Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: 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 mơ
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......................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ ............. viii
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 công tác dẫn dịng thi cơng .................................................... 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 ........................................................................... 12
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 .......................................22
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 ................................................................................................. 27
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ DẪN

DÒNG THI CƠNG VÀ TÍNH TỐN THỦY LỰC DẪN DỊNG .................................29
2.1 Phân tích lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dịng thi công ........................................29
2.1.1 Cơ sở lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dịng thi cơng ........................................29
2.1.2 Cơ sở khoa học để nâng hoặc hạ cấp tần suất thiết kế dẫn dịng ....................30
2.2 Xác định thời đoạn dẫn dịng thi cơng .................................................................. 33
2.2.1 Nhân tố ảnh hưởng đến việc chọn thời đoạn dẫn dịng thi cơng .................... 33
2.2.2 Điều kiện khí hậu và dòng chảy các vùng của Việt Nam ...............................34
2.3 Cơ sở lựa chọn quy mơ cơng trình dẫn dịng ........................................................37
2.3.1 Dẫn dịng qua cơng trình độc lập .................................................................... 37
2.3.2 Dẫn dòng đồng thời qua cống và đập đang xây dựng .................................... 40
2.4 Cơ sở lý thuyết tính tốn thủy lực dẫn dịng thi cơng và điều tiết lũ .................... 41
2.4.1 Tính tốn thủy lực qua đập đang xây dựng .................................................... 41
2.4.2 Tính tốn thủy lực dẫn dịng qua cống ........................................................... 44
2.4.3 Tính tốn thủy lực dẫn dịng đồng thời qua hai hoặc nhiều cơng trình dẫn dịng
...................................................................................................................... 47
iii


2.4.4 Điều tiết lũ trong dẫn dịng thi cơng ............................................................... 47
2.5 Tính tốn lưu tốc lớn nhất khi dẫn dịng qua đập đá đổ, đá đắp đang xây dựng ..48
2.6 Kết luận chương 2 ................................................................................................. 51
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH LỰA CHỌN HỢP LÝ QUY MƠ CƠNG
TRÌNH DẪN DỊNG THI CÔNG .................................................................................52
3.1 Nghiên cứu lựa chọn tần suất lưu lượng và thời đoạn thiết kế dẫn dòng .............52
3.1.1 Chọn tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng theo tiêu chuẩn các quốc gia ......52
3.1.2 Lựa chọn thời đoạn dẫn dòng trong điều kiện khí hậu Việt Nam .................. 55
3.1.3 Xác định lưu lượng thiết kế dẫn dịng thi cơng .............................................. 58
3.2 Lập chương trình tính tốn thủy lực dẫn dịng thi cơng và điều tiết lũ ................59
3.2.1 Lập chương trình tính tốn thủy lực dẫn dịng thi cơng qua cống .................. 59

3.2.2 Lập chương trình tính tốn thủy lực dẫn dịng thi cơng đồng thời qua đập đang
xây dựng và cống ......................................................................................................64
3.2.3 Lập chương trình tính tốn điều tiết lũ ........................................................... 65
3.2.4 Kiểm định chương trình tính tốn thủy lực ....................................................69
3.3 Lựa chọn các thơng số khi dẫn dịng qua đập đá đổ đang xây dựng ....................70
3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của thơng số cơng trình đến lưu tốc lớn nhất ............70
3.3.2 Gia cố bề mặt đập khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng ............................... 82
3.4 Kết luận chương 3 ................................................................................................. 83
CHƯƠNG 4
ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO MỘT SỐ CƠNG
TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM ....................................................... 85
4.1 Phân tích việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dịng ...............................................85
4.1.1 Giới thiệu cơng trình .......................................................................................85
4.1.2 Sử dụng cơng trình chính để dẫn dịng thi cơng .............................................90
4.1.3 Sử dụng cơng trình chính tham gia dẫn dịng .................................................91
4.1.4 Đề xuất chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi cơng ........................................... 92
4.2 Lựa chọn thơng số dẫn dịng qua đập xây dựng dở cho cơng trình hồ chứa nước
Cửa Đạt .......................................................................................................................... 93
4.2.1 Số liệu đầu vào................................................................................................ 93
4.2.2 Tính cường độ thi cơng và chi phí gia cố ....................................................... 95
4.2.3 Kết quả tính tốn.............................................................................................97
4.2.4 Phân tích lựa chọn thơng số dẫn dịng ..........................................................100
4.2.5 Kiểm chứng bằng phương pháp số tính thủy lực..........................................102
4.3 Kết luận chương 4 ...............................................................................................109
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................110
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ ............................................................113
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................114
PHỤ LỤC

