giới và ở Việt Nam .......................................................................................................... 8

1.2. Phân tích, đánh giá các nguyên nhân mất an toàn cho công trình thủy lợi ...... 9
1.2.1. Nguyên nhân do khảo sát .............................................................................. 9
1.2.2. Nguyên nhân do thiết kế ................................................................................ 9
1.2.3. Nguyên nhân do thi công: ........................................................................... 10
1.2.4. Nguyên nhân do Quản lý vận hành ............................................................ 11
1.3. Cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế công trình đập tràn tháo lũ ....................... 11
1.3.1. Tính toán thủy văn ....................................................................................... 11
1.3.1.1. Tính toán lưu lượng đỉnh lũ: ................................................................. 11
1.3.1.2. Xác định quan hệ Q ~ F(Z) hạ lưu tràn xả lũ. ....................................... 12
1.3.2. Tính toán thủy lực cho tràn tháo lũ ............................................................ 12
1.3.2.1. Xác định khả năng tháo của đập tràn: .................................................. 12
1.3.2.2. Hình thức nối tiếp và tiêu năng sau đập tràn:....................................... 13
1.3.3. Tính toán ổn định đập bê tông trọng lực: ................................................... 17
1.3.3.1. Các lực tác dụng lên đập bê tông trọng lực: ......................................... 17
1.3.3.2. Tính toán ổn định của đập bê tông trên nền đá: ................................... 18
1.3.3.3. Tính toán độ bền của nền đập: .............................................................. 18
1.3.4. Tính toán thấm dưới đáy đập bê tông trọng lực:........................................ 19


iii
1.3.4.1. Cơ sở lý thuyết thấm .............................................................................. 19
1.3.4.2. Phương pháp giải bài toán thấm ........................................................... 20
1.3.4.3. Giải pháp xử lý thấm cho công trình .................................................... 26
1.4. Tổng quan chung về khu vực nghiên cứu .......................................................... 27
1.4.1. Điều kiện tự nhiên: ...................................................................................... 27
1.4.1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên: ...................................................................... 27
1.4.1.2. Đặc điểm khí tượng, thủy văn: ............................................................. 28
1.4.1.3. Đặc điểm thủy văn: ................................................................................ 28
1.4.2. Hệ thống thủy lợi, thủy điện khu vực nghiên cứu ..................................... 30
1.4.2.1. Công trình Thủy lợi - Thủy điện Quảng Trị .......................................... 30

1.4.2.2. Công trình thủy điện Hạ Rào Quán ....................................................... 30
1.4.2.3. Công trình thủy điện Đak Rông 1 .......................................................... 30
1.4.2.4. Công trình thủy điện Đak Rông 2 .......................................................... 31
1.4.2.5. Công trình thủy điện Đak Rông 3 .......................................................... 31
1.4.3. Hệ thống thủy lợi Nam Thạch Hãn ............................................................ 31
Chương 2 - ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ PHÂN TÍCH CÁC NGUYÊN NHÂN
HƯ HỎNG ĐẬP TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN ...................................... 33
2.1. Đánh giá hiện trạng tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn ........................................... 34
2.1.1. Quá trình xây dựng và tình hình hư hỏng ................................................ 34
2.1.2. Hiện trạng hư hỏng một số hạng mục chính của tràn .............................. 37
2.2. Phân tích, đánh giá các nguyên nhân hư hỏng tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn39
2.2.1. Nguyên nhân do khảo sát ............................................................................ 40
2.2.2. Nguyên nhân do thiết kế .............................................................................. 40
2.2.3. Nguyên nhân do thi công............................................................................. 42
Chương 3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO CÔNG
TRÌNH TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN .......................................................................... 43
3.1. Cơ sở đề xuất giải pháp và các tài liệu phục vụ tính toán ................................ 43
3.1.1. Cơ sở đề xuất giải pháp ............................................................................... 43
3.1.2. Các tài liệu phục vụ tính toán ..................................................................... 43
3.1.2.1. Tài liệu khảo sát địa hình và địa chất ................................................... 43
3.1.2.2. Tài liệu phục vụ tính toán thủy văn ...................................................... 43


iv
3.1.3. Kết quả tính toán thủy văn ......................................................................... 44
3.1.3.1. Các đặc điểm địa lý thủy văn của khu vực ............................................ 44
3.1.3.2. Tài liệu khí tượng................................................................................... 44
3.1.3.3. Tài liệu thuỷ văn .................................................................................... 45
3.1.3.4. Tính toán và kiểm tra lại dòng chảy lũ thiết kế, lũ kiểm tra .................. 47
3.2. Tính toán thủy lực tràn xả lũ hiện trạng ............................................................ 49

3.2.1. Các thông số tràn xả lũ ................................................................................ 49
3.2.2. Tiêu chuẩn và tài liệu tính toán .................................................................. 49
3.2.3. Quan hệ lưu lượng lũ Q với mực nước ZHL ............................................... 49
3.2.4. Hệ số lưu lượng, năng lực xả và mực nước thiết kế của tràn ................... 52
3.2.4.1. Xác định hệ số lưu lượng m của tràn .................................................... 52
3.2.4.2. Xác định năng lực xả của tràn............................................................... 52
3.2.4.3. Xác định các mực nước thiết kế của hồ chứa ........................................ 54
3.2.5. Tính toán kiểm tra chế độ thủy lực hạ lưu tràn ......................................... 54
3.2.5.1. Đường mực nước sau ngưỡng tràn và chế độ chảy ở hạ lưu ............ 54
3.2.5.2. Tính toán chế độ thủy lực khi lòng sông chưa bị xói ......................... 56
3.2.5.3. Tính toán chế độ thủy lực khi lòng sông bị xói như hiện nay ........... 57
3.3. Tính toán xác định các thông số của công trình tiêu năng, tràn tháo lũ ......... 59
3.3.1. Giải pháp công trình Bể tiêu năng .............................................................. 59
3.3.2. Giải pháp công trình Tường kết hợp bể tiêu năng ..................................... 62
3.3.2.1.Sơ đồ thủy lực phương án ....................................................................... 62
3.3.2.2. Tính toán xác định chiều cao tường C (bể tiêu năng số 1) ................... 62
3.3.2.3. Tính toán bể tiêu năng số 2 (sau tường tiêu năng) ................................ 64
3.3.2.4. Kết quả tính toán các thông số thủy lực ở sân tiêu năng và hạ lưu tường
....................................................................................................................................... 65
3.4. Phân tích lựa chọn phương án hợp lý ................................................................ 67
3.4.1. Phương án bể tiêu năng .............................................................................. 67
3.4.2. Phương án Tường kết hợp bể tiêu năng ..................................................... 67
3.4.3. Lựa chọn Phương án đề xuất áp dụng: ...................................................... 68
3.5. Biện pháp xử lý, gia cố nền đập tràn .................................................................. 68


v
3.5.1. Những yêu cầu chung của công tác xử lý nền đập .................................... 68
3.5.2. Thiết kế khoan phụt ..................................................................................... 69
3.6. Tính toán kiểm tra thấm dưới đáy tràn tháo lũ ................................................ 72

