Tài liệu Nghiên cứu giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông hồng sông đuống, nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước trên sông hồng về mùa kiệt

BẢN CAM KẾT Họ và tên học viên: Đặng Văn Kiên Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống, nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng về mùa kiệt”. Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên cao học Đặng Văn Kiên i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn GS.TS Trần Đình Hòa đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi về sự giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trường. Cảm ơn các anh chị em trong Trung tâm công trình đồng bằng ven biển và đê điều – Viện Thủy Công - Viện khoa học Thuỷ lợi Việt Nam là những người đã sát cánh cùng tác giả trong quá trình nghiên cứu. Đặc biệt là các đồng nghiệp thuộc Bộ môn phát triển công nghệ mới, nhóm thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng thể giải pháp công trình đập dâng nước nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước, đảm bảo an ninh nguồn nước cho vùng hạ du Sông Hồng” đã đóng góp cho tác giả nhiều ý kiến hay và cung cấp nhiều thông tin bổ ích. Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã luôn quan tâm, động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả Đặng Văn Kiên ii MỤC LỤC 1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................1 2. Mục đích của đề tài: ..................................................................................................4 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu : ..........................................................................4 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: ...........................................................5 5. Kết quả đạt được của luận văn: ...............................................................................5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................6 1.1. Tổng quan các giải pháp phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống đã nghiên cứu ......................................................................................................................6 1.1.1. Các kết quả nghiên cứu đã có : ............................................................................6 1.1.2. Những nguyên nhân dẫn điến tình tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng về mùa kiệt: ....................................................................................................................10 1.1.3. Đề xuất định hướng giải quyết vấn đề nghiên cứu .............................................11 1.2. Tổng quan các công trình đập dâng điều tiết trong nước và trên thế giới ....12 1.2.1. Tổng quan trên thế giới ......................................................................................12 1.2.2. Tổng quan trong nước ........................................................................................17 1.3. Kết luận chương ..................................................................................................22 CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP ĐẬP DÂNG ..................24 2.1. Cơ sở phân tích lựa chọn giải pháp đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống. ............................................................................................24 2.1.1. Đánh giá thực trạng dòng chảy về mùa kiệt .......................................................24 2.1.2. Phương án điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống về mùa kiệt : ............................................................................................................................28 2.1.3. Phương án điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống về mùa lũ ............................................................................................................................32 2.2. Đề xuất giải pháp kết cấu đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống ................................................................................................................36 2.2.1. Đập dâng nước bằng hệ thống xà lan cố định có cửa van điều tiết:..................36 2.2.2. Đập dângcố địnhđiều tiết bằng cửa van lớn ......................................................39 2.3. Phân tích lựa chọn giải pháp và bố trí tổng thể đập dâng. .............................42 2.3.1. Phân tích lựa chọn quy mô, giải pháp đập dâng lựa chọn.................................42 iii 2.3.2. Bố trí các hạng mục đập dâng điều tiết ............................................................. 43 2.4. Kết luận chương 2 ............................................................................................... 46 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH CHO PHƯƠNG ÁN CHỌN ............................................................................................................. 48 3.1. Cơ sở tính toán ổn đinh giải pháp đập dâng .................................................... 48 3.1.1. Thông số thiết kế................................................................................................. 48 3.1.2. Điều kiện địa chất............................................................................................... 48 3.2. Tổ hợp tải trọng................................................................................................... 52 3.2.1. Tải trọng và tổ hợp tải trọng .............................................................................. 52 3.2.2. Kết quả tổ hợp tải trọng ..................................................................................... 53 3.3. Tính toán ổn định công trình điều tiết .............................................................. 53 3.3.1. Tính toán ổn định thấm đập dâng ...................................................................... 54 3.3.2. Tính toán ổn định đập dâng ............................................................................... 57 3.4. Kết luận chương .................................................................................................. 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 74 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN ............................................................................................. 78 HÌNH MINH HOẠ Hình 1: Bản đồ hệ thống dòng chảy lưu vực sông Hồng ........................................... 1 Hình 2: Diễn biến mặt cắt ngang sông Hồng tại trạm Thượng Cát qua từng thời kỳ 2 Hình 3: Diễn biến tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng qua sông Đuống ................. 3 Hình 4: Hiện tượng sa mạc hóa trên Sông Hồng........................................................ 4 Hình 1.1. Phương án kè bãi Bắc Cầu ............................................................................ 7 Hình 1.2. Mặt bằng kè bãi Bắc Cầu .............................................................................. 7 Hình 1.3. Cắt dọc tuyến kè bãi Bắc Cầu ........................................................................ 8 Hình 1.4. Phương án lấp hố xói cửa vào sông Đuống .................................................. 8 Hình 1.5. Mặt bằng phạm vi lấp hố xói ......................................................................... 9 Hình 1.6. Mặt cắt ngang hố xói điển hình. .................................................................... 9 Hình 1.7. Quy mô dự án khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc ......................... 13 Hình 1.8. 02 đập dâng điển hình vùng trung du trên sông Yeongsan – Hàn Quốc ..... 15 iv Hình 1.9. 