Tài liệu NGHIÊN CỨU, GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH VÀ HIỆU QUẢ KHAI THÁC HỒ CHỨA CHO MO, TỈNH NINH THUẬN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐINH ANH TUẤN NGHIÊN CỨU, GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH VÀ HIỆU QUẢ KHAI THÁC HỒ CHỨA CHO MO, TỈNH NINH THUẬN LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐINH ANH TUẤN NGHIÊN CỨU, GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH VÀ HIỆU QUẢ KHAI THÁC HỒ CHỨA CHO MO, TỈNH NINH THUẬN Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60 – 58 – 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: NGND.GS.TS. Lê Kim Truyền Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Nhờ sự chỉ bảo tận tình của thầy hướng dẫn và sự đóng góp ý kiến các học viên, các thầy cô phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, khoa Công trình trường Đai học Thủy Lợi, cùng với sự nỗ lực nghiên cứu của bản thân, đến nay luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài: “ Nghiên cứu, giải pháp nâng cao dung tích và hiệu quả khai thác hồ chứa Cho Mo, tỉnh Ninh Thuận” đã hoàn thành. Tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến NGND.GS.TS. Lê Kim Truyền, người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tác giả tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tác giả xin gửi lời chân thành cám ơn tới KS. Lê Xuân Huỳnh, đã nhiệt tình trao đổi và cung cấp số liệu để tác giả hoàn thành luận văn này. Do thời gian và kiến thức có hạn, luận văn không thể tránh khỏi những điều thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô , bạn bè đồng nghiệp và những quý vị quan tâm. Mọi ý kiến đóng góp xin liên hệ theo địa chỉ email: tuanda.wru.vn Hà Nội, ngày tháng Tác giả Đinh Anh Tuấn năm 2014 BẢN CAM KẾT CỦA HỌC VIÊN Tác giả xin cam kết rằng nội dung trong luận văn này hoàn toàn được thực hiện bởi chính tác giả dưới sự hướng dẫn của NGND.GS.TS. Lê Kim Truyền. Các số liệu, kết quả sử dụng trong luận văn hoàn toàn trung thực, nguồn trích dẫn có thực và đáng tin cậy. Tác giả xin cam kết những điều trên là đúng sự thật. Tác giả chịu trách nhiệm với những gì mình cam kết. Hà Nội, ngày tháng Tác giả Đinh Anh Tuấn năm 2014 Mục lục Mục lục Danh mục hình vẽ Danh mục bảng biểu Danh mục chữ viết tắt MỞ ĐẦU .......................................................................................................................1 CHƯƠNG 1 ..................................................................................................................4 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐỂ LỰA CHỌN DUNG TÍCH HỒ CHƯA PHỤC VỤ ĐA MỤC TIÊU ............................................................................................................4 1.1 Đặt vấn đề ..............................................................................................................4 1.2 Giới thiệu hồ chứa nước Cho Mo ........................................................................4 1.2.1 Vị trí, nhiệm vụ của công trình .................................................................... 4 1.2.2 Đặc điểm địa lý tự nhiên .............................................................................. 5 1.2.2.1 Đặc điểm khí tượng thủy văn ...................................................................... 5 1.2.2.2 Đặc điểm địa hình.................................................................................... 15 1.2.2.3 Đặc điểm địa chất .................................................................................... 16 1.3 Các chỉ tiêu thiết kế hồ chứa ..............................................................................19 1.4 Hiện trạng khai thác và quản lý ........................................................................21 1.5 Các yêu cầu gia tăng đối với việc sử dụng nước ở hồ Cho Mo .......................21 1.5.1 Những căn cứ để xác định nhiệm công trình trong thời gian tới ............... 21 1.5.1.1 Quy hoạch phát triển kinh tế xã hội .......................................................... 21 1.5.2 Tính toán nhu cầu dùng nước ................................................................... 24 1.5.2.1 Yêu cầu nước tưới cho nông nghiệp .......................................................... 24 1.5.2.2 Yêu cầu nước cho công nghiệp ................................................................. 27 1.5.2.3 Yêu cầu nước sinh hoạt ............................................................................ 28 1.5.2.4 Nước cho môi trường, du lịch và nuôi trồng thủy sản. ............................... 28 1.5.2.5 Tổng nhu cầu dùng nước đến năm 2050 .................................................... 29 1.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy đến hồ chứa. ...30 1.6.1 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy kiệt. ................................. 30 1.6.2 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lũ. ................................... 33 1.7 Cơ sở lựa chọn dung tích hồ phục vụ đa mục tiêu...........................................34 1.8 Kết luận chương 1 ...............................................................................................35 CHƯƠNG 2 ................................................................................................................36 TÍNH TOÁN CÁC MỰC NƯỚC HỒ VÀ PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH HỒ CHỨA ĐÁP ỨNG NHIỆM VỤ MỚI .......................................................................36 2.1 Tính toán các mực nước phù hợp với nhiệm vụ mới.......................................36 2.1.1 Cơ sở tính toán .......................................................................................... 