Tài liệu Nghiên cứu giải pháp nâng cao an toàn các hồ chứa thủy lợi vừa và nhỏ của tỉnh quảng nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN NGỌC TÂN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO AN TOÀN CÁC HỒ CHỨA THỦY LỢI VỪA VÀ NHỎ CỦA TỈNH QUẢNG NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN NGỌC TÂN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO AN TOÀN CÁC HỒ CHỨA THỦY LỢI VỪA VÀ NHỎ CỦA TỈNH QUẢNG NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số: 60580202 NGƢỜI HƢỚNG DẪN: TS. HOÀNG NGỌC TUẤN HÀ NỘI, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là : Nguyễn Ngọc Tân Học viên lớp : 23C12 Tôi xin cam đoan đây là công trình “Nghiên cứu giải pháp nâng cao an toàn các hồ chứa thủy lợi vừa và nhỏ của tỉnh Quảng Nam” là của riêng bản thân tôi. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Tân i LỜI CÁM ƠN Sau thời gian học tập, nghiên cứu, đƣợc sự quan tâm tạo điều kiện của Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Thủy lợi, Lãnh đạo các Khoa, đơn vị thuộc trƣờng và sự giảng dạy tận tình của các thầy, cô đã trang bị, bổ sung cho tôi những kiến thức cơ bản về chuyên ngành đang theo học; cùng với sự nhiệt tình hƣớng dẫn, giúp đỡ của thầy giáo hƣớng dẫn đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn “Nghiên cứu giải pháp nâng cao an toàn các hồ chứa thủy lợi vừa và nhỏ của tỉnh Quảng Nam”. Tôi xin chân thành cảm ơn nhà trƣờng, các thầy cô đã dạy bảo, hƣớng dẫn trong suốt quá trình học cao học; cảm ơn Lãnh đạo cơ quan đang công tác, các đồng nghiệp trong và ngoài ngành đã giúp đỡ, tạo điều kiện và cung cấp tài liệu phục vụ cho luận văn. Xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hƣớng dẫn TS. Hoàng Ngọc Tuấn đã tận tình chỉ bảo, hƣớng dẫn chuyên môn trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn này. Trong khoảng thời gian hạn hẹp, trình độ chuyên môn còn hạn chế luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đƣợc những góp ý của quý thầy cô giáo và các đồng nghiệp. Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Tân ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài: ........................................................................................................ 1 2. Mục đích và đối tƣợng nghiên cứu: ............................................................................. 3 3. Nội dung và phạm vi nghiên cứu: ............................................................................... 3 4. Phƣơng pháp nghiên cứu: ............................................................................................ 3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: ................................................................... 4 6. Cấu trúc của luận văn: ................................................................................................. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA NƯỚC Ở VIỆT NAM VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU ..................................................................................................... 5 1.1. Tình hình xây dựng các hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam ............................................. 5 1.1.1. Tổng quan về tình hình xây dựng các hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam .................... 5 1.1.2. Hiện trạng hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam ............................................................... 6 1.2. Hiện trạng hồ chứa ở Quảng Nam ............................................................................ 6 1.2.1. Tổng quan về hồ chứa ở Quảng Nam .................................................................... 6 1.2.2. Hiện trạng chi tiết các hồ chứa vừa và nhỏ ở Quảng Nam .................................. 10 1.3. Đánh giá chung về an toàn hồ chứa. ...................................................................... 12 1.3.1. Hồ đập đa phần xây dựng đã lâu và xuống cấp ................................................... 12 1.3.2. Đập thấp, đập vật liệu địa phƣơng chiếm tỷ lệ lớn, thi công thủ công nên dễ bị sự cố. .............................................................................................................................. 12 1.3.3. Quản lý hồ đập mới chú trọng khai thác sử dụng, ít quan tâm nghiên cứu trên công trình thực tế. .......................................................................................................... 