02 đập dâng điển hình vùng trung du trên sông Nakdong – Hàn Quốc ......16 Hình 1.10. Một số công trình đập dâng và âu thuyền trên sông Murray ......................17 Hình 1.11. Một số công trình đập dâng trên sông Dinh ................................................18 Hình 1.12. Đập dâng Văn Phong (Bình Định)...............................................................19 Hình 1.13. Công trình Thảo Long – Huế .......................................................................20 Hình 1.14. Đập dâng Barra Đô Lương – Nghệ An ........................................................21 Hình 1.15. Phương án nâng cấp Barra Đô Lương ........................................................22 Hình 2.1. Quá trình lưu lượng mùa kiệt tại Sơn Tây khi các hồ vận hành bình thường . ......................................................................................................................25 Hình 2.2. Quá trình lưu lượng tại Sơn Tây khi các hồ thượng nguồn xả nước gia tăng . ......................................................................................................................26 Hình 2.3. Đường quá trình mực nước tại cống Liên Mạc, TV Hà Nội, cống Xuân Quan khi các hồ vận hành bình thường ........................................................................26 Hình 2.4. Đường quá trình mực nước tại cống Liên Mạc, TV Hà Nội, cống Xuân Quan khi các hồ xả nước gia tăng .................................................................................27 Hình 2.5. Vị trí tuyến đập dâng lựa chọn tính toán .....................................................29 Hình 2.6. Đường mực nước tại một số vị trí khi có đập dâng Long Tửu và Xuân Quan ......................................................................................................................29 Hình 2.7. Đường mực nước dọc sông Hồng (từ ngã 3 Lô Hồng đến Ba Lạt) .............30 Hình 2.8. Mặt cắt ngang đập dâng ..............................................................................36 Hình 2.9. Kết cấu phao điều tiết ..................................................................................37 Hình 2.10. Kết cấu trụ pin dạng đặc ..............................................................................39 Hình 2.11. Kết cấu trụ pin dạng phao............................................................................40 Hình 2.12. Kết cấu dầm van ...........................................................................................41 Hình 2.13. Sơ đồ vị trí tuyến dự kiến đập dâng .............................................................44 Hình 2.14. Kết cấu trụ pin và dầm van ..........................................................................45 Hình 3.1: Mô hình hóa thấm qua dầm van giữa 2trụ...................................................55 Hình 3.2: Thấm qua dầm van – Tổ hợp cơ bản 2.........................................................56 Hình 3.3: GradientXY qua dầm van giữa trụ T1.T2- tổ hợp cơ bản 2 .........................56 Hình 3.4: Gradient XY tại cửa vào và cửa ra dầm van................................................57 Hình 3.5: Sức kháng ngang của cọc.............................................................................66 v Hình 3.6: Mặt bằng bố trí cọc ...................................................................................... 68 Hình 3.7: Sơ đồ tính lún ............................................................................................... 70 BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Bảng tỷ lệ phân lưu sông Hồng – sông Đuống của Bộ Tài nguyên và Môi trường ...................................................................................................................... 11 Bảng 2.1: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống (%) ứng với 2 kịch bản vận hành hồ chứa thướng nguồn................................................................................................................. 27 Bảng 2.2: Mực nước max khi xây dựng hai đập dâng điều tiết.................................... 30 Bảng 2.3: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống ................................................................... 31 Bảng 2.4: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống ................................................................... 