Nghiên cứu các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích của các hồ chứa ở tỉnh nghệ an nhằm đáp ứng sự phát triển kinh tế xã hội và thích ứng với sự biến đổi khí hậu

LỜI CẢM ƠN
Với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Cơng trình
trường Đại học Thuỷ Lợi, cùng các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình
đến nay Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “Nghiên cứu các giải pháp nâng cao
dung tích hữu ích của các hồ chứa ở tỉnh Nghệ An nhằm đáp ứng sự phát triển
kinh tế xã hội và thích ứng với sự biến đổi khí hậu” đã được hồn thành.
Tác giả xin tỏ lịng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá nhân
đã truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố.
Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phạm Ngọc Quý
và PGS.TS. Đỗ Tất Túc người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả
trong quá trình thực hiện luận văn này.
Với thời gian và trình độ cịn hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi những
thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy
cơ giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp.
Luận văn được hồn thành tại Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy Lợi.
Hà Nội, tháng 08 năm 2013
Tác giả luận văn

LÊ QUỐC TUẤN


BẢN CAM KẾT
Tên tôi là: Lê Quốc Tuấn
Học viên lớp: 19C21-NA
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Những nội dung
và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai cơng bố trong bất
kỳ cơng trình khoa học nào.
Hà Nội, tháng 08 năm 2013
Tác giả luận văn

LÊ QUỐC TUẤN

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
T
1
3

T
1
3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HỒ CHỨA .......................................3
T
1
3

T
1
3

1.1. Nhiệm vụ, vai trò, yêu cầu hồ chứa .....................................................................3
T
1
3

T
1
3

1.2. Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới và Việt Nam .............................3
T
1
3

T
1
3

1.2.1. Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới ................................................3
T
1
3

T
1
3

1.2.2. Tình hình xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam ................................................5
T
1
3

T
1
3

1.3. Những đặc điểm hồ chứa nước ở Nghệ An ..........................................................7
T
1

3

T
1
3

1.3.1. Khái quát ...........................................................................................................7
T
1
3

T
1
3

1.3.2. Đặc điểm ...........................................................................................................8
T
1
3

T
1
3

1.4. Những nghiên cứu của các tác giả trong và ngồi nước về việc nâng cao dung
T
1
3

tích hữu ích ................................................................................................................10

T
1
3

1.4.1. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp với mở rộng khẩu độ tràn. .............................11
T
1
3

T
1
3

1.4.2. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp thay tràn khơng có cửa van bằng tràn có cửa
T
1
3

van. ............................................................................................................................11
T
1
3

1.4.3. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp làm thêm tràn phụ, tràn sự cố. .......................11
T
1
3

T
1

3

1.4.4. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp thay đổi kiểu tràn thẳng sang tràn ziczắc. .....21
T
1
3

T
1
3

1.4.5. Kết luận ...........................................................................................................30
T
1
3

T
1
3

CHƯƠNG II: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NHỮNG THÁCH THỨC ĐẶT RA ĐỐI
T
1
3

VỚI HỒ CHỨA ........................................................................................................32
T
1
3

2.1. Nội dung kịch bản biến đổi khí hậu ...................................................................32
T
1
3

T
1
3

2.1.1. Kịch bản biến đổi khí hậu ...............................................................................32
T
1
3

T
1
3

2.1.2. Tác động của biến đổi khí hậu đối với sự an tồn hồ chứa .............................32
T
1
3

T
1
3

2.2. Những thách thức đặt ra do biến đổi khí hậu đối với các hồ chứa.....................35
T
1

3

T
1
3

2.2.1. Diễn biến các yếu tố khí hậu thuỷ văn ............................................................35
T
1
3

T
1
3

2.2.2. Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng .................................................37
T
1
3

T
1
3

2.2.3. Phân tích ảnh hưởng của BĐKH đến dung tích hữu ích của hồ chứa ............39
T
1
3

T

1
3

2.3. Kết luận ..............................................................................................................42
T
1
3

T
1
3

CHƯƠNG III: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH HƯU ÍCH CỦA HỒ
T
1
3

CHỨA NƯỚC Ở NGHỆ AN ....................................................................................43
T
1
3

3.1. Đặc điểm tự nhiên, dân sinh kinh tế xã hội Nghệ An ........................................43
T
1
3

T
1
3

3.1.1. Đặc điểm tự nhiên ...........................................................................................43
T
1
3

T
1
3

3.1.2. Tình hình dân sinh kinh tế xã hợi ....................................................................44
T
1
3

T
1
3

3.2. u cầu tăng dung tích hữu ích hồ chứa ở Nghệ An .........................................46
T
1
3

T
1
3

3.3. Tiêu chuẩn giải pháp lựa chọn ...........................................................................50

T
1
3

T
1
3

3.4. Các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích .........................................................50
T
1
3

T
1
3

3.4.1. Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp chuyể n hình thức ngưỡng tràn đỉnh rộng
T
1
3

sang tràn thực dụng ...................................................................................................51
T
1
3

3.4.2. Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp mở rộng bề rộng tràn ............................53
T
1

3

T
1
3

3.4.3. Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp chuyển hình thức tràn thực dụng sang
T
1
3

tràn zích zắc ...............................................................................................................54
T
1
3

3.4.4. Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp chuyển tràn tự do sang tràn có cửa van .57
T
1
3

T
1
3

3.4.5. Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp làm thêm tràn phụ .................................58
T
1
3

T
1
3

3.4.6. Nâng cao trình ngưỡng tràn + Nâng cao đập kết hợp với làm tường chắn sóng
T
1
3

...................................................................................................................................67
3.4.7. Kết hợp các giải pháp với nhau .......................................................................70
T
1
3

T
1
3

3.5. Kết luận ..............................................................................................................70
T
1
3

T
1
3

CHƯƠNG IV. ÁP DỤNG TÍNH TỐN CHO HỒ CHỨA NƯỚC VỰC MẤU ..... 71
4.1. Giới thiệu chung về cơng trình ...........................................................................71

T
1
3

T
1
3

4.2. u cầu đặt ra .....................................................................................................76
T
1
3

T
1
3

4.3. Tính tốn các giải pháp ......................................................................................76
T
1
3

T
1
3

4.3.1. Nâng ngưỡng tràn và mở thêm tràn có cửa van bên cạnh ...............................76
T
1
3

T
1
3

4.3.2. Nâng ngưỡng tràn và mở thêm tràn tự do .......................................................79
T
1
3

T
1
3

4.3.3. Nâng ngưỡng tràn và mở thêm tràn ngưỡng zích zắc kiểu mỏ vịt ..................79
T
1
3

T
1
3

4.4. Lựa chọn giải pháp .............................................................................................81
T
1
3

T
1

3

4.5. Kết luận ..............................................................................................................82
T
1
3

T
1
3

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................84
T
1
3

T
1
3

1. Kết quả đạt được của luận văn. .............................................................................84
T
1
3

T
1
3

2. Những tồn tại của luận văn ...................................................................................84

T
1
3

T
1
3

3. Kiến nghị ...............................................................................................................85
T
1
3

