Tài liệu Nghiên cứu giải pháp bảo vệ hạ lưu công trình thủy lợi, thủy điện áp dụng cho công trình cửa đạt tỉnh thanh hóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ---------------------------- ĐINH MAI HIỀN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BẢO VỆ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ---------------------------- ĐINH MAI HIỀN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BẢO VỆ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN : Xây dựng công trình thủy : 60-58-40 Chuyên Ngành Mã Số LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :GSTS. NGÔ TRÍ VIỀNG :TS. HOÀNG MINH DŨNG HÀ NỘI 2011 1 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy LỜI CẢM ƠN Luận văn này là sự cố gắng, nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và người thân. Qua đây tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới những người đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu vừa qua. Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và cảm ơn sâu sắc nhất tới GS.TS Ngô Trí Viềng và TS. Hoàng Minh Dũng đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho tôi những tri thức khoa học quý giá để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này. Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, Phòng đào tạo Đại học và sau đại học và Bộ môn thủy công Trường Đại học Thủy lợi đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc học tập và nghiên cứu khoa học trong thời gian học tập tại trường. Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Tư vấn và giám định, Công ty Tư vấn 13 - Chi nhánh Tổng công ty Tư vấn Xây dựng Thủy lợi Việt Nam - CTCP nơi tôi công tác đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này Tôi xin tỏ lòng cảm ơn của mình tới gia đình, những người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã khích lệ, động viên tôi thực hiện đề tài này. TÁC GIẢ ĐINH MAI HIỀN Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 2 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. 1 MỤC LỤC ........................................................................................................ 2 MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 8 I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................ 8 II. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................... 9 III. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 9 IV. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC ................................................................. 10 V. BỐ CỤC LUẬN VĂN ........................................................................................ 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN ................................................. 11 1.1. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ...................... 11 1.1.1. Lợi ích việc xây dựng các hồ chứa ............................................................... 12 1.1.2. Tác động về môi trường ................................................................................ 12 1.1.3. Các giải pháp bảo vệ hạ lưu công trình ...................................................... 13 1.2. MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN XÓI LỞ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH Ở NƯỚC TA .............................................................................................. 17 1.2.1. Vấn đề bảo vệ hạ lưu chưa được quan tâm đúng mức .............................. 18 1.2.2. Điều kiện địa hình địa chất ở hạ lưu biến đổi phức tạp, bất lợi ............... 18 1.2.3. Tiết kiệm chi phí xây dựng công trình ........................................................ 18 1.2.4. Chất lượng thi công chưa được như mong muốn của thiết kế.................. 19 1.2.5. Chế độ điều tiết vận hành xả lũ chưa hợp lý .............................................. 19 1.2.6. Tình hình xói lở hạ lưu ở một số công trình ............................................... 20 1.3. NHẬN XÉT ....................................................................................................... 