13 1.3.4. Biến đổi khí hâu tạo ra những hình thái thời tiết cực đoan làm nguy cơ mất an toàn đập càng cao. ......................................................................................................... 13 1.3.5. Sự phát triển kinh tế xã hội dòi hỏi an toàn đập ở mức độ cao hơn .................... 14 1.4. Phân tích đánh giá nguyên nhân mất an toàn các đập vật liệu địa phƣơng ............ 14 1.4.1 Nguyên nhân mất an toàn do nƣớc tràn qua đỉnh gây vỡ đập. ............................. 14 1.4.2 Nguyên nhân mất an toàn do dòng thấm gây vỡ đập. .......................................... 16 1.4.3 Một số nguyên nhân mất an toàn khác: ................................................................ 19 iii 1.5. Một số giải pháp đảm bảo an toàn các công trình hồ chứa vừa và nhỏ ................. 21 1.5.1. Giải pháp công trình ............................................................................................ 21 1.5.2. Giải pháp phi công trình ...................................................................................... 25 1.5.3. Phân tích, lựa chọn giải pháp .............................................................................. 27 Kết luận chƣơng 1 ......................................................................................................... 28 CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN CÁC HỒ CHỨA VỪA VÀ NHỎ TỈNH QUẢNG NAM. ....................................................................................... 30 2.1. Tổng quan về khu vực ............................................................................................ 30 2.1.1. Điều kiện tự nhiên khu vực ................................................................................. 30 2.1.2 Tình hình dân sinh - kinh tế khu vực nghiên cứu................................................. 34 2.1.3 Đánh giá về điều kiện tự nhiên và dân sinh - kinh tế đối với an toàn đập ........... 35 2.2. Cơ sở tính toán, đánh giá mức độ an toàn 1 số hồ chứa vừa và nhỏ ...................... 36 2.2.1. Cơ sở lý thuyết: ................................................................................................... 36 2.2.2. Cơ sở dữ liệu điều tra, khảo sát một số hồ chứa: ................................................ 41 2.3. Tính toán thủy văn, điều tiết lũ cho 1 số hồ chứa vừa và nhỏ................................ 47 2.3.1. Tính toán thủy văn, điều tiết lũ Hồ Thạch Bàn: .................................................. 47 2.3.2. Tính toán thủy văn, điều tiết lũ Hồ An Tây: ....................................................... 57 2.3.3. Kết quả tính toán thủy văn, điều tiết lũ các hồ chứa: .......................................... 63 2.4. Tính toán ổn định, thấm cho công trình dâng nƣớc 1 số hồ chứa .......................... 64 2.4.1. Tính toán ổn định, thấm Hồ Thạch Bàn: ............................................................. 64 2.4.2. Tính toán ổn định, thấm Hồ An Tây: .................................................................. 66 2.5. Tính toán khả năng tháo của 1 số hồ chứa vừa và nhỏ .......................................... 67 2.5.1. Tính toán khả năng tháo của Hồ Thạch Bàn: ...................................................... 67 2.5.2. Tính toán khả năng tháo của Hồ An Tây: ........................................................... 68 2.6. Kết quả đánh giá mức độ an toàn các hồ chứa vừa và nhỏ .................................... 69 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO MỨC ĐỘ AN TOÀN CHO HỒ CHỨA NƯỚC HỐ CÁI .............................................................................................. 70 3.1. Cơ sở đề xuất giải pháp .......................................................................................... 70 3.2. Tổng quan chung về hồ chứa nƣớc Hố Cái ............................................................ 70 3.2.1 Vị trí địa lý .......................................................................................................... 70 3.2.2. Quy mô và nhiệm vụ của công trình ................................................................... 71 iv 3.2.3 Điều kiện địa hình, địa chất khu vực dự án .......................................................... 73 3.2.4. Đặc điểm khí tƣợng thủy văn .............................................................................. 75 3.3. Tính toán thủy văn, điều tiết lũ ............................................................................... 77 3.3.1. Phƣơng pháp tính và công cụ tính toán ............................................................... 