iv

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 .......14
Hình 1.4. Cơng trình Cửa Đạt - Đường hầm dẫn dịng TN2 ......................................... 15
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 ...................................................................................16
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.................................................................18
Hình 1.9. Cơng trình Braunla - Mặt cắt ngang đập .......................................................19
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 .......................................................................................................... 21
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 .... 23
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 ..............................38
Hình 2.2. Các thơng số thủy lực của đập tràn ...............................................................41
Hình 2.3. Đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập và chảy ngập ...................................... 43
Hình 2.4. Đường quan hệ lưu lượng với mực nước thượng lưu của cống ....................44
Hình 2.5. Sơ đồ các chế độ chảy qua cống ....................................................................44

Hình 2.6. Sơ đồ tính tốn thủy lực dẫn dịng qua kênh .................................................45
Hình 2.7. Sơ đồ thủy lực cống chảy có áp .....................................................................46
Hình 2.8. Biến thiên năng lượng dịng chảy ổn định khi viết phương trình Bernoulli .49
Hình 2.9. Sơ đồ tính tốn thủy lực qua đập đá đổ đang xây dựng ................................50
Hình 3.1. Đường quá trình mực nước thượng lưu và chiều cao đập khi dẫn dịng .......57
Hình 3.2. Đắp đập chính theo mặt cắt kinh tế ............................................................... 57
Hình 3.3. Tương quan Q~H khi chuyển tiếp chảy ngập sang chảy khơng ngập ...........59
Hình 3.4. Tương quan Q~H0 khi chuyển tiếp chảy không áp sang chảy có áp ............. 60
Hình 3.5. Sơ đồ khối tính thủy lực dẫn dịng qua cống ................................................. 63
Hình 3.6. Sơ đồ khối tính thủy lực dẫn dịng qua đập đang xây dựng và cống ............66
Hình 3.7. Sơ đồ khối tính điều tiết lũ ............................................................................68
v


Hình 3.8. Đường mặt nước và diễn biến lưu tốc trên bề mặt đập đá đổ đang xây dựng
khi dẫn dịng ..................................................................................................................71
Hình 3.9. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước TH1..............................74
Hình 3.10. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước TH2............................ 75
Hình 3.11. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước TH3............................ 75
Hình 3.12. Quan hệ Q ~ Vmax trường hợp L = 150m, H2 = 0m .....................................76
Hình 3.13. Quan hệ Q ~ Vmax trường hợp m = 8, H2 = 0m ...........................................77
Hình 3.14. Quan hệ Q ~ Vmax trường hợp m = 8, L = 150m .........................................78
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thơng số m, H2 đến lưu tốc lớn nhất .................................. 79
Hình 3.16. Ảnh hưởng của thông số L, H2 đến lưu tốc lớn nhất ................................... 80
Hình 3.17. Lựa chọn thơng số đập đá đổ đang xây dựng phục vụ dẫn dòng ................ 81
Hình 3.18. Bố trí gia cố dốc nước bằng tấm bê tơng..................................................... 82
Hình 3.19. Xác định chiều dày trung bình của tấm bê tơng .......................................... 82
Hình 3.20. Gia cố bề mặt cho nước tràn qua đập đá đổ đang xây dựng........................83
Hình 4.1. Mặt cắt ngang đập đắp đập vượt lũ giai đoạn 2 ............................................ 95
Hình 4.2. Mặt cắt ngang đập tính khối lượng giai đoạn 1 và giai đoạn 2 .....................95