3.6.1. Phương pháp tính thấm .............................................................................. 72
3.6.2. Mục tiêu tính toán ........................................................................................ 72
3.6.3. Các trường hợp tính toán ............................................................................ 72
3.6.4. Số liệu phục vụ tính toán ............................................................................ 73
3.6.5. Sơ đồ mặt cắt tính toán ................................................................................ 73
3.6.6. Kết quả tính toán kiểm tra thấm .................................................................. 73
3.7. Tính toán kiểm tra ổn định công trình ............................................................... 77
3.7.1. Mục tiêu tính toán ổn định .......................................................................... 77
3.7.2. Số liệu phục vụ tính toán ............................................................................. 77
3.7.3. Các trường hợp tính toán: ........................................................................... 78
3.7.4. Phương pháp tính toán ................................................................................ 78
3.7.5. Kết quả tính toán .......................................................................................... 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 89
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................... 90
Tiếng Việt ...................................................................................................................... 90
Tiếng Anh ...................................................................................................................... 90
Internet ........................................................................................................................... 90


vi
GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO CÔNG TRÌNH ĐẬP TRÀN THÁO LŨ
NAM THẠCH HÃN, TỈNH QUẢNG TRỊ
Học viên: Phạm Hồng Lợi

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số : 60.58.02.02 Khóa 34

Trường Đại học Bách Khoa – ĐHĐN

Tóm tắt : Hệ thống thủy lợi Nam Thạch Hãn có nhiệm vụ tưới cho 13.867 ha đất canh tác
của huyện Triệu Phong, huyện Hải Lăng và thị xã Quảng Trị; tạo nguồn cấp nước cho 200 ha nuôi
trồng thuỷ sản và cấp nước sinh hoạt cho 86.000 người của thị xã Quảng Trị. Hệ thống được xây
dựng từ năm 1978, chính thức đưa vào khai thác, sử dụng từ năm 1990; sau gần 30 năm khai thác,
công trình đã xuất hiện nhiều hư hỏng nặng nề như sân tiêu năng sau tràn bị xói với chiều sâu hố
xói từ 2-3 m, mặt tràn bị phá vỡ kết cấu bản mặt, dòng thấm xuất hiện dưới đáy tràn gây mất ổn
định cho công trình, đe doạ nghiêm trọng đến tính mạng, tài sản của nhân dân và cũng như suy
giảm năng lực cấp nước cho sản xuất nông nghiệp và dân sinh của tỉnh Quảng trị.
Đề tài đã Đánh giá được thực trạng và mức độ an toàn của công trình đập tràn tháo lũ Nam
Thạch Hãn trên cơ sở xem xét các yếu tố chủ yếu như : Địa hình, địa chất, thủy văn, chế độ thủy
lực, hình thức tiêu năng, dòng thấm và kết cấu của công trình v.v.. xác định được các nguyên
nhân chính gây ra hư hỏng đối với công trình tràn tháo lũ. Từ đó đề xuất giải pháp đảm bảo an
toàn cho công trình đập tràn lũ Nam Thạch Hãn như sau: Điều chỉnh hình thức nối tiếp và tiêu
năng sau tràn thành dạng Tường kết hợp Bể tiêu năng; chống thấm dưới đáy tràn bằng cách
Khoan phụt chống thấm và gia cố nền tràn v.v.. Giải pháp này cơ bản đã giải quyết được các tồn
tại trước đây và đảm bảo được an toàn cho công trình đập tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn.
THE SOLUTIONS TO THE SAFETY ASSURANCE FOR NAM THACH HAN WORKS
OF FLOOD DISCHARGE SPILLWAY,QUANG TRI PROVINCE
Summary – Nam Thach Han hydraulic system is responsible for watering 13,867 hectares
of farmland in Trieu Phong, Hai Lang districts and Quang Tri town, supplying farming water for
200 hectares of aquaculture and living for 86 thousand people in Quang Tri town . The system
was built in 1978 and it was officially in use in 1990. After almost 30 years of exploitation , there
have been appeared many severe damages. They are as follows: the stlling yard in the back of the
spillway was eroded with the hole depth from 2 to 3 metres; The floor structure of the spillway
was destroyed; The seepage appered in the bottom of the spillway. These caused the the
instabilization for the works, severely threatened to people’s lives, assets as well as the water
supplying capacity for agricuture and living in Quang Tri province.
The topic has evaluated the reality and the safety level of Nam Thach Han flood discharge
spillway works based on the consideration of some main elements such as topographic, geological,
hydrography, hydraulic mode, energy dissipation, seepage and the works structure…etc. It has

determined the main reasons damaging the works of flood discharge spillway. Based on those
above, the solutions are sugessted as follows: Adjust the serial form and energy dissipation behind
the spillway to the form of wall in combination with stilling basin; waterproofing under the
bottom of the spillway by waterproof spray drills and floor reinforcement...etc. These solutions
basically solve privious remaining problems and insure the safety for Nam Thach Han flood
discharge spillway works.


vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu
bảng

Tên bảng

Trang

1.1

Một số thông số chính tràn tháo lũ của công trình thủy lợi, thủy
điện có quy mô vừa và lớn ở Việt Nam

7

1.2

Tình hình tài liệu khí tượng trên lưu vực sông Thạch Hãn và lân cận

27

1.3

Tình hình tài liệu thủy văn trong lưu vực

28

1.4

Các thông số chủ yếu của hệ thống thủy lợi Nam Thạch Hãn

30

2.1

Số liệu mực nước thượng, hạ lưu đập tràn

40

3.1

Diện tích lưu vực các công trình trên hệ thống

43

3.2

Tài liệu khí tượng trên lưu vực sông Thạch Hãn và lân cận

44

3.3

Tình hình tài liệu thủy văn trong lưu vực

44

3.4

Lưu lượng lũ thiết kế Q theo các tần suất P

47

3.5

Lưu lượng lũ thiết kế theo các tần suất

48

3.6

Quan hệ Q và f(z) trên hạ lưu tuyến tràn xả lũ

48

3.7

Quan hệ Q- Zhl tính toán năm 1977 và hiệu chỉnh năm 1986

49

3.8

Quan hệ Q- Zhl đề xuất sử dụng

50

3.9

Hệ số lưu lượng m của tràn, thí nghiệm mô hình 1985

51

3.10

Quan hệ Q-Z hồ đề xuất dùng trong tính toán

52

3.11

So sánh lưu lượng và mực nước dâng hồ chứa ở thiết kế trước đây
với kết quả tính toán lại

