Tài liệu Nghiên cứu biện pháp nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa, áp dụng cho hồ chứa nước phước hà tỉnh quảng nam

BẢN CAM KẾT Tên tôi là: Nguyễn Thanh Thảo Học viên lớp: CH23C12 Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Hà Nội, tháng 3 năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Thanh Thảo i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện Luận văn này, tác giả được người hướng dẫn khoa học là thầy giáo GS.TS Phạm Ngọc Quý, người đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn này. Qua đây, tác giả xin gởi lời cảm ơn chân thành tới Thầy! Xin trân trọng ghi ơn đến phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình trường Đại học Thuỷ Lợi, cùng các thầy cô giáo đã nhiệt tình truyền dạy những kiến thức quý báu, những phương thức nguyên cứu căn bản trong quá trình học tập khóa học này. Xin bày tỏ sự biết ơn đến bạn bè, đồng nghiệp và gia đình và các học viên lớp Cao học 23C12 đã nhiệt tình giúp đỡ trong suốt thời gian qua. Tác giả xin tỏ lòng 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. Với thời gian và trình độ còn hạn chế, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “Nghiên cứu biện pháp nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa nước, áp dụng cho hồ chứa nước Phước Hà, tỉnh Quảng Nam” đã được hoàn thành nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp để Luận văn hoàn thiện hơn. Luận văn được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy Lợi. Hà Nội, tháng 3 năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Thanh Thảo ii MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết của đề tài: ..........................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu: ...............................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ..........................................................................2 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: .............................................................2 5. Bố cục luận văn: ......................................................................................................3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA, ĐÁNH GIÁ NGUỒN NƯỚC VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC .................................................. 4 1.1 Tổng quan về công trình hồ chứa ..........................................................................4 1.1.1 Nhiệm vụ, vai trò của hồ chứa nước: ..............................................................4 1.1.2 Phân loại và các bộ phận của hồ chứa nước ...................................................4 1.1.3 Hiện trạng các hồ chứa nước ở Quảng nam ....................................................9 1.1.4 Một sự cố về đập trên thế giới và Việt Nam .................................................18 1.2 Đánh giá nguồn nước, nhu cầu sử dụng nước hiện nay ở tỉnh Quảng Nam. .......22 1.2.1. Ảnh hưởng của BĐKH đến Hồ chứa ...........................................................22 1.2.2 Ảnh hưởng của yếu tố con người đến nguồn nước của Hồ chứa. .................27 1.2.3 Nhu cầu dùng nước hiện nay ở tỉnh Quảng Nam. .........................................28 1.3 Những vấn đề đặt ra với hồ chứa ở Quảng Nam. ................................................30 1.4 Những kết quả nghiên cứu về nâng cao dung tích của hồ chứa ..........................31 1.4.1 Ở Việt Nam ...................................................................................................31 1.4.2 Ở Thế Giới ...................................................................................................32 1.5 Kết luận chương 1 ................................................................................................33 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TỐI ƯU NÂNG CAO DUNG TÍCH HỮU ÍCH HỒ CHỨA Ở QUẢNG NAM .............................. 34 2.1 Đặc điểm tự nhiên và tình hình kinh tế, xã hội tỉnh Quảng Nam. .......................34 2.1.1 Đặt điểm tự nhiên ..........................................................................................34 2.1.2 Tình hình phát triển kinh tế xã hội tỉnh Quảng Nam. ...................................35 2.2. Nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa nước là yêu cầu tất yếu và khách quan ....................................................................................................................................38 iii 2.2.1 Yêu cầu tăng dung tích để phục vụ cho sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp. .................................................................................................................... 