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN BẢO VỆ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH ............................................................................................... 24 Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 3 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 2.1. ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG CHẢY HẠ LƯU CÔNG TRÌNH TIÊU NĂNG ĐẾN XÓI LỞ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH ............................................................... 24 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY HẠ LƯU CÔNG TRÌNH ...................................................................................................................... 25 2.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ TÍNH TOÁN ..................... 25 2.3.1. Lựa chọn phương pháp tính toán dòng chảy hạ lưu công trình tiêu năng25 2.3.2 Thí nghiệm mô hình thủy lực ........................................................................ 26 2.3.2.1. Các chế độ lưu lượng .............................................................................. 27 2.3.2.2. Các trường hợp nghiên cứu thí nghiệm .................................................. 27 2.3.2.3. Các thông số đo đạc, đánh giá được trong thí nghiệm............................ 28 2.3.2.4. Yêu cầu về mô hình thủy lực .................................................................. 28 2.3.3. Lựa chọn kết cấu bảo vệ ............................................................................... 30 2.3.3.1. Tác động của sóng, dòng chảy lên kè ..................................................... 31 2.3.3.2. Tải trọng tác động lên kè do sóng ........................................................... 34 2.3.3.3. Tải trọng tác động lên kè do dòng chảy .................................................. 34 2.3.3.4. Tác động đối với đất nền ........................................................................ 35 2.4. NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TOÁN............................................................ 43 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH CỬA ĐẠT44 3.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH ................................................................... 44 3.1.1. Vị trí địa lý ..................................................................................................... 44 3.1.2. Nhiệm vụ ........................................................................................................ 44 3.1.3 Cấp công trình, các chỉ tiêu thiết kế ............................................................. 45 3.1.4 Quy mô, kết cấu công trình ........................................................................... 45 3.2 CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN ........................................................................... 48 3.2.1 Yêu cầu, phạm vi vùng nghiên cứu, cấp công trình, các chỉ tiêu thiết kế . 48 3.2.1.1 Yêu cầu .................................................................................................... 48 3.2.1.2 Phạm vi vùng nghiên cứu ........................................................................ 49 3.2.1.3 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế ..................................................... 49 3.2.2 Yêu cầu, kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực ........................................... 50 Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 4 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 3.2.2.1 Yêu cầu công tác thí nghiệm mô hình thủy lực ....................................... 50 3.2.2.2 Xây dựng mô hình thủy lực ..................................................................... 51 3.2.2.3 Kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực ...................................................... 58 3.2.2.4 Nhận xét kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực........................................ 66 3.2.3 Địa hình, địa mạo ........................................................................................... 