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

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

MAI LÂM TUẤN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN QUY MƠ CƠNG TRÌNH
DẪN DỊNG THI CƠNG TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH
THỦY LỢI THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2019


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

MAI LÂM TUẤN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN QUY MƠ CƠNG TRÌNH
DẪN DỊNG THI CƠNG TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH
THỦY LỢI THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

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

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS NGUYỄN QUANG CƯỜNG

2. PGS.TS LÊ VĂN HÙNG

HÀ NỘI, NĂM 2019


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

Mai Lâm Tuấn

i


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

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

ii


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

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


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

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

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


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

v


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

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

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

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

vii


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

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

viii


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

Danh mục các từ viết tắt

CFRD
LSTH
LSTN
MNHL
MNTL
QCVN

RCC
TCVN
TNMH
QP%
Qtk
2.

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

Giải thích các thuật ngữ

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

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

ix


MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của luận án

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

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


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

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

2


2.

Mục tiêu nghiên cứu

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

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

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

Nội dung nghiên cứu

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

3


5.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

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

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

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

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


7.

Cấu trúc luận án

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

5


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

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

6


-

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

-

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

-

Cơng trình dẫn dịng đơn giản, khối lượng cơng trình nhỏ, giá thành hạ, thi cơng
thuận tiện, tốc độ nhanh.

-

Thỏa mãn yêu cầu các thành phần kinh tế.

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

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

-

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

-

Tính tốn thủy lực và điều tiết dịng chảy, xác định được quy mơ cơng trình tháo
nước và ngăn nước cho phương án dẫn dịng;

-

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

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

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


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

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

8


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

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


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

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

10


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

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

11


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

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

12


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

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


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

Q trình dẫn dịng diễn ra đúng với tính tốn thiết kế, dẫn dịng thi cơng cơng trình an
tồn, hiệu quả.
Ngồi ra cịn nhiều cơng trình khác ở Việt Nam dùng hình thức cống dẫn dịng như
Tun Quang (Hình 1.2) [19], Bình Điền (Hình 1.3) [21], Bản Chát, Bản Vẽ. Ở Trung
Quốc có trạm thủy điện Giá Lâm, Bạch Liên Hà [5].

Hình 1.1. Cơng trình thủy điện Sơn La - Mặt cắt dọc cống dẫn dịng

Hình 1.2. Cơng trình thủy điện Tun Quang - Mặt cắt ngang cống dẫn dịng thi cơng

14