38 2.2.2 Yêu cầu tăng dung tích để đảm bảo phát triển du lịch.................................. 41 2.3 Các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích ........................................................... 41 2.3.1 Xây dựng các đập tạm hoặc bổ sung cửa van trên đỉnh tràn ........................ 42 2.3.2 Nâng cao ngưỡng tràn và thay đổi hình thức từ ngưỡng tràn ....................... 43 2.3.3 Xây hồ mới bổ sung cho hồ hiện có ............................................................. 45 2.3.4 Liên thông các hồ .......................................................................................... 46 2.3.5 Các giải pháp kết hợp ................................................................................... 46 2.4 Xây dựng tiêu chí lựa chọn giải pháp tối ưu ....................................................... 72 2.5 Kết luận chương 2 ............................................................................................... 74 CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN TỐI ƯU NHẤT CHO HỒ CHỨA NƯỚC PHƯỚC HÀ ....................................................................................... 76 3.1 Đặc điểm tình hình hồ chứa nước Phước Hà....................................................... 76 3.2 Tính toán nhu cầu dùng nước Hồ chứa nước Phước Hà ..................................... 85 3.2.1 Nhu cầu dùng nước hiện tại .......................................................................... 85 3.2.2 Nhu cầu dùng nước tương lai........................................................................ 85 3.3 Các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích cho Hồ chứa nước Phước Hà ........... 88 3.3.1 Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp mở rộng tràn. ............................................... 88 3.3.2 Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp nâng cao đỉnh đập ....................................... 90 3.3.3 Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp làm thêm tràn phụ: ...................................... 91 3.3.4 Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp làm thêm cửa van ........................................ 93 3.3.5 Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp thay đổi hình thức tràn: Áp dụng tính toán nâng cao ngưỡng tràn kết hợp chuyển hình thức tràn thực dụng sang tràn zích zắc ................................................................................................................................ 94 3.4 Phân tích chọn giải pháp tối ưu cho Hồ chứa nước Phước Hà ............................ 96 3.5 Kiểm tra an toàn hồ khi nâng cao MNDBT theo tiêu chí thấm và ổn định mái đập: ............................................................................................................................ 99 3.5.1 Chọn trường hợp để tính toán: ...................................................................... 99 3.5.2 Kết quả tính toán: ........................................................................................ 100 3.5.3 Phân tích kết quả tính toán kiểm tra ........................................................... 100 iv 3.6 Kết luận chương 3 ..............................................................................................100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.......... 102 1. Kết quả đạt được của luận văn. ............................................................................102 2. Những tồn tại của luận văn ..................................................................................102 3. Kiến nghị và những nghiên cứu tiếp theo. ...........................................................103 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 104 PHỤ LỤC ................................................................................................................... 106 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. 1: Biểu đồ phân loại theo nguồn gốc .................................................................. 5 Hình 1. 2: Một số hồ chứa ở Việt Nam ........................................................................... 