T
1
3

TÀI LIỆU THAM KHẢO
T
1
3

T
1
3

T
1
3

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Thống kê theo dung tích hồ chứa phục vụ tưới của tổng cục thuỷ lợi .......7
Bảng 1-2: Thông số cơ bản một số đập tràn labyrinth đã xây dựng trên thế giới. ....24
Bảng 2.1. Lượng mưa trung bình 5 ngày max các thời kỳ so với trung bình nhiều
năm (ngày càng tăng): ...............................................................................................36
Bảng 2.2: Sự biến đổi của dòng chảy năm (Q 0 ), Qmax, Qmin qua các thời kỳ. Tại
R

R

trạm Dừa (F=20800km2) ...........................................................................................37
P

P

Bảng 2-3: Mức tăng nhiệt độ trung bình (0C) so với thời kỳ 1980-1999 ở vùng Bắc
P

P

Trung Bộ theo kịch bản phát thải trung bình (B2) ....................................................38
Bảng 2-4: Mức thay đổi lượng mưa (%) so với thời kỳ 1980-1999 ở vùng Bắc
Trung Bộ theo kịch bản phát thải khí trung bình (B2) ..............................................38
Bảng 2-5: Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1980-1999 ..............................39
Bảng 3-1: Chỉ tiêu tăng trưởng GDP của tỉnh Nghệ An ...........................................46
Bảng 3-2: Yều cầu dùng nước của một số khu công nghiệp ....................................47
Bảng 3-3. Nhu cầu tăng dung tích hữu ích của các hồ chữa ở Nghệ An ..................49
Bảng 3-4: Hệ số tăng lưu lượng n cuả tràn piano key A so với tràn Creager ...........55
Bảng 3-5: Hệ số tăng lưu lượng (n) của tràn piano key B so với tràn Creager ........56

Bảng 4-1: Mơ hình lũ đến với tần suất P=1%, P=0.2% ............................................73
Bảng 4-2: Quan hệ mực nước và dung tích hồ Vực Mấu .........................................75
Bảng 4-3: Bảng so sánh kết quả tính tốn điều lũ các giải pháp ..............................81


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Hồ chứa nước Gileppe (Bỉ) .......................................................................4
Hình 1-2: Hồ chứa nước Vực Mấu–Nghệ an ..............................................................6
Hình 1-3: Hồ chứa nước Kim Sơn–Hà Tĩnh ...............................................................6
Hình 1-4: Vị trí các hồ chứa ở Nghệ An .....................................................................8
Hình 1-5: Tràn sự cố kiểu tự do ................................................................................13
Hình 1-6: Tràn sự cố hồ chứa nước Thanh Lanh - Vĩnh Phúc..................................14
Hình 1-7: Tràn sự cố hồ chứa nước Ao Châu - Phú Thọ .......................................14
Hình1-8: Tràn sự cố kiểu đập đất để gây vỡ hoặc tự do ...........................................15
Hình 1-9. Tràn sự cố kiểu tự vỡ ở Hồ Nam Sơn - Triết Giang - Trung Quốc ..........17
Hình 1-10. Cắt dọc tràn sự cố hồ Easoup thượng .....................................................17
Hình 1-11: Cắt dọc tràn sự cố hồ Kè Gỗ - Hà Tĩnh ..................................................19
Hình 1-12: Tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ ở Hồ Cương Nam - Trung Quốc...........20
Hình 1-13: Tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ ở Hồ Sơn Hà - Trung Quốc ..................20
Hình 1-14: Tràn zích zắc - Mỹ (nhìn từ hạ lưu) ........................................................22
Hình 1-15: Hình thức cấu tạo tràn labyrinth kiểu ngưỡng răng cưa .........................23
Hình 1-16: Mặt bằng các dạng ngưỡng tràn đặc biệt ................................................23
Hình 1-17: Mơ hình tràn Sơng Móng (nhìn từ thượng lưu) ......................................26
Hình 1-18: Mơ hình 1/2 tràn Phước Hịa (nhìn từ thượng lưu) ................................26
Hình 1-19: Đập tràn phím Piano Maguga ở Xoa zi lân ............................................27
Hình 1-20: Đập tràn phím Piano Liege ở Bỉ ............................................................28
Hình 1-21: Đập tràn phím Piano Goulou ở Pháp ......................................................28
Hình 1-22: Mơ hình đập tràn phím Piano Văn Phong ở Việt Nam ..........................28
Hình 1-23: Hai mơ hình nghiên cứu đập tràn phím Piano của giáo sư F. Lempérière
...................................................................................................................................29

Hình 1-24: Thi cơng tràn phím đàn- ống dẫn khí đặt dưới console hạ lưu ...............30
Hình 2-1: Hiệu ứng nhà kính ....................................................................................32
Hình 2-2: Xu thế biến đổi nhiệt độ trung bình năm tại trạm Đơ Lương ...................35
Hình 2-3: Xu thế biến đổi lượng mưa trung bình năm tại trạm Vinh .......................36
Hình 2-4: Xu thế biến đổi lượng mưa 5 ngày max trạm Đơ Lương .........................36
Hình 2-5: Xu thế biến đổi của dòng chảy năm (Q 0 ), Qmax, Qmin tại trạm Dừa .....37
Hình 3-1: Phân bố lao động ở tỉnh Nghệ an.............................................................44
Hình 3-2: Tỷ trọng các ngành ở Nghệ an ..................................................................45
Hình 3-3: Mặt cắt ngưỡng tràn đỉnh rộng .................................................................51
R

R


Hình 3-4: Mặt cắt của ngưỡng tràn thực dụng Ơphixêrơp ........................................52
Hình 3-5: Mặt bằng và cắt dọc ngưỡng tràn khi được nâng cao, mở rộng ...............53
Hình 3-6: Cắt ngang ngưỡng tràn thực dụng ............................................................54
Hình 3-7: Mặt bằng và cắt ngang ngưỡng tràn zích zắc ...........................................54
Hình 3-8: Quan hệ giữa lưu lượng và mực nước của hình thức A, B và tràn
Creager......................................................................................................................56
Hình 3-9: Chuyển hình thức tràn tự do sang tràn có cửa van ...................................57
Hình 3-10: Tổ hợp các hình thức kết cấu của tràn chính và tràn phụ ......................59
Hình 3-11: Đường q trình xả lũ khi tràn chính và .................................................59
tràn phụ đều khơng có cửa ........................................................................................59
Hình 3-12: Đường q trình xả khi tràn chính tự do và tràn phụ kiểu tấm gập nhanh
hoặc đập tự vỡ ( Trường hợp 1) ................................................................................60
Hình 3-13: Đường q trình xả khi tràn chính tự do và tràn phụ kiểu tấm gập ........61
(Trường hợp 2) ..........................................................................................................61
Hình 3-14: Đường q trình xả khi tràn chính là tràn tự do và tràn phụ kiểu bản lệch
trục ngang (Trường hợp 1) .......................................................................................62