68 3.2.4 Địa chất công trình ......................................................................................... 69 3.3 TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN KẾT CẤU BẢO VỆ CÔNG TRÌNH................ 69 3.3.1 Lựa chọn hình thức, kết cấu bảo vệ hạ lưu công trình ............................... 69 3.3.1.1 Lựa chọn hình thức bảo vệ hạ lưu công trình .......................................... 69 3.3.1.2 Kết cấu, tuyến kè...................................................................................... 70 3.3.2 Tính toán lớp gia cố bảo vệ ........................................................................... 71 3.3.2.1 Phương pháp, kết quả tính toán ............................................................... 73 3.3.2.2 Biện pháp gia cố....................................................................................... 77 3.4. NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TOÁN............................................................ 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 85 I. NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN ...................................... 85 II. TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 87 Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 5 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật chủ yếu của công trình Cửa Đạt ........................... 46 Bảng 3.2: Chế độ lưu lượng thí nghiệm trong mô hình ............................................ 52 Bảng 3.3: Mực nước trung bình đoạn sông gần cầu phương án mở đều các cửa ..... 59 Bảng 3.4: Trị số lưu tốc phương án mở đều các cửa ................................................ 59 Bảng 3.5: Trị số mạch động lưu tốc ở các mặt cắt phương án mở đều các cửa ....... 60 Bảng 3.6: Trị số biên độ dao động sóng phương án mở đều các cửa ....................... 60 Bảng 3.7: Mực nước trung bình đoạn sông gần cầu phương án mở lệch phải ......... 61 Bảng 3.8: Trị số lưu tốc đáy phương án mở lệch phải .............................................. 61 Bảng 3.9: Trị số mạch động lưu tốc ở các mặt cắt phương án mở lệch phải ............ 62 Bảng 3.10: Trị số biên độ dao động sóng phương án mở lệch phải.......................... 62 Bảng 3.11: Trị số mực nước trung bình đoạn sông gần cầu phương án mở lệch trái63 Bảng 3.12: Trị số lưu tốc đáy phương án mở lệch trái ............................................. 63 Bảng 3.13: Trị số mạch động lưu tốc ở các mặt cắt phương án mở lệch trái ........... 64 Bảng 3.14: Trị số biên độ dao động sóng phương án mở lệch trái ........................... 64 Bảng 3.14: Lựa chọn các trị số lưu tốc dòng chảy và chiều cao sóng để tính toán 72 Bảng 3.15: Kết quả tính toán chiều dày lớp bảo vệ theo công thức (3-4) ............... 74 Bảng 3.16: Kết quả tính toán chiều dày lớp bảo vệ theo công thức (3-5) ............... 74 Bảng 3.17: Kết quả tính toán chiều dày lớp bảo vệ theo công thức (3-6) ............... 75 Bảng 3.18: Kết quả tính toán chiều dày lớp bảo vệ theo công thức (3-8) ............... 76 Bảng 3.19: Kết quả tính toán chiều dày bê tông gia cố d b ở Khu Vực 2 và 3 ......... 77 R Học viên: Đinh Mai Hiền R Lớp: Cao học 16C2 6 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ Hình1.1: Toàn cảnh kè bảo vệ hạ lưu thủy điện Thiên sinh kiều - Trung Quốc....... 14 Hình1.2: Toàn cảnh kè bảo vệ hạ lưu thủy điện Tuyên Quang ................................ 14 Hình1.3: Mặt bằng kè bảo vệ hạ lưu thủy điện Hòa Bình ........................................ 15 Hình1.4: Cắt ngang kè bảo vệ hạ lưu thủy điện Hòa Bình ....................................... 15 Hình1.5: Kè bảo vệ bờ phải hạ lưu thủy điện Hòa Bình đã được thi công ............... 16 Hình1.6: Mặt bằng kè bảo vệ hạ lưu hồ chứa nước Nước Trong ............................. 16 Hình1.7: Cắt ngang kè bờ trái bảo vệ hạ lưu hồ chứa nước Nước Trong ................. 17 Hình 2.1: Tiến trình áp lực trong cấu trúc mái kè ..................................................... 