Tài liệu Nghiên cứu đánh giá an toàn đập trên cơ sở đường quá trình lũ đến và công trình tháo lũ khu vực tỉnh quảng ninh có xét đến điều kiện biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHẠM VĂN QUÝ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP TRÊN CƠ SỞ ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ ĐẾN VÀ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KHU VỰC TỈNH QUẢNG NINH CÓ XÉT ĐẾN ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI -2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHẠM VĂN QUÝ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP TRÊN CƠ SỞ ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ ĐẾN VÀ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KHU VỰC TỈNH QUẢNG NINH CÓ XÉT ĐẾN ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: Xây Dựng Công Trình Thủy Mã Số : 60 – 58 – 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN TRUNG ANH NGND.GS.TS LÊ KIM TRUYỀN HÀ NỘI - 2014 LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu đánh giá an toàn đập trên cơ sở đường quá trình lũ đến và công trình tháo lũ khu vực tỉnh Quảng Ninh có xét đến điều kiện biến đổi khí hậu” được hoàn thành tại trường Đại học Thủy lợi. Tác giả luận văn xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Trung Anh, NGND.GS.TS. Lê Kim Truyền đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tác giả về chuyên môn trong suốt quá trình nghiên cứu. Xin cám ơn nhà trường và các thầy cô giảng viên trường Đại học Thủy Lợi đã dạy bảo, hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học cao học, các đồng nghiệp trong và ngoài ngành đã cung cấp tài liệu phục vụ cho luận văn này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo, đồng nghiệp tại Công ty Cổ phần Tin học, Công nghệ, Môi trường Vinacomin, những người thân trong gia đình, bạn bè, và đồng nghiệp đã khích lệ, ủng hộ, động viên về mọi mặt cho tác giả hoàn thành luận văn này. Với thời gian và trình độ chuyên môn còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót và rất mong nhận được sự hướng dẫn và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các bạn đồng nghiệp. Hà Nội, ngày 28 tháng 11 năm 2014 Tác giả Phạm Văn Quý BẢN CAM ĐOAN Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu đánh giá an toàn đập trên cơ sở đường quá trình lũ đến và công trình tháo lũ khu vực tỉnh Quảng Ninh có xét đến điều kiện biến đổi khí hậu” Tôi Phạm Văn Quý, 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 công bố trong bất cứ công trình khoa học nào. Học viên Phạm Văn Quý MỤC LỤC MỤC LỤC ...................................................................................................................1 MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN HỒ CHỨA ...........................................4 1.1. An toàn hồ chứa và sự quan tâm của các Quốc gia ............................................. 4 1.2. Xây dựng hồ chứa và vấn đề an toàn hồ ở Việt nam ........................................... 5 1.2.1. Quá trình đầu tư và xây dựng hồ chứa ở Việt nam ........................................... 5 1.2.2. Công tác quản lý an toàn đập ............................................................................ 8 1.3. Một số nguyên nhân gây mất an toàn hồ chứa ................................................... 13 1.4. Nguyên tắc quản lý an toàn hồ chứa .................................................................. 14 1.5. Một số nghiên cứu liên quan đến an toàn hồ chứa............................................. 15 1.6. Vấn đề BĐKH và tác động đến công trình hồ chứa........................................... 16 1.6.1. Đối với nhiệt độ............................................................................................... 16 1.6.2. Đối với lượng mưa .......................................................................................... 17 1.6.3. Đối với lượng mưa ngày lớn nhất ................................................................... 18 1.7. Kết luận .............................................................................................................. 