36 2.1.2 Xác định dung tích hồ ................................................................................ 36 2.1.2.1 Xác định dung tích hữu ích của hồ. ........................................................... 36 2.1.2.2 Xác định mực nước dâng ứng với nhu cầu sử dụng nước mới..................... 37 2.1.3 Xác định mực nước lũ ứng với nhu cầu sử dụng nước mới. ....................... 39 2.1.3.1 Nguyên lý cơ bản trong tính toán điều tiết lũ ............................................. 39 2.1.3.3 Phương thức điều tiết ............................................................................... 44 2.1.3.4 Kết quả điều tiết ........................................................................................ 45 2.2 Lựa chọn phương thức vận hành hồ chứa đáp ứng nhiệm vụ mới. ...............46 2.2.1. Vận hành cấp nước: ................................................................................. 47 2.2.2. Xây dựng quy trình vận hành xả lũ đáp ứng như cầu mới. ....................... 50 2.3 Tính toán điều tiết lũ theo phương pháp vận hành mới. ................................51 2.3.1 Tính toán điều tiết lũ thiết kế ..................................................................... 51 2.3.2 Tính toán điều tiết lũ kiểm tra .................................................................... 52 2.4 Lựa chọn mực nước trước, sau lũ trên cơ sở đảm bảo an toàn hồ và nâng cao hiệu quả sử dụng khai thác hồ ...........................................................................53 2.5 Kết luận chương 2 ..............................................................................................54 CHƯƠNG 3 ................................................................................................................56 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NÂNG CAO VÀ GIA CỐ ĐÂP ĐẤT, TRÀN XẢ LŨ TRÊN CƠ SỞ ĐẢM BẢO AN TOÀN HỒ CHỨA VÀ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG KHAI THÁC HỒ .........................................................................................................56 3.1 Tính toán kiểm tra sự ổn định của đập đất hiện trạng với nhiệm vụ mới. ....56 3.1.1 Phương pháp tính ...................................................................................... 56 3.1.1.1 Giới thiệu về phần mềm Geo –Slope ......................................................... 56 3.1.1.2 Cơ sở lý thuyết trong tính toán ................................................................ 57 3.1.2 Tính toán ổn định, thấm qua đập đất ......................................................... 59 3.1.2.1 Kiểm tra thấm qua đập và nền đập. .......................................................... 59 3.2 Tính toán xác định thông số thiết kế của đập ..................................................69 3.2.1 Tính toán cao trình đỉnh đập ..................................................................... 69 3.2.1.1 Xác định cao trình đỉnh đập theo MNDBT: ............................................... 69 3.2.1.2 Cao trình đỉnh đập ứng với MNLTK. ........................................................ 72 3.2.2 Xác định hệ số mái hạ du đập .................................................................... 74 3.2.3 Lựa chọn phương án nâng cao tường lõi đập ............................................ 75 3.2.3.1 Tính chiều cao đỉnh tường lõi ................................................................... 75 3.2.3.2 Lựa chọn phương án nâng cao tường lõi ................................................... 75 3.3 Đề xuất các phương án nâng cao và gia cố đập đất .........................................76 3.3.1 Phương án nâng cao đập đất theo dạng mặt cắt đang sử dụng .................... 76 3.3.2 Lựa chọn phương án nâng cao đập đất. ...................................................... 79 3.3 Tính toán kiểm tra ổn định, thấm theo phương án chọn. ...............................81 3.3.1 Các trường hợp tính toán thấm thân đập. .................................................. 81 3.3.2 Tính toán thấm qua nền đập ...................................................................... 84 3.4 Nghiên cứu đề xuất giải pháp cải tạo nâng cấp công trình tràn theo nhiệm vụ mới..........................................................................................................................85 3.4.1. Giải pháp thiết kế gia cố tràn ..................................................................... 85 3.4.1.1 Tính toán cao trình đỉnh cửa van .............................................................. 86 3.4.1.2 Kiến nghị phương án nâng cấp tràn xả lũ ................................................ 86 3.4.1.3 Kiểm tra ổn định của tràn ........................................................................ 87 3.5 Kết luận chương 3 ...............................................................................................91 CHƯƠNG 4 ................................................................................................................92 ĐẾ XUẤT KẾ HOẠCH VÀ GIẢI PHÁP THI CÔNG NÂNG CAO ĐẬP ĐẤT .....92 4.1 Giải pháp nâng cao đập đất ................................................................................92 4.1.1 Các nhân tố ảnh hưởng tới chất lượng thi công đất .................................... 