Hình 4.3. Mặt cắt dọc đập tính khối lượng giai đoạn 1 và giai đoạn 2 ......................... 96
Hình 4.4. Lưu tốc lớn nhất các phương án ..................................................................100
Hình 4.5. Chi phí vật liệu gia cố đập cho các phương án............................................100
Hình 4.6. Khối lượng thi công giai đoạn 1 và giai đoạn 2 các phương án ..................101
Hình 4.7. Cường độ thi công giai đoạn 1 và giai đoạn 2 các phương án ....................101
Hình 4.8. Mơ hình tính tốn dịng chảy trên bề mặt đập đang xây dựng 2 chiều .......103
Hình 4.9. Kết quả tính tốn 2 chiều dịng chảy trên bề mặt đập đang xây dựng ........103
Hình 4.10. Cao trình mực nước thượng lưu tại TT1 ...................................................104
Hình 4.11. Lưu tốc dịng chảy tại TT1 ........................................................................104
Hình 4.12. Lưu tốc dịng chảy tại TT2 ........................................................................104
Hình 4.13. Lưu tốc dịng chảy tại TT3 ........................................................................104
Hình 4.14. Mơ hình dẫn dịng qua đập đang xây dựng và đường hầm .......................105
Hình 4.15. Điều kiện ban đầu dẫn dịng qua đập đang xây dựng và đường hầm ........105
Hình 4.16. Kết quả phân bố dòng chảy qua đập đang xây dựng và đường hầm .........106
Hình 4.17. Kết quả phân bố dịng chảy cắt qua tim đường hầm .................................106
Hình 4.18. Lưu tốc dịng chảy tại cửa vào đường hầm ...............................................107
Hình 4.19. Lưu tốc dòng chảy tại cửa ra đường hầm ..................................................107
Hình 4.20. Lưu tốc dịng chảy tại TT4 ........................................................................107
Hình 4.21. Lưu tốc dịng chảy tại TT7 ........................................................................107
Hình 4.22. Lưu tốc dịng chảy tại TT5 ........................................................................108
Hình 4.23. Lưu tốc dịng chảy tại TT8 ........................................................................108
Hình 4.24. Lưu tốc dịng chảy tại TT6 ........................................................................108
Hình 4.25. Lưu tốc dịng chảy tại TT9 ........................................................................108

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Phân chia mùa kiệt và mùa lũ 5 vùng của Việt Nam ....................................36
Bảng 3.1. Tần suất lưu lượng thiết kế của cơng trình dẫn dịng.................................... 52

Bảng 3.2. Tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng khi cho nước tràn qua đập đang xây dựng
.......................................................................................................................................52
Bảng 3.3. Tần suất thiết kế dẫn dịng thi cơng khi cơng trình chính tham gia phục vụ dẫn
dịng thi cơng .................................................................................................................53
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 .............................................................................. 54
Bảng 3.5. Bảng tính tốn điều tiết lũ ............................................................................. 67
Bảng 3.6. Dẫn dịng thi cơng qua cống - So sánh kết quả thí nghiệm mơ hình với tính
tốn bằng chương trình ..................................................................................................69
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 .........................................................70
Bảng 3.8. Thơng số đầu vào tính tốn Vmax...................................................................71
Bảng 3.9. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trên bề mặt đập đá đổ đang xây dựng khi dẫn
dịng ...............................................................................................................................72
Bảng 3.10. Các trường hợp tính kiểm định chương trình..............................................74
Bảng 3.11. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp L = 150m, H2 = 0m ...................76
Bảng 3.12. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp m = 8, H2 = 0m ..........................77
Bảng 3.13. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp m = 8, L = 150m ....................... 78
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật của cơng trình thủy điện Tun Quang ........................... 85
Bảng 4.2. Các thơng số kỹ thuật cơng trình Cửa Đạt ....................................................87
Bảng 4.3. Các thơng số kỹ thuật cơng trình thủy điện Sơn La ......................................88
Bảng 4.4. Các thơng số kỹ thuật cơng trình thủy điện Lai Châu...................................89
Bảng 4.5. Tần suất thiết kế dẫn dòng khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng ................90
Bảng 4.6. Tần suất thiết kế dẫn dịng khi cơng trình chính tham gia dẫn dịng ............91
Bảng 4.7. Tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng khi cho nước tràn qua đập đang xây dựng
.......................................................................................................................................93
Bảng 4.8. Thông số đập đá đổ xây dựng dở ..................................................................94
Bảng 4.9. Kết quả tính tốn thủy lực dẫn dòng kết hợp đập đang xây dựng (tràn) và
đường hầm .....................................................................................................................98
Bảng 4.10. Kết quả tính tốn cường độ thi cơng và chi phí gia cố các phương án .......99

vii


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 giai đoạn, mỗi giai đoạn có thể chia ra một hoặc nhiều thời đoạn trong toàn
bộ thời hạn xây dựng. Một thời đoạn có thể là một vài tháng hay một mùa, một năm
hoặc nhiều năm. Khi thiết kế, ở mỗi thời đoạn dẫn dịng thì tần suất thiết kế phải phù
hợp tương ứng đối với cơng trình dẫn dòng.
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 dịng.
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 dòng được xác định trên cơ sở lưu lượng thiết kế dẫn dịng và tính tốn
cân bằng nước.

viii


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.
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.