19 CHƯƠNG II: HỒ CHỨA TỈNH QUẢNG NINH ....................................................21 VÀ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ......................................................................................21 2.1. Điều kiện tự nhiên tỉnh Quảng Ninh .................................................................. 21 2.1.1. Vị trí địa lý ...................................................................................................... 21 2.1.2. Điều kiện tự nhiên ........................................................................................... 21 2.2. Hiện trạng hồ chứa và tình hình nâng cấp sửa chữa công trình ......................... 22 2.3. Một số nguyên nhân mất an toàn hồ chứa khu vực tỉnh Quảng Ninh................ 24 2.3.1. Những nguyên nhân dẫn đến sự cố đập do lũ tràn qua đỉnh đập .................... 24 2.3.2. Những nguyên nhân dẫn đến sự cố đập do thấm trong thân đập .................... 26 2.3.3. Những nguyên nhân dẫn đến sự cố đập do thấm ở mang công trình .............. 29 2.3.4. Những nguyên nhân dẫn đến sự cố đập do thấm ở nền đập ........................... 30 2.3.5. Những nguyên nhân dẫn đến sự cố đập do thấm qua bờ vai đập.................... 30 2.3.6. Những nguyên nhân dẫn đến sự cố đập do trượt, sạt, sập mái thượng lưu đập31 2.3.7. Những nguyên nhân dẫn đến sự cố đập do trượt, sạt, sập mái hạ lưu đập...... 32 2.3.8. Những nguyên nhân dẫn đến sự cố đập do nứt ngang đập ............................. 33 2.3.9. Những nguyên nhân dẫn đến sự cố đập do nứt dọc đập ................................. 33 2.4. Công tác quản lý, vận hành, khai thác hồ chứa và hệ thống công trình ............ 34 2.4.1. Đối với các hồ thủy lợi nhỏ ............................................................................. 34 2.4.2. Đối với các hồ thủy lợi lớn và vừa .................................................................. 34 2.5. Kết luận .............................................................................................................. 35 CHƯƠNG III: KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP CÓ XÉT ĐẾN YẾU TỐ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU................................................................................................37 3.1. Tác động bất lợi của BĐKH đến đường quá trình lũ ......................................... 37 3.1.1. Các nhân tố khí hậu tác động đến đường quá trình lũ .................................... 37 3.1.2. Ảnh hưởng của mặt đệm đến đường quá trình lũ ........................................... 37 3.2. Phân tích lựa chọn mô hình tính toán lũ ............................................................ 39 3.2.1. Nguyên lý cơ bản trong tính toán điều tiết lũ.................................................. 39 3.2.2. Các phương pháp tính điều tiết lũ ................................................................... 43 3.2.3. Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng các phương pháp tính điều tiết lũ ......... 47 3.3. Đánh giá khả năng làm việc công trình xả lũ ..................................................... 47 3.4. Nghiên cứu đề xuất và lựa chọn giải pháp đảm bảo an toàn hồ chứa khu vực nghiên cứu ................................................................................................................. 51 3.5. Một số đề xuất liên quan đến quy trình vận hành và quản lý khai thác ............. 80 3.6. Một số kiến nghị về Nghị định, tiêu chuẩn liên quan đến an toàn hồ ................ 84 3.7. Kết luận .............................................................................................................. 88 CHƯƠNG IV: GIẢI PHÁP NÂNG CẤP ĐẢM BẢO AN TOÀN .......................... 89 HỒ CHỨA QUẢNG LÂM TỈNH QUẢNG NINH .................................................. 89 4.1. Giới thiệu công trình ..........................................................................................89 4.1.1. Nhiệm vụ công trình........................................................................................ 