Hình 3-15: Đường quá trình xả khi tràn chính tự do và tràn phụ kiểu bản lệch trục
ngang (Trường hợp 2) ..............................................................................................62
Hình 3-16: Đường quá trình xả lũ khi tràn chính có cửa và tràn phụ tự do ..............63
Hình 3-17: Đường q trình xả khi tràn chính cócửa van và tràn phụ kiểu tấm gập
nhanh hoặc đập tự vỡ ( Trường hợp 1) .....................................................................64
Hình 3-18: Đường quá trình xả khi tràn chính cócửa van và tràn phụ kiểu tấm gập
nhanh hoặc đập tự vỡ ( Trường hợp 2) .....................................................................65
Hình 3-19: Đường q trình xả khi tràn chính có cửa van và tràn phụ kiểu bản lệch
trục ngang (Trường hợp 1) .......................................................................................65
Hình 3-20: Đường quá trình xả khi tràn chính có cửa van và tràn phụ kiểu bản lệch
trục ngang (Trường hợp 2) .......................................................................................66
Hình 3-21: Lắp ghép cửa van phụ ở phía trên...........................................................68
Hình 3-22: Áp trúc mái thượng lưu đập ...................................................................68
Hình 3-23: Áp trúc mái thượng hạ lưu đập ..............................................................68
Hình 3-24: Áp trúc mái thượng thượng hạ lưu đập .................................................69
Hình 4-1: Mặt bằng vị trí hồ Vực Mấu .....................................................................71
Hình 4-2: Cắt dọc và mặt bằng tràn xả lũ hồ Vực Mấu ............................................72
Hình 4-3: Đường quá trình lũ đến (Q đến ∼T), P=1% hồ Vực Mấu ...........................74
R

R


Hình 4-4: Đường quá trình lũ đến (Q đến ∼T), P=0,2% hồ Vực Mấu ........................75
R

R

Hình 4-5. Đường quan hệ mực nước và dung tích trữ hồ Vực Mấu (Z ∼W) ............75
Hình 4-6. Biểu đồ quá trình điều tiết lũ kết hợp tràn phụ có cửa van .......................77

Hình 4-7: Bố trí mặt bằng tràn xả lũ khi mở rộng ....................................................78
Hình 4-8: Chính diện thượng hạ lưu tràn sau khi mở rộng .......................................78
Hình 4-9: Biểu đồ quá trình điều tiết lũ kết hợp tràn phụ là tràn tự do.....................79
Hình 4-10: Biểu đồ quá trình điều tiết lũ kết hợp tràn phụ là tràn zích zắc ..............80
Hình 4-11: Bố trí tràn zích zắc hồ Vực Mấu .............................................................81


1
MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Số lượng cơng trình hồ đập lớn, vừa và nhỏ được xây dựng trong vùng Nghệ
An trong những năm qua lên đến hàng trăm cơng trình. Bên cạnh những hồ chứa đã
xuống cấp cần sửa chữa lại để đảm bảo ổn định là các hồ chứa cần phải nâng cao
dung tích hữu ích để đáp ứng sự phát triển kinh tế xã hội và biến đổi khí hậu.
Kinh tế xã hội tỉnh Nghệ An đang phát triển mạnh mẽ, nhu cầu cấp nước cho
sinh hoạt, chăn nuôi tăng lên, các khu công nghiệp mọc ra hàng năm. Nông dân
đang được tiếp cận với những giống cây trồng mới có năng suất cao, biện pháp canh
tác thâm canh tăng vụ đòi hỏi lượng nước dùng cao hơn, bên cạnh là sự biến đổi khí
hậu có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số tưới cây trồng và lượng nước đến hồ. Vấn đề
phát triển du lịch cũng đặt ra đối với các hồ chứa có mực nước chết thấp, hiện nay
tần suất đảm bảo cấp nước tăng từ 75% lên 85% có ảnh hưởng đáng kể đến lượng
nước tưới. Để đáp ứng được các yêu cầu đặt ra cần phải nâng cao dung tích hữu ích
của các hồ chứa.
Các biện pháp xử lý để nâng cao dung tích hữu ích hiện nay chủ yếu là nâng
cao ngưỡng tràn kết hợp với mở rộng khẩu độ tràn và tơn cao đỉnh đập. Việc nâng
cao trình đỉnh đập có ảnh hưởng đến cơng tác đền bù giải phóng mặt bằng hoặc phải
làm thêm các đập phụ chống lũ. Nghiên cứu tính tốn giải pháp nâng cao dung tích
hữu ích hồ chứa trong khi giữ ngun cao trình đỉnh đập là một bài tốn vừa đảm
bảo tính kỹ thuật và kinh tế.
Vì vậy đề tài "Nghiên cứu các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích của các hồ

chứa ở tỉnh Nghệ An nhằm đáp ứng sự phát triển kinh tế xã hội và thích ứng với sự
biến đổi khí hậu" là rất cần thiết và cấp bách.
II. Mục đích của đề tài:
- Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến hồ chứa nước.
- Nghiên cứu các phương pháp tính tốn và giải pháp nâng cao dung tích hữu
ích hồ chứa nước.
- Áp dụng tính tốn cho hồ chứa nước cụ thể
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu


2
- Thu thập tài liệu về dân sinh, kinh tế và xã hội vùng Nghệ An (khu vực thực
hiện đề tài).
- Điều tra, khảo sát và đánh giá cơng trình (hồ chứa) cần nâng cao dung tích
hữu ích trong khu vực dự án.
- Nghiên cứu các lý do cần phải nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa nước.
- Phân tích định tính và định lượng các cơng thức, phương pháp tính tốn tràn
xả lũ. Lựa chọn các cơng thức, phương pháp tính tốn phù hợp.
- Tính tốn ứng dụng, phân tích so sánh và rút ra kết luận.
IV. Kết quả dự kiến đạt được
- Đề ra giải pháp hợp lý cho việc thiết kế nâng cao dung tích hữu ích của hồ
chứa nước.
- Tính tốn áp dụng cụ thể cho hồ chứa nước Vực Mấu
- Kết quả nghiên cứu được trình bày dưới dạng các đồ thị và biểu đồ
- Kết luận và kiến nghị.
V. Ý Nghĩa khoa học, kinh tế và xã hội
5.1 Ý Nghĩa khoa học
Kết quả của luận văn sẽ được sử dụng như là một tài liệu tham khảo cho việc
tính tốn các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa nước.
5.2 Ý Nghĩa kinh tế - Xã hội

Kết quả của luận văn có thể giúp cho các nhà thiết kế lựa chọn được giải
pháp hợp lý nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa nước vừa đảm bảo kỹ thuật và kinh
tế áp dụng cho các hồ chứa ở tỉnh Nghệ An. Từ đó có thể giảm thiểu được cơng tác
đền bù giải phóng mặt bằng, tiết kiệm ngân sách quốc gia.
VI. Bố cục của luận văn
Mở đầu
Chương I. Tổng quan về xây dựng hồ chứa
Chương II. Biến đổi khí hậu và những thách thức đặt ra đối với hồ chứa
Chương III. Các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa nước ở Nghệ An
Chương IV. Áp dụng tính tốn cho hồ chứa nước Vực Mấu
Kết luận và kiến nghị
Phụ lục


3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HỒ CHỨA
1.1. Nhiệm vụ, vai trò, yêu cầu hồ chứa
Hiện nay nước ta đã xây dựng và đưa vào khai thác 6648 hồ chứa các loại, với
tổng dung tích theo thiết kế là 49,88 tỷ m3 nước. Trong tổng số 2198 hồ chứa có
P