32 Hình 2.2: Áp lực sóng tác động trên mái kè ............................................................. 32 Hình 2.3: Biểu thị áp lực khe hở đất nền do sóng tác dụng ...................................... 35 Hình 2.4: Sạt trượt cục bộ mái kè (kè trên nền cát) .................................................. 36 Hình 2.5a: Biểu đồ thiết kế trượt đất nền .................................................................. 38 Hình 2.5b: Biểu đồ thiết kế trượt đất nền .................................................................. 38 Hình 2.6a: Biểu đồ thiết kế trượt lớp mặt - Cơ chế đẩy nâng lớp bề mặt kè ............ 39 Hình 2.6b: Biểu đồ thiết kế trượt lớp mặt - Cơ chế đẩy nâng lớp bề mặt kè ............ 39 Hình 2.7a: Biểu đồ thiết kế trượt lớp mặt - Cơ chế sạt cục bộ lớp mặt kè ............... 40 Hình 2.7b: Biểu đồ thiết kế trượt lớp mặt - Cơ chế sạt cục bộ lớp mặt kè ............... 40 Hình 2.8a: Biểu đồ thiết kế trượt lớp mặt - Cơ chế trượt lớp mặt kè ........................ 41 Hình 2.8b: Biểu đồ thiết kế trượt lớp mặt - Cơ chế trượt lớp mặt kè ....................... 41 Hình 3.1: Toàn cảnh mô hình thí nghiệm sau khi hoàn thành .................................. 54 Hình 3.2: Mô hình khu vực hạ lưu phương án hiện trạng ......................................... 55 Hình 3.3: Mô hình khu vực hạ lưu phương án 1 ....................................................... 55 Hình 3.4: Mô hình khu vực hạ lưu phương án 2 ....................................................... 56 Hình 3.5: Mô hình khu vực hạ lưu phương án 3 ....................................................... 56 Hình 3.6: Mô hình khu vực hạ lưu phương án 4 ....................................................... 57 Hình 3.7: Dòng chảy hạ lưu công trình trên mô hình thí nghiệm ứng với lưu lượng thiết kế bảo vệ hạ lưu Q = 3400 m3/s ........................................................................ 57 P Học viên: Đinh Mai Hiền P Lớp: Cao học 16C2 7 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Hình 3.8: Mặt cắt và các điểm đo trên mô hình ........................................................ 58 Hình 3.9: Phân bố lưu tốc chảy hạ lưu công trình trên mô hình thí nghiệm ứng với lưu lượng thiết kế bảo vệ hạ lưu Q = 3400 m3/s ....................................................... 65 P P Hình 3.10: Mặt bằng bố trí chung kè bảo vệ hạ lưu công trình Cửa Đạt .................. 78 Hình 3.11: Mặt cắt điển hình phương án kè bảo vệ khu vực 1 ................................. 80 Hình 3.12: Mặt cắt điển hình phương án kè bảo vệ khu vực 2 ................................. 83 Hình 3.13: Mặt cắt điển hình phương án kè bảo vệ khu vực 3 ................................. 83 Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 8 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy MỞ ĐẦU I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong quá trình phát triển nền kinh tế của đất nước, các công trình được xây dựng ngày càng nhiều, trong đó việc xây dựng các công trình hồ chứa nước để điều tiết dòng chảy nhằm khai thác tổng hợp nguồn nước phục vụ phát triển kinh tế, xã hội... của địa phương nói riêng cũng như của đất nước nói chung. Với một hồ chứa được xây dựng thường có nhiệm vụ như cấp nước, phát điện, bảo vệ môi trường, chống lũ, tạo điều kiện ổn định phát triển sản xuất cho khu vực.… tạo thuận lợi cho công việc sản xuất nông nghiệp, cấp nước cho các hộ dùng nước, cung cấp điện để phục vụ nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của các ngành sản xuất và dịch vụ cũng như đời sống nhân dân trong vùng. Khi xây dựng đầu mối công trình hồ chứa nước ngoài đập tạo hồ, công trình lấy nước và một số công trình phục vụ cho các mục đích chuyên môn, cần thiết phải xây dựng công trình để tháo một phần lượng nước thừa trong mùa lũ hoặc tháo cạn một phần hay toàn bộ hồ chứa để kiểm tra sửa chữa đảm bảo hồ chứa làm việc bình thường và an toàn. Đập tràn là một hạng mục công trình không thể thiếu khi xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện. Để giải quyết bài toán nối tiếp