89 4.1.2. Thông số cơ bản của công trình ...................................................................... 89 4.1.3. Đặc điểm khí hậu thuỷ văn.............................................................................. 90 4.2. Tính toán các thông số kỹ thuật của hồ chứa, các hạng mục công trình theo tài liệu thủy văn cập nhật ............................................................................................... 93 4.2.1. Tính toán, kiểm tra lũ ...................................................................................... 93 4.2.2. Tính toán điều tiết lũ ..................................................................................... 102 4.3. Lựa chọn giải pháp đảm bảo an toàn đập cho Hồ Quảng Lâm ........................108 4.3.1. Giải pháp nâng cao nhận thức và quản lý khai thác hiệu quả ....................... 108 4.3.2. Giải pháp công trình ...................................................................................... 108 4.3.3. Phân tích lựa chọn giải pháp ......................................................................... 109 4.4. Tính toán giải pháp đề xuất .............................................................................. 111 4.4.1. Giải pháp mở rộng cửa vào, nâng cao tường bên tràn kết hợp nâng cao tường chắn sóng ................................................................................................................. 111 4.4.2. Giải pháp xây dựng thêm tràn bổ sung bên vai phải đập đất hoặc tìm vị trí làm đập cầu chì khi có lòng dẫn thoát lũ ........................................................................ 112 4.4.3. Giải pháp hạ ngưỡng tràn tạo phai tự xả ....................................................... 113 4.5. Tính toán kiểm tra ổn định ............................................................................... 115 4.5.1. Tính toán kiểm tra cao trình đỉnh đập ........................................................... 115 4.5.2. Kiểm tra ổn định trượt mái đập, kiểm tra ổn định thấm ............................... 118 4.5.3. Các trường hợp tính toán kiểm tra điển hình ................................................ 121 4.6. Phân tích, so sánh và lựa chọn giải pháp ......................................................... 122 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................126 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................128 DANH MỤC BẢN VẼ Hình 1.1: Vỡ Đập Tây Nguyên ở Quỳnh Lưu, Nghệ An ............................................5 Hình 1.2: Vỡ đập ở Bố Trạch, Quảng Bình ................................................................5 Hình 2.1: Hồ Quất Đông (TP. Móng Cái) - Trong mùa mưa lũ ...............................23 Hình 2.2: Hồ chứa Khe Mai - huyện Vân Đồn .........................................................23 Hình 3.1: Tác động của BĐKH đến đường quá trình lũ ...........................................39 Hình 3.2: Quan hệ giữa lưu lượng và lượng trữ........................................................41 Hình: 3.3: Sơ đồ khối tính điều tiết lũ theo phương pháp thử dần xác định mực nước lũ ................................................................................................................................44 Hình 3.4: Minh họa của phương pháp tính ...............................................................45 Hình 3.5: Sơ đồ phân tích đánh giá an toàn đập .......................................................56 Hình 3.6: Tràn sự cố kiểu tự do ................................................................................61 Hình 3.7: Tràn sự cố kiểu đập đất để gây vỡ hoặc tự do ..........................................63 Hình 3.8: Tràn sự cố kiểu tự vỡ ở Hồ Nam Sơn – Triết Giang – Trung Quốc .........65 Hình 3.9: Cắt dọc tràn sự cố hồ Kẻ Gỗ - Hà Tĩnh ....................................................67 Hình 3.10: Các dạng mặt bằng của tràn Zích zắc .....................................................69 Hình 3.11: Các dạng ngưỡng của tràn Zích zắc ........................................................70 Hình 3.12: Tràn zích zắc kiểu phím đàn piano hình thức A .....................................72 Hình 3.13: Tràn zích zắc kiểu phím đàn piano hình thức B .....................................72 Hình 3.14: Quan hệ giữa lưu lượng và mực nước của hình thức A, B, tràn Creager ......................................................................................................................75 Hình 3.15: Cấu tạo tràn mỏ vịt ..................................................................................77 Hình 3.16: Tràn sự cố kiểu cửa van tự động .............................................................78 Hình 3.17: Tràn sự cố kiểu gia tải bằng nước gây vỡ đập đất ..................................79 Hình 3.18: Tràn sự cố kiểu dẫn xói gây vỡ đập đất ..................................................79 Hình 3.19: Mô hình tháo lũ tự động ..........................................................................82 Hình 3.20: Mô hình tràn xả sâu .................................................................................83 Hình 4.1: Quá trình lũ hồ Quảng Lâm P = 1,5 % (Số liệu bổ sung đến 2013) .........98 Hình 4.2: Đường quá trình lũ Q - T hồ Quảng Lâm P = 1,5 % ..............................104 Hình 4.3: Biểu đồ (Q đ – T), (q đ – T) hồ Quảng Lâm P = 1,5 % (Thiết kế cũ) .......104 Hình 4.4: Biểu đồ (Q đ - T),( q đ - T) hồ Quảng Lâm P = 1,5 % (Số liệu đến 2013) .................................................................................................................................105 Hình 4.5: Biểu đồ Q đ - T, q đ - T hồ Quảng Lâm P = 1,5 % (Kịch bản BĐKH, kịch bản phát thải TB đến 2045) .....................................................................................105 Hình 4.6: Đường quá trình lũ Q - T hồ Quảng Lâm P = 0,5% ...............................106 Hình 4.7: Biểu đồ (Q đ - T), (q đ - T) hồ Quảng Lâm P = 0,5 % (Số liệu đến 2013) .................................................................................................................................106 Hình 4.8: Biểu đồ (Qđ – T), (qđ – T) hồ Quảng Lâm P = 0,5 % (Kịch bản BĐKH, kịch bản phát thải TB đến 2045) .............................................................................107 Hình 4.9: Bình đồ hiện trạng vị trí cụm công trình đầu mối Hồ Quảng Lâm .........109 Hình 4.10:Kết quả điều tiết lũ Hồ Quảng Lâm, giải pháp mở rộng tràn B=24m ...112 Hình 4.11:Kết quả điều tiết lũ Hồ Quảng Lâm, giải pháp tràn bổ sung B=10m ....113 Hình 4.12:Kết quả điều tiết lũ Hồ Quảng Lâm; giải pháp hạ ngưỡng tràn, bố trí cửa van tự động ..............................................................................................................114 Hình 4.13: Mặt cắt ngang đại diện tuyến đập Hồ Quảng Lâm ...............................115 Hình 4.14: Các mô hình vật liệu trong Seep/W ......................................................118 Hình 4.15: Vectơ thấm trong vùng vật liệu không bão hòa ....................................119 Hình 4.16: Thông số vật liệu cho vật liệu bão hòa/ không bão hòa ........................119 Hình 4.17: Áp lực nước lỗ rỗng âm trong Seep/W .................................................120 Hình 4.18: Hàm thấm phụ thuộc vào áp lực nước lỗ rỗng âm ................................120 Hình 4.19: Khai báo hàm thấm cho vật liệu ...........................................................121 Hình 4.20: Bình đồ cụm công trình đầu mối hồ Quảng Lâm có bố trí tràn bổ sung .........................................................................................................................124 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số sự cố đập tại Việt Nam ..................................................................12 Bảng 1.2: Mức tăng nhiệt độ (o) trung bình năm so với thời kỳ 1980-1999 theo kịch bản phát thải trung bình ở khu vực phía Bắc ............................................................16 Bảng 1.3: 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 .....................................................18 