32 Bảng 2.5: Các trường hợp tính toán ảnh hưởng thoát lũ của đập dâng Long Tửu ..... 33 Bảng 2.6: Kết quả tính toán mực nước với lũ 500 năm ............................................... 34 Bảng 2.7: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống các trường hợp thiết kế cống Long Tửu, .. 35 Bảng 3.1: Tổ hợp mực nước tính toán ổn định công trình ........................................... 48 Bảng 3.2: Tính chất cơ lý của các lớp đất theo bảng sau: ........................................... 50 Bảng 3.3: Tổ hợp tải trọng tính toán thiết kế ............................................................... 53 Bảng 3.4: Tổ hợp tải trọng tính toán kiểm tra.............................................................. 53 Bảng 3.5: Bảng tính sức chịu tải đất nền ..................................................................... 58 Bảng 3.6: Bảng tính áp lực đáy móng .......................................................................... 59 Bảng 3.7: Lực tác dụng lên từng đầu cọc ứng với các trường hợp .............................. 68 Bảng 3.8: Tổ hợp tải trọng sử dụng tác dụng đáy móng .............................................. 69 Bảng 3.9: Đặc trưng hình học của đáy khối móng quy ước ......................................... 71 vi PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đồng bằng sông Hồng là vùng kinh tế, chính trị, văn hoá và xã hội quan trọng của đất nước. Trong vùng có nhiều thành phố và công trình quan trọng trong đó có thủ đô Hà Nội - trung tâm kinh tế, văn hóa, chính trị của đất nước, là nơi tập trung dân cư đông đúc. Vì vậy việc quản lý khai thác nguồn nước phục vụ sản xuất, phát triển kinh tế xã hội có một ý nghĩa cực kỳ quan trọng trong sự phát triển chung của cả nước. Hệ thống sông Hồng là hợp lưu của 3 con sông: Thao, Đà và Lô hợp thành. Ở hạ lưu, sông Hồng có các phân lưu: Đáy, Đuống, Luộc, Trà Lý, Đào, Ninh Cơ. Trong đó, sông Đuống (dài 64 km), sông Luộc (dài 74 km) chuyển nước từ sông Hồng sang sông Thái Bình; sông Trà Lý (dài 64 km), phân lưu tả ngạn sông Hồng đổ ra biển, sông Đào Nam Định (dài 31,5 km) đưa nước sông Hồng sang sông Đáy, sông Ninh Cơ (dài 51,8 km) chảy ra biển. Hình 1: Bản đồ hệ thống dòng chảy lưu vực sông Hồng 1 Trong những năm gần đây,hiện tượng xói sâu và mở rộng mặt cắt ướt lòng dẫn trên sông Hồng, sông Lô, sông Đuống diễn biến ngày càng phức tạp. Theo tài liệu khảo sát địa hình và tổng hợp số liệu đo đạc mặt cắt sông qua các năm do Viện Quy hoạch thủy lợi thực hiện năm 2011, cao độ lòng sông Lô, sông Hồng và sông Đuống đều bị xói sâu. Trên sông Lô, đáy sông bị hạ thấp từ 6-8m so với địa hình năm 2000, thậm chí có vị trí bị hạ thấp đến 9-12m, trên sông Đuống cao độ đáy sông hạ thấp từ 4-6m, còn trên sông Hồng tại vị trí Sơn Tây đáy sông hạ thấp đến 5m. Mặt cắt ngang sông ở phần nước thấp cũng bị mở rộng do vậy, diện tích mặt cắt ướt tăng cao. DIỄN BIẾN MẶT CẮT NGANG TẠI TRẠM THỦY VĂN THƯỢNG CÁT THEO CÁC NĂM Cao độ (m) 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 2010 0.0 2009 -2.0 Khoảng cách (m) Hình 2: 640 620 600 580 560 540 520 500 480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 80 2006 100 -8.0 60 2007 40 -6.0 0 2008 20 -4.0 2005 1990 Diễn biến mặt cắt ngang sông Hồng tại trạm Thượng Cát qua từng thời kỳ Theo báo cáo “Đánh giá phân tích thực trạng, nguyên nhân và tác động của sự suy giảm mực nước thời kỳ mùa Kiệt hạ du Sông Hồng” của GS.TS Hà Văn Khối trong buổi toạ đàm: Hiện trạng suy giảm nước về mùa khô và các giải pháp đảm bảo an ninh nguồn nước hạ du Sông Hồng do Hội đập lớn Việt Nam và Viện Khoa học Thủy Lợi Việt Nam tổ chức. GS.TS Hà Văn Khối đã nêu ra một số nguyên nhân chính dẫn tới tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng về mùa kiệt: + Do tác động của bồ lắng bùn cát tại các hồ chứa trên sông Hồng; + Do khai thác cát quá mức trên sông Lô, sông Hồng và sông Đuống; + Sự thay đổi tỷ lệ lượng nước phân sang sông Đuống. 