sau ngưỡng tràn, tiêu năng hạ lưu… ở các công trình thủy lợi, thủy điện ta thường dùng dạng nối tiếp bằng dốc nước, tiêu năng bằng bể, làm tường bể kết hợp hay tiêu năng phóng xa… với mục đích để tiêu tán một phần hoặc toàn bộ năng lượng dòng chảy xả qua tràn khi công trình làm việc để không gây các bất lợi cho khu vực hạ lưu công trình như: Gây xói làm mất ổn định và an toàn cho công trình đầu mối và các công trình khác ở hạ lưu công trình, làm ảnh hưởng đến đời sống của người dân, gây ra chết người cũng như gây ra các thiệt hại về kinh tế khác đối với các khu dân cư ở hạ lưu công trình… Tuy nhiên qua thực tế xây dựng cũng như quá trình vận hành ở các công trình thủy lợi, thủy điện… mặc dù trong quá trình thiết kế đã có đề cập đến biện pháp bảo vệ hạ lưu công trình nhưng do một số điều kiện khách quan và chủ quan như: Điều Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 9 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy kiện địa hình địa chất ở hạ lưu biến đổi phức tạp và bất lợi cho công trình; để giảm chi phí xây dựng công trình thì đối với một số công trình tiêu năng bằng mũi phun chỉ đào mồi hố xói đến một cao độ nhất định chứ không đào đến cao trình đáy hố xói thiết kế; chất lượng thi công chưa được như mong muốn của thiết kế; chế độ điều tiết vận hành xả lũ chưa hợp lý… do vậy năng lượng dòng chảy sau khi qua công trình tiêu năng vẫn chưa được tiêu tán hết và còn lớn hoặc ở một số công trình vấn đề bảo vệ hạ lưu chưa được quan tâm đúng mức… nên sau mùa mưa lũ đều thấy có hiện tượng xói lở ở khu vực hạ lưu gây mất ổn định và an toàn công trình cũng như ảnh hưởng đến dân sinh kinh tế ở hạ lưu công trình và cần phải sửa chữa lại. Từ những vấn đề trên, để hạn chế và tránh gây xói lở ở khu vực hạ lưu công trình, gây mất ổn định cũng như an toàn công trình đồng thời giảm thiểu các thiệt hại do xói lở gây ra cho các công trình khác nhất là đối với các công trình thủy lợi, thủy điện lớn có các khu dân cư sinh sống... ở hạ lưu công trình cần thiết phải có biện pháp gia cố, bảo vệ hạ lưu để đảm bảo an toàn cho công trình đầu mối cũng như đảm bảo an toàn cho các khu vực khác ở hạ lưu công trình. Đề tài “ Nghiên cứu giải pháp bảo vệ hạ lưu công trình thủy lợi, thủy điện” nhằm làm rõ một số tồn tại, ảnh hưởng của dòng chảy ở hạ lưu công trình khi công trình tháo lũ làm việc đến khả năng gây xói lở hạ lưu công trình thủy lợi, thủy điện ở nước ta. II. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tìm hiểu rõ một số nguyên nhân, tồn tại trong công tác bảo vệ hạ lưu công trình. - Nghiên cứu ảnh hưởng của dòng chảy hạ lưu sau công trình tiêu năng đến khả năng gây xói lở ở hạ lưu công trình. - Một số đề xuất và kiến nghị III. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Sử dụng phương pháp tổng hợp, thống kê tài liệu lý thuyết và thực tế - Kết hợp lý thuyết với các phương pháp tính toán hiện đại, lựa chọn phần Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 10 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy mềm để áp dụng tính toán phù hợp. - Ứng dụng kết quả nghiên cứu cho công trình Cửa Đạt. IV. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC - Xác định được phương pháp tính toán hợp lý với các giải pháp công trình khác nhau. - Đề ra giải pháp hợp lý để bảo vệ chống xói lở ở hạ lưu công trình và áp dụng tính toán cho công trình hồ chứa nước Cửa Đạt V. BỐ CỤC LUẬN VĂN - Mở đầu - Chương 1: Tổng quan các giải pháp bảo vệ hạ lưu công trình thủy lợi, thủy điện. - Chương 2: Cơ sở khoa học tính toán bảo vệ hạ lưu công trình - Chương 3: Áp dụng tính toán cho công trình Cửa Đạt - Kết luận và kiến nghị - Tài liệu tham khảo Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 11 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - THỦY ĐIỆN 1.1. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM Đắp đập tạo hồ trên thế giới đã có từ lâu nhưng đến thế kỷ 20 mới phát triển mạnh mẽ. Đắp đập tạo hồ vừa mang lại lợi ích rất to lớn nhưng đồng thời cũng mang đến hậu quả xấu không nhỏ. Hồ lớn hay nhỏ tùy thuộc vào nhiều yếu tố: cao độ của đập chắn, diện tích lưu vực và lòng hồ, điều kiện địa chất, địa hình, lượng nước bổ sung và điều tiết theo thời kỳ, qui mô khai thác nguồn nước... Có thể nói, từ giữa thế kỷ thứ 19 và suốt thế kỷ 20 là thời kỳ phát triển số lượng hồ chứa nước nhiều nhất trong lịch sử nhân loại. Hầu như chưa có hệ thống sông nào trên thế giới chưa được con người xây dựng hồ chứa, khác nhau chỉ ở qui mô lớn nhỏ mà thôi. Nhiều quốc gia có mạng lưới sông ngòi phong phú, nguồn thủy điện chiếm trên 80% so với các nguồn năng lượng khác và xem đây như là một một chìa khóa mấu chốt cho động lực phát triển kinh tế quốc gia. Việc xây dựng các hồ chứa được xem là một biện pháp hữu hiệu để điều tiết, kiểm soát dòng chảy, giữ nước trong mùa mưa để hạn chế lũ lụt ở hạ nguồn và xả nước ở mùa khô để giảm bớt hạn hán. Từ các hồ chứa này, người ta còn chú ý khai thác nước cho việc tưới ruộng, phát điện, cấp nước sinh hoạt, vận tải thủy, nuôi trồng thủy sản, sử dụng các hồ chứa như là một địa điểm điều hòa khí hậu, là nơi tham quan du lịch, hoạt động thể thao nước, nơi an dưỡng chữa bệnh... Theo thống kê của Uỷ ban đập nước thế giới (WCD), trên thế giới đã xây dựng hơn 47000 hồ chứa nước lớn ở trên 150 nước. Năm nước có nhiều đập nhất là Trung Quốc, Hoa Kỳ, Ấn Độ, Nhật Bản và Tây Ban Nha. Theo khu vực, đứng đầu là châu Á, tiếp theo là Tây Âu, châu Phi, Đông Âu, Nam Mỹ, Bắc và Trung Mỹ, châu Úc... Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 12 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 1.1.1. Lợi ích việc xây dựng các hồ chứa Trong thế kỷ 20, các hồ chứa lớn được coi là một trong những công cụ hiệu quả nhất đối với việc điều tiết, sử dụng và quản lý tài nguyên nước. Các hồ chứa lớn đã thực sự đóng vai trò và mang lại lợi ích quan trọng trong việc phát triển kinh tế xã hội của các nước trên thế giới như: - Các hồ chứa đáp ứng một nhu cầu rất lớn nước tưới cho nông nghiệp, công nghiệp và cấp nước sinh hoạt. - Thủy điện đã cung cấp một phần lớn điện năng cho các nước trên thế giới, trong đó có một số nước chủ yếu dựa vào nguồn điện năng này. - Lũ lụt là một trong những thiên tai kinh hoàng nhất của nhân loại, lũ tác động đến cuộc sống của hàng trăm triệu người, gây hại hơn bất kỳ một tai hoạ nào, kể cả chiến tranh, hạn hán và nạn đói. Với số lượng hồ chứa nước lớn hiện có, chúng đã đóng vai trò tích cực phòng chống lũ lụt và góp phần giảm nhẹ thiên tai này. - Các hồ chứa còn mang lại một số lợi ích khác như điều hoà khí hậu, nuôi trồng thủy sản, vận tải thủy, du lịch sinh thái... 1.1.2. Tác động về môi trường Lợi ích các hồ chứa rất lớn, nhưng hậu quả của chúng gây ra ngày càng được đánh giá là nghiêm trọng. Tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái do chúng gây ra không chỉ ở trên lưu vực, mà còn rất lớn đối với vùng hạ lưu công trình Về phương diện dân sinh - kinh tế, các công trình hồ chứa có những tác động trực tiếp, phải di dời dân cư cùng với những thiệt hại có thể, hoặc không thể bù đắp được về tài sản, cơ sở hạ tầng, văn hoá cộng đồng, những mất mát về tài nguyên nhân văn và thiên nhiên không chỉ tại chỗ, mà trên toàn lưu vực, kể cả thượng lưu, hạ công trình. Trong đó vấn đề gây xói lở hạ lưu công trình là một vấn đề cần được quan tâm nhất là đối với các công trình thủy lợi thủy điện lớn có các khu vực dân cư sinh sống, kinh tế… ở ngay sau hạ lưu công trình. Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 13 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 1.1.3. Các giải pháp bảo vệ hạ lưu công trình Đối với các công trình thủy lợi, thủy điện… ở trên thế giới cũng như ở Việt Nam thì các hạng mục công trình như công trình dâng nước, tháo lũ… thường có đặc thù là được phân bố trong một phạm vi lớn nên các điều kiện về địa hình, địa chất nền…thường biến đổi phức tạp từ thượng lưu về hạ lưu công trình. Dòng chảy sau khi chảy qua đập tràn hay một công trình tháo lũ nào đó xuống hạ lưu có năng lượng rất lớn. Năng lượng đó được tiêu hao bằng nhiều dạng khác nhau: Một phần năng lượng này phá hoại lòng sông và hai bờ gây nên xói lở ở khu vực hạ lưu công trình, một phần khác