8 Hình 1. 3: Biểu đồ phân loại theo dung tích của hồ chứa ở Quảng Nam........................ 9 Hình 1. 4: Biểu đồ phân loại theo diện tích lưu vực của hồ chứa ở Quảng Nam ......... 10 Hình 1. 5: Biểu đồ phân loại theo năm xây dựng của hồ chứa ở Quảng Nam .............. 10 Hình 1. 6: Biểu đồ phân loại theo diện tích tưới của hồ chứa ở Quảng Nam ............... 10 Hình 1. 7: Biểu đồ phân loại theo chiều cao đập của hồ chứa ở Quảng Nam............... 11 Hình 1. 8: Máng đo lưu lượng thấm parshall hạ lưu đập chính 1, thủy chí của hồ chứa nước Đông Tiển, Quảng Nam ....................................................................................... 12 Hình 1. 9: Mặt cắt ngang, mặt bằng hư hỏng điển hình khi nước qua đỉnh đập ........... 13 Hình 1. 10: Vỡ đập dạng hình thang, nhìn từ hạ lưu đập .............................................. 14 Hình 1. 11: Mái thượng lưu đập đất bị biến dạng ......................................................... 14 Hình 1. 12: Mặt đập chính hồ Phú Ninh bị biến dạng................................................... 14 Hình 1. 13: Một số cống bong tróc, mục bê tông ở Quảng Nam ................................. 15 Hình 1. 14: Bồi lấp đầu cống tây hồ Đông Tiển , Quảng Nam ..................................... 15 Hình 1. 15: Hư hỏng tràn Hồ Phước Hà mùa lũ năm 1999........................................... 16 Hình 1. 16: Ảnh vỡ đập South Fork, Mỹ(Ảnh : nguồn Internet) .................................. 18 Hình 1. 17: Ảnh vỡ đập Bản Kiểu, Trung Quốc (Ảnh : nguồn Internet) ...................... 19 Hình 1. 18: Ảnh mạch đùn, mạch sủi hạ lưu đập Am Chúa, Khánh Hà(Ảnh : nguồn Internet) ......................................................................................................................... 19 Hình 1. 19: Ảnh vị trí thấm hạ lưu đập Núi Cốc, Thái Nguyên(Ảnh : nguồn Internet) 20 Hình 1. 20: Ảnh vỡ cống lấy nước đập Z20, Hà Tỉnh(Ảnh : nguồn Internet) .............. 20 Hình 1. 21: Ảnh vỡ đập Khe Mơ , Hà Tỉnh(Ảnh : nguồn Internet) .............................. 21 Hình 1. 22: Vỡ đập Đầm Hà Động, Quảng Ninh(Ảnh : nguồn Internet) ..................... 21 Hình 1. 23: Biểu đồ xu thế biến đổi mưa một ngày lớn nhất một số trạm điển hình .... 23 Hình 2. 1: Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Nam ............................................................ 34 Hình 2. 2: Nâng cao MNDBT bằng túi cao su lắp trên ngưỡng tràn ........................... 42 Hình 2. 3: Nâng cao ngưỡng tràn 0,50 m bằng bao tải đựng cát .................................. 43 Hình 2. 4: Tràn thành mỏng .......................................................................................... 43 vi Hình 2. 5: Tràn Creager- Ôphixêrốp– dạng B ...............................................................44 Hình 2. 6: Tràn mặt cắt cong có chân không – dạng elíp ............................................44 Hình 2. 7: Tràn mặt cắt cong có chân không – dạng tròn .............................................44 Hình 2. 8: Tràn mặt cắt chữ nhật ...................................................................................44 Hình 2. 9: Tràn mặt cắt hình thang ................................................................................45 Hình 2. 10: Tràn đỉnh rộng ............................................................................................45 Hình 2. 11: Mặt bằng và cắt dọc ngưỡng tràn khi được nâng cao, mở rộng .................47 Hình 2. 12: Áp trúc mái thượng lưu đập .......................................................................48 Hình 2. 13: Áp trúc mái thượng hạ lưu đập..................................................................49 Hình 2. 14: Áp trúc mái thượng thượng hạ lưu đập ......................................................50 Hình 2. 15: Áp trúc kết hợp bổ sung tường chắn sóng .................................................50 Hình 2. 16: Tràn sự cố kiểu tự do ..................................................................................51 Hình 2. 17: Tràn sự cố kiểu đập đất để gây vỡ hoặc tự do ............................................53 Hình 2. 18: Tràn sự cố kiểu tự vỡ ở Hồ Nam Sơn - Triết Giang - Trung Quốc ............55 Hình 2. 19: Cắt ngang tràn sự cố kiểu tự vỡ..................................................................55 Hình 2. 20: Ảnh đập cầu chì Long Sơn 1, hồ Phú Ninh ................................................56 Hình 2. 