53

3.12

Tính toán độ sâu hc cuối dốc nước ứng với lưu lượng Q=7641 m3/s

54

3.13

Kết quả tính toán chế độ thủy lực ở hạ lưu tràn trường hợp lòng
sông chưa bị xói ở cao trình +2.2m

56

3.14

Kết quả tính toán chế độ thủy lực ở hạ lưu tràn trường hợp lòng

58


viii
sông bị xói như hiện nay ở cao trình -6.5÷ -8.5m
3.15

Kết quả tính toán chế độ thủy lực phương án bể tiêu năng

60

3.16

Kết quả tính toán chế độ thủy lực phương án tường + bể tiêu năng

64

3.17

Kết quả tính toán chế độ thủy lực phương án tường + bể tiêu năng

65

3.18

Thống kê các chỉ tiêu cơ lý đất nền

71

3.19

Kết quả tính toán kiểm tra hiện trạng thấm dọc tràn

73

3.20

Kết quả tính toán kiểm tra thấm sau khi áp dụng giải pháp đề xuất

74

3.21

Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật của tràn xả lũ

74

3.22

Thống kê các chỉ tiêu cơ lý đất nền

75


ix

DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu
hình vẽ

Tên hình vẽ

Trang

1

Vị trí công trình Đập tràn Nam Thạch Hãn trên bản đồ khu vực
TX.Quảng Trị

1

2

Hiện trạng kết cấu Đập tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn, TX.Quảng
Trị

1

1.1

Phân bố các đập lớn ở các vùng trên thế giới vào cuối thế kỷ XX

5

1.2

Tốc độ xây dựng đập tại một số vùng đến cuối thế kỷ XX

5

1.3

Tràn tháo lũ công trình thủy điện Yaly (Gia Lai-Việt Nam)

8

1.4

Tràn tháo lũ công trình thủy điện Trị An

8

1.5

Tràn tháo lũ công trình thủy điện Hòa Bình

8

1.6

Mô hình tổng thể hồ chứa nước Cửa Đạt

8

1.7

Các hình thức nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu

13

1.8

Sơ đồ để tính tiêu năng dòng đáy

14

1.9

Sơ đồ tính toán bể tiêu năng

15

1.10

Các đường quan hệ để xác định độ sâu của bể tiêu năng

16

1.11

Sơ đồ tính toán tường tiêu năng

16

1.12

Đường quan hệ q = f(C0)

17

1.13

Sơ đồ các lực tác dụng lên đập bê tông trọng lực

17

1.14

Sơ đồ lưới sai phân

21

1.15

Lưới sai phân và các loại ô trong mô hình

22

1.16

Sơ đồ phần tử tam giác

22

1.17

Cơ sở lý thuyết của SEEP/W

23

1.18

Chia phần tử hữu hạn

24

1.19

Sơ đồ khoan phụt vữa tạo màng chống thấm

26

1.20

Nút phụt đơn và nút phụt kép trong công nghệ khoan phụt

26

2.1

Mặt bằng tổng thể tràn xả lũ

33


x
2.2

Mặt bằng tình hình xói ở tràn do lũ năm 1981

34

2.3

Mặt bằng hiện trạng xói ở tràn do lũ năm 1983

34

2.4

Cắt dọc các hố xói ở tràn do lũ năm 1983

35

2.5

Sự cố xói sân tiêu năng do lũ năm 2016

36

2.6

Mặt bằng hiện trạng khoang tràn bờ phải

37

2.7

Sân tiêu năng bị xói do bão lũ số 3 năm 2016

37

2.8

Cận cảnh về xói ngược từ hạ lưu vào sân tiêu năng

38

3.1

Vị trí các trạm Khí tượng thủy văn

45

3.2

Đường tần suất Qmax trạm Gia Vòng

46

3.3

Quan hệ Q-Zhl thực tế đo đạc ở các trạn lũ 2001 đến 2016

50

3.4

Quan hệ Q-Zhl khi thiết kế ban đầu năm 1977, hiệu chỉnh năm
1986 và theo kết quả tính toán năm 2017

51

3.5

Quan hệ Q-Zhồ dùng trong tính toán

52

3.6

Sơ đồ thủy lực từ dốc nước đến hết sân tiêu năng và ở lòng sông
,trường hợp lòng dẫn chưa bị xói, đáy sông ở +2.2m

55

3.7

Sơ đồ thủy lực từ dốc nước đến hết sân tiêu năng và ở lòng
sông,trường hợp lòng dẫn bị xói, đáy sông ở -5.5 đến -7.5m

57

3.8

Sơ đồ thủy lực ở bể tiêu năng hạ lưu của sân tiêu năng

59

3.9

Sơ đồ thủy lực ở sân tiêu năng và bể tiêu năng hạ lưu

61

3.10

Hình thức kết cấu phương án làm bể tiêu năng ở sân sau tiêu năng

66

3.11

Hình thức kết cấu phương án làm tường cuối sân tiêu năng và bể
tiêu năng hạ lưu sân tiêu năng

67

3.12

Sơ đồ tính toán thấm cho tràn hiện trạng

72

3.13

Sơ đồ tính toán thấm tràn sau khi áp dụng giải pháp đề xuất

73


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Quảng Trị là một trong sáu tỉnh thuộc vùng Duyên hải Bắc Trung Bộ, có tổng
diện tích tự nhiên 4.739,82 km2 là một trong những tỉnh nghèo của Việt Nam. Quảng
Trị hiện nay có 01 thành phố, 01 thị xã và 08 huyện, trong đó có 01 huyện đảo; phía
Bắc giáp tỉnh Quảng Bình, phía Nam giáp tỉnh Thừa Thiên Huế, phía Tây giáp nước
Cộng hòa Dân chủ nhân dân Lào và phía Đông giáp Biển Đông với hơn 75 km bờ biển.
Vị trí địa lý trên đã tạo điều kiện thuận lợi cho Quảng Trị giao lưu và phát triển kinh
tế, đồng thời cũng tạo cho Quảng Trị nhiều khó khăn do chịu ảnh hưởng nặng nề của
thiên tai như bão, lũ lụt.
Hệ thống sông Thạch Hãn là hệ thống sông có diện tích lưu vực lớn nhất trong
3 hệ thống sông chính của tỉnh Quảng Trị, gồm sông Thạch Hãn (2800 km2), sông Bến
Hải (963 km2) và sông Thác Ma - Ô Lâu (847 km2).
Hệ thống thủy nông Nam Thạch Hãn được xây dựng tháng 3/1978. Công trình