P

dung tích lớn hơn 200 nghìn m3 nước, nhiều hồ có dung tích từ vài chục đến vài
P

P

trăm triệu m3 nước. Hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước tưới phục vụ cho sản xuất trong
P

P

mùa khô, cấp nước sinh hoạt cho con người và vật nuôi, cắt lũ trong mùa mưa lũ,
phát điện và bổ sung nước mùa kiệt cho hạ du để đẩy mặn, cải tạo môi trường sinh
thái.
Hồ chứa đóng vai trị rất quan trọng trong việc bảo vệ, cải tạo mơi trường sinh
thái. Góp phần quan trọng vào việc xố đói giảm nghèo, xây dựng nơng thơn mới.
Tăng năng suất, ổn định sản lượng lúa, đảm bảo an ninh lương thực và góp phần
xuất khẩu. Tạo điều kiện đa dạng hố cây trồng và vật ni chun canh.
Đa số các đập đất được xây dựng từ những năm 70-80, đến nay do thời gian sử
dụng lâu năm và tác động của thời tiết nên các cơng trình đã bị xuống cấp nghiêm
trọng. Hiện nay do điều kiện kinh tế xã hội ngày càng phát triển, dân số tăng, nhu
cầu cấp nước sinh hoạt, chăn nuôi, công nghiệp và điện năng tăng cao. Khoa học
công nghệ đang phát triển mạnh mẽ, nhiều giống cây trồng năng suất cao được đưa
vào sử dụng kết hợp với các biện pháp thâm canh tăng vụ đem lại năng suất cao cho
nông dân. Điều kiện khí hậu ngày càng diễn biến phức tạp, lượng nước mưa có xu
hướng tăng trong mùa mưa và giảm trong mùa khô. Những vấn đề trên đã và đang
đặt ra các yêu cầu đối với các hồ chứa là cần phải sửa chữa nâng cấp để đảm bảo ổn
định chống lũ, tăng dung tích hữu ích đáp ứng tốt hơn nhu cầu cấp nước, phát điện
góp phần vào công cuộc xây dựng và phát triển đất nước.
1.2. Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới và Việt Nam
1.2.1. Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới
Hồ chứa chiếm một vị trí quan trọng trong việc điều chỉnh dòng chảy, điều tiết
lưu lượng. Yêu cầu xây dựng hồ chứa phải đảm bảo an toàn và kinh tế.


4
Hồ chứa nước trên thế giới được xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong
phú. Đến nay trên thế giới đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích trên 100 triệu mét

nước mỗi hồ với tổng dung tich các hồ là 4.200 tỷ mét khối.
Theo tiêu chí phân loại của uỷ ban Quốc tế về đập lớn (ICOLD), hồ có dung
tích từ triệu m3 nước trở lên hoặc chiều cao đập dâng nước trên 10 mét có hơn
P

P

45.000 hồ. Trong đó Châu Á có 31.340 hồ (chiếm 70%), Bắc và Trung Mỹ có 8.010
hồ, Tây Âu có 4.227 hồ, Đơng Âu có 1.203 hồ, Châu Phi 1.260 hồ, Châu Đại
Dương 577 hồ. Đứng đầu danh sách các nước có nhiều hồ là Trung Quốc (22.000
hồ), Mỹ (6.575 hồ), Ấn Độ (4.291 hồ), Nhật Bản (2.675 hồ), Tây Ban Nha 1.196
hồ.

Hình 1-1: Hồ chứa nước Gileppe (Bỉ)
Nước Nga có hơn 150 hồ lớn với tổng dung tích trên 200 tỷ m3 nước. Các hồ
lớn nhất thế giới có hồ Boulder trên sơng colorado (Mỹ) dung tích 38 tỷ m3 nước,
P

P

hồ Grand coulle trên sơng Columbia (Mỹ) dung tích 24 tỷ m3 nước, Hồ Bơrat trên
P

P

sơng Angera (Nga) có dung tích gần 20 tỷ m3 nước.
P

P

Hồ chứa mang đến nhiều lợi ích khác nhau, nhưng cũng có những hạn chế


5
Mặt tích cực của hồ chứa nước là những cơng trình sử dụng nguồn nước tổng
hợp và mang tính đa chức năng. Hồ cấp nước cho các ngành sản xuất cơng nghiệp,
nơng nghiệp, sinh hoạt, phịng chống lũ lụt, hạn hán, hồ phát điện…Khi một hồ
chứa nước được xây dựng sẽ tạo sự ổn định và phát triển kinh tế cho cả một khu
vực. Tạo công ăn việc làm, giải quyết thất nghiệp, phân bố lao động. Mặt khác,
trong một số trường hợp còn đảm bảo an ninh quốc phòng.
Mặt hạn chế khi xây dựng hồ là: nếu có sơ xuất trong thiết kế, xây dựng, vận
hành khai thác hoặc trình độ kỹ thuật quản lý chưa cao khơng đáp ứng được địi hỏi
của thực tế, thì có thể gây ra sự cố dẫn đến những hậu quả thảm hại. Nếu thất thoát
nước nhiều gây thiếu nước ảnh hưởng đến năng suất cây trồng vật nuôi, giảm điện
năng và gây khó khăn cho các hoạt động kinh tế, xã hội khác. Nước trong hồ dâng
cao có thể gây ra trượt lở đất ở thượng lưu, xói lở đất ở hạ lưu, gia tăng các hoạt
động địa chất trong vùng, sình lầy vùng ven, làm ô nhiễm một số vùng ảnh hưởng
đến chất lượng cuộc sống còn người, thảm thực vật và sự phát triển các lồi thủy
sản. Ngập lụt lịng hồ làm mất đi một diện tích đáng kể đất nơng nghiệp, đất lâm
nghiệp, khống sản, di tích lịch sử, văn hóa. Nếu con người sử dụng nước hồ khơng
đúng đắn có thể dẫn tới mất an tồn vệ sinh và lao động. Vì vậy có quan điểm ở một
số nước khơng xây hồ chứa nữa vì nó gây ra nhiều bất cập, bất lợi.
Xây dựng và sử dụng hồ chứa nước trên thế giới có một lịch sử phát triển lâu
đời. Cách đây hơn 6 nghìn năm người Trung Quốc và Ai Cập đã biết sử dụng vật
liệu tại chỗ để đắp đập ngăn sông suối tạo thành hồ chứa. Thời kỳ cổ đại có hồ
Vicinity tại Menphis thuộc thung lũng sơng Nin (Ai Cập) có xây đập đá đổ cao 15
m, dài 45 m.
1.2.2. Tình hình xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam
Việt Nam có 3/4 diện tích đất đai là đồi núi và hệ thống sơng suối dày đặc,
lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.800mm đến 2.000mm nhưng phân bố không

đều; mùa khô kéo dài khoảng 6 ÷ 7 tháng, lượng mưa chỉ chiếm 15% ÷ 20% tổng
lượng mưa cả năm, còn lại 80% ÷ 85% lượng mưa trong 5 ÷ 6 tháng mùa mưa;
những đặc điểm trên rất thuận lợi để xây dựng các hồ chứa.