21: Cắt dọc tràn sự cố hồ Kè Gỗ - Hà Tĩnh ......................................................58 Hình 2. 22: Tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ ở Hồ Cương Nam - Trung Quốc ..............59 Hình 2. 23: Tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ ở Hồ Sơn Hà - Trung Quốc ......................59 Hình 2. 24: Chuyển hình thức tràn tự do sang tràn có cửa van .....................................60 Hình 2. 25: Thay thế ngưỡng tràn kiểu Creager bằng ngưỡng tràn kiểu Zích zắc ........61 Hình 2. 26: Cắt ngang ngưỡng tràn thực dụng ..............................................................61 Hình 2. 27: Mặt bằng và cắt ngang ngưỡng tràn zích zắc .............................................62 Hình 2. 28: Một số Tràn zích zắc ở Mỹ (Ảnh : nguồn Internet) ..................................63 Hình 2. 29: Thay thế ngưỡng tràn kiểu Creager bằng ngưỡng tràn kiểu PKA .............64 Hình 2. 30 Các mô hình của tràn Piano .........................................................................64 Hình 2. 31: Tràn phím đàn Piano dạng tròn của hồ Black Esk , Scotland(Ảnh : nguồn Internet) .........................................................................................................................65 Hình 2. 32: Các mặt cắt của tràn piano key A điển hình ...............................................65 Hình 2. 33: Các mặt cắt của tràn piano key B điển hình ...............................................66 vii Hình 2. 34: Quan hệ giữa lưu lượng và mực nước của hình thức A, B và tràn Creager ....................................................................................................................................... 67 Hình 2. 35: Các mặt cắt của tràn piano key điển hình theo F. Lempérière and J.-P. Vigny and A. Ouamane ................................................................................................. 68 Hình 2. 36: Các mô hình tràn PK-Weirs ....................................................................... 68 Hình 2. 37: Đập Saloun trước và sau lúc đặt cầu chì(Ảnh : nguồn Internet) ................ 69 Hình 2. 38: Hạ thấp ngưỡng tràn sau đó đặt khối bê tông cầu chì có ngưỡng cao hơn.70 Hình 2. 39: Sơ đồ ổn định của Đập cầu chì tại thời điểm mức nước H+h. ................... 70 Hình 2. 40: Bố trí tổng hợp của một đập có tràn kết hợp PK-Weirs và tràn cầu chì ... 72 Hình 3. 1: Mặt bằng vị trí Hồ Phước Hà ....................................................................... 76 Hình 3. 2: Lũ qua tràn hồ Phước Hà tại mùa lũ năm 2016 ........................................... 82 Hình 3. 3: Biểu đồ quan hệ F=f(Z) và W=f( Z) ............................................................ 82 Hình 3. 4: Diễn biến quá trình điều tiết lũ P=1%, hồ Phước Hà .................................. 84 Hình 3. 5: Mặt cắt ngang đâp đất, hồ chứa nước Phước Hà ......................................... 85 Hình 3. 6: Cắt ngang tràn sau khi nâng, hồ Phước Hà .................................................. 88 Hình 3. 7: Mặt bằng tràn Phước Hà sau khi mở rộng ................................................... 89 Hình 3. 8: Diễn biến quá trình điều tiết lũ sau khi nâng cao ngưỡng tràn kết hợp mở rộng tràn ........................................................................................................................ 89 Hình 3. 9: Cắt ngang Tràn và Đập đất sau khi nâng ..................................................... 90 Hình 3. 10: Diễn biến quá trình điều tiết lũ sau khi nâng cao ngưỡng tràn kết hợp nâng cao đỉnh đập................................................................................................................... 91 Hình 3. 11: Cắt ngang và mặt bằng xả lũ tràn phụ ........................................................ 92 Hình 3. 12: Diễn biến quá trình điều tiết lũ sau khi nâng cao ngưỡng tràn kết hợp làm thêm tràn phụ là tràn tự do ............................................................................................ 92 Hình 3. 13: Diễn biến quá trình điều tiết lũ sau khi nâng cao ngưỡng tràn kết hợp làm thêm cửa van. ................................................................................................................ 93 Hình 3. 14 : Mặt cắt dọc của tràn zích zắc sau khi nâng ............................................... 95 Hình 3. 15: Mặt bằng của tràn zích zắc sau khi nâng của Tràn Phước Hà ................... 