vừa khai thác vừa thi công, đến tháng 9/1990 mới hoàn thành và bàn giao cho tỉnh
Quảng Trị. Hệ thống sử dụng lượng nước của sông Thạch Hãn và các hồ thượng
nguồn. Với nhiệm vụ cấp nước tưới cho 13.867 ha đất canh tác của 3 huyện thị (Triệu
Phong, Hải Lăng, TX Quảng Trị), tạo nguồn cung cấp cho 200 ha đất nuôi trồng thủy
sản vùng đất nhiễm mặn và cấp nước sinh hoạt cho 86.000 người trong hệ thống nước
sạch thị xã Quảng Trị.
Trong suốt quá trình vận hành khai thác, mặc dù đã nhiều lần được đầu tư sửa
chữa, nâng cấp nhưng công trình vẫn tiềm ẩn nhiều rủi ro, nguy cơ mất an toàn là rất
lớn. Một trong những nguyên nhân sự cố là chế độ thủy văn và thủy lực của đập tràn
chưa phù hợp với thực tế. Mực nước thượng và hạ lưu Đập tràn Nam Thạch Hãn có sự
sai lệch rất lớn giữa giá trị tính toán và kết quả quan trắc thực tế, mà sự sai lệch này lại
thiên về hướng rất bất lợi có thể gây ra mất an toàn cho công trình.
Do xác định sai cột nước thiết kế và mức nước ở hạ lưu dẫn đến sự thay đổi chế
độ thủy lực hạ lưu đập tràn, nên khi thiết kế đã xác định sai chế độ thủy lực nối tiếp
sau đập tràn, thay vì nước nhảy ngập và phóng xa lại cho là chảy ngập, hình thức tiêu
năng là bể tiêu năng thì lại chọn hình thức sân tiêu năng, do đó năng lượng chỉ tiêu hao
được <30% trong phạm vi sân tiêu năng, còn lại >70% năng lượng chưa bị tiêu hao hết
đã phá hoại mãnh liệt hạ lưu đập tràn trên suốt chiều dài kênh xả.


2

Hình 1: Vị trí công trình Đập tràn Nam Thạch Hãn trên bản đồ khu vực
TX.Quảng Trị

Hình 2: Hiện trạng kết cấu Đập tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn, TX.Quảng Trị


3
Hàng năm tỉnh Quảng Trị là một trong những địa phương chịu ảnh hưởng nặng

nề của lũ lụt, chủ yếu là do lũ hệ thống sông Thạch Hãn gây ra. Trong đợt mưa lũ từ
ngày 13 đến ngày 17/10/2017, nước qua tràn xả lũ Nam Thạch Hãn đã làm phá vỡ
phần kết cấu sân tiêu năng phía bờ Nam với diện tích gần 1000 m2, chiều sâu trung
bình 2m, chỗ sâu nhất là 3,5m, nhiều vị trí khác phần bê tông mặt tràn đã bị phồng rộp
và lún sập; quan sát thấy phần cát sỏi khoan phụt xử lý nền đá bị cuốn trôi, phía dưới
nền bê tông tạo ra nhiều hang rỗng. Ngoài ra, phần xử lý tiếp giáp với lòng sông, kết
cấu bằng đá xây đã bị sập, nhiều chổ bị xói rỗng vào sân sau tràn.
Chính vì vậy việc nghiên cứu giải pháp đảm bảo an toàn cho công trình đập tràn
tháo lũ Nam Thạch Hãn, Thị xã Quảng Trị là hết sức cần thiết và cấp bách, đặc biệt
trong điều kiện Biến đổi khí hậu khắc nghiệt như hiện nay.
2. Mục tiêu của Đề tài
Mục tiêu của đề tài là phân tích, xác định nguyên nhân gây mất an toàn của
công trình đập tràn Nam Thạch Hãn để từ đó đề xuất giải pháp hợp lý đảm bảo an toàn
cho công trình.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Các đặc trưng khí tượng thủy văn, điều kiện địa hình,
địa chất, chế độ thủy lực, ổn định và thấm của tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn.
- Phạm vi nghiên cứu: Toàn bộ khu vực xây dựng công trình đầu mối, thượng
lưu, hạ lưu có ảnh hưởng do tác động của công trình.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Cách tiếp cận: Tiếp cận tổng hợp trên cơ sở khảo sát, công trình thực tế, các
tài liệu có liên quan, từ những đề tài, dự án đã được nghiên cứu trước đây.
- Phương pháp nghiên cứu:
+ Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập: Điều tra, khảo sát thực tế hiện trạng
công trình, thu thập các tài liệu, số liệu liên quan đến hiện trạng, thiết kế, thi công,
quản lý vận hành và sửa chữa công trình.
+ Phương pháp kế thừa: Kế thừa các kết quả nghiên cứu có liên quan.
+ Phương pháp tổng hợp, phân tích, đánh giá: Tổng hợp các tài liệu, số liệu đã
thu thập được như hồ sơ thiết kế, thi công, vận hành, từ đó phân tích, đánh giá hiện
trạng công trình, xác định các nguyên nhân.

+ Phương pháp thực nghiệm: Thông qua việc đo đạc thực tế trong quá trình
quản lý, vận hành công trình làm cơ sở kiểm chứng thực tế cho kết quả nghiên cứu.
+ Phương pháp sử dụng mô hình, phần mềm tính toán địa kỹ thuật để tính toán.
5. Kết quả đạt được
- Đánh giá được thực trạng và mức độ an toàn của công trình đập tràn tháo lũ
tháo lũ Nam Thạch Hãn trên cơ sở xem xét các yếu tố về thủy văn, chế độ thủy lực và
tiêu năng của công trình;kết cấu của công trình.