2 Căn cứ vào số liệu đo đạc thực tế tại trạm Hà Nội trên sông Hồng và trạm Thượng Cát trên sông Đuống từ năm 1957 đến năm 2011, tiến hành so sánh tỷ lệ giữa trạm Thượng Cát với tổng của trạm Hà Nội và Thượng Cát, dòng chảy mùa kiệt từ tháng 1 đến tháng 4 giai đoạn trước năm 2000 tỷ lệ phân lưu là 25%, đến năm 2010 tỷ lệ phân lưu lên đến 40%-45%. Sự thay đổi này sẽ làm suy giảm đáng kể mực nước mùa kiệt từ sau cửa vào sông Đuống đến Hưng Yên, gây ra tình trạng khó khăn trong việc lấy nước phục vụ sản xuất nông nghiệp trong đó có công trình lấy nước Xuân Quan. Diễn biến tỉ lệ phân lưu dòng chảy mùa cạn sông Hồng qua sông Đuống Tỉ lệ phân lưu (%) 45 40 35 30 25 20 15 10 1955 Hình 3: 1960 1965 1970 1975 1980 1985 Năm 1990 1995 2000 2005 2010 Diễn biến tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng qua sông Đuống Trước tình hình biến đổi khí hậu, nước biển dâng đang ngày càng cấp thiết, đe dọa đến ah ninh nguồn nước, Việt Nam được dự báo là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu. Các dòng sông chính trong đó có sông Hồng đang bị mặn tấn công, nước mặn đã lấn sâu dọc theo sông Hồng lên phía thượng lưu, có những thời điểm lên đến vài chục km. Ảnh hưởng của mặn làm cho nguồn nước bị ô nhiễm, độ mặn vượt quá mức cho phép không đảm bảo cho việc lấy nước tưới cho nông nghiệp, đặc biệt là các tỉnh giáp biển như Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình...Cùng với việc hạ thấp mực nước và thiếu hụt nguồn nước trên sông Hồng càng làm gia tăng khả năng xâm nhập mặn hiện tại và dự báo càng trầm trọng trong tương lai. 3 Có thể thấy rằng, vấn đề hạ thấp mực nước sông Hồng về mùa kiệt, đặc biệt trong điều kiện biến đổi khí hậu, khan hiếm nguồn nước hiện nay đã và đang là một vấn đề quan trọng, đặt ra một thách thức lớn, ảnh hưởng tới hầu hết các lĩnh vực của đời sống, kinh tế xã hội đối với toàn bộ hạ du sông Hồng. Hình 4: Hiện tượng sa mạc hóa trên Sông Hồng Đề tài:“Nghiên cứu giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống, nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng về mùa kiệt.” là cấp thiết trược thực trạng hạ thấp mực nước sông Hồng về mùa kiệt. 2. Mục đích của đề tài: Nghiên cứu và lựa chọn giải pháp đập dâng nước điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống, Phân tích tính toán ổn định nền công đập dâng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu : Đối tương nghiên cứu: Giải pháp đập dâng điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống. Giới hạn khuôn khổ nghiên cứu của luận văn: - Nghiên cứu tổng quan các loại hình kết cấu đập dâng trong nước và trên thế giới; - Phân tích, đề xuất giải pháp kết cấu đập dâng; - Tính toán ổn định nền đập dâng; 4 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: - Cách tiếp cận: Tiếp cận bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các tổ chức, cá nhân khoa học hay các phương tiện thông tin đại chúng; qua các kết quả nghiên cứu công trình ngăn sông, lấn biển trên thế giới cũng như trong nước đã có kết hợp tìm hiểu, thu thập, và phân tích đánh giá các tài liệu có liên quan, đo đạc khảo sát thực tế hiện trạng những vị trí đề xuất xây dựng công trình, từ đó đề ra phương án cụ thể phù hợp với tình hình điều kiện cụ thể của nước ta. - Phương pháp nghiên cứu: + Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu. + Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần mềm ứng dụng. + Phương pháp chuyên gia. + Phương pháp phân tích, tổng hợp. 5. Kết quả đạt được của luận văn:  Tổng quan về các hình loại đập dâng nước;  Đề xuất một số giải pháp kết cấu đập dâng có thể áp dụng.  Phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu đập dâng phù hợp với điều kiện điều tiết tỷ lệ phân lưu của sông Hồng – sông Đuống.  Tính toán ổn định nền đập dâng phương án chọn. 