95 Hình 3. 16: Diễn biến quá trình điều tiết lũ khi nâng cao ngưỡng tràn kết hợp chuyển hình thức tràn thực dụng sang tràn zích zắc .................................................................. 96 viii Hình PL5. 1: Kết quả tính thấm đập đất khi MNDBT = +46,10m; MNHL không có nước .............................................................................................................................124 Hình PL5. 2: Kết quả tính ổn định mái đập đất khi MNDBT = +46,10m; MNHL không có nước ........................................................................................................................125 Hình PL5. 3: Kết quả tính thấm đập đất khi MNDBT = + 46,70m; MNHL không có nước .............................................................................................................................126 Hình PL5. 4: Kết quả tính ổn định mái đập đất khi MNDBT = + 46,70m; MNHL không có nước .............................................................................................................127 Hình PL5. 5: Kết quả tính thấm đập đất khi MNDGC = +48,70m; MNHL = +32,00m .....................................................................................................................................128 Hình PL5. 6: Kết quả tính ổn định đập đất khi MNDGC = +48,70m; MNHL = +32,00m .......................................................................................................................129 ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1: Phân loại theo cấp công trình........................................................................ 5 Bảng 1. 2: Phân loại theo diện tích lưu vực (F, km2) ...................................................... 5 Bảng 1. 3: Phân loại theo diện tích tưới .......................................................................... 6 Bảng 1. 4: Phân loại theo dung tích hồ .......................................................................... 6 Bảng 1. 5: Phân loại hồ theo vùng lãnh thổ ................................................................... 6 Bảng 1. 6: Phân loại hồ theo chiều cao đập ................................................................... 6 Bảng 1. 7: Phân loại theo thời gian xây dựng ................................................................ 7 Bảng 1. 8: Mức thay đổi lượng mưa ngày lớn nhất (%) vào cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch bản phát thải trung bình ........................................................ 23 Bảng 1. 9: Sự thay đổi lượng mưa một ngày lớn nhất theo các kịch bản (%) so với thời kỳ nền ............................................................................................................................ 24 Bảng 1. 10: Mức tăng nhiệt độ (oC) trung bình năm so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch bản phát thải trung bình (B2) ................................................................................ 26 Bảng 1. 11: Mức thay đổi lượng mưa năm (%) so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch bản phát thải trung bình (B2) ............................................................................................... 26 Bảng 1. 12: Bảng nhu cầu dùng nước ngành nông nghiệp ở những hồ chứa lớn tỉnh Quảng Nam năm 2016 (Nguồn : Công ty Thủy lợi Quảng Nam) ................................. 29 Bảng 2. 1: Dự báo nhu cầu dùng nước ......................................................................... 38 Bảng 2. 2: Quy hoạch mở rộng các nhà máy nước ....................................................... 38 Bảng 2. 3: Một số sơ đồ và công thức tính toán hệ số lưu lượng qua tràn.................... 43 Bảng 2. 4: Bảng dữ liệu của tràn piano key A so với tràn Creager với H= 4,0m ....... 66 Bảng 2. 5: Bảng dữ liệu của tràn piano key B so với tràn Creager với H=8m ........... 67 Bảng 3. 1: Bảng thông số kỹ thuật của đập đất ............................................................. 77 Bảng 3. 2 : Bảng thông số kỹ thuật của tràn xả lũ ........................................................ 78 Bảng 3. 3: Bảng thông số kỹ thuật của cống lấy nước .................................................. 78 Bảng 3. 4: Loại đất, hệ số thấm và các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập và nền .............. 79 Bảng 3. 5: Bảng quan hệ F=f(Z) và W=f(Z) ................................................................. 