4
- Xác định được các nguyên nhân chính gây ra hư hỏng đối với công trình tràn
tháo lũ Nam Thạch Hãn.
- Đề xuất các giải pháp đảm bảo an toàn cho công trình đập tràn lũ Nam Thạch
Hãn.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiển
- Ý nghĩa khoa học: Luận văn đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu cả
truyền thống và hiện đại để xác định được nguyên nhân chính gây mất an toàn cho
công trình đập tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn. Đã sử dụng phần mềm địa kỹ thuật
SEEP/W trong bộ GEO-SLOPE Office để xác định mức độ thấm dưới đáy công trình
một cách chính xác.
- Ý nghĩa thực tiển: Đã đề xuất được giải pháp đảm bảo an toàn cho công trình
đập tràn Nam Thạch Hãn, góp phần để đảm bảo cấp nước tưới tiêu cho 13.867 ha đất
canh tác của 3 huyện thị (Triệu Phong, Hải Lăng, TX Quảng Trị), tạo nguồn cung cấp
cho 200 ha đất nuôi trồng thủy sản vùng đất nhiễm mặn và cấp nước sinh hoạt cho
86.000 người trong hệ thống nước sạch thị xã Quảng Trị.


5
Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐẦU MỐI CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
1.1. Tình hình xây dựng của các đập tràn dâng nước và tràn tháo lũ trên

thế giới
Theo thống kê của Uỷ ban đập nước thế giới (World Commission on Dams WCD) vào năm 1998, trên thế giới đã xây dựng được 47.655 đập cỡ lớn ở 140 nước.
Hình 1.1 biểu thị số lượng và phân bố các đập lớn tại các vùng trên thế giới [3].
China
Asia
North and
Central America
Western Europe
Afica
Eastern Europe
South America
Austral - Asia
0

5 000

10 000
15 000
Number of dams

20 000

25 000

Hình 1.1: Phân bố các đập lớn ở các vùng trên thế giới vào cuối thế kỷ XX
Thời gian xây dựng các đập dài, thường từ 5 ÷ 10 năm và trung bình mỗi năm
trên thế giới có khoảng 160 đến 320 đập được xây dựng mới. Vào những năm 70, việc
xây dựng đập tăng lên nhanh chóng; trên thế giới nhiều lúc có đến 2 hay 3 đập lớn
được hoàn thành. Hình 1.2 biểu thị tốc phát triển xây dựng các đập tại một số vùng
trên thế giới đến cuối thế kỷ XX. Vào những năm 90 trung bình mỗi năm chi phí

khoảng 2 – 46 tỉ USD để xây dựng các đập lớn, mà 4/5 số đập ở các nước đang phát
triển với kinh phí đầu tư 22 – 31 tỉ USD [3].
8 000

Asia
North America
Europe

Number of dams

7 000
6 000
5 000
4 000
3 000

Afica
South America
Austral - Asia

2 000
1 000

19
10
s
19
20
s
19

30
s
19
00
s
19
40
s
19
50
s
19
60
s
19
70
s
19
80
s
af
te
r1
99
0

be
fo
re
19

00

0

Time

Hình 1.2: Tốc độ xây dựng đập tại một số vùng đến cuối thế kỷ XX


6
Đối với Việt Nam, cho đến nay vẫn là một đất nước có nền kinh tế nông nghiệp,
tài nguyên nước có ý nghĩa quyết định trong sự phát triển bền vững của đất nước. Lịch
sử hình thành và phát triển của dân tộc Việt Nam gắn liền với sự hình thành của hệ
thống đê điều chống lũ hàng ngàn năm với hệ thông kênh rạch để mở mang vùng đất
mới, phát huy mặt lợi của nước, hạn chế mặt hại để tồn tại và phát triển. Cũng chính
nhờ lợi thế đó, một nền văn minh lúa nước đã hình thành từ nghìn năm ở Đồng bằng
sông Hồng và di cư vào Đồng bằng sông Cửu Long 300 năm trước đây.
Tuy vậy, nhưng do đặc điểm lịch sử mà sự phát triển của các hệ thống đầu mối
thuỷ lợi ở nước ta chậm hơn so với các nước phát triển trên thế giới. Từ khi nước Việt
Nam dân chủ cộng hoà ra đời nhất là sau khi hoà bình lập lại, thuỷ lợi nước ta mới
thực sự trở thành một ngành thuộc kết cấu hạ tầng kinh tế – xã hội được ưu tiên đầu tư.
Đến nay cả nước có khoảng trên 750 hồ chứa, đập cỡ vừa và lớn, trên 1000 hồ chứa,
đập cỡ nhỏ [3]. Các hệ thống thuỷ lợi của nước ta có thể kể đến như hệ thống thuỷ lợi
Đại Lải, Cấm Sơn, Kẻ Gỗ, Yên Lập, Sông Mực, Dầu Tiếng, Thạch Nham hay các
công trình sử dụng tổng hợp nguồn nước như Thuỷ điện Hoà Bình, Thác Bà, Đa Nhim,
Trị An, Yaly, Yazun Hạ, Vĩnh Sơn, Thác Mơ…
Từ đó đến nay, tốc độ xây dựng các hệ thống đầu mối thuỷ lợi, thuỷ điện nước
ta phát triển khá mạnh. Nhà nước đã tập trung đầu tư xây dựng các hồ chứa lớn đa mục
tiêu như: thuỷ điện Tuyên Quang, Cửa Đạt, Play Krông, Sê San 3, Sê San 4, Sơn La,…
sẽ nhanh chóng đưa và sử dụng trong những năm tới.

1.1.1. Một số thông số chính về các công trình thủy lợi, thủy điện hiện có ở
Việt Nam
Gắn liền với các hệ thống đầu mối thuỷ lợi nêu trên là các công trình tháo lũ
(CTTL) xã nước mặt, làm nhiệm vụ tháo phần nước lũ không thể chứa trong hồ, có khi
chúng còn được đặt ở dưới sâu và đảm nhận thêm việc tháo cạn một phần hay toàn bộ
hồ chứa khi cần thiết kiểm tra hoặc sửa chữa.
Có công trình tháo lũ hồ chứa mới làm việc được bình thường và an toàn. Vốn
đầu tư để xây dựng CTTL phụ thuộc vào quy mô và điều kiện cụ thể của từng công
trình, nói chung nó chiếm một tỷ lệ khá lớn trong tổng vốn đầu tư xây dựng hệ thống
đầu mối, có khi tới (70 ÷ 80)%. Vì vậy mà chúng thường xuyên được quan tâm cân
nhắc rất kỹ lưỡng trong thiết kế, thi công các hệ thống đầu mối thuỷ lợi.
CTTL trên các hệ thống đấu mối thuỷ lợi rất đa dạng. Bảng 1-1 thống kê chi tiết
một số thông số chính của một số CTTL ở nước ta; các hình từ Hình 1.3 đến Hình 1.6
thể hiện một số hình ảnh về các CTTL trên các hệ thống đầu mối thuỷ lợi nước ta.