77 3.3.2. Số liệu tính toán: .................................................................................................. 77 3.3.3. Kết quả tính toán thủy văn, điều tiết lũ ............................................................... 77 3.4. Kiểm tra cao trình đỉnh đập đất hiện trạng ............................................................. 77 3.4.1. Số liệu tính toán ................................................................................................... 77 3.4.2. Xác định cao trình đỉnh đập................................................................................. 78 3.5. Kiểm tra khả năng tháo của tràn hiện trạng ............................................................ 80 3.5.1. Tài liệu tính toán .................................................................................................. 80 3.5.2. Kiểm tra khả năng tháo của tràn .......................................................................... 81 3.6. Giải pháp công trình đầu mối ................................................................................. 82 3.6.1 Phƣơng án mở rộng tràn xả lũ .............................................................................. 82 3.6.1.5 Tính toán ổn định, thấm đập đất với phƣơng án mở rộng tràn xả lũ, giữ nguyên đỉnh đập ......................................................................................................................... 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 98 1. Kết luận: .................................................................................................................... 98 2. Tồn tại, hạn chế ......................................................................................................... 99 3. Kiến nghị ................................................................................................................... 99 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Cống lấy nƣớc hồ Đồng Nhơn và Hồ Hố Giang ............................................ 8 Hình 1.2. Hồ Đập Đá và Hồ Hóc Két.............................................................................. 9 Hình 1.3. Hồ Hố Trầu và Hồ Hóc Bầu ............................................................................ 9 Hình 1.4. Biểu đồ mức độ hƣ hỏng các hồ vừa và nhỏ ................................................ 11 Hình 2.1. Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Nam ............................................................. 30 Hình 2.2. Hệ thống lƣới trạm thủy văn tỉnh Quảng Nam .............................................. 31 Hình 2.3. Phân tích lực tác dụng lên một dải cung trƣợt trụ tròn ................................. 39 Hình 2.4. Vị trí Hồ Thạch Bàn và Hồ An Tây trên bản đồ Quảng Nam ....................... 42 Hình 2.5. Đập đất, đập tràn hồ Thạch Bàn .................................................................... 42 Hình 2.5. Đƣờng quá trình lũ điển hình tại hồ Thạch Bàn ........................................... 54 Hình 2.6. Đƣờng quá trình lũ thiết kế, kiểm tra và lũ PMF hồ Thạch Bàn .................. 54 Hình 2.7. Đƣờng quan hệ điều tiết ứng với lũ P=1% hồ Thạch Bàn ........................... 55 Hình 2.8. Đƣờng quan hệ điều tiết ứng với lũ P=0,2% hồ Thạch Bàn ........................ 56 Hình 2.9. Đƣờng quan hệ điều tiết ứng với lũ PMF hồ Thạch Bàn ............................. 56 Hình 2.10. Đƣờng quá trình lũ thiết kế 0,2% Hồ An Tây ............................................ 61 Hình 2.11. Đƣờng quá trình lũ thiết kế 1,0% Hồ An Tây ............................................ 62 Hình 2.12. Đƣờng quá trình lũ đến, lũ xả suất thiết kế P=1,0% Hồ An Tây ............... 63 Hình 2.13. Đƣờng quá trình lũ đến, lũ xả suất thiết kế P=0,2% Hồ An Tây ............... 63 Hình 2.14 : Sơ đồ tính thấm và ổn định đập Thạch Bàn ............................................... 65 Hình 2.15 : Sơ đồ tính thấm và ổn định đập An Tây .................................................... 66 Hình 3.1: Vị trí địa lý hồ chứa nƣớc Hố Cái (nguồn ảnh từ Google Earth) .................. 71 Hình 3.2: Hiện trạng đập Hố Cái................................................................................... 71 Hình 3.3 : Mặt bằng + cắt dọc tràn sau khi mở rộng..................................................... 89 Hình 3.4 : Sơ đồ tính thấm và ổn định đập Hố Cái ....................................................... 