Bảng 3.1: Các phương trình tính lưu lượng qua đập tràn .........................................42 Bảng 3.2 kết quả thống kê MN lũ của 15 hồ chứa có dung tích W≥106m3 và đập cao H≥10m trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh .......................................................................48 Bảng 3.3: Hệ số tăng lưu lượng (n) của tràn piano kiểu A so với tràn Creager .......75 Bảng 3.4: Hệ số tăng lưu lượng (n) của tràn piano kiểu B so với tràn Creager ........75 Bảng 3.5: Sự thay đổi của tiêu chuẩn lũ thiết kế Việt Nam (tần suất %) .................85 Bảng 3.6: Quy chuẩn Việt Nam QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT............................86 Bảng 4.1: Các thông số kỹ thuật hồ Quảng Lâm ......................................................89 Bảng 4.2: Kết quả tính toán Q maxP , W lũP Hồ Quảng Lâm với tần suất P = 1,5% theo tài liệu bổ sung đến 2013 ..........................................................................................99 Bảng 4.3: Kết quả tính toán Q maxP , W lũP Hồ Quảng Lâm với tần suất kiểm tra P = 0,5% theo tài liệu bổ sung đến 2013 .........................................................................99 Bảng 4.4: Kết quả tính toán Q maxP , W lũP Hồ Quảng Lâm với tần suất P = 1,5% theo kịch bản BĐKH, kịch bản phát thải TB đến 2045 ..................................................100 Bảng 4.5: Kết quả tính toán Q maxP , W lũP Hồ Quảng Lâm với tần suất kiểm tra P = 0,5% theo kịch bản BĐKH, kịch bản phát thải TB đến 2045 .................................101 Bảng 4.6: So sánh đỉnh lũ và tổng lượng hồ Quảng Lâm .......................................101 Bảng 4.7: Kết quả tính điều tiết hồ Quảng Lâm .....................................................103 Bảng 4.8: Kết quả tính toán kiểm tra an toàn về lũ hồ Quảng Lâm........................107 Bảng 4.10: Kết quả tính điều tiết hồ Quảng Lâm, giải pháp mở rộng tràn B=24m112 Bảng 4.11: Kết quả tính điều tiết hồ Quảng Lâm, giải pháp tràn bổ sung B=10m.113 bố trí cửa van tự động .............................................................................................114 Bảng 4.12: Kết quả tính điều tiết hồ Quảng Lâm; giải pháp hạ ngưỡng tràn, bố trí cửa van tự động .......................................................................................................115 Bảng 4.13: Bảng tính toán cao trình đỉnh đập.........................................................117 Bảng 4.14: Bảng tính chỉ tiêu tính toán ổn định đập...............................................121 Bảng 4.15: Kết quả tính ổn định .............................................................................122 Bảng 4.16: Kết quả tính điều tiết hồ Quảng Lâm cho 03 giải pháp ........................122 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BĐKH Biến đổi khí hậu PTTB Phát thải trung bình MNDBT Mực nước dâng bình thường MNLTK Mực nước lũ thiết kế MNLKT Mực nước lũ kiểm tra MNLKC Mực nước lũ khống chế MNDGC Mực nước dâng gia cường QLVH Quản lý vận hành 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Quảng Ninh là một tỉnh thuộc khu vực Đông bắc bộ nước ta cùng các tỉnh: Hà Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Lạng Sơn, Tuyên Quang, Thái Nguyên, Phú Thọ, Bắc Giang. Đây cũng là khu vực tập trung nhiều hồ chứa lớn nhỏ nằm rải rác trên các lưu vực sông được xây dựng qua các thời kỳ khác nhau. Trong đó Quảng Ninh là tỉnh có tương đối nhiều hồ chứa thủy lợi - thủy điện, có thể kể ra một số hồ có quy mô tương đối lớn như: Hà Động, Tràng Vinh, Quất Đông, Yên Lập, Bến Châu, Khe Chè,... Các hồ có nhiệm vụ phục vụ các nhu cầu thiết yếu cho đời sống nhân dân và phát triển kinh tế, an sinh xã hội cho địa phương như: Thủy điện, cấp nước sinh hoạt, cấp nước tưới, nuôi trồng thủy sản, du lịch... tạo cho khu vực một tiềm năng to lớn trong phát triển kinh tế xã hội trên địa bàn nhất là kinh tế nông nhiệp. Quảng Ninh có điều kiện tự nhiên tương đối đặc trưng, địa hình chạy dài tương đối dốc ra phía biển và có nhiều đồi núi chia cắt, đây cũng nằm trong