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan các giải pháp phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống đã nghiên cứu Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về các giải pháp điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống trong đó có: Đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước: « Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định tỷ lưu hợp lý tại các phân lưu sông Hồng – sông Đuốngvà sông Hồng, sông Luộc » của PGS.TS.Nguyễn ngọc Quỳnh, phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về động lực học sông biển – Viện khoa học thủy lợi Việt nam. 1.1.1. Các kết quả nghiên cứu đã có : Đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước của PGS.TS.Nguyễn ngọc Quỳnh: « Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định tỷ lưu hợp lý tại các phân lưu sông Hồng – sông Đuống và sông Hồng, sông Luộc” của phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về động lực học sông biển – Viện khoa học thủy lợi Việt nam; đề tài đã nghiên cứu, phân tích và đề xuất tỷ lệ phân lưu hợp lý của sông Hồng – sông Đuống từ đó đưa ra giải pháp công trình để đảm bảo yêu cầu phân lưu. Đề tài đã nghiên cứu đã tính toán tỷ lệ phân lưu của sông Hồng và sông Đuống cho 2 giải pháp công trình bằng mô hình tính toán và mô hình vật lý thu được kết quả như sau: 1.1.1.1. Giải pháp kè phân lưu ở đầu bãi Bắc Cầu Giải pháp kè phân lưu ở đầu bãi Bắc Cầu là một trong những giải pháp được đề xuất để tính toán của đề tài. Giải pháp bố trí công trình kè phân lưu (dạng mõm cá) ở đầu bãi Bắc Cầu để ổn định, chống xói lở đầu bãi và góp phần điều chỉnh, ổn định tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống. Tuyến kè có kết cầu lõi bằng đất đắp đầm chặt và được bảo vệ bằng lớp đá lát trong khung bê tông, bên dưới có bố trí tầng lọc ngược và gia cố bằng cọc bê tông cốt thép. Tuyến kè mũ hướng về phía luồng của sông Đuống để cắt bớt dòng chảy đổ vào sông Đuống. 6 Hình 1.1. Phương án kè bãi Bắc Cầu Đề tài đã tính toán với 3 phương án chiều dài tuyến kè khác nhau (50m, 150m, 250m) nhưng mà hiệu quả điều tiết tỷ lệ phân lưu không cao chỉ giảm được 1,0% (mùa lũ) và 1,7% (mùa kiệt). Tỷ lệ phân lưu tăng khi chiều dài tuyến kè tăng, nhưng việc tăng chiều dài tuyến kè sẽ dẫn đến co hẹp cửa vào của sông Đuống và kè sẽ nằm vào vị trí hố xói (giải pháp công trình phức tạp và tốn kém). Sau khi phân tích tác giả lựa chọn phương án chiều dài tuyến kè L=250m chi tiÕt mÆt b»ng kÌ ph©n l­u tû lÖ: 1/2.000 M2 ,5m dµy 0 c h©n ®¸ hé m y 0,5 Th¶m µ d ¸ ® Th¶m m y 0,5 ®¸ dµ m ¶ Th m ,5x0,3 0 x ,5 KT 0 m BT tÊ t ¸ L M1 L¸t tÊm bª t«ng KT 0,5x0,5x0,3m §¸ l¸ t tron g §¸ l¸ t tron g k hun k hun Khung « BT trång cá g bª t«ng g bª t«ng M2 Hình 1.2. Mặt bằng kè bãi Bắc Cầu 7 M1 mÆt c¾t däc kÌ ph©n l­u (M1- M1) tû lÖ: 1/250 M2 Hình 1.3. Cắt dọc tuyến kè bãi Bắc Cầu 1.1.1.2. Giải pháp lấp hố xói đoạn cửa vào sông Đuống Giải pháp lấp hố xói đoạn cửa vào sông Đuống: Lấp các hố xói ở đoạn sông Đuống từ cửa vào đến cầu Đông Trù, giải pháp này làm giảm phạm vi diện tích mặt cắt ngang dòng chảy trên đoạn cửa vào sông Đuống theo phương đứng, hạn chế tỷ lệ phân lưu. Hình 1.4. Phương án lấp hố xói cửa vào sông Đuống 8 Tại vị trí cửa vào của sông Đuống, địa hình lòng sông tự nhiên vị xói sâu dẫn tới tình trạng dòng chảy tập trung sang sông Đuống làm mất cân bằng tỷ lệ phân lưu dòng chảy trên sông Hồng – sông Đuống. Giải pháp lấp hố xói đoạn cửa vào sông Đuống để ứng phó với tình trạng trên. Hố xói được lấp đến cao trình +5 bằng bao tải cát và gia cố ở trên là thảm đá. X· Xu©n Canh HuyÖn §«ng Anh L1 L2 ng s« ng hå L2 X· §«ng Héi HuyÖn §«ng Anh L3 L3 Hình 1.5. Hình 1.6. Mặt bằng phạm vi lấp hố xói Mặt cắt ngang hố xói điển hình. 9 s.