90 Hình 3.5: Mặt cắt ngang đập đất hiện trạng .................................................................. 92 Hình 3.5: Mặt cắt ngang đập đất phƣơng án thiết kế .................................................... 93 Hình 3.6: Chi tiết tƣờng chắn sóng ............................................................................... 93 Hình PL 2.1. Bản đồ đẳng trị lƣợng mƣa năm tỉnh Quảng Nam ................................ 114 vi Hình PL 2.2. Xu thế lƣợng mƣa nhiều năm tại các trạm (1976-2014)........................ 115 Hình PL 2.3. Đƣờng tần suất lƣợng mƣu 1 ngày Max hồ Thạch Bàn........................ 118 Hình PL 2.4. Đƣờng đặc tính lòng hồ Thạch Bàn ...................................................... 120 Hình PL 2.5: Kết quả tính toán thấm đập Thạch Bàn (trƣờng hợp 1) ......................... 127 Hình PL 2.6: Kết quả tính toán ổn định đập Thạch Bàn (trƣờng hợp 1) ..................... 127 Hình PL 2.7: Kết quả tính toán thấm đập Thạch Bàn (trƣờng hợp 2) ......................... 127 Hình PL 2.8: Kết quả tính toán ổn định đập Thạch Bàn (trƣờng hợp 2) ..................... 127 Hình PL 2.9: Kết quả tính toán thấm đập Thạch Bàn (trƣờng hợp 3) ......................... 128 Hình PL 2.10: Kết quả tính toán ổn định đập Thạch Bàn (trƣờng hợp 3) ................... 128 Hình PL 2.11: Kết quả tính toán thấm đập Thạch Bàn (trƣờng hợp 4) ....................... 128 Hình PL 2.12: Kết quả tính toán ổn định đập Thạch Bàn (trƣờng hợp 4) ................... 128 Hình PL 2.13: Kết quả tính toán thấm đập An Tây (trƣờng hợp 1) ............................ 129 Hình PL 2.14: Kết quả tính toán ổn định đập An Tây (trƣờng hợp 1) ........................ 129 Hình PL 2.15: Kết quả tính toán thấm đập An Tây (trƣờng hợp 2) ............................ 129 Hình PL 2.16: Kết quả tính toán ổn định đập An Tây (trƣờng hợp 2) ........................ 129 Hình PL 2.17: Kết quả tính toán thấm đập An Tây (trƣờng hợp 3) ............................ 130 Hình PL 2.18: Kết quả tính toán ổn định đập An Tây (trƣờng hợp 3) ........................ 130 Hình PL 2.19: Kết quả tính toán thấm đập An Tây (trƣờng hợp 4) ............................ 130 Hình PL 2.20: Kết quả tính toán ổn định đập An Tây (trƣờng hợp 4) ........................ 130 Hình PL 3.1: Kết quả tính toán thấm đập Hố Cái (trƣờng hợp 1) ............................... 132 Hình PL 3.2: Kết quả tính toán thấm đập Hố Cái (trƣờng hợp 1) ............................... 132 Hình PL 3.3: Kết quả tính toán thấm đập Hố Cái (trƣờng hợp 2) ............................... 132 Hình PL 3.4: Kết quả tính toán ổn định đập Hố Cái (trƣờng hợp 2) ........................... 132 Hình PL 3.5: Kết quả tính toán thấm đập Hố Cái (trƣờng hợp 3) ............................... 133 Hình PL 3.6: Kết quả tính toán ổn định đập Hố Cái (trƣờng hợp 3) ........................... 133 Hình PL 3.7: Kết quả tính toán thấm đập Hố Cái (trƣờng hợp 4) ............................... 133 Hình PL 3.8: Kết quả tính toán ổn định đập Hố Cái (trƣờng hợp 4) ........................... 133 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Bảng tổng hợp và phân loại hồ chứa thủy lợi ................................................ 5 Bảng 1.2. Tỷ lệ hƣ hỏng, mất an toàn các hồ vừa và nhỏ ............................................. 10 Bảng 1.3. Tỷ lệ hƣ hỏng các hạng mục công trình của các hồ vừa và nhỏ ................... 10 Bảng 2.1. Tổng lƣợng mƣa trung bình tháng, năm tại các trạm ................................... 32 Bảng 2.2. Lƣợng mƣa mùa lũ, mùa kiệt so với lƣợng mƣa năm................................... 33 Bảng 2.3. Đặc trƣng mƣa năm, dòng chảy năm vùng nghiên cứu ................................ 34 Bảng 2.4. Các đặc trƣng hồ chứa Thạch bàn và An Tây............................................... 43 Bảng 2.5. Thông số kỹ thuật hồ Thạch bàn và An Tây ................................................. 43 Bảng 2.6. Lƣợng mƣa ngày Hồ Thạch Bàn ứng với các tần suất ................................. 48 Bảng 2.7: Tổng hợp lƣợng mƣa ngày lớn nhất (mm) theo tần suất .............................. 48 Bảng 2.8: Bảng tính lƣợng mƣu PMP 1 ngày Max trạm Thạch Bàn ........................... 49 Bảng 2.9: Bảng tiêu chuẩn lũ khẩn cấp ........................................................................ 51 Bảng 2.10: Kết quả tính tổng lƣợng lũ ......................................................................... 53 Bảng 2.11: Thống kê kết quả tính toán điều tiết lũ hồ Thạch Bàn ................................ 