7
Bảng 1-1: Một số thông số chính tràn tháo lũ của công trình thủy lợi, thủy điện có
quy mô vừa và lớn ở Việt Nam.
TT

Tên công
trình

Địa điểm

Hình thức tiêu năng

H tràn Btràn
(m)

Qxả max

(m)

(m3/s)

90

37800

1

Hoà Bình

Hoà Bình

Dốc nước, mũi phun

2

Sơn La

Sơn La

Dốc nước, mũi phun

13

90

34.780

3

Cửa Đạt

Thanh Hóa

Dốc nước, mũi phun

17

75

11600

5

Nước Trong

Quảng Ngãi

Đập tràn-Bể Tiêu Năng

14

62.5

6728

6

Yali

Gia Lai

Dốc nước, mũi phun

18.8

105

17570

7

Ayun Hạ

Gia Lai

Dốc nước, mũi phun

10.92

23

1237

8

Đồng Nai 4

ĐắcNông, L.Đồng Dốc nước, mũi phun

16

75

13300

9

Plêi Krông

Kon Tum

Dốc nước, mũi phun

18

70

6050

Kon Tum

Đập tràn, mũi phun

16.3

90

17536

11 Tuyên Quang T.Quang

Dốc nước, mũi phun

15.84

60

12484

12 Bản Vẽ

Nghệ An

Đập tràn, mũi phun

11.5

60

10500

13 Huội Quảng

Lào Cai

Đập tràn, mũi phun

13.0

90

47700

14 Cần Đơn

Bình Phước

Đập tràn-Bể Tiêu Năng

12

50

6965

15 Sê San 3A

Gia Lai, Kon Tum Đập tràn-Bể Tiêu Năng

17.76 105

1800

16 Bình Điền

T. Thiên Huế

Đập tràn, mũi phun

12.96

50

4519

17 SRêPok 3

Đak Nông

Đập tràn, mũi phun

15.5

75

12320

18 Nậm Chiến

Sơn La

Đập tràn, mũi phun

5.63

80

2387

19 Sê San 4

Gia Lai, Kon Tum Đập tràn, mũi phun

15.6

120

20090

20 Rào Quán

Quảng Trị

Dốc nước, mũi phun

5.05

80

2890

21 Thác Mơ

Bình Phước

Đập tràn-Bể Tiêu Năng

13.8

52

6100

22 Đại Ninh

Bình Thuận

Dốc nước, mũi phun

18.6

52

5676

23 Đrây Hlinh

Đắc Lắc

Dốc nước, mũi phun

3.6

480

7590

24 Thạch Nham

Quảng Ngải

Đập tràn-mũi phun

10 Sê San 3

17.400


8

Hình 1.3: Tràn tháo lũ CT thủy điện Yaly

Hình 1.4: Tràn tháo lũ CT thủy điện Trị An

(Gia Lai – Việt Nam)

Hình 1.5: Tràn tháo lũ CT thủy điện Hòa Bình

Hình 1.6: Mô hình tổng thể hồ chứa nước
Cửa Đạt

1.1.2. Nhận xét về tình hình xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện trên thế
giới và ở Việt Nam
- Về sự ra đời và tốc độ phát triển: Công trình thủy lợi đã xuất hiện từ 3000

năm trước công nguyên, phát triển theo yêu cầu của nền kinh tế và sự phát triển của
Khoa học – Kỹ thuật, bắt đầu phát triển mạnh từ nữa sau thế kỷ XX. Phát triển mạnh ở
các nước Châu Âu và Bắc Mỹ trước những năm 1980, từ năm 1980 đến nay phát triển
mạnh ở Châu Á, nhất là ở Trung Quốc. Ở Việt Nam, bắt đầu phát triển từ sau năm
1945 và phát triển mạnh từ sau những năm 1998.
- Về tính đa dạng cũng như quy mô của công trình
Có thể thấy rằng tính đa dạng về hình thức công trình ngày càng nhiều hơn,
cũng như quy mô ngày càng lớn hơn rất nhiều. Từ những đập chỉ cao vài chục mét thì
ngày nay đã có những đập cao đến vài trăm mét, tương ứng với nó thì dung tích hồ
chứa, lưu lượng xả qua các công trình tháo nước cũng tăng lên rất nhiều. Với những


9
công trình tháo nước có lưu lượng xả lớn thì việc tính toán khi thiết kế cũng như lựa
chọn hình thức công trình phải được xem xét chi tiết, kỹ lưỡng hơn để đảm bảo sự an
toàn cho cả hệ thống công trình đầu mối.
1.2. Phân tích, đánh giá các nguyên nhân mất an toàn cho công trình thủy
lợi (tập trung chủ yếu cho công trình đập tràn )
Đối với công trình thủy lợi nói chung cũng như đối với đập tràn nói riêng thì sự
cố công trình có những đặc điểm sau đây:
Do một hoặc nhiều nguyên nhân gây ra, trong đó có khảo sát (địa hình, địa chất
công trình, địa chất thủy văn, thủy văn công trình), thiết kế (thủy công, cơ khí, điện),
chế tạo, lắp đặt, thi công và quản lý khai thác. Thực tế về sự cố đã xảy ra ở các công
trình thủy lợi ở nước ta cho thấy rằng, trong các nguyên nhân đó các nguyên nhân phổ
biến là: khảo sát, thiết kế, thi công và quản lý vận hành.
Các hạng mục công trình xảy ra sự cố có cả các công trình đầu mối, hệ thống
kênh, công trình thủy công cũng như cơ điện. Sự cố lớn thường xảy ra đối với các
công trình thủy công.
Sự cố xảy ra không phải chỉ có ngay sau khi hoàn thành công trình, mà thường
là sau nhiều năm. Tuy nhiên, sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra khi gặp lũ cực