83 Bảng 3. 6: Mô hình lũ đến với tấn suất P = 1% ............................................................ 83 Bảng 3. 7: Bảng phân phối dòng chảy năm của hồ Phước Hà ...................................... 85 Bảng 3. 8: Nhu cầu dùng nước phục vụ tưới tương lai ................................................. 86 x Bảng 3. 9: Nhu cầu dùng nước phục vụ cho chăn nuôi trong tương lai. .......................87 Bảng 3. 10: Nhu cầu dùng nước phục vụ sinh hoạt trong tương lai ..............................87 Bảng 3. 11: Tổng nhu cầu dùng nước phục tương lai của Hồ Phước Hà .....................87 Bảng 3. 12 : Bảng so sánh kết quả tính toán điều lũ các giải pháp ...............................96 Bảng 3. 13: Bảng so sánh kết quả tính toán kinh tế ......................................................99 Bảng 3. 14: Kết quả tính toán thấm và ổn định của đập đất, hồ chứa Phước Hà .......100 Bảng PL1. 1: Bảng thống kê hồ chứa nước ở tỉnh Quảng Nam .................................106 Bảng PL2. 1: Bảng tổng hợp diện tích thực hiện các biện pháp chống hạn ................108 Bảng PL4. 1: Tính điều tiết lũ P=1%, Tràn chính được mở rộng 19m ......................110 Bảng PL4. 2: Tính điều tiết lũ P=1%, Tràn chính Nâng cao ngưỡng tràn . ................112 Bảng PL4. 3: Tính điều tiết lũ P=1%, Tràn chính kết hợp tràn phụ là tự do Btr=20m .....................................................................................................................................114 Bảng PL4. 4: Tính điều tiết lũ P=1%, Tràn chính kết hợp có cửa van Btr=8m .........118 Bảng PL4. 5: Tính điều tiết lũ P=1%, tràn chính là tràn zích zắc Btr= 46,20 m........122 xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BĐKH : Biến đổi khí hậu MNDBT: Mực nước dâng bình thường MNLTK : Mực nước lũ thiết kế MNLKT : Mực nước lũ kiểm tra MNDGC : Mực nước dâng gia cường GPMB : Giải phóng mặt bằng KT- XH : Kinh tế xã hội TW : Trung Ương TNHHMTV : Trách nhiệm hữu hạng một thành viên UBND : Ủy ban nhân dân PCLB : Phòng chống lụt bão QCVN : Quy chuẩn Việt Nam xii PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Trên địa bàn Quảng Nam hiện có 73 hồ chứa thủy lợi, với tổng lượng nước trữ khoảng 500 triệu m3 , gồm 6 hồ có dung tích từ 10 triệu m3 trở lên, 5 hồ có dung tích từ 3-10 triệu m3, còn lại là hồ chứa có dung tích từ 3 triệu m3 trở lại. Có thể nói hệ thống các công trình thủy lợi của tỉnh, đặc biệt là các hồ chứa nước đã phát huy tốt tác dụng, đóng góp rất lớn vào sự nghiệp phát triển kinh tế và ổn định đời sống của nhân dân trong thời gian vừa qua. Tuy nhiên nền kinh tế Quảng Nam luôn tăng trưởng không ngừng vùng hạ lưu tập trung nhiều ngành KT-XH quan trọng, nhu cầu nước dùng cho sản xuất và sinh hoạt rất lớn và ngày càng tăng nhanh, mở rộng diện cấp nước cho sản xuất màu, nhất là vùng đồng bằng ven sông và vùng cát ven biển, cấp nước cho các khu công nghiệp và khu dân cư tập trung, mặc khác do ảnh hưởng của sự Biến đổi khí hậu, thời tiết toàn cầu diễn biến phức tạp ngày càng gay gắt, thất thường theo chiều hướng phức tạp và cực đoan hơn. Nền nhiệt trung bình ở hầu hết các vùng khí hậu của Việt Nam từ có xu hướng ngày đều cao hơn trung bình nhiều năm, trong khi lượng mưa thiếu hụt so với trung bình nhiều năm, dẫn đến dòng chảy cơ bản của sông, suối về các hồ chứa suy giảm nghiêm trọng vì vậy khi gặp thời tiết nắng hạn dài ngày thì rất dễ bị cạn kiệt nước vào cuối vụ Hè thu, ảnh hưởng đến phục vụ nước tưới cho cây trồng. Để đảm bảo được các yêu cầu phát triển kinh tế trong thời gian tới thì đòi hỏi cần tăng thêm dung tích hữu ích của các hồ chứa. Tuy nhiên vấn đề là việc cải tạo, nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa cần phải tính toán đến chi phí đầu tư, ổn định công trình, ngập lụt thượng lưu, cũng như công tác vận hành sau này. Như vậy nghiên cứu biện pháp nâng cao dung tích hữu ích các hồ chứa theo hướng tăng mực nước dâng bình thường phục vụ sản xuất mà không làm tăng mực nước lũ thiết kế của hồ, tăng mực nước dâng bình thường mà vẫn đảm bảo an toàn cho các hạng mục khác của các công trình này và vốn đầu tư nhỏ. Với tầm quan trọng và tính cấp thiết như vậy, cùng với những kiến thức trong quá trình học tập lớp Cao học chuyên ngành Xây dựng công trình thủy của trường Đại học Thủy lợi tác giả đã lựa chọn và nghiên cứu luận văn tốt nghiệp của mình với tên gọi: 1 “Nghiên cứu biện pháp nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa nước, Áp dụng cho hồ chứa nước Phước Hà, tỉnh Quảng Nam” 2. Mục tiêu nghiên cứu: - Nghiên cứu những nguyên nhân ảnh hưởng đến công tác tích nước để phục vụ nhu cầu dùng nước trong mùa khô của các hồ chứa nước để đảm bảo an sinh xã hội và phát triển kinh tế. - Nghiên cứa nhiều phương án nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa đã có sẵn, đánh giá an toàn của các Hồ chứa khi MNDBT cần được nâng cao. - Áp dụng giải pháp hữu hiệu nhất cho hồ chứa nước Phước Hà ở huyện Thăng Bình, tỉnh Quảng Nam. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hưởng của BĐKH đến dung tích hữu ích của hồ chứa và một số giải pháp nâng cao dung tích của hồ chứa. - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các giải pháp nâng cao dung tích cho hồ chứa nước Phước Hà, tỉnh Quảng Nam. 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: - Tìm hiểu tình hình kinh tế, xã hội trên địa bàn tỉnh, đặc biệt ảnh hưởng của các hồ chứa nước đến an sinh xã hội. - Điều tra, đánh giá hiện trạng, khảo sát tính toán sự phù hợp của các hồ chứa có thể áp dụng giải pháp nâng cao dung tích hữu ích trên địa bàn tỉnh - Đưa ra nhiều giải pháp, so sánh sự hiệu quả để tìm ra giải pháp tối ưu nhất. - Vận dụng giải pháp vào công trình cụ thể. - Phối hợp nhiều kênh thông tin số liệu để nghiên cứu: số liệu đo đạc nhiều năm của đơn vị quản lý các hồ chứa, các trạm khí tượng thủy văn… - Xin ý kiến góp ý của các giáo viên hướng dẫn, các đồng nghiệp về vấn đề cần nghiên cứu. 2 5. Bố cục luận văn: Ngoài phần Mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, danh mục tài liệu tham khảo, danh mục hình vẽ, bảng biểu, các từ viết tắt, nội dung chính của luận văn gồm 3 chương chính: Chương 1: Tổng quan về công trình hồ chứa, đánh giá nguồn nước và nhu cầu sử dụng nguồn nước. Chương 2: Nghiên cứu và lựa chọn giải pháp tối ưu nâng cao dung tích hữu ích các hồ chứa ở Quảng Nam Chương 3: Áp dụng lựa chọn giải pháp tối ưu nhất cho Hồ chứa nước Phước Hà Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA, ĐÁNH GIÁ NGUỒN NƯỚC VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC 1.1 Tổng quan về công trình hồ chứa 1.1.1 Nhiệm vụ, vai trò của hồ chứa nước: Nước ta có khoảng 6.886 hồ chứa nước các loại, trong đó 6.648 hồ chứa thủy lợi (Chiếm 96,50 %) đưa vào vận hành khai thác với tổng dung tích khoảng 11 tỷ mét khối. Hệ thống hồ chứa nước ở nước ta có thể là hồ tự nhiên hoặc nhân tạo trải dài từ Bắc vào Nam. Nhiệm vụ vủa của các hồ chứa có thể sử dụng trong tưới tiêu nông nghiệp, nuôi trồng khai thác thủy sản, khai thác thủy điện, phát triển du lịch, tạo nguồn cấp nước cho công nghiệp, sinh hoạt, giảm ngập lụt, cũng như xâm nhập mặn ở hạ du ...ngoài ra các hồ chứa còn giữ vị trí quan trọng trong việc điều hòa sinh thái, bảo vệ môi trường sống của con người. Hệ thống hồ chứa được xây dựng ở nước ta đã mang lại hiệu quả rất to lớn về kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường. Trong những năm gần đây khi mà thiên tai diễn biến ngày càng phức tạp lượng mưa có xu hướng tăng trong mùa mưa và giảm trong mùa khô, vai trò của những hồ chứa nước càng trở nên quan trọng hơn, đóng vai trò chủ đạo để tạo nguồn nước ngọt, điều phối lượng nước từ mùa lũ sang mùa kiệt là phát triển hệ thống hồ sinh thái trên các vùng lãnh thổ, đảm bảo nguồn nước phát triển nông nghiệp, tăng năng suất cây trồng góp phần quan trọng trong việc xóa đói, giảm nghèo. 1.1.2 Phân loại và các bộ phận của hồ chứa nước 1.1.2.1 Phân loại hồ chứa - Phân loại theo nguồn gốc - Hồ chứa tự nhiên: được hình thành một cách tự nhiên do sự vận động của vỏ trái đất có tác dụng giữ cân bằng cho môi trường sinh thái và được con người cải tạo nâng cấp theo hướng phục vụ lợi ích con người và xã hội. - Hồ chứa nhân tạo: do con người chủ động xây dựng để sử dụng tổng hợp nguồn nước phục vụ sự phát triển dân sinh, kinh tế, quốc phòng, an ninh. 4 Hình 1. 1: Biểu đồ phân loại theo nguồn gốc - Phân loại theo nhiệm vụ chính: Hồ chứa xây dựng để tưới là chính (kết hợp nuôi cá, cải tạo môi trường), ở Việt Nam tính theo số lượng loại này chiếm 96,50%. Hồ chứa xây dựng để tưới, phát điện là chính (có phòng lũ), ở Việt Nam tính theo số lượng loại này chiếm 3,5 %. - Phân loại theo số liệu thống kê của Cục Thuỷ lợi a) Phân loại theo cấp công trình: Bảng 1. 