khu vực có lượng mưa trung bình năm tương đối lớn, lượng mưa thường tập trung vào khoảng 3 - 4 tháng trong năm làm cho lũ tập trung nhanh, gây không ít bất lợi về lũ lụt cho khu vực và các công trình thủy lợi. Gần đây nhất vào năm 2008, lượng mưa tập trung trong vài ngày đạt gần 1000 mm gây ngập úng nhiều vùng thuộc các tỉnh Đông Bắc bộ trong đó có Quảng Ninh và đe dọa an toàn các hồ chứa ở đây. Những năm gần đây, trước tình hình biến đổi khí hậu tương đối phức tạp gây không ít bất lợi cho hệ thống công trình thủy lợi nói chung, nhất là vấn đề ổn định đập và an toàn hồ chứa đang được Nhà nước quan tâm. Mất an toàn hồ chứa không chỉ đe dọa hư hỏng công trình mà còn có thể gây thảm họa cho vùng hạ du rộng lớn. Trong những năm gần đây đã có một số chương trình, đề tài khoa học, các dự án nghiên cứu để đảm bảo an toàn hồ đập ở nước ta do các cơ quan, đơn vị nghiên cứu, các tổ chức cá nhân trong và ngoài nước thực hiện. Tuy nhiên, kết quả chỉ mới dừng lại ở mức nghiên cứu vĩ mô mang tính chất định lượng, khái quát, chưa gắn với hiện trạng hồ chứa và điều kiện tự nhiên ở các vùng riêng biệt. Các giải pháp cho việc nâng cấp, sửa chữa nhằm nâng cao mức độ an toàn 2 công trình như: Nâng cao trình đỉnh đập, mở rộng tràn xả lũ, xây dựng thêm tràn sự cố… vẫn là các giải pháp mang tính nguyên tắc. Các quy phạm, các tiêu chuẩn hiện hành về công tác thiết kế, sửa chữa, nâng cấp hồ đập còn thiếu hoặc chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế. Một số vấn đề còn vẫn đang được tiếp tục trao đổi như: Việc xác định cao trình đỉnh đập hay công trình xả lũ hợp lý với từng loại đập và phù hợp với điều kiện tự nhiên khu vực vẫn còn hạn chế cả về cơ sở khoa học và thực tiễn. Một số trường hợp còn thiếu cơ sở khoa học để xác định: - Tài liệu tính toán thủy văn chưa đầy đủ, như thiếu thời gian quan trắc phải kéo dài chuỗi số liệu bằng phương pháp nội suy hay thiếu các trạm quan trắc phải dùng tài liệu của lưu vực tương tự để tính; - Công suất khai thác thế nào để đảm bảo an toàn công trình khi các hạng mục công trình hồ chứa phần lớn xây bằng vật liệu địa phương và đều đã có tuổi thọ trung bình 30 - 50 năm; - Với tình hình diễn biến phức tạp của BĐKH ở nước ta thì các số liệu thủy văn tính toán đã có những biến động rất lớn so với trước đây cùng với bồi lấp lòng hồ thì có thể những thông số kỹ thuật của công trình như đã thiết kế có thể không còn phù hợp. Để bổ sung cơ sở khoa học phục vụ công tác thiết kế sửa chữa, nâng cấp hồ chứa nước địa bàn tỉnh Quảng Ninh, góp phần đảm bảo an toàn công trình và vùng hạ du, phát triển kinh tế, xã hội khu vực nghiện cứu, đề tài: “Nghiên cứu đánh giá an toàn đập trên cơ sở đường quá trình lũ đến và công trình tháo lũ khu vực tỉnh Quảng Ninh có xét đến điều kiện BĐKH” là rất cấp thiết. 2. Mục tiêu của đề tài - Đánh giá an toàn đập trên cơ sở đường quá trình lũ đến có xét đến ảnh hưởng của BĐKH và công trình tháo lũ đã được xây dựng; - Đề xuất giải pháp đảm bảo an toàn đập và tăng khả năng phòng lũ cho các hồ chứa ở khu vực nghiên cứu; áp dụng kết quả nghiên cứu cho công trình cụ thể trên địa bàn. 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Các hồ chứa thủy lợi - thủy điện trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh. 4. Phương pháp nghiên cứu - Kế thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong lĩnh vực đập và hồ chứa; - Phương pháp điều tra thực địa; - Tổng hợp, phân tích đánh giá; - Phương pháp thống kê và phân tích số liệu thực đo. 5. Dự kiến kết quả đạt được - Nêu được tổng quan vấn đề liên quan đến nghiên cứu, xây dựng hồ chứa; - Đánh giá hiện trạng, phân tích nguyên nhân có thể gây mất an toàn cho đập và hồ chứa trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh; - Phân tích đánh giá, đề xuất giải pháp đảm bảo an toàn cho các công trình hồ chứa phù hợp với khu vực nghiên cứu; - Đề xuất giải pháp kỹ thuật phục vụ cho việc thiết kế sửa chữa, nâng cấp hồ chứa nước Quảng Lâm của tỉnh Quảng Ninh. 6. Nội dung của luận văn Ngoài phần mở đầu khẳng định tính cấp thiết của đề tài, các mục tiêu cần đạt được