6

Hình 1-2: Hồ chứa nước Vực Mấu–Nghệ an

Hình 1-3: Hồ chứa nước Kim Sơn–Hà Tĩnh

Hồ chứa nước là cơng trình lợi dụng tổng hợp, cấp nước tưới, sinh hoạt, công
nghiệp và phát triển các ngành kinh tế quốc dân khác, cải tạo cảnh quan môi trường
sinh thái; điều tiết lũ để phòng, tránh, giảm nhẹ thiên tai, đảm bảo an tồn tính mạng
và tài sản nhân dân vùng hạ lưu.
Hồ chứa nước có vai trị quan trọng để phát triển kinh tế nói chung và sản xuất
nơng nghiệp nói riêng. Nhà nước rất quan tâm phát triển xây dựng các hồ chứa nước
đặc biệt là từ sau khi đất nước thống nhất.
Trong nhiều năm qua Nhà nước và nhân dân đã đầu tư nhiều tiền của, công
sức để xây dựng hồ chứa nước phục vụ cho phát triển sản xuất. Hiện nay, trên địa
bàn 45 tỉnh, thành phố trong cả nước xây dựng được 6648 hồ chứa nước các loại với
tổng dung tích trữ trên 49,88 tỷ m3 nước. Nhiều hồ chứa nước lớn như hồ Hịa Bình
P

P

(Hịa Bình), Thác Bà (Yên Bái), Sơn La (Sơn La), Na Hang (Tuyên Quang), Núi
Cốc (Thái Nguyên), Cấm Sơn (Bắc Giang), Cửa Đạt, Sơng Mực (Thanh Hóa), Kẻ
Gỗ (Hà Tĩnh), Phú Ninh (Quảng Nam), Dầu Tiếng (Tây Ninh).v.v…mang lại hiệu
ích to lớn, cấp nước phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, cải

tạo mơi trường sinh thái, cịn có nhiệm vụ cắt lũ bảo đảm an toàn cho hạ du.
Trong số các hồ chứa đã được xây dựng, thủy điện có 29 hồ với tổng dung tích
trữ khoảng 39,6 tỷ m3 nước. Thủy lợi có 5.466 hồ với tổng dung tích 10,28 tỷ m3
nước, bảo đảm tưới cho 803.180ha đất canh tác, gồm:


7
Bảng 1-1: Thống kê theo dung tích hồ chứa phục vụ tưới của tổng cục thuỷ lợi
≥10 triệu m3 5triệu ÷10triệu 1triệu ÷5triệu 0.2triệu÷5triệu ≤ 0.2triệu m3

103

m3

m3

m3

68

543

2295

4182

Các tỉnh có nhiều hồ chứa là Hồ Bình (521 hồ), Bắc Giang (461 hồ), Tuyên
Quang (440 hồ), Vĩnh Phúc (227 hồ), Phú Thọ (124 hồ), Thanh Hoá (436 hồ), Nghệ
An (625 hồ), Hà Tĩnh (339 hồ), Bình Định (223 hồ), Đăk Lăk (458 hồ).
Hồ chứa nước có nhiều lợi ích song cũng ln tiềm ẩn nguy cơ sự cố, đe doạ

đến an toàn của cơng trình và hạ du. Trong thời gian qua nhiều hồ chứa có quy mơ
vừa và nhỏ đã bị vỡ gây thiệt hại đáng kể tới người, tài sản của nhân dân như:
+ Năm 1978 tỉnh Nghệ An vỡ đập hồ Quán Hài (4,6 triệu m3), hồ Đồn Húng
(3,9 triệu m3) làm 14 người chết
+ Năm 1986 tỉnh Khánh Hòa vỡ đập hồ Suối hành (7,34 triệu m3)
+ Năm 1989 vỡ đập hồ Am Chúa (2,97 triệu m3) sau khi xử lý năm 1992 hồ
lại tiếp tục vỡ
+ Năm 2009 tỉnh Hà Tĩnh vỡ Đập Z20 (0,30 triệu m3)
+ Năm 2010 vỡ đập hồ Khe Mơ (0,70 triệu m3), đập Trứng (0,20 triệu m3);
tỉnh Quảng Bình vỡ đập hồ Cây Tắt (0,70 triệu m3), Khe Cày (0,30 triệu m3); tỉnh
Ninh Thuận vỡ đập hồ Phước Trung (2,34 triệu m3)
+ Năm 1989 vỡ đập hồ Am Chúa (2,97 triệu m3) sau khi xử lý năm 1992 hồ
lại tiếp tục vỡ.
Các hồ bị vỡ nguyên nhân do chất lượng thi công không bảo đảm, mưa lũ quá
lớn vượt tần xuất thiết kế, cơng tác quản lý cịn nhiều hạn chế, khơng đủ kinh phí để
sửa chứa nâng cấp.
Để phát huy mặt lợi và đề phịng các diễn biến bất lợi, cơng tác đầu tư sửa
chữa, nâng cấp, quản lý hồ chứa cần được quan tâm và tăng cường nhằm bảo đảm
an tồn cơng trình và nâng cao hiệu quả của hồ chứa.
1.3. Những đặc điểm hồ chứa nước ở Nghệ An
1.3.1. Khái quát


8
Hiện nay trên địa bàn tỉnh Nghệ An có

625 hồ chứa nước lớn nhỏ , với tở ng

dung tích hơn 387 triệu m3, trong đó:
P

P

+ Số hồ có dung tích trữ từ 10 triệu m 3 trở lên có 6 hồ (Vực Mấu, Vệ Vừng,
P

P

Khe Đá, Sông Sào, Xuân Dương, Bàu Da).
+ Số hồ có dung tích trữ từ 5 đến dưới 10 triệu m3 có 12 hồ
P

P

+ Số hồ có dung tích trữ từ 1 đến dưới 5 triệu m3 có 68 hồ
P

P

+ Số hồ có chiều cao đập từ 10m trở lên có 111 hồ
Các hồ nước này ngồi nhiệm vụ cung cấp nước cho 39 nghìn ha đất sản xuất,
phục vụ dân sinh và kinh tế thì cịn có nhiệm vụ điều tiết lũ bảo vệ vùng hạ du

Hình 1-4: Vị trí các hồ chứa ở Nghệ An
1.3.2. Đặc điểm
+ Chủ yếu được xây dựng từ những năm 1970 - 1980 trong điều kiện nền kinh
tế đất nước cịn nhiều khó khăn, cơng tác khảo sát, thiết kế và thi cơng cịn nhiều
thiếu sót, các cơng trình đầu mối khơng được xây dựng hồn thiện. Thời gian khai
thác, sử dụng các hồ đã lâu, việc quản lý chưa được quan tâm đúng mức, thiếu kinh
phí để duy tu sửa chữa, dẫn đến nhiều hồ chứa nước nhanh chóng bị xuống cấp, gây

9
mất an tồn cơng trình. Số liệu mới nhất của các ngành chức năng tại Nghệ An cho
biết hiện có đến 500 trên tổng số 625 hồ chứa hư hỏng, xuống cấp, nếu mưa lũ lớn
sẽ có nguy cơ vỡ hồ chứa.
+ Về thiết kế : Các hồ do nhà nước đầu tư xây dựng được khảo sát

, thiết kế

theo quy trình , quy phạm kỹ thuật của ngành , nhưng phần lớn mức phòng lũ được
tính với tài liệu thuỷ văn ngắn, mô hình lũ đơn, tần suất phòng lũ thấp 5-10%.
Các hồ do nhà nước và nhân dân cùng làm

: tài liệu thuỷ văn thương thiếu ,

hoặc phải tính theo phương pháp tương quan có độ chính xác không cao.
Các hồ do dân tự xây dựng

: thường có dung tích từ

0,3 đến dưới 1 triệu

m3 nước, nhiều hồ không có khảo sát thiết kế.
P

P

+ Về thi công: thi công không đồng bộ các hạ ng mục công trình và bằng nhiều
phượng tiện kỹ thuật khác nhau.