®u L1 èng Đề tài đã tính toán với 3 phương án cao trình lấp hố xói khác nhau (-3.0m, -5.0m, 7.0m), sau khi tính toán với cao trình lấp hố xói là (-3.0m) hiệu quả tỷ lệ phân lưu giảm khá lớn từ 3,4% - 3,8% (mùa lũ) và lên đến 6% (mùa kiệt) tiệm cận với tỷ lệ phân lưu hợp lý. Tỷ lệ phân lưu giảm khi cao trình lấp hố xói giảm, nhưng việc tăng cao trình lấp hố xói sẽ ảnh hưởng tới chiều giao thông thủy của tuyến Việt Trì – Quảng Ninh qua cửa sông Đuống. Sau khi phân tích tác giả lựa chọn phương án lấp hố xói ở cao trình -5,0m đảm bảo yêu cầu giao thông thủy. Để đảm bảo tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông tác giả đã đề xuất kết hợp cả hai phương án kè bãi bãi bắc cầu với chiều dài L=250m và lấp hố xói cửa vào sông Đuống đến (5.0m) 1.1.2. Những nguyên nhân dẫn điến tình tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng về mùa kiệt: Theo báo cáo “Đánh giá phân tích thực trạng, nguyên nhân và tác động của sự suy giảm mực nước thời kỳ mùa Kiệt hạ du Sông Hồng” của GS.TS Hà Văn Khối trong buổi toạ đàm: “Hiện trạng suy giảm nước về mùa khô và các giải pháp đảm bảo an ninh nguồn nước hạ du Sông Hồng” do Hội đập lớn Việt Nam và Viện Khoa học Thủy Lợi Việt Nam tổ chức. GS.TS Hà Văn Khối đã nêu ra một số nguyên nhân chính dẫn tới tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng về mùa kiệt: + Do tác động của bồ lắng bùn cát tại các hồ chứa trên sông Hồng: Với việc xây dựng các hồ chứa trên thượng nguồn các con sông đã dẫn tới hiện tượng bùn cát được giữ lại ở các hồ chứa gây ra hiện tượng xói nước trong cho hạ du. Hiện tượng xói nước trong đã gây ra tình trạng xói lở và hạ thấp lòng dẫn ở hạ du sông Hồng gây ra tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng. + Do tình trạng khai thác cát quá mức trên sông Lô, sông Hồng và sông Đuống: Thực trạng quản lý khai thác cát tràn lan trên sông Hồng càng làm cho lòng dẫn trên sông Hồng (đặc biệt là mùa kiệt). + Sự thay đổi tỷ lệ lượng nước phân sang sông Đuống: Căn cứ vào nghiên cứu về tỷ lệ phân lưu sông Hồng – sông Đuống của Viện khí tượng thủy văn – Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2012 – 2013, tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống về 10 mùa kiệt trong những năm ngần đây từ 40%-45%. Sự thay đổi này sẽ làm suy giảm đáng kể mực nước mùa kiệt từ sau cửa vào sông Đuống đến Hưng Yên, gây ra tình trạng khó khăn cho việc lấy nước của các công trình đầu mối trong đó có công trình lấy nước Xuân Quan và một số công trình khác. Bảng 1.1. Bảng tỷ lệ phân lưu sông Hồng – sông Đuống của Bộ Tài nguyên và Môi trường Do tác động của bồ lắng bùn cát tại các hồ chứa trên sông Hồng và tình trạng khai thác cát quá mức trên sông Lô, sông Hồng và sông Đuống làm cho điều kiện địa hình lòng sông Hồng ngày càng hạ thấp, Cùng với sự phân lưu dòng chảy sông Hồng sang sông Đuống làm cho tình trạng hạ thấp mực nước sông Hồng về mùa kiệt ngày càng trở lên khốc liệt. Trước thực trạng đó để cân đối với nhu cầu sử dụng nước cho sản xuất nông nghiệp các hồ chứa thượng nguồn đã phải xả xuống hạ lưu một lượng nước lớn hơn rất nhiều so với nhu cầu sử dụng nước, gây áp lức tới yêu cầu sử dụng nước của các hồ chứa. 1.1.3. Đề xuất định hướng giải quyết vấn đề nghiên cứu 1.1.3.1. Mục tiêu và nhiệm vụ +) Mục tiêu: 11 Đề xuất giải pháp đập dâng tại vị trí cửa sông Đuống nhằm điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống, ứng phó với tình trạng hạ thấp mực nước sông Hồng về mùa kiệt. +) Nhiệm vụ: - Đảm bảo tỷ lệ phân chia lưu lượng hợp lý giữa sông Hồng vào sông Đuống; - Kết hợp dâng nước thượng lưu về mùa kiệt đảm bảo các yêu cầu cho tưới tiêu nông nghiệp, cải thiện môi trường các dòng sông nhánh; - Đảm bảo giao thông thủy được thông suốt trên sông Đuống; - Không ảnh hưởng đến khả năng tiêu thoát về mùa lũ. 1.1.3.2. Những vấn đề cần nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan các loại hình kết cấu đập dâng trong nước và trên thế giới; - Nghiên cứu các phương án điều tiết phân lưu sông Hồng – sông Đuống, đề xuất giải pháp kết cấu đập dâng; - Tính toán ổn định nền đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng – sông Đuống được lựa chọn. 1.2. 1.2.1. Tổng quan các công trình đập dâng điều tiết trong nước và trên thế giới Tổng quan trên thế giới Hiện nay, các công trình đập dâng nhằm cải tạo môi trường, dâng cao mực nước đã được thực hiện rất nhiều, nhằm khai thác một cách hiệu quả đa mục tiêu nguồn nước trên thế giới trước thực trạng biến đổi khí hậu diễn biến phức tạp. Tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên, nhiệm vụ công trình cũng như khả năng kinh tế kỹ thuật của mỗi nước, những công trình đập dâng trên thế giới rất đa dạng về kết cấu và phong phú về giải pháp xây dựng, lắp đặt công trình. 