57 Bảng 2.12: Phân phối dòng chảy trạm Nông Sơn ......................................................... 58 Bảng 2.13. Bảng tổng hợp các tham số dòng chảy Hồ An Tây .................................... 58 Bảng 2.14: Bảng tính tổng lƣợng lũ lƣu vực An Tây.................................................... 60 Bảng 2.16: Bảng mực nƣớc và lƣu lƣợng ứng với tần suất thiết kế.............................. 62 Bảng 2.10: Kết quả tính toán điều tiết lũ các hồ chứa .................................................. 64 Bảng 3.1: Thông số cơ bản của hồ chứa nƣớc Hố Cái .................................................. 72 Bảng 3.2. Đặc trƣng lƣu vực Hồ chứa nƣớc Hố Cái ..................................................... 73 Bảng 3.3: Nhiệt độ trung bình ngày trong các tháng tại trạm Tam Kỳ ......................... 76 Bảng 3.4: Tổng số giờ nắng trung bình nhiều năm tại trạm Tam Kỳ ........................... 76 Bảng 3.5: Độ ẩm trung bình các tháng tại trạm Tam Kỳ .............................................. 76 Bảng 3.6: Lƣợng bốc hơi các tháng trong năm ............................................................. 76 Bảng 3.7 : Đặc trƣng dòng chảy bình quân nhiều năm ................................................. 76 Bảng 3.8 : Dòng chảy năm thiết kế ............................................................................... 76 Bảng 3.9: Kết quả tính toán tổng lƣợng lũ .................................................................... 77 viii Bảng 3.10: Kết quả tính toán điều tiết lũ ....................................................................... 77 Bảng 3.11: Thông số cơ bản của hồ chứa nƣớc Hố Cái ................................................ 78 Bảng 3.12: Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập yêu cầu ............................................. 80 Bảng 3.14: Lƣu lƣợng xả qua tràn tính toán với tần suất thiết kế, kiểm tra 0.01% ...... 81 Bảng 3.15: Kết quả tính toán điều tiết lũ với các phƣơng án mở rộng tràn xả lũ ......... 82 Bảng 3.16: Cao trình đỉnh đập tính toán ứng với các phƣơng án B tràn mở rộng ........ 83 Bảng 3.17: Thông số tính toán H0 ứng với các tần suất ................................................ 84 Bảng 3.17: Lƣu lƣợng xả qua tràn tính toán với tần suất thiết kế, kiểm tra 0.01% ...... 84 Bảng 3.17: Bảng tính độ sâu phân giới ứng với các cấp lƣu lƣợng qua tràn ................ 86 Bảng 3.18: Tính toán chiều cao tƣờng biên ứng với p=1.5% ....................................... 87 Bảng 3.19: Tính toán chiều cao tƣờng biên ứng với P=0.5% ...................................... 87 Bảng 3.20: Tính toán chiều cao tƣờng biên ứng với P=0.01% .................................... 88 Bảng 3.22: Chỉ tiêu cơ lý của lớp đất đắp đập .............................................................. 90 Bảng 3.23: Các trƣờng hợp tính toán ổn định, thấm .................................................... 91 Bảng 3.24: Kết quả tính thấm hồ chứa nƣớc Hố Cái ................................................... 91 Bảng 3.25: Kết quả tính toán ổn định hồ chứa nƣớc Hố Cái ....................................... 91 Bảng 3.26: Kết quả kiểm tra cao trình đỉnh đập yêu cầu ............................................. 92 Bảng 3.27: Khối lƣợng 02 phƣơng án thiết kế .............................................................. 94 Bảng PL 1.1. Bảng thông số kỹ thuật hồ chứa dung tích >10 triệu m3 [1] .................. 103 Bảng PL 1.2. Bảng thông số kỹ thuật hồ chứa dung tích 1-10 triệu m3 [2] ................. 104 Bảng PL 1.3. Bảng thông số kỹ thuật hồ chứa dung tích < 1 triệu m3 [3] ................... 106 Bảng PL 1.4. Bảng hiện trạng các hồ chứa vừa và nhỏ ở Quảng Nam ....................... 109 Bảng PL 2.1. Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu đất nền đập hồ Thạch Bàn ............ 116 Bảng PL 2.2. Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu đất nền đập hồ An Tây .................. 117 Bảng PL 2.3. Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu đất đắp đập .................................... 117 Bảng PL 2.4: Kết quả thu phóng lũ theo lũ điển hình hồ Thạch Bàn năm 1999......... 119 Bảng PL 2.5: Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ Thạch Bàn, tần suất P=1% ................ 121 Bảng PL 2.6: Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ Thạch Bàn, tần suất P=0,2% ............. 122 Bảng PL 2.7: Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ Thạch Bàn ứng với lũ PMF ............... 123 Bảng PL 2.8: Quá trình lũ điển hình Việt An và đƣờng quá trình lũ thiết kế ............. 