lớn và trong quá trình thi công; hoặc ở năm tích nước đầu tiên, xả lũ đầu tiên. Những
sự cố nghiêm trọng khác là do sự cố nhỏ, xảy ra từ từ nhưng không được xử lý, để tiếp
diễn lau ngày tích tiểu thành đại...
Những sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra rất đột ngột, trong một thời
gian rất ngắn, không kịp ứng phó .
Hậu quả do sự cố gây ra thường là nghiêm trọng, việc xử lý rất tốn kém, gây ra
tổn thất lớn về tính mạn, tài sản của nhân dân và tài sản quốc gia, có ảnh hưởng xấu về
kinh tế, và đối với những sự cố lớn và nghiêm trọng còn ảnh hưởng xấu đến tình hình
xã hội.
Sau đây sẽ trình bày cụ thể hơn về nguyên nhân gây ra sự cố công trình đập tràn:
1.2.1. Nguyên nhân do khảo sát
Khảo sát địa chất nền không kỹ, không đánh giá đúng các khả năng xói ngầm,
không phát hiện hết các khe nứt để xử lý, không đánh giá hết những tính chất bất lợi
của nền, ví dụ như nền đá serixit bị phong hóa rất nhanh sau khi phơi lộ ra không khí;
trong nền có các khe nứt kiến tạo không được phát hiện và xử lý, khi xây công trình
lên cũng dễ bị lún, nứt.
1.2.2. Nguyên nhân do thiết kế
Tính toán thủy văn, tính toán thủy lực chưa chính xác (đó là xác định sai lưu
lượng lũ xả, sai mực nước hạ lưu) gây ra xói hạ lưu công trình tháo lũ (CTTL); Do
chọn các hệ số không chính xác khi thiết kế (hệ số co hẹp, hệ số lưu lượng…) dẫn đến
CTTL không đủ khả năng tháo;


10
Tính toán đường viền thấm không hợp lý, do không tính hoặc tính không đúng
thấm vòng quanh bờ mà tạo nên thấm mạnh quá giới hạn mở mang tràn; hiện tượng
này gây xói ngầm ở mang tràn, mất nước;
Tính toán thiết kế chưa xét hết các trường hợp bất lợi của công trình, trong đó
có các trường hợp thiết bị chống thấm bị hư hỏng, thiết bị thoát nước bị tắc, trường
hợp có động đất theo các hướng khác nhau, dẫn đến các hư hỏng do dòng thấm ở nền:

Dòng thấm gây xói ngầm cơ học (đối với nền đất), xói ngầm hóa học (đối với nền đá)
làm cho nền bị rỗng cục bộ, kết cấu phần trên (ngưỡng tràn, tường chắn, dốc nước...)
bị nghiêng, lật, nứt. Thiết bị chống thấm trong nền bị hư hỏng làm tăng áp lực đẩy nổi
lên đáy đập tràn, trong những điều kiện nhất định có thể làm cho ngưỡng tràn bị phá
hoại (lật, trượt...).
Tính toán chưa đánh giá đầy đủ khả năng nền bị lún, lún không đều làm
nghiêng, lật công trình. Tính toán ổn định mái: Số liệu đầu vào không đầy đủ và chính
xác (về địa tầng, mực nước ngầm, chỉ tiêu cơ lý của lớp đất, không khảo sát cập nhật
số liệu mới...), sơ đồ tính toán chưa phản ánh đúng thực tế, chưa xét hết các trường
hợp bất lợi, đặc biệt là khi mưa lớn kéo dài làm giảm khả năng chống trượt của mái.
Các thông số để tính toán áp lực lên kết cấu lấy không chính xác (tài liệu về đất
đắp, đất nền), chưa mô phỏng đúng sơ đồ kết cấu, chưa tính hết các trường hợp làm
việc bất lợi khi tính kết cấu, bố trí ống thép theo kinh nghiệm, không thông qua tính
toán, thiếu bản vẽ chi tiết về ống thoát nước, tầng lọc ở tường chắn... dẫn đến các sự cố
công trình do nguyên nhan về vật liệu, kết cấu như gãy đổ, nứt bản các kết cấu, bong
tróc lớp bê tông bảo vệ để lộ cốt thép, kết cấu bị sạt trượt, nghiêng, lật...
1.2.3. Nguyên nhân do thi công:
Đơn vị thi công không thực hiện nghiêm chỉnh các yêu cầu trong bản vẽ thiết kế
và hướng dẫn thi công, các đơn vị giám sát không thực hiện đầy đủ trách nhiệm, để lọt
các sai sót trong thiết kế và thi công, không nghiêm túc trong kiểm định và nghiệm thu.
Một số sai sót hay gặp khi thi công tràn xả lũ: Chưa kiểm soát chặt chẽ kích
thước và độ bền vật liệu làm bể tiêu năng, sân sau; Thi công tầng lọc dưới bể tiêu
năng không được kiểm soát chặt chẽ, dẫn đến tầng lọc bị tắc, làm tăng áp lực đẩy
ngược lên công trình; Đắp đất 2 bên tường cánh hạ lưu không đạt độ chặt yêu cầu; Gia
cố mái hai bên tường cánh hạ lưu không đạt yêu cầu thiết kế; Các phế thải xây dựng
còn tồn đọng ở thiết bị tiêu năng. Đặt cốt thép tường, bản đáy không đúng theo yêu
cầu thiết kế, kích thước tường, bản đáy, mác vật liệu (bê tông) tường, bản đáy không
đạt yêu cầu, đất đắp hố móng, lưng tường chắn không đầm chặt theo yêu cầu kỹ thuật;
Trong khi xử lý nền : Bóc bỏ chưa hết các lớp yếu, không phát hiện và xử lý hết các
khe nứt kiến tạo, hoặc có xử lý, nhưng chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

11
1.2.4. Nguyên nhân do Quản lý vận hành
Không có quy trình vận hành; Có quy trình vận hành nhưng không đầy đủ và
chặt chẽ, người vận hành có thể áp dụng tùy tiện; Hoặc có quy trình vận hành tốt
nhưng người vận hành không tuân thủ đầy đủ;
Không tổ chức bảo vệ công trình một cách nghiêm ngặt, để cho dân tự ý chăn
thả gia súc, đào bắt thủy sản ở khu vực bể tiêu năng, sân sau làm cho công trình bị biến
dạng, dẫn đến bị xói lở khi CTTL làm việc; Không kịp thời kiểm tra và khắc phục
những hư hỏng nhỏ ở hệ thống tiêu năng trước khi mùa lũ đến.
Chưa thực hiện thường xuyên công tác quan trắc, giám sát sự làm việc của vật
liệu, kết cấu. Hoặc khi phát hiện ra hư hỏng, sự cố nhỏ không kịp thời khắc phục;
Không phát hiện kịp thời và xử lý phù hợp các ẩn họa trong nền và thân đập.
Kết cấu hạng mục công trình chịu tải vượt quá thiết kế.
1.3. Cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế công trình
Để tính toán thiết kế đập tràn tháo lũ, ngoài công tác khảo sát địa hình, địa chất,
cần phải tính toán thủy văn, thủy lực, thủy công, biện pháp tổ chức thi công. Dưới đây
chỉ trình bày một số nội dung về tính toán thủy văn, thủy lực, ổn định liên quan đến
nội dung tính toán trong luận văn.
1.3.1. Tính toán thủy văn
Nhiệm vụ của tính toán thủy văn là dự báo các đặc trưng thủy văn có thể xảy ra
cho công trình trong thời gian thi công và vận hành, cung cấp cơ sở cho thiết kế công
trình [4].
1.3.1.1. Tính toán lưu lượng đỉnh lũ:
Lưu lượng đỉnh lũ được tính toán theo phương pháp truyền thống và phương
pháp sử dụng mô hình; trong phạm vi luận văn, kế thừa tài liệu thủy văn được tính
toán theo truyền thống.
Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tại tuyến đập Nam Thạch Hãn được tính toán theo
hai phương pháp:

Theo phương pháp Triết giảm.
Lưu vực tương tự được chọn là lưu vực trạm thủy văn Gia Vòng trên sông Bến
Hải, diện tích lưu vực là Fa = 267 km2. Tại đây đo dòng chảy từ 1977 đến nay (2015),
chất lượng tài liệu tốt. Tại Gia Vòng đã tính được các giá trị lưu lượng đỉnh lũ ứng với
các tần suất thiết kế, trên cơ sở kết quả phân tích tần suất, dựa vào số liệu thực đo thời
kỳ 1977-2015. Sử dụng kết quả lưu lượng lũ theo tần suất thiết kế trạm Giá Vòng thu
phóng về lưu vực khu giữa đập Nam Thạch Hãn - Đăk Rông 2 - Hạ Rào Quán với hệ
số triết giảm n=0.25 (QP.TL.C-6-77).
Từ kết quả tính toán lũ cho khu giữa, kết hợp với quá trình xả lũ từ thủy điện
Hạ Rào Quán và Đăk Rông 2 tính toán được lưu lượng đỉnh lũ theo tần suất thiết kế tại
tuyến đập Nam Thạch Hãn.


12
Phương pháp : Tính theo công thức Xôkôlôpski
Qmaxp = 0.278**(Ht - Ho)*f*F/tl + Qng
Trong đó:
 : Hệ số dòng chảy lũ, theo khu vực.
Ht : Lượng mưa tính toán (mm).
Ho : Lớp nước tổn thất ban đầu.
f : Hệ số hình dạng lũ, theo lưu vực tương tự.
F : Diện tích lưu vực (km2).
tl : Thời gian lũ lên (giờ).
Qng : Lưu lượng nước trong sông trước khi có lũ, có thể lấy bằng lưu lượng
bình quân nhiều năm đối với lưu vực lớn, hoặc có thể bỏ qua đối với lưu vực bé.
So sánh kết quả tính toán Qmax.p để chọn lưu lượng đỉnh lũ
1.3.1.2. Xác định quan hệ Q ~ F(Z) hạ lưu tràn xả lũ.
Đường quan hệ Q = f(Z) được xây dựng dựa vào mặt cắt ngang tại tuyến đập,
tính toán lưu lượng Q tương ứng với cấp mực nước trong công thức thủy lực :
1

..R 2 / 3 .J 1 / 2
n

(1-1)

Q =  n . .m.B 2 g H 3 / 20

(1-2)

Q=

Trong đó:
Q: Lưu lượng ứng với mực nước (m3/s)
n: Hệ số nhám lòng sông
R: Bán kính thuỷ lực
: Diện tích mặt cắt ngang ứng với các cấp mực nước (m2)
J: Độ dốc mặt nước (‰),
So sánh kết quả tính toán lưu lượng ứng với các cấp mực nước được so sánh với
số liệu quan trắc thực tế; Nhận xét kết quả tính toán và đề xuất quan hệ Q = f(Z) dùng
trong tính toán thủy lực công trình .
1.3.2. Tính toán thủy lực cho tràn tháo lũ
Theo Quy trình tính toán thủy lực đập tràn theo TCVN 9147:2012 [5]; nội dung
tính toán gồm Xác định khả năng tháo của đập tràn; hình thức nối tiếp và tiêu năng sau
đập tràn.
1.3.2.1. Xác định khả năng tháo của đập tràn:
Lưu lượng chảy qua đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập tính theo biểu thức:
Trong đó:
− B=∑ b;
− B - tổng chiều rộng nước tràn;
− b - chiều rộng mỗi khoang cửa;

−  - hệ số co hẹp bên;


13
− m – hệ số lưu lượng
− H0: cột nước trên đỉnh đập tràn có kể đến lưu tốc tiến gần.
Muốn tính Q theo biểu thức (1-2), cần phải xác định được các hệ số  và m .
- Hệ số co hẹp bên  : Tùy thuộc vào dạng mép vào của trụ biên và hình dạng
của trụ pin;
- Hệ số lưu lượng m : Theo N.N.Palôpxki, hệ số lưu lượng của đập tràn tính
theo biểu thức m= mr.H.d
Trong đó : mr – hệ số lưu lượng dẫn xuất, xác định bằng thí nghiệm;
H - hệ số hiệu chỉnh cột nước, vì khi thiết kế mặt cắt đập dùng Htk,
khi làm việc thì cột nước H trên đỉnh đập thay đổi;
d – hệ số hình dạng.
1.3.2.2. Hình thức nối tiếp và tiêu năng sau đập tràn:
a. Hình thức nối tiếp:
Dòng chảy từ thượng lưu qua ngưỡng tràn nối tiếp với dòng chảy ở hạ lưu công
trình bằng các hình thức khác nhau: nối tiếp chảy đáy, nối tiếp chảy mặt, nối tiếp dòng
phun;

Hình 1.7:Các hình thức nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu
Dòng chảy ở trạng thái chảy đáy (hình 1.7b), lúc đó có thể là nước nhảy ngập
hoặc nhảy xa. Dòng chảy mặt không ngập (hình 1.7c). Dòng chảy mặt ngập (hình
1.7d). Dòng chảy ở hạ lưu là dòng chảy phóng xa (hình 1.7e).
Dòng chảy sau khi qua đập tràn xuống hạ lưu có năng lượng rất lớn, thường
dùng biện pháp tiêu hao năng lượng bằng ma sát nội bộ dòng chảy để giảm khả năng
xói lỡ dòng sông và dùng hình thức phóng xa làm cho nước hỗn hợp và ma sát với
không khí có tác dụng tiêu hao năng lượng và giảm xói lở. Để đạt được các mục đích ở
trên, thường dùng các hình thức tiêu năng sau đây: tiêu năng dòng đáy; tiêu năng dòng

mặt; tiêu năng dòng mặt ngập; tiêu năng phóng xa. Nguyên lý cơ bản của các hình