khi thực hiện đề tài, các cách tiếp cận và phương pháp thực hiện để đạt được các mục tiêu đó. Nội dung chính của luận văn gồm 4 chương và phần kết luận kiến nghị, danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục. 4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN HỒ CHỨA 1.1. An toàn hồ chứa và sự quan tâm của các Quốc gia An toàn hồ chứa là vấn đề từ lâu đã được nhiều quốc gia quan tâm. Trong số các đập ngăn sông để tạo hồ chứa ở Việt Nam thì phần lớn là đập đất. Hư hỏng của đập đất thường tiềm ẩn sự mất an toàn, nhiều trường hợp đã gây ra thảm họa vỡ đập. Chất lượng đắp đập chịu ảnh hưởng nhiều của yếu tố kỹ thuật và thời tiết, nên ngoài nguyên nhân do khảo sát, thiết kế, công tác tổ chức thi công cũng góp phần không nhỏ đến vấn đề an toàn đập. Từ nhiều thế kỷ qua, con người đã biết xây dựng các đập ngăn sông để tạo hồ trữ nước tự nhiên, điều tiết dòng chảy phục vụ nhu cầu sử dụng nước và hạn chế lũ lụt, phát triển thủy điện, tạo môi trường sinh thái… Với rất nhiều lợi ích mang lại như đã kể trên, nên trong những thập kỷ qua số lượng đập tạo hồ chứa nước trên Thế giới được xây dựng ngày càng nhiều. Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng đó: Nếu những năm 70 - 80 của thế kỷ XX chúng ta mới xây dựng được một số đập lớn như Thác Bà, Hòa Bình, Dầu Tiếng, Kè Gỗ,… nhưng chỉ trong thập kỷ đầu của thế kỷ XXI hàng loạt các đập lớn được xây dựng với kết cấu đa dạng như đập Krông Báck Thượng, Ba Hạ, Tràng Vinh, Hà Động,… Bên cạnh tác dụng to lớn của loại công trình này, chúng cũng chứa nhiều tiềm ẩn rủi ro. Trên Thế giới đã có không ít đập đất bị vỡ gây thiệt hại về người, tài sản và ảnh hưởng lớn đến môi trường. Với lý do trên, nhiều tổ chức Quốc tế đã quan tâm đến an toàn hồ đập, tổ chức về an toàn các đập lớn Thế giới (ICOLD) thành lập từ năm 1928, hiện có trên 80 nước tham gia. Ở nước ta số đập đất tạo hồ chứa nước chiếm khoảng 90%, còn lại là đập bê tông và vật liệu khác. Đập đất là loại công trình sử dụng vật liệu địa phương (chủ yếu là đất), quá trình thi công không cho phép nước tràn qua, phù hợp với nhiều loại nền nhưng cũng nhạy cảm với sự thay đổi thể tích và kỹ thuật thi công không quá phức tạp. Tuy nhiên, ở một số nước có khoa học kỹ thuật phát triển vẫn xảy ra thảm họa vỡ đập, điển hình như ở Mỹ, Ý… gây thiệt hại đáng kể. Việt Nam cũng có một số đập gặp sự cố hư hỏng, thấm, nứt v,v… được nhiều tài liệu đề cập như đập Cà 5 Giây, Am Chúa, Suối Hành, Suối Trầu; một số khác như Buôn Buông, Liệt Sơn, gần đây như vỡ Đập Tây Nguyên ở Quỳnh Lưu, Nghệ An; vỡ đập ở Bố Trạch ở Quảng Bình nhấn chìm diện tích lớn với hàng trăm hộ dân. Một hồ ở Hà Tĩnh, dung tích khoảng 0,3 triệu m3 nước khi vỡ đã đẩy trôi đoạn đường sắt Bắc Nam dài trên 200 m làm gián đoạn giao thông. Trong những năm gần đây xuất hiện một số hư hỏng đập như ở Yên Bái, Điện Biên, Quảng Ngãi, Hòa Bình v,v… nếu không được khắc phục kịp thời cũng xảy ra rủi ro. Hình 1.1: Vỡ Đập Tây Nguyên ở Quỳnh Lưu, Nghệ An Hình 1.2: Vỡ đập ở Bố Trạch, Quảng Bình 1.2. Xây dựng hồ chứa và vấn đề an toàn hồ ở Việt nam 1.2.1. Quá trình đầu tư và xây dựng hồ chứa ở Việt nam 1.2.1.1. Đối với hồ thủy lợi 6 Tính đến nay chúng ta đã xây dựng được trên 6500 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích trữ nước khoảng 11 tỷ m3 trong đó có 560 hồ chứa có dung tích trữ nước lớn hơn 3 triệu m3 hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ có dung tích từ 0,2 triệu đến 3 triệu m3 nước, còn lại là những hồ đập nhỏ có dung tích dưới 0,2 triệu m3 nước. Các tỉnh đã xây dựng nhiều hồ chứa là: Nghệ An 625 hồ chứa Thanh Hóa 618 hồ chứa Hòa Bình 521 hồ chứa Tuyên Quang 503 hồ chứa Bắc Giang 461 hồ chứa Đắc Lắc 439 hồ chứa Hà Tĩnh 345 hồ chứa Vĩnh Phúc 209 hồ chứa Quảng Ninh 174 hồ chứa Bình Định 161 hồ chứa Phú Thọ 124 hồ chứa - Giai đoạn 1960 ÷ 1975: Chúng ta đã xây dựng nhiều hồ chứa có dung tích trữ nước từ 10 ÷ 50 triệu m3 như: Đại Lải (Vĩnh Phúc); Suối Hai, Đồng Mô (Hà Nội); Khuôn Thần (Bắc Giang); Thượng Tuy, Khe Lang (Hà Tĩnh); Rào Nan, Cẩm Ly (Quảng Bình); đặc biệt hồ Cấm Sơn (Lạng Sơn) có dung tích 248 triệu m3 nước với chiều cao đập đất 40 m (đập đất cao nhất lúc bấy giờ). - Giai đoạn 1975 ÷ 2000: Sau khi đất nước thống nhất chúng ta đã xây dựng được hàng ngàn hồ chứa trong đó có nhiều hồ chứa nước lớn như: Núi Cốc (Thái Nguyên); Kè Gỗ (Hà Tĩnh); Yên Lập (Quảng Ninh); Sông Mực (Thanh Hóa); Phú Ninh (Quảng nam); Yazun hạ (Gia Lai); Dầu Tiếng (Tây Ninh)… trong đó hồ Dầu Tiếng có dung tích lớn nhất 1,58 tỷ m3. 