124 Bảng PL 2.9: Bảng tính điều tiết lũ ứng với tần suất 1% hồ An Tây .......................... 125 ix Bảng PL 2.10: Bảng tính điều tiết lũ ứng với tần suất 0,2% hồ An Tây..................... 126 Bảng PL 3.1: Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập đất ............................................... 131 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN THẤM, ỔN ĐỊNH ĐẬP HỐ CÁI ................................. 132 Bảng PL 3.2. Tính ĐMN đoạn dốc bề rộng thu hẹp với tần suất P=1.5% ................. 134 Bảng PL 3.3. Tính ĐMN đoạn dốc bề rộng không đổi tần suất P=1.5% ................... 134 Bảng PL 3.4. Tính ĐMN đoạn dốc bề rộng thu hẹp tần suất P=0,5% ....................... 135 Bảng PL 3.5: Tính ĐMN đoạn dốc bề rộng không đổi tần suất P=0,2% ................... 135 Bảng PL 3.6: Tính ĐMN đoạn dốc bề rộng thu hẹp với tần suất 0.01% ................... 136 Bảng PL 3.7: Tính ĐMN đoạn dốc bề rộng không đổi với tần suất 0.01% ............... 136 x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ĐKT Địa kỹ thuật MNDBT Mực nƣớc dâng bình thƣờng MNDGC Mực nƣớc dâng gia cƣờng. MNTK Mực nƣớc thiết kế MNLTK Mực nƣớc lũ thiết kế MNLKT Mực nƣớc lũ kiểm tra MNC Mực nƣớc chết UBND Ủy ban nhân dân HTX Hợp tác xã BTCT Bê tông cốt thép ĐMN Đƣờng mực nƣớc xi xii MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Hồ chứa nƣớc là một loại công trình thuỷ lợi quan trọng, ảnh hƣởng nhiều đến mọi mặt của tự nhiên, dân sinh, kinh tế, xã hội và an ninh quốc phòng. Tác dụng của hồ chứa nƣớc rất lớn, mùa lũ hồ cắt lũ, chặn lũ, mùa kiệt cấp nƣớc đáp ứng nhu cầu tƣới, cấp nƣớc công nghiệp, sinh hoạt, nuôi trồng thủy sản, giao thông thuỷ, giữ gìn môi trƣờng sinh thái… Bên cạnh những tác dụng nhƣ nêu ở trên hồ chứa nƣớc lại luôn tiềm ẩn nguy cơ sự cố, những hiểm họa mỗi khi mùa mƣa lũ đến nhất là đối với những hồ chứa có công trình ngăn nƣớc là đập đất. Để khai thác hiệu quả và giảm thiểu những tác hại do mƣa lũ gây ra, thì việc đƣa ra các giải pháp đảm bảo an toàn cho hồ chứa đóng một vai trò hết sức quan trọng. Theo báo cáo của Bộ đến năm 2013 thì trên toàn lãnh thổ Việt Nam có khoảng 7000 công trình hồ chứa thủy lợi, thủy điện đang hoạt động. Trong đó các hồ chứa thủy lợi, thủy điện vừa và nhỏ chiếm khoảng 6000 công trình (85,71%). Các hồ chứa nƣớc đã và đang góp phần quan trọng trong việc phát triển kinh tế xã hội, đặc biệt là phát triển nông nghiệp, ổn định đời sống nhân dân. Theo thống kê của Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Quảng Nam thì đến năm 2015 trên toàn tỉnh có khoảng 73 hồ chứa nƣớc lớn, nhỏ đang hoạt động với tổng lƣợng nƣớc trữ khoảng 540 triệu m3 nƣớc. Trong đó có 44 hồ chứa nƣớc với dung tích dƣới 1 triệu m3 nƣớc, 20 hồ chứa với dung tích từ 1-3 triệu m3 nƣớc và 9 hồ chứa có dung tích lớn hơn 3 triệu m3 nƣớc, trong đó có 05 hồ từ 10 triệu m3 trở lên gồm hồ Phú Ninh, Khe Tân, Việt An, Vĩnh Trinh và Thái Xuân. Tuy nhiên, phần lớn các hồ chứa, đặc biệt là các hồ chứa thủy lợi vừa và nhỏ đã đƣợc xây dựng từ 30 đến 40 năm về trƣớc nên số liệu tính toán, kinh nghiệm thiết kế, kỹ thuật thi công hạn chế nên không còn phù hợp với điều kiện tình hình mƣa, gió bất thƣờng, lƣu lƣợng lũ ngày càng lớn, đƣờng quá trình lũ thay đổi, tình trạng lũ chồng lũ.... Với các yếu tố bất lợi nhƣ vậy dẫn đến công trình tháo lũ không còn đảm bảo khả năng tháo, mực nƣớc dâng gia cƣờng, mực nƣớc lũ kiểm tra thƣờng vƣợt qua so với thiết kế rất nhiều, đặc biệt là ảnh 1 hƣởng của việc biến đổi khí hậu dẫn đến công trình làm việc mất ổn định, vỡ đập là rất lớn. Đặc biệt, khu vực miền Trung nói chung và tỉnh Quảng Nam nói riêng thì với điều kiện địa hình phức tạp, dộ dốc lƣu vực sông lớn, lƣu lƣợng lũ và tốc độ lũ nhanh cộng thêm ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu thì việc mất an toàn của các công trình hồ chứa vừa và nhỏ trên địa bàn tỉnh Quảng Nam càng tiềm ẩn rất lớn. Số lƣợng các các loại hồ chứa vừa và nhỏ này rất nhiều; việc quản lý, duy tu bảo dƣỡng các công trình này cũng không đƣợc chặt chẽ, bài bản và ít đƣợc quan tâm, đầu tƣ nâng cấp, sửa chữa lớn, nhỏ nhƣ đối với các đập lớn. Thực tế trong những năm qua, ở nƣớc ta đã xảy ra hƣ hỏng, sự cố và vỡ đập rất nhiều, nhƣ đập Suối Hành tỉnh Khánh Hòa (1986); đập Am Chúa tỉnh Khánh Hòa (1992); đập Khe Mơ tỉnh Hà Tĩnh (2010); đập Phƣớc Trung tỉnh Ninh Thuận (2010), Hồ Ea Đrăng tỉnh Đắc Lắc (2013), Hồ Đồng Đáng tỉnh Thanh Hóa (năm 2013)… Đập dù lớn hay nhỏ khi bị vỡ đều gây ra tổn thất nặng nề cho bản