+ Về đập đất : Phần lớn đắp bằng thủ công , đầm nén kém , nhiều hồ không
được xử lý móng ở lòng khe . Một số hồ đắp cao chống lũ bằng đắp vuốt mái làm
giảm chiều rộng mặt đập và không đảm bảo mặt cắt theo tiêu chuẩn kỹ thuật .
+ Về tràn xả lũ: Phần lớn là tràn bãi, sau được gia cố dần và mở rộng thêm , có
tràn phải mở rộng thêm 3-4 lần tràn cũ , có tràn trước đây chỉ rộn g 4-8m nay phải
mở rộng 25m, 40m. Hiện nay vẫn còn nhiều hồ sử dụng tràn bãi , quá trình sử dụng
bị xói sâu làm giảm dung tích hữu ích của hồ.
+ Cống lấy nước chủ yếu bằng ống bê tông lắp ghép, cửa cống hầu hết là cửa
phẳng, khơng kín nước.
+ Tình hình quản lý : Các Công ty , xí nghiệp thuỷ lợi (nay là công ty TNHH
thuỷ lơi ) quản lý 50 hồ (thương hồ có dung tích 1,5 triệu m 3 nước trở lên ). Hàng
P

P

năm được duy tu , sửa chữa, hồ sơ thiết kế ban đầu và quá trìn h quản lý khai thác
được cập nhật , lưu giữ tương đối đầy đủ , trường hợp thiếu thì được đo đạc khôi
phục bổ sung , nhưng hầu hết còn thiếu quy trình vận hành

(cả trong mùa tưới và

trong phòng chống lụt bão).
Xã, HTX quản lý 575 hồ. Là các hồ nhỏ, tưới gọn xã, dung tích thường dưới 1
triệu m 3 nước, công tác quản lý còn nhiều tồn tại như là
P

P

: Việc duy tu , sửa chữa

10
thường không thực hiện thường xuyên hoặc chưa tương xứng với tài sản nên công
trình bị xuống cấp , rò nước , tổn thất nước lớn . Nhiều địa phương quản lý nhưng
không có hồ sơ công trình , tài liệu thiết kế ban đầu mất mát , thất lạc, không có quy
trình kỹ thuật quản lý , công tác đo đạc, quan trắc (quan trắc mực nước lũ , quan trắc
lún, xê dịch ) thực hiện không đầy đủ . Đang coi nhẹ quản lý hồ , chưa chú ý xây
dựng nề nếp quản lý kỹ thuật và quản lý kinh tế.
Các tác nhân chính gây mất an tồn cho hồ chứa là do lũ lớn tràn qua đỉnh đập
đất gây vỡ đập, thấm lớn qua nền và thân đập gây xói ngầm hoặc trượt mái hạ lưu,
sóng do bão làm trượt mái thượng lưu hoặc vận hành không đúng kỹ thuật (tháo cạn
hồ quá nhanh gây sạt trượt mái thượng lưu đập đất). Các tổ mối, hang hốc không
được phát hiện, xử lý kịp thời. Nhiều hồ chứa cịn thiếu năng lực xả lũ do khi thiết
kế tính tốn lũ thiên nhỏ, mơ hình thiết kế lũ khơng phù hợp với tình hình mưa lũ
trên lưu vực, rừng đầu nguồn bị tàn phá nên lũ tập trung về hồ nhanh hơn, nhiều
hơn. Hầu hết các hồ chứa nhỏ có dung tích dưới 1 triệu m3 mái thượng lưu không
được gia cố, thường bị sạt trượt nghiêm trọng, ảnh hưởng đến an tồn cơng trình.
Một số hồ chứa được gia cố mái thượng lưu bằng đá lát hoặc bê tông, do gia cố lâu
nên lớp gia cố bị xô tụt.
+ Khả năng an toàn của các hồ chứa:
Các hồ có dung tích trữ trên 10 triệu m3 trở lên có thể đảm bảo an tồn ở mức
P

P

tần suất 1,5-3%.
Các hồ có dung tích trữ trên 2 đến 10 triệu m3 trở lên có thể đảm bảo an tồn ở
P

P

mức tần suất 3-5%.
Các hồ nhỏ dưới 2 triệu m3 chỉ đảm bảo ở mức tần suất lũ 5-10% và một số hồ
P

P

còn thấp hơn nữa (chủ yếu do nhân dân xây dựng và quản lý). Gặp mưa lũ lớn có
thể nước tràn qua mặt đập làm vỡ đập.
1.4. Những nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về việc nâng cao
dung tích hữu ích
Các hồ chứa đã xuống cấp cần phải được nâng cấp sửa chữa. Ngoài việc kiên
cố hố để đảm bảo sự ổn định cịn phải nâng cao dung tích hữu ích để đáp ứng được


11
nhu cầu sử dụng nước ngày càng cao. Để nâng cao dung tích hữu ích phải nâng cao
trình ngưỡng tràn làm ảnh hưởng đến diện tích ngập lụt trong lịng hồ. Vì vậy cần
phải được phân tích, so sánh, lựa chọn giải pháp hợp lý để đem lại hiệu quả cao.
Hiện nay đã có nhiều giải pháp nâng cao dung tích hữu ích:
1.4.1. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp với mở rộng khẩu độ tràn.
Mở rộng diện tràn làm tăng khả năng tháo lũ, giải pháp này khắc phục được
nhược điểm của tăng cột nước tràn, không ảnh hưởng đến kết cấu các bộ phận sau
ngưỡng. Tuy nhiên cần căn cứ vào điều kiện địa chất, địa hình tuyến tràn có cho
phép mở rộng hay khơng và vấn đề nối tiếp giữa kết cấu cũ và mới cũng cần phải
xem xét kỹ.
1.4.2. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp thay tràn khơng có cửa van bằng tràn có
cửa van.
Khi cần tăng khả năng an toàn về tháo trong điều kiện địa hình hẹp, địa chất
tốt có thể hạ thấp cao trình ngưỡng tràn và lắp thêm cửa van. Giải pháp này có ưu