Mục tiêu nghiên cứu

- Tổng quan các phương án dẫn dịng khi xây dựng cơng trình đầu mối thủy lợi, thủy

điện, xác định những vấn đề còn tồn tại chưa được nghiên cứu thấu đáo khi lựa chọn qui
mơ cơng trình dẫn dịng xây dựng cơng trình thủy lợi, thủy điện;

2


- Bổ sung và hoàn thiện phương pháp lựa chọn tần suất và lưu lượng thiết kế dẫn dòng
trên cơ sở tổng hợp và phân tích có tính kế thừa và cập nhật những thành tựu xây dựng
cơng trình thủy lợi, thủy điện những năm gần đây ở Việt Nam và trên thế giới;
- 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 mô
của công trình dẫn dịng.
3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là công tác dẫn dịng thi cơng trong xây dựng cơng trình đầu mối
thủy lợi, thủy điện và trọng tâm là nội dung xác định qui mơ cơng trình dẫn dịng.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Cơng tác dẫn dịng thi cơng trong xây dựng các cơng trình thủy lợi, thủy điện có ứng
dụng nhiều cơng trình cùng đồng thời tham gia dẫn dịng;
- Phương pháp 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. Trong đó, khơng đi sâu nghiên cứu ảnh
hưởng của thấm rối, mạch động và tiêu năng hạ lưu.
4.

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về cơng tác dẫn dịng thi cơng các cơng trình đầu mối thủy lợi,
thủy điện. Phân tích các sơ đồ dẫn dịng, sơ đồ tính tốn thủy lực dẫn dịng của những
cơng trình tiêu biểu trên thế giới và Việt Nam;
- Cơ sở khoa học và thực tiễn về lựa chọn lưu lượng thiết kế dẫn dịng thi cơng;
- Xây dựng thuật tốn và chương trình tính tốn thủy lực dẫn dịng;
- Lựa chọn hợp lý quy mơ cơng trình dẫn dòng qua đập đá đổ đang đang xây dựng.

3


5.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

5.1. Cách tiếp cận
Trong quá trình nghiên cứu, tác giả sử dụng cách tiếp cận lý thuyết cơ bản về thủy lực
cơng trình và tiếp cận các ứng dụng thực tế trên thế giới và Việt Nam về phương pháp
dẫn dịng thi cơng, tiếp cận có chọn lọc kinh nghiệm thực tiễn về thành công và thất bại
trong nước và thế giới.
5.2. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về các phương pháp dẫn dịng thi cơng cho cơng trình đầu mối
thủy lợi, thủy điện trên thế giới và Việt Nam;
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính tốn thủy lực cơng trình ứng dụng trong dẫn dịng thi cơng;
- Nghiên cứu kế thừa và thực tiễn về chọn lưu lượng lớn nhất thiết kế dẫn dịng thi cơng;
- Phương pháp thu thập tài liệu và phân tích tổng hợp;
- Ứng dụng tiến bộ về tin học ứng dụng trong tính tốn và phân tích.
6.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6.1. Ý nghĩa khoa học
- Tổng hợp được phương pháp phân tích và tính tốn thủy lực cho các phương án 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
- Lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dịng thi cơng phù hợp với điều kiện làm việc của cơng
trình.
- Đề xuất trình tự tính tốn và lựa chọn quy mơ của cơng trình dẫn dịng thi cơng, xác định
quy mơ cơng trình dẫn dịng hợp lý về kinh tế và kỹ thuật.

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 đập Kưprü ở Thổ Nhĩ Kỳ [3];
cơng trình Cửa Đạt [4], 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 [5] [6]:

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], [7], [8]. 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 [9], đập Nurek ở Tat-gikis-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 [10]. Ngoài ra cịn có nhiều
đập cao điển hình khác ở trên thế giới được trình bày trong Phụ lục 1-1. Trong quá trình
7


xây dựng, cơng tác dẫn dịng thi cơng 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 và Phụ
lục 1-3.

Khi thiết kế dẫn dịng 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 dịng 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 thơng 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 Tuyên 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
dịng 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 dòng 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 tơng. Đập đá đổ có khả năng chống xói khi cho nước tràn
qua trong thời kỳ thi cơng 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 tông 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.
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 - Công trình thủy lợi - u cầu thiết kế dẫn dịng 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 dòng 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 dịng, 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 cơng 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 nước ta 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 dịng 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 Saint Venant gồm
phương trình liên tục và phương trình động lực của dịng chảy một chiều. Các phần mềm
này khơng phù hợp cho tính tốn thủy lực dẫn dòng.