1: Phân loại theo cấp công trình Cấp công Tổng số Đặc biệt I II III IV V Số lượng 6.648 13 130 174 546 1663 4.122 Tỷ lệ (%) 100 0,2 2,0 2,6 8,2 25,0 62,0 trình b) Phân loại theo diện tích lưu vực F (km2): Bảng 1. 2: Phân loại theo diện tích lưu vực (F, km2) F, km2 Tổng số F ≤ 10 10< F ≤ 50 50 < F ≤ 100 100 < F Số lượng 6.648 4.361 1.795 126 366 Tỷ lệ (%) 100 65,6 27,0 1,9 5,5 5 c) Phân loại theo diện tích tưới (F-ha): Bảng 1. 3: Phân loại theo diện tích tưới F-ha Tổng số ω ≤ 100 100< ω ≤ 500 500< ω ≤ 1000 1000<ω Số lượng 6.648 2.460 2.991 465 732 Tỷ lệ (%) 100 37,0 45,0 7,0 11,0 d) Phân loại theo dung tích hồ (W, 106 m3): Bảng 1. 4: Phân loại theo dung tích hồ Dung tích hồ W≤2 Loại hồ Rất nhỏ Số lượng (cái) 2 < W ≤ 5 5< W ≤ 10 Nhỏ 10 < W Vừa Lớn Tổng số 6.222 186 80 160 6.648 93,6 2,8 1,2 2,4 100 Tỷ lệ (%) e) Phân theo lãnh thổ: Bảng 1. 5: Phân loại hồ theo vùng lãnh thổ Trung du, Vùng miền núi Bắc Bộ Đồng Bắc Nam Tây Nam Bộ Tổng số Trung Trung Nguyên Bắc Bộ Bộ Bộ bằng Tính theo số lượng 2074 552 1988 1223 572 239 6.648 Tỷ lệ (%) 31,2 8,3 29,9 18,4 8,6 3,6 100 f) Theo chiều cao đập chắn H (m): Bảng 1. 6: Phân loại hồ theo chiều cao đập Loại H (m) H ≤ 10 10100 T. số Tính theo số lượng 1404 1942 2450 807 0 30 15 Tỷ lệ (%) 21,12 29,21 36,85 12,14 0 0,45 0,23 6 6.648 100 g) Theo thời gian xây dựng: Bảng 1. 7: Phân loại theo thời gian xây dựng Thời gian Trước 1954 1954÷1964 1965÷19750 1976÷1986 Sau Tổng 1986 số Tính theo số lượng 120 342 1732 2453 2001 6.648 Tỷ lệ (%) 1,8 5,15 26,05 36,9 30,1 100 - Một số đặc điểm của hồ chứa nước đã xây dựng ở Việt Nam 1. Hồ chứa nước ở Việt Nam là biện pháp công trình chủ yếu để chống lũ cho các vùng hạ du; cấp nước tưới ruộng, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phát triển du lịch, cải tạo môi trường nuôi trồng thuỷ sản, phát triển giao thông, thể thao, văn hoá... 2. Đa phần là hồ chứa vừa và nhỏ (cấp V chiếm 62%; hồ có lưu vực F < 10 km2 chiếm 65,6%, hồ chứa nước tưới không quá 500 ha chiếm 82%, hồ có dung tích không vượt quá 10 triệu (m3) chiếm 26,07%, số hồ có dung tích lớn hơn chiếm tỷ lệ nhỏ. Hồ có dung tích từ 20 triệu (m3) trở lên có 51 hồ (trong đó có 10 hồ do ngành thuỷ điện quản lý). Những hồ nhỏ nằm rải rác khắp nơi tạo nên những thế mạnh nhất định (vốn ít, sớm đưa vào phục vụ, phù hợp với nền sản xuất nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn, đi đến từng thôn bản phục vụ đắc lực cho phát triển nông nghiệp và nông thôn). Hồ lớn tuy ít về số lượng, nhưng có vai trò quyết định tạo đà phát triển trong công nghiệp hoá, hiện đại hoá; phòng chống lũ, phát điện, khả năng vượt tải cao nên chống hạn tốt. 3. Hồ chứa nước chỉ có thể xây dựng ở những vùng có địa hình, địa chất phù hợp. Xây dựng hồ chứa cần chú ý tới các vùng miền. Ở những vùng có ít hồ (ví dụ như ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên), đặc biệt ở vùng thiếu quá nhiều hồ lớn (như ở Tây Nguyên) thì việc chống lũ, chống hạn, cải tạo môi trường sinh thái, cung cấp nước sạch còn gặp rất nhiều khó khăn. 7 4. Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có ít hồ chứa được xây dựng trong giai đoạn này. Sau năm 1964, đặc biệt từ khi nước nhà thống nhất thì việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh. Từ 1976 đến nay số hồ chứa xây dựng mới chiếm 67%. Không những tốc độ phát triển nhanh, mà cả về quy mô công trình cũng lớn lên không ngừng. Hiện nay, đã bắt đầu xây dựng hồ lớn, đập cao ở cả những nơi có điều kiện tự nhiên phức tạp. 5. Đập ngăn sông tạo hồ chứa có chiều cao không vượt quá 25 (m) chiếm tới 87,18%. Việc xây dựng những đập cao hơn 25 (m) đang bắt đầu được quan tâm đầu tư. 6. Hình thức kết cấu và kỹ thuật xây dựng từng loại công trình ở hồ chứa nước còn đơn điệu, ít có đổi mới, đa dạng hoá. Việc áp dụng vật liệu mới, công nghệ mới hiện đang được quan tâm. a) Hồ Núi Một, tỉnh Bình Định b) Hồ Dầu Tiếng, tỉnh Tây Ninh Hình 1. 2: Một số hồ chứa ở Việt Nam 1.1.2.2 Các bộ phận của hồ chứa nước a) Lưu vực: Phần diện tích hứng nước cho hồ chứa nước gọi là lưu vực (kể cả nước ngầm). Muốn hình thành hồ chứa trước hết phải có nguồn nước. Nước trên lưu vực chảy theo hệ thống sông suối tập trung vào một lòng chính rồi đổ vào hồ chứa. b) Lòng hồ: Lòng hồ là một phần diện tích lưu vực, dùng để chứa nước, bao gồm cả nước mặt, nước ngầm, nước mưa. Lòng hồ là nơi tích trữ nước và cung cấp nước theo nhiệm vụ của hồ. Lòng hồ càng lớn thì khả năng điều tiết, khả năng trữ và cấp nước của hồ càng lớn. 8