7 Các địa phương trên cả nước đã xây dựng trên 700 hồ chứa có dung tích từ 1÷10 triệu m3. Đặc biệt trong giai đoạn này các huyện, xã, hợp tác xã, nông trường đã xây dựng hàng ngàn hồ chứa có dung tích trên dưới 0,2 triệu m3. - Giai đoạn từ năm 2000 đến nay: - Bằng nhiều nguồn vốn đặc biệt là nguồn vốn trái phiếu chính phủ, Bộ NN&PTNT đã quản lý đầu tư xây dựng mới nhiều hồ chứa có qui mô lớn và vừa như: Cửa Đạt (Thanh Hóa); Định Bình (Bình Định); Tả Trạch (Thừa Thiên Huế); Nước Trong (Quảng Ngãi); Đá Hàn (Hà Tĩnh); Rào Đá (Quảng Bình); Thác Chuối (Quảng Trị); Kroong Buk Hạ, IaSup Thượng (Đắc Lắc)… Đặc điểm chung của các hồ chứa thủy lợi là đập chính ngăn sông tạo hồ, tuyệt đại đa số là đập đất chỉ có 04 hồ có đập bê tông là: Tân Giang (Ninh Thuận); Lòng Sông (Bình Thuận); Định Bình (Bình Định); Nước Trong (Quảng Ngãi). Qua tìm hiểu tài liệu và hiện trạng các hồ ở Quảng Ninh, tác giả có đưa ra một số nhận xét sau: Hơn một nửa trong tổng số hồ đã được xây dựng và đưa vào sử dụng trên 25 ÷ 30 năm, nhiều hồ đã bị xuống cấp. Những hồ có dung tích từ 1 triệu m3 nước trở lên đều được thiết kế và thi công bằng những lực lượng chuyên nghiệp, trong đó những hồ có dung tích từ 10 triệu m3 trở lên phần lớn do Bộ Thủy lợi (trước đây) và Bộ NN&PTNT hiện nay quản lý vốn, thiết kế và thi công. Các hồ có dung tích từ 1 triệu ÷ 10 triệu m3 nước phần lớn là do UBND tỉnh quản lý vốn, kỹ thuật thiết kế thi công. Các hồ nhỏ phần lớn do huyện, xã, HTX, nông trường tự bỏ vốn xây dựng và quản lý kỹ thuật. Những hồ tương đối lớn được đầu tư tiền vốn và kỹ thuật tương đối đầy đủ thì chất lượng xây dựng đập đạt được yêu cầu, mức độ an toàn cao; còn những hồ nhỏ do thiếu tài liệu cơ bản như: Địa hình, địa chất, thủy văn, thiết bị thi công, lực lượng kỹ thuật và nhất là đầu tư kinh phí hạn chế nên chất lượng đập chưa tốt, mức độ an toàn không cao. 8 1.2.1.2. Đối với các hồ thủy điện Hầu hết các dự án xây dựng hồ thủy điện trên dòng chính có công suất lắp máy trên 30MW đều do Tập đoàn điện lực Việt nam và một số Tổng công ty có đủ năng lực làm chủ đầu tư xây dựng. Đến tháng 6/2013 đã có 266 nhà máy thủy điện đi vào vận hành và có trên 200 dự án khác đang triển khai xây dựng. Các dự án lớn do Tập đoàn điện lực Việt Nam và các Tổng công ty lớn đầu tư đều có ban quản lý dự án trực tiếp chỉ đạo thực hiện. Công tác thiết kế, thi công xây dựng đều do các đơn vị chuyên nghiệp thực hiện nên nhìn chung chất lượng công trình đảm bảo, mức độ an toàn đạt yêu cầu thiết kế. Với các dự án có công suất nhỏ phần lớn do tư nhân làm chủ đầu tư, Cũng giống như các hồ thủy lợi do công trình nhỏ, tư nhân làm chủ đầu tư nên các công việc từ khảo sát thiết kế đến thi công đều không đạt được chất lượng cao, mức độ an toàn không thật đảm bảo. 1.2.2. Công tác quản lý an toàn đập 1.2.2.1. Các văn bản qui phạm, pháp luật về an toàn đập Đến nay Quốc Hội, Chính phủ, Bộ NN&PTNT, Bộ Công Thương đã ban hành các pháp lệnh, nghị định, thông tư có liên quan đến công tác quản lý an toàn đập như: - Pháp lệnh khai thác và bảo vệ công trình thủy lợi số 32/2001/PL-UBTVQH ngày 04 tháng 4 năm 2001 của Ủy ban thường vụ Quốc hội; - Pháp lệnh phòng chống lụt bão do Ủy ban thường vụ Quốc hội ban hành ngày 08 tháng 3 năm 1993; - Nghị định 72/2007/NĐ-CP ngày 07 tháng 5 năm 2007 của Chính phủ về quản lý an toàn đập; - Thông tư 33/2008/TT-BNN ngày 04 tháng 02 năm 2008 của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn về hướng dẫn thực hiện nghị định 72 về an toàn hồ chứa thủy lợi; - Thông tư 34/2010/TT-BCT ngày 07 tháng 10 năm 2010 của Bộ công thương, Quy định về quản lý an toàn đập của công trình thủy điện;