điểm là khả năng tháo lớn, tính chủ động cao, không làm tăng ngập lụt, khả năng
vượt tải lớn, khả năng đảm bảo an toàn cao. Nhưng phải đề cao công tác quản lý
vận hành để đạt hiệu quả.
1.4.3. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp làm thêm tràn phụ, tràn sự cố.
Trên thế giới cũng đã có nghiên cứu nhất định về tràn sự cố như ở Trung
Quốc, trước những năm 1980 chưa có tràn sự cố, tháng 8 năm 1975 xuất hiện lũ lớn
vượt thiết kế làm hư hại nhiều đập hồ. Từ đó người ta đã đưa ra khái niệm mực
nước lũ bảo vệ đập và cần có tràn sự cố. Từ năm 1980 đã thực hiện thiết kế, xây
dựng bổ sung tràn sự cố cho các hồ chứa đã có hoặc đang trong xây dựng mới. Hình
thức hay dùng ở Trung Quốc là tràn tự do, tràn sự cố kiểu đập đất tự vỡ, tràn sự cố
kiểu nổ mìn gây vỡ. Nói chung ở Trung Quốc đều dùng hình thức tràn sự cố có kết
cấu đơn giản, chiều cao từ 2 ÷ 5 mét, chiều dài ngưỡng tràn lớn để giảm lưu tốc V,
lưu lượng đơn vị q và vấn đề tiêu năng không nặng nề.
Cùng với việc nghiên cứu về tràn chính người ta cịn nghiên cứu kết hợp tràn
sự cố tháo kết hợp với tràn chính để giảm giá thành cơng trình tràn xả lũ. Ở Liêu


12
Ninh (Trung Quốc) làm tràn sự cố kiểu nước tràn qua đập đất gây vỡ, kết hợp tràn
chính xả lũ đã giảm 40% ÷ 60% giá thành cơng trình xả lũ. Ở Australia so sánh 5
đập có dùng tràn sự cố (kết hợp với tràn chính) cho thấy vốn đầu tư giảm 20% ÷
30% so với chỉ dùng tràn chính.
Ở Mỹ, Mexico, Pháp, Australia, Bồ Đào Nha người ta đã có những nghiên cứu
lý thuyết và mơ hình thủy lực về hình thức kết cấu khả năng tháo của tràn Zích zắc
(tràn Labyrinth) và đã áp dựng xây dựng loại phím đàn piano, loại mỏ vịt, loại
ngưỡng xiên…để tăng chiều dài ngưỡng lên nhiều lần.
Đặc biệt, Việt Nam nằm ở vùng nhiệt đới ẩm, gió mùa, sự khắc nghiệt về thời
tiết, tính ác liệt của mưa to, lũ lớn xảy ra thường xuyên trong năm, từ vùng này sang
vùng khác. Bên cạnh đó với tính chất của biến đổi khí hậu, lượng mưa năm hầu như
ít thay đổi nhưng có sự chuyển đổi lượng mưa giữa các mùa, số các trận mưa

giường như tăng về mùa mưa và giảm về mùa khô. Trong mùa mưa, lượng mưa
cũng trở nên tập trung hơn. Ngoài ra do chúng ta tàn phá rừng tài nguyên rừng đầu
nguồn gây hiện tượng đất trống đồi núi trọc dẫn đến dòng chảy về các hồ chứa diễn
ra nhanh hơn do khơng có thảm phủ thực vật để giữ nước lại dẫn đến gây ra lũ quét,
lũ lớn, lũ đặc biệt lớn vượt tiêu chuẩn thiết kế ngày càng nhiều. Vì vậy, bên cạnh
cần có cảnh báo, dự báo lũ, tính tốn lũ vượt thiết kế cũng cần có tràn sự cố. Tràn
sự cố là một hạng mục cơng trình có thể có trong cụm đầu mối các cơng trình hồ
chứa nước thủy lợi - thủy điện. Tràn được xây dựng để xả lũ vượt thiết kế nhằm
tránh sự cố có thể xảy ra đối với cụm cơng trình đầu mối và đảm an tồn cho hồ
chứa, gọi là tràn sự cố.
Sau đây là một số giải pháp cụ thể:
1. Tràn phụ (tràn sự cố) kiểu tự do
a. Đặc điểm kết cấu
Cơng trình tràn sự cố tự do là loại kênh hở được đào trên nền đất (hình 1-5),
đá tự nhiên có cao trình ngưỡng tràn thấp hơn mực nước lũ thiết kế thường từ 0,5 ÷
1,0 mét. Tràn được đặt tại những vị trí yên ngựa thuận lợi xung quanh vách hồ, tràn


13
khơng được gia cố hoặc có gia cố một phần ở đầu tràn, nối tiếp tràn là các khe suối
tự nhiên không được gia cố các kết cấu tiêu năng.
ÐINH ÐAP CHAN

MNL THIET KE
MNL THIET KE

GIA CO ÐAU TRAN

NEN ÐAT ÐA TU NHIEN

Hình 1-5: Tràn sự cố kiểu tự do
b. Đặc điểm làm việc
Đối với tràn tự do thì tràn sự cố đã tham gia tháo lũ khi mực nước thượng
lưu tràn chưa đạt mực nước thiết kế.
c. Ưu điểm
- Thích hợp với hồ chứa vừa và nhỏ.
- Kết cấu đơn giản dễ thi công, tiện quản lý.
- Tự động vận hành.
- Chi phí nhỏ.
d. Nhược điểm
Nếu đặt cao trình ngưỡng tràn thấp hơn mực nước lũ thiết kế (MNLTK) thì
tràn vận hành sớm khi cơng trình đầu mối chưa thực sự gặp nguy hiểm. Ngược lại,
nếu cao trình ngưỡng tràn bằng MNLTK thì phải xử lý nâng cấp hoặc hạ thấp tiêu
chuẩn thiết kế các hạng mục cơng trình đầu mối. Sau mỗi lần tràn làm việc thì cuối
kênh tràn thường bị xói lở tạo thành lịng dẫn mới và phải gia cố lại.
e. Điều kiện áp dụng
Tràn sự cố dạng tràn tự do với cột nước thấp, thường từ 0,3 ÷ 0,5 mét nên bề
rộng tràn rất lớn. Tràn tự do thường được áp dụng ở những công trình hồ chứa nước
loại nhỏ, lũ kiểm tra chênh khơng nhiều so với lũ thiết kế và ở những nơi có điều
kiện địa hình, địa chất thuận lợi: n ngựa thấp, rộng và dài, nên có khả năng chống


14
xói tốt để giảm khối lượng cơng trình. Ở Việt Nam loại này được dùng nhiều như
hồ Thanh Lanh – Vĩnh Phúc, hồ Ao Châu – Phú Thọ

Hình 1-6: Tràn sự cố hồ chứa nước

Hình 1-7: Tràn sự cố hồ chứa nước

Thanh Lanh - Vĩnh Phúc

Ao Châu - Phú Thọ

f. Ngun lý tính tốn
- Phân tích dạng đường q trình xả lũ kết hợp giữa tràn chính là tràn tự do (hoặc có
cửa van) và tràn sự cố là tràn tự do:
Q trình lũ đến Q – t có thể chia ra các thời đoạn sau:
t1: thời điểm đầu của quá trình lũ. Mực nước trong hồ là MNDBT. Là thời
điểm tràn chính bắt đầu làm việc. Khi có lưu lượng xả lũ là lưu lượng qua tràn
chính
Nếu là tràn tự do được tính theo cơng thức :
Q xả = Qc = m 1 .ε 1 .B C . 2 g .H13/2
R