được tiêu hao do ma sát nội bộ dòng chảy, phần khác do ma sát giữa nước và không khí… Nếu phần năng lượng này của dòng chảy sau khi qua công trình tiêu năng chưa được tiêu tán hết và còn lớn thì sẽ dễ gây ra xói lở ở ngay hạ lưu công trình tiêu năng cũng như các khu vực khác nằm ở phía hạ lưu công trình. Tùy theo điều kiện địa hình, địa chất… khu vực hạ lưu công trình cũng như yêu cầu về mức độ quan trọng của nó thì biện pháp bảo vệ hạ lưu công trình thông thường sử dụng như: - Đối với các công trình có địa chất lòng và hai bên bờ sông hạ lưu phía sau công trình tiêu năng là đá cứng thì thông thường không cần gia cố bảo vệ. - Đối với các công trình có địa chất lòng và hai bên bờ sông hạ lưu phía sau công trình tiêu năng là đất, đá yếu… thì biện pháp bảo vệ như: + Làm tường chắn bằng bê tông, bê tông cốt thép… + Kè mái bằng tấm bê tông, cục bê tông, thảm bê tông + Kè mái rồng đá, rọ đá, thảm đá + Kè mái bằng đá đổ, đá lát, đá xây + Kè mái bằng đá xây, đá lát trong khung bê tông cốt thép + Làm kè mỏ hàn… Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 14 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Hình1.1: Toàn cảnh kè bảo vệ hạ lưu thủy điện Thiên sinh kiều - Trung Quốc Hình1.2: Toàn cảnh kè bảo vệ hạ lưu thủy điện Tuyên Quang Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 15 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy cÇu t r ¾ng MC56 ph- êng t ©n t hÞnh su s« èi ®ó n g bê kÌ cÇu ®óng ph ng ®µ cÇu ®en ¶i ph- êng ®ång t iÕn cÇu hoµ b×nh MC25 c¶ng hµng nÆng kÌ bê tr ¸i k1 MC20 § iÓm ®Êu ®iÖn MC6 ubnd x· sñ ngßi u bn d t h Þx · ph- êng ph- ¬ng l ©m u bn d t Øn h h b kÌ cò h 20 t r ¹ m b¬ m q u ú n h l ©m qu èc lé 6a kª n t h ñ y ®iÖn h ß a b ×n h Hình1.3: Mặt bằng kè bảo vệ hạ lưu thủy điện Hòa Bình 26.30 1:1 25.00 1a 3a Lí p ®¸ k Ì c ò BT M150 d µy 35c m ®ó c s ½n d ¨ m l ã t d µy 15c m §¸ r è i 1:3.0 mn ma x 24.15 BT M150 d µy 35c m ®ó c s ½n d ¨ m l ã t d µy 15c m 13.50 3d V¶ i ®Þa k ü t h u Ët 3e 1:3.0 mn min 12.00 1:3.0 Bª t « n g M150 (0.6x 1.0x 10m) Bª t « n g M150 (0.4x 1.0x 10m) V¶ i ®Þa k ü t h u Ët Th ¶ m ®¸ d µy 30c m ®¸ r è i Hình1.4: Cắt ngang kè bảo vệ hạ lưu thủy điện Hòa Bình Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 16 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy s« ng n- íc tr on g Hình1.5: Kè bảo vệ bờ phải hạ lưu thủy điện Hòa Bình đã được thi công a2 T§ 1A-7 A c Çu h ¹ l - u n h µ m¸ y t ® co2 s« ng tr on g k Ì bê ph ¶i ®Ëp t r µn M2 t im t r µn c è n g d Én d ß n g co1 b Ó t iª u n ¨ n g t r µn x ¶ l ò íc n- i=6% ®- ê n g v µo n h µ v a n c è n g x ¶ c ¸ t k Ì bê t r ¸ i Hình1.6: Mặt bằng kè bảo vệ hạ lưu hồ chứa nước Nước Trong Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2 17 Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 3a ®- ê n g q u ¶ n l ý b t c t m20 4x 4x 0.3m MNHLMAX 3a b t c t m20 d µy 50c m 1:1 .5 l Êp l ¹ i b » n g ®¸ 1:1 .5 Hình1.7: Cắt ngang kè bờ trái bảo vệ hạ lưu hồ chứa nước Nước Trong 1.2. MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN XÓI LỞ HẠ LƯU CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở NƯỚC TA Ở nước ta, việc đánh giá ảnh hưởng của các hồ chứa đến môi trường hồ chứa, thượng lưu và hạ lưu... đã được đề cập đến trong quá trình thiết kế cũng như thi công công trình, trong đó có xem xét đến vấn đề xói lở ở hạ lưu công trình, nhưng mức độ ảnh hưởng của việc gây xói lở ở hạ lưu công trình như thế nào, diễn biến xói lở ra sao vẫn còn chưa được quan tâm và xem xét đúng mức. Từ sau năm 1975, việc xây dựng các hồ và đập chứa phát triển khá mạnh. Đến nay, cả nước có khoảng trên 650 hồ chứa cỡ lớn và vừa; trên 3500 hồ chứa cỡ nhỏ. Các hồ chứa lớn thường có nhiệm vụ đa mục tiêu nhưng chủ yếu phục vụ tưới cho nông nghiệp, phát điện và chống lũ lụt như các công trình: Dầu Tiếng, Cửa Đạt, Lòng sông, Định Bình, Hoà Bình, Thác Bà, Trị An, Thác Mơ, Đa Nhim... Qua thực tế xây dựng cũng như quá trình vận hành ở các công trình thủy lợi, thủy điện mặc dù đã có giải pháp gia cố bảo vệ hạ lưu công trình bằng các biện Học viên: Đinh Mai Hiền Lớp: Cao học 16C2