thân công trình, và cho vùng hạ du. Ở các đập mà hạ du là khu dân cƣ hoặc kinh tế, văn hóa thì thiệt hại do vỡ đập gây ra ở hạ du lớn hơn gấp nhiều lần so với thiệt hại đối với bản thân công trình, và phải mất nhiều năm sau mới có thể khắc phục đƣợc. An toàn cho hồ - đập là một vấn đề cấp bách hiện nay. Trong điều kiện nhƣ hiện nay, sự thay đổi của thảm phủ thực vật thƣợng nguồn, nạn chặt phá rừng đầu nguồn, lƣu lƣợng lũ thƣờng lớn hơn khoảng 20-30% so với lƣu lƣợng lũ thiết kế. Trong khi đó các công trình hồ chứa vừa và nhỏ thƣờng đƣợc xây dựng từ rất lâu, tài liệu khảo sát thiếu thốn, các chỉ tiêu thiết kế cũ không còn phù hợp với thời điểm hiện tại, công trình tháo lũ không đảm bảo khả năng làm việc,... cho nên các công trình hồ chứa vừa và nhỏ có nguy cơ mất an toàn là rất lớn. Hiện nay, các đề tài, dự án đã nghiên cứu chỉ mới đánh giá, nghiên cứu giải pháp an toàn cho hồ chứa Thủy lợi có quy mô vừa và lớn, tuy nhiên các hồ thủy lợi nhỏ, đặc biệt là các hồ do địa phƣơng quản lý nhiều công trình đƣợc xây dựng trong điều kiện liệt quan trắc thủy văn ngắn, tài liệu không đầy đủ, xác định một số thông số kỹ thuật chƣa chuẩn xác; cán bộ quản lý kiêm nhiệm, không có nghiệp vụ chuyên môn, không quan trắc, đo đạc, không có tài liệu hồ sơ công trình lƣu trữ, không đánh giá mức độ an toàn công trình hằng năm... chƣa đƣợc đánh giá nghiên cứu giải pháp an toàn cho hồ 2 chứa theo nhóm để có thể sử dụng tài liệu các hồ trong cùng nhóm để đánh giá mức độ an toàn. Vì vậy việc đƣa ra giải pháp nâng cao mức độ an toàn cho các hồ chứa nƣớc thủy lợi vừa và nhỏ của tỉnh Quảng Nam hiện nay là việc rất cần thiết. Đề tài "Nghiên cứu giải pháp nâng cao an toàn các hồ chứa thủy lợi vừa và nhỏ của tỉnh Quảng Nam" nhằm mục tiêu đánh giá thực trạng, nhận biết các vấn đề thách thức và đề xuất các giải pháp nâng cao mức độ an toàn cho các hồ chứa Thủy lợi vừa và nhỏ của tỉnh Quảng Nam. 2. Mục đích và đối tƣợng nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu giải pháp nâng cao mức độ an toàn cho các hồ chứa Thủy lợi vừa và nhỏ của tỉnh Quảng Nam. Phạm vi giới hạn ổn định đập đất; áp dụng cho một công trình điển hình là hồ chứa nƣớc Hố Cái, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam. Nội dung nghiên cứu nhƣ sau: - Tính toán điều tiết lũ một số hồ chứa đại diện vừa và nhỏ tỉnh Quảng Nam. - Tính toán, đánh giá ổn định đập đất của một số hồ chứa vừa và nhỏ. - Phân tích, đề xuất các giải pháp nâng cao mức độ an toàn. - Áp dụng cho hồ chứa nƣớc Hố Cái tỉnh Quảng Nam. Đối tượng nghiên cứu: Các hồ chứa nƣớc thủy lợi vừa và nhỏ trên địa bàn tỉnh Quảng Nam; ÁP dụng cho hồ chứa nƣớc Hố Cái, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam. 3. Nội dung và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu mức độ an toàn các hồ chứa thủy lợi vừa và nhỏ tỉnh Quảng Nam trong phạm vi giới hạn ổn định đập dâng nƣớc với hình thức đập đất. Đề xuất giải pháp nâng cao mức độ an toàn. Áp dụng cho công trình hồ chứa nƣớc Hố Cái, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu: Phƣơng pháp phân tích, thống kê, kế thừa có chọn lọc các tài liệu đã có nhằm tập hợp, phân tích đánh giá giá đƣợc thực trạng và mức độ an toàn các công trình hồ chứa nƣớc hiện nay. 3 Trên cơ sở các tài liệu, kết quả nghiên cứu đã có sẵn để tiến hành chọn lọc những kết quả, tài liệu có liên quan, phù hợp với nội dung nghiên cứu; phân tích các tài liệu đã có thành từng nhóm để nhận dạng mức độ an toàn của các hồ chứa nhỏ và vừa hiện nay. Phƣơng pháp thu thập tài liệu từ công trình thực tế. Phƣơng pháp sử dụng mô hình thủy văn, thủy lực để tính toán: Từ các số liệu đã thu thập đƣợc, phân tích, lựa chọn các mô hình thủy văn, thủy lực thích hợp để tính toán ứng với tần suất lũ kiểm tra. Tính toán thấm, ổn định của công trình. Phƣơng pháp điều tra, phỏng vấn, khảo sát thực địa để kiểm định và hiệu chỉnh kết quả tính toán Phƣơng pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan: kế thừa các kết quả tính toán của các dự án, hồ sơ thiết kế, các thông số tính toán liên quan đến các hồ chứa thủy lợi vừa và nhỏ trên địa bàn tỉnh Quảng Nam và các dự án liên quan đến công trình hồ chƣa nƣớc Hố Cái. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Ý nghĩa khoa học: Ứng dụng các phƣơng pháp nghiên cứu để đánh giá nhanh thực trạng và mức độ an toàn các công trình hồ chứa nƣớc vừa và nhỏ ở Quảng Nam. Đề xuất các giải pháp nâng cao an toàn cho các hồ chứa vừa và nhỏ tỉnh Quảng Nam. Ý nghĩa thực tiễn: Là một kênh thông tin tham khảo cho các đơn vị quản lý công trình, quy hoạch xây dựng ,... nhìn nhận và khảo sát, nâng cấp, sửa chữa cho các công trình mất an toàn đƣợc vận hành an toàn; Giúp cho các nhà quản lý có một số thông tin đáng tin cậy về mức độ an toàn các hồ chứa vừa và nhỏ của tỉnh để từ đó có các giải pháp, phƣơng án phù hợp trong quản lý vận hành các hồ chứa đặc biệt là trong mùa mƣa bão. 6. Cấu trúc của luận văn: Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, trong luận văn gồm có các chƣơng nhƣ sau : CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA NƢỚC Ở VIỆT NAM VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU CHƢƠNG 2: ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN CÁC HỒ CHỨA VỪA VÀ NHỎ TỈNH QUẢNG NAM. CHƢƠNG 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO MỨC ĐỘ AN TOÀN CHO HỒ CHỨA NƢỚC HỐ CÁI 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA NƯỚC Ở VIỆT NAM VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình xây dựng các hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam 1.1.1. Tổng quan về tình hình xây dựng các hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam Hiện cả nƣớc đã đầu tƣ xây dựng đƣợc 6.886 hồ chứa nƣớc trong đó có 6.648 hồ chứa thủy lợi (chiếm 96,5%) và 238 hồ chứa thủy điện (chiếm 3,5%) với tổng dung tích khoảng 63 tỷ m3 nƣớc. Bảng 1.1: Bảng tổng hợp và phân loại hồ chứa thủy lợi 1 Quy mô (Triệu m3) Số lƣợng (hồ) V≥10 V=3÷10 V=1÷3 V=0,2÷1 V≤0,2 124 578 363 2.335 3.248 Tổng số hồ chứa nƣớc các tỉnh từ Nghệ An trở ra đến các tỉnh miền núi phía Bắc là 4.224 hồ chiếm 64% số hồ cả nƣớc. Các tỉnh có nhiều hồ chứa là: Đăk Lăk 650 hồ, Nghệ An 629 hồ, Thanh Hóa 610 hồ, Hòa Bình 513 hồ, Bắc Giang 422 hồ, Tuyên Quang 346 hồ. Hồ chứa nƣớc là công trình quan trọng để khai thác sử dụng nƣớc và phòng chống tác hại do nguồn nƣớc gây ra. Các công trình hồ đập đƣợc đầu tƣ với các nguồn vốn khác nhau: ngân sách nhà nƣớc, các doanh nghiệp tƣ nhân, các nông trƣờng, hợp tác xã. Trong đó, nguồn vốn từ ngân sách nhà nƣớc là chủ yếu. Việc xây dựng nhiều hồ chứa đã góp phần rất lớn vào phát triển sản xuất nông nghiệp, phát điện, chống lũ, cấp nƣớc sinh hoạt và bảo vệ môi trƣờng. Tuy nhiên hồ chứa cũng gây ra các tác động tiêu cực đến môi trƣờng, xã hội. Những tồn tại trong thiết kế, thi công và quản lý hồ chứa cũng nhƣ những biến đổi bất thƣờng về khí hậu làm cho các tác động xấu này trầm trọng thêm, đặc biệt có thể dẫn đến nguy cơ làm mất an toàn, làm vỡ đập và gây ra thảm họa cho khu vực hạ du. 1 Theo Báo cáo công tác quản lý an toàn hồ chứa của Tổng cục Thủy lợi 5 1.1.2. Hiện trạng hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam Rà soát năm 2015, cả nƣớc 1.150 hồ chứa cần phải sửa chữa nâng cấp trong giai đoạn 2016-2020. Trong đó, hồ có dung tích trên 10 triệu m3 có 21 hồ hƣ hỏng, 10 hồ thiếu khả năng xả; có 160 hồ chứa lớn bị hƣ hỏng, 35 hồ thiếu khả năng xả; hồ có dung tích từ 1 đến 3 triệu m3 có 134 hồ hƣ hỏng; hồ có dung tích từ 0,2 đến 1 triệu m3 có 580 hồ hƣ hỏng; hồ có dung tích dƣới 0,2 triệu m3 có 210 hồ hƣ hỏng nặng. Ngoài ra, cả nƣớc còn khoảng hơn 2.500 hồ chứa nhỏ có dung tích dƣới 200.000 m3 khác nằm phân tán do thôn, xã quản lý không có tài liệu để đánh giá. Đánh giá mức độ an toàn của các hồ chứa nƣớc, có khoảng 1300 hồ chứa đƣợc xây dựng sau năm 2000 và 633 hồ đƣợc sửa chữa, nâng cấp từ năm 2003 đến nay đảm bảo an toàn trong mùa mƣa lũ. Các hồ chứa xây dựng trƣớc năm 2000, thiết kế, thi công theo tiêu chuẩn cũ (TCVN5060-90), nhiều công trình xây dựng chƣa đƣợc đầu tƣ đồng bộ, thiếu tài liệu tính toán, kinh nghiệm thiết kế, thi công đập còn hạn chế, sau thời gian khai thác vận hành đến nay nhiều hồ bị xuống cấp, tiềm ẩn các nguy cơ mất an toàn. 1.2. Hiện trạng hồ chứa ở Quảng Nam 1.2.1. Tổng quan về hồ chứa ở Quảng Nam Toàn tỉnh Quảng Nam hiện tại có 73 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích hữu ích xấp xỉ gần 500 triệu m3 nƣớc đƣợc phân bổ tại 10/18 huyện, thành phố (trong đó hồ chứa nƣớc thủy lợi Phú Ninh có dung tích lớn nhất 344 triệu m3 nƣớc); diện tích tƣới thực tế khoảng 25.000ha canh tác so với thiết kế là 38.000ha, đạt khoảng 65%. Số lƣợng công trình hồ chứa phân theo dung tích nhƣ sau: + Hồ có dung tích lớn hơn 10 triệu m3 nƣớc : 5 hồ; + Hồ có dung tích từ (1÷ 10) triệu m3 nƣớc : 21 hồ; + Hồ có dung tích nhỏ hơn 01 triệu m3 nƣớc : 47 hồ. Trong số các công trình thủy lợi đã đƣa vào khai thác, đa số các hồ chứa nhỏ do địa phƣơng quản lý đƣợc xây dựng từ năm 1990 trở về trƣớc, do nguồn vốn còn hạn chế 6