R

R

R

R

R

R

R

(1-1)

Nếu là tràn có cửa van được tính theo công thức
Q = ε1mBa 2 g ( H o − α a )

(1-2)

t 2 : thời điểm tràn sự cố bắt đầu làm việc . Trong khoảng thời gian t 1 ÷t 2 chỉ
R

R

R

R

R

R

tràn chính làm việc. Mực nước bắt đầu dâng từ MNDBT đến mực nước lũ khống
chế.
t 3 : thời điểm mực nước lũ lớn nhất Zmax . Trong khoảng thời gian từ t 2 ÷t 3
R

R

R

cả tràn chính và tràn sự cố cùng làm việc. Khi đó:
Q xả = Qc + Qs

(1-3)

R

R

R


15
Với Qs = m 2 .ε 2 .B 2 . 2 g .H 23/2
R

Trong đó:

R

R

R

R

R

(1-4)

m 1 , m 2 : hệ số lưu lượng
R

R

R

R

ε 1, ε 2 : hệ số co hẹp bên
R

R

R

R

B C:
R

R

B S:
R

R

Bề rộng ngưỡng tràn chính
Bề rộng ngưỡng tràn sự cố

H 1 , H 2 : Cột nước trên tràn

R

R

R

R

a - Độ mở cửa van
α - Hệ số co hẹp đứng do ảnh hưởng độ mở
t 4 : thời điểm mực nước hạ xuống MNLKT. Thời đoạn t 3 ÷t 4 trạng thái làm
R

R

R

R

R

R

việc của hai tràn giống như thời đoạn trước, nhưng mực nước hồ đang giảm dần
theo thời gian.
t 5 : thời điểm mực nước hạ đến MNDBT trạng tháo làm việc trong thời đoạn
R

R

t 4 ÷t 5 giống t 1 ÷t 2
R

R

R

R

R

R

R

R

2. Tràn phụ (tràn sự cố) kiểu nước tràn qua đỉnh đập đất gây vỡ.
a. Nguyên lý hoạt động:
Nước tràn qua đỉnh đập, gây xói mái hạ lưu và từ đó thân đập đất trên ngưỡng tràn
sự cố sẽ tự vỡ.
b. Đặc điểm kết cấu
Đập được thiết kế ở phía hạ lưu, trong lịng dẫn hở, tạo ra một ngưỡng tràn
cứng có cao trình thường cao hơn mực nước dâng bình thường (MNDBT), trên nó
ta đắp một đập đất bằng vật liệu đồng chất đỉnh đập lớn hơn hoặc bằng MNLTK
(hình 1-8). Khi có lũ thiết kế vượt thiết kế đập đất có thể tự vỡ hoặc có biện pháp
cơng trình gây vỡ đập như: gia tải bằng nước, dẫn xói hoặc nổ mìn.
ÐINH ÐAP CHAN

ÐINH ÐAP CHO PHEP VO

MNL THIET KE

GIA CO ÐAU TRAN

NEN ÐAT ÐA TU NHIEN

Hình1-8: Tràn sự cố kiểu đập đất để gây vỡ hoặc tự do


16
+ Đỉnh đập đất tự vỡ thấp hơn cao trình mực nước khống chế thượng lưu (ví
dụ mực nước khống chế thượng lưu là từ MNDBT đến MNLKT)
+ Với đập đất tự vỡ có chiều cao lớn thì đập gồm 2 phần: phần thượng lưu
đảm bảo điều kiện chống thấm, giữ ổn định, khi chưa có lũ vượt thiết kế, phần hạ
lưu giữ ổn định cho cả đập khi chưa có nước tràn qua đỉnh đập. Nhưng khi có nước
tràn qua thì dễ gây xói từ nhỏ rồi vùng xói lớn dần và đập vỡ. Khối hạ lưu thường là
lăng trụ cát. Ví dụ như tràn sự cố thuỷ điện sơng Hinh
+ Với đập đất trên ngưỡng tràn có chiều cao nhỏ thì đập chỉ là một khối (như
tràn sự cố ở hồ Easoup thượng. Khi nước tràn qua đỉnh đập, sẽ gây xói dần mái đập
và dẫn đến vỡ đập.
Thiết bị bảo vệ mái hạ lưu thích ứng đảm bảo nhiệm vụ vỡ khi có nước tràn
qua, nhưng lại khơng bị xói mịn gây hỏng mái
c. Ưu điểm
- Đơn giản, tiện cho vận hành.
- Có thể thiết kế vỡ từng đoạn theo mức độ cần tháo xả khẩn cấp khác nhau.
- Việc phục hồi đập tạm trên ngưỡng sau xả lũ khơng có khó khăn gì.
d. Nhược điểm
- Sau nhiều năm không sử dụng thân đập chặt, mái đập cỏ cây mọc nhiều vì
vậy khi nước tràn qua với lớp chảy mỏng khó có thể gây vỡ đập được.
Vị trí vỡ, phạm vi vỡ có tính ngẫu nhiên khơng khống chế được.

Để khắc phục nhược điểm này, người ta làm đường dẫn xói trên mặt đập
xuống mái hạ lưu (thường là rãnh)
e. Điều kiện áp dụng
Dùng với địa hình có n ngựa thấp, nhưng khơng q rộng để làm tràn tự do
và nền tương đối tốt (vì khi đó cột nước tràn, lưu tốc dịng chảy khơng nhỏ). Với
những hồ chứa đã xây dựng tràn sự cố tự do dạng đỉnh rộng nhưng chưa đảm bảo
tháo lũ có thể dùng dạng này để thay thế.
Hình 1-9 là tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập gây vỡ của Hồ chứa nước
Nam Sơn - Triết Giang - Trung Quốc.


17

Hình 1-9. Tràn sự cố kiểu tự vỡ ở Hồ Nam Sơn - Triết Giang - Trung Quốc
1. Ngưỡng tràn sau khi phần đất phía trên xói vỡ.
2. Trường chống thấm bằng đất sét
3. Khối cát

4. Đường dẫn xói

5. Máng dẫn xói

Ở Việt Nam loại này được thiết kế ở một số hồ như EASOUP Thượng, thuỷ điện
Sơng Hinh.
400

145

219,03

1500

217,58

217,58

216,88
100

Hình 1-10. Cắt dọc tràn sự cố hồ Easoup thượng
f. Nguyên lý tính tốn
Phân tích dạng đường q trình xả lũ kết hợp tràn chính là tràn tự do (hoặc tràn có
cửa van) và tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập gây vỡ
Q trình lũ đến Q~t có thể chia làm các thời khoảng :
t 1 : thời điểm đầu của quá trình lũ. Mực nước trong hồ là MNDBT. Là thời
R

R

điểm tràn chính bắt đầu làm việc. Tràn chính có nhiệm vụ nhiệm vụ điều tiết mực
nước trong hồ:
Nếu là tràn tự do được tính theo cơng thức :
Qxả = Qc = m 1 .ε 1 .B C . 2 g .H13/2
R

R

R

R

R

R

Nếu là tràn có cửa van được tính theo công thức

(1-5)