1.2.1.1. Dự án khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc Tại Châu Á trong lĩnh vực quy hoạch, khai thác và bảo vệ nguồn nước cũng như xây dựng các công trình thủy lợi, Hàn Quốc được biết đến với rất nhiều dự án có quy mô lớn, mang tầm cỡ thế giới như dự án đê biển Seamangeum hay dự án “khôi phục 4 12 dòng sông chính - 4 Major Rivers Restoration Projects”. Nếu như dự án xây dựng đê biển Seamangeum được triển khai nhằm mục đích chống lũ, nước biển dâng và lấn biển thì dự án “Khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc lại nhằm mục đích “tăng trưởng xanh – Green Growth”, cải tạo môi trường sinh thái và giảm thiểu thiệt hại, rủi ro do lũ lụt, hạn hán gây ra hàng năm; nâng cao cột nước trên các sông nhằm phục vụ sản xuất nông nghiệp; phục hồi hệ sinh thái dọc sông và tạo ra các khu vực, không gian nghỉ dưỡng dọc sông để thúc đẩy phát triển vùng. Hình 1.7. Quy mô dự án khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc Đây là dự án được thiết lập để giải quyết những thách thức lớn về mặt môi trường của 04 con sông lớn: sông Hàn, Nakdong, Geum và Yeongsan tại Hàn Quốc. Sự thiệt hại hàng năm gây nên bởi hạn hán là rất lớn, nghiêm trọng nhất là mất hệ sinh thái và suy thoái môi trường sống. Sự thiệt hại được dự báo ngày càng tăng bởi các hiện tượng thời tiết cực đoạn của biến đổi khí hậu. Ở Hàn Quốc, hạn hán được dự kiến sẽ trở nên thường xuyên hơn 3đến 4 lần trong tương lai gần. +) Tạo hồ chứa nước: Để bảo đảm đủ lượng nước theo nhu cầu sử dụng nước, sẽ tiến hành xây dựng tuyến đường thủy và 16 đập dâng tạo hồ chứa nước trên 04 con sông 13 chính. Với 16 đập dâng dự kiến để bảo đảm 800 triệu m3. Ngoài ra, 16 đập dâng trên 04 con sông chính sẽ tăng cột nước cho 96 hồ chứa nông nghiệp hiện có để đảm bảo 250 triệu m3. Ngoài ra, việc xây dựng ba đập kích thước vừa và nhỏ dự kiến sẽ mang lại hơn 250 triệu m3. Những công trình này sẽ giúp cho việc lưu trữ lượng nước cần thiết trong mùa khô. Kết hợp với giải pháp nạo vét luồng lạch, nạo vét lòng sông để tăng sức chứa cho các tuyến sông, giảm mực nước lũ,….. làm cho lưu lượng lũ đổ về hạ lưu giảm xuống, kết hợp khả năng lưu trữ nước cho mùa khô được an toàn hơn. Điều này sẽ làm giảm đáng kể lũ lụt, hạn hán hàng năm và các thiệt hại mà chúng gây ra. +) Kiểm soát lũ: Để đảm bảo khả năng tiêu thoát lũ giải pháp được nghiên cứu đề xuất là mở rộng các cửa sông của các sông nhánh, cho phép giảm nhanh mực nước và tăng lưu lượng tiêu thoát lũ ở các cửa sông. Ngoài ra, để làm chậm dòng lũ, các vùng đất trũng được quy hoạch làm các vùng chậm lũ hoặc kiểm soát lũ, trữ lượng chứa lũ lên đến 920 triệu m3. +) Chất lượng nước và phục hồi sinh thái: Đến năm 2012, chất lượng nước của dòng chính đã được cải thiện với mức trung bình của mức hai (Biochemical Oxygen Demand ít hơn 3ppm) bằng cách mở rộng các cơ sở xử lý nước thải và thiết lập các cơ sở giảm tảo xanh. Hơn nữa, cố gắng để khôi phục lại dòng sông sinh thái, tạo ra vùng hệ sinh thái ven sông. +) Tạo ra các không gian đa năng cho cư dân địa phương: Để tạo ra các bờ sông là một khu vực đa năng để cải thiện lối sống, giải trí, du lịch, các hoạt động văn hóa, và tăng trưởng xanh, làn đường xe đạp (1,728km) sẽ được phát triển, các chương trình tour du lịch sẽ được đẩy mạnh, và các môn thể thao sẽ được mở rộng tại đây. +) Sông theo định hướng phát triển cộng đồng: Dự án cũng sẽ góp phần vào sự phát triển khu vực thông qua các kế hoạch khác nhau mà sử dụng các cơ sở hạ tầng được quy hoạch trong dự án và cảnh quan. Nhận xét về mục tiêu nhiệm vụ: Mục tiêu và nhiệm vụ của "Dự án xanh New Deal", trong đó có khôi phục 04 con sông chính sông Hàn, Nakdong, Geum và Yeongsan tại Hàn Quốc, có nhiều điểm tương 14