11


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 thực sự phù hợp với việc tính tốn để lựa chọn phương án. Phần mềm Flow 3D phù
hợp với việc dùng phương pháp số kiểm chứng lại kết quả tính tốn lý thuyết.
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 Ngun, 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 khơng áp sang có áp, làm cho kết quả
tính tốn có bước nhảy về số học, chưa phù hợp với bài tốn 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 dòng 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 dẫn dịng và biện pháp gia cố cơng trình dẫn dịng 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 thơng được hai bờ,
vừa dẫn dịng vừa thi cơng được phần đập lịng sơng, có khả năng thi công với cường
độ cao, đảm bảo tiến độ thi công.
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)...

12


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) dùng cống kích thước nxbxh = 2x12mx12m,
cao trình đáy cống +108,0m. Cống dẫn dòng được sử dụng để dẫn dịng kết hợp với
kênh dẫn dịng 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
công thứ 7 với lưu lượng dẫn dòng 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. 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 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. Cống dẫn dòng này cũng được sử dụng để dẫn dòng kết hợp vào mùa lũ năm 2006
13


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
Tuyên Quang (Hình 1.2), Bình Điền (Hình 1.3 [20]), Bản Chát, Bản Vẽ. Ở Trung Quốc
có trạm thủy điện Giá Lâm, Bạch Liên Hà [6].

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 cng dn dũng thi cụng
11.00

3.50
3.50

2.70 1.002.00

1.00

đoạn 3
11.00

18.50

đoạn 1

20.00

đoạn 2

đặt sẵn L100x50x8

20.00

đoạn 4

1.00
6.50

4.50

3.50

15.00

20.00

11.00

58.50

Hỡnh 1.3. Cụng trỡnh thy in Bỡnh in - Mặt cắt dọc cống dẫn dịng thi cơng
14

1.3.2 Dẫn dịng thi cơng qua đường hầm
Luận án tiến sĩ của Nguyễn Danh Oanh (2003) nghiên cứu lựa chọn hợp lý chế độ thuỷ
lực ở cửa vào đường hầm dẫn dịng thi cơng trong xây dựng cơng trình thuỷ lợi và thuỷ
điện. Luận án đã xây dựng được mô hình lý thuyết để giải bài tốn động - động lực học
ở cửa vào đường hầm, tính được các đặc trưng thủy động lực học ở cửa vào đường hầm
với bài tốn phẳng. Luận án cũng lập được cơng thức gần đúng tính hệ số giảm áp dọc
theo trần cửa vào khơng gian, từ đó đề xuất biện pháp cơng trình cửa vào có trụ nhơ để
giảm chân khơng trên trần cửa vào đường hầm [21]. Nghiên cứu này góp phần hồn chỉnh
tính tốn thủy lực đường hầm, giúp cho việc dẫn dòng qua đường hầm được ứng dụng rộng
rãi hơn trong thực tế.
Đường hầm dẫn dịng có thể sử dụng để dẫn dòng trong cả mùa lũ và mùa kiệt như cơng
trình Hịa Bình [22], Cửa Đạt [4]. Trung Quốc có cơng trình trạm thủy điện Long Dương
Hiệp, Ơ Giang Độ, Đơng Giang, ở Ấn Độ có cơng trình Si-li-sa-lam, ở Mỹ có cơng trình
Devosik, Paoerth (Phụ lục 1-4) [6]. Các đường hầm này có kích thước lớn, với diện tích
mặt cắt từ 28,3 m2 đến 254 m2, dẫn lưu lượng 196 m3/s đến 3.340 m3/s.
Cơng trình Cửa Đạt dùng đường hầm TN2 dẫn dịng có đường kính trung bình 9m, dài
820m, đáy cửa vào ở cao trình +30,0m (Hình 1.4) để dẫn dịng vào mùa kiệt với lưu
lượng thiết kế dẫn dòng là 1.250 m3/s, đường hầm này cũng dùng để dẫn dòng đồng thời
với đập đang xây dựng vào mùa lũ năm thi công thứ 3, dẫn dịng đồng thời với tràn vào
mùa lũ năm thi cơng thứ 4. Đường hầm TN2 được hoành triệt sau khi xây dựng xong
đập chính.
tim ®Ëp chÝnh
4a
5a
4b
6

6

5a

5a

7
7

8

5b

6

9

5b
7
9

8

6

8

5a
6

9

8

8

7

8

4/1/04

9

9

453.983 m

9

366.017 m
820.00 m

Hình 1.4. Cơng trình Cửa Đạt - Đường hầm dẫn dịng TN2
Cơng trình thủy điện Huội Quảng sử dụng hầm dẫn dịng thi cơng tiết diện móng ngựa BxH
= (10x10)m, cao độ đáy +286,0m, chiều dài hầm khoảng 250m, kết cấu bê tông cốt thép
15