92 4.1.1.1 Độ ẩm ...................................................................................................... 92 4.1.1.2 Loại đất .................................................................................................... 92 4.1.1.3 Sự tổ hợp cấu tạo hạt ................................................................................ 92 4.1.1.4 Công cụ đầm nén ...................................................................................... 92 4.1.1.5 Công cụ đào đất ....................................................................................... 93 4.1.2 Xử lý tiếp giáp giữa khối đắp cũ và mới ...................................................... 93 4.1.3 Giải pháp thi công phần nâng cao đập đất. ................................................. 93 4.1.3.1 Các điều kiện thi công ............................................................................... 93 4.1.3.2 Lựa chọn thời gian thi công....................................................................... 95 4.1.3.3 Phân đợt thi công ..................................................................................... 95 4.1.3.4 Kế hoạch và tiến độ thi công. .................................................................... 96 4.1.3.5 Thi công phần nâng cao đập đất. ............................................................... 97 4.2 Giải pháp nâng cấp công trình tràn xả lũ........................................................100 4.2.1 Công tác chuẩn bị ..................................................................................... 100 4.2.2 Xử lý bề mặt tiếp giáp ............................................................................... 100 4.2.3 Đổ bê tông bù ........................................................................................... 100 4.3 Giải pháp cải tạo nâng cấp của van chắn nước..............................................100 4.4 Giải pháp đảm bảo chất lượng trong thi công. ..............................................100 4.4.1 Giám sát tthi công đắp đập ....................................................................... 101 4.4.2 Giám sát công tác đầm nén đất ................................................................ 101 4.4.3 Khống chế và kiểm tra chất lượng............................................................ 102 4.6 Đánh giá hiệu quả đầu tư khi nâng cao dung tích hồ chứa. ........................102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................104 1. Kết luận ................................................................................................................104 2. Kiến nghị ..............................................................................................................105 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................106 Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Hình 1.2: Hình 1.3: Hình 2.1: Hình2.2: Hình 2.3: Hình 2.4: Hình 2.5: Hình 2.6: Hình 2.7: Hình 2.8: Hình 2.9: Hình 3.1: Hình 3.2: Hình 3.3: Hình 3.4: Hình 3.5: Hình 3.6: Hình 3.7: Hình 3.8: Hình 3.9: Hình 3.10: Hình 3.11: Hình 3.12: ống khói Hình 3.13: ống khói Hình 3.14: Hình 3.15: Hình 3.16: Hình 3.17: Hình 3.18: Hình 3.19: Hình 3.20: Hình 3.21: Hình 3.22: Hình 3.23: Hình 3.24: Hình 3.25: Hình 3.26: Hình 3.27: Hình 3.28: Hình 3.29: Hình 4.1: Hình 4.2: Kết quả thu phóng lũ có xét đến ảnh hưởng biến đổi khí hậu Biểu đồ nhu cầu nước trong năm Kết quả thu phóng lũ có xét đến ảnh hưởng biến đổi khí hậu Quan hệ giữa lưu lượng và lượng trữ Sơ đồ khối tính DTL theo phương pháp thử dần xác định mực nước Kết quả điều tiết lũ thiết kế tần suất 1% Kết quả điều tiết lũ kiểm tra tần suất 0.2% Sơ đồ khai thác nước cấp nước tưới của hồ.8. Biểu đồ quan hệ độ mở a, Z thượng lưu hồ với lưu lượng qua cống Kết quả điều tiết lũ thiết kế 1% theo phương án vận hành mới Kết quả điều tiết lũ kiểm tra theo phương án vận hành mới Quy định mực nước hồ trong thời kỳ mùa lũ Giao diện tính của Geo - Slope Vị trí mặt cắt kiểm tra theo trắc dọc tuyến tim đập Các mô hình vật liệu trong Seep/W Vecto thấm trong vùng vật liệu không bão hòa Thông số vật liệu cho vật liệu bão hòa/ không bão hòa. Áp lực nước lỗ rỗng âm trong Seep/W Hàm thấm phụ thuộc vào áp lực nước lỗ rỗng âm Khai báo hàm thấm cho vật liệu Điều kiện biên bài toán thấm TH1 - Mặt cắt A-A - Đường bão hòa và lưu lượng thấm qua đập TH3 - Mặt cắt A-A- Đường bão hòa và lưu lượng thấm qua đập TH1 - Mặt cắt B-B - Đường bão hòa, lưu lượng thấm qua đập, J max tại TH3 - Mặt cắt B-B - Đường bão hòa, lưu lượng thấm qua đập, Jmax tại TH1 - Mặt cắt C-C- Đường bão hòa, lưu lượng thấm qua đập TH3 - Mặt cắt C-C- Đường bão hòa, lưu lượng thấm qua đập Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu Kết quả tính toán ổn định mái thượng lưu Phương án nâng cao tường lõi PA1 Phương án nâng cao tường lõi PA2 Phương án nâng cao đập đất PA1 Phương án nâng cao đập đất PA2 Phương án nâng cao đập đất PA3 Mặt cắt tuyến đập sau khi nâng mực nước Kết quả tính ổn định mái đập hạ lưu Kết quả tính ổn định mái đập thượng lưu Mặt bằng khu vực bối trí tràn Mặt cắt dọc tràn theo thiết kế Phương án nâng cao tràn xả lũ Phương án lựa chọn nâng cao đập đất Phân đợt thi công theo mặt cắt ngang đập B-B Phân đợt thi công theo mặt cắt dọc tim đập Danh mục bảng biểu Bảng 1.1: Bảng 1.2: Bảng 1.3: Bảng 1.4: Bảng 1.5: Bảng 1.6: Bảng 1.7: Mạng lưới các trạm khí tượng và đo mưa Phân phối các đặc trưng nhiệt độ không khí Phân phối các đặc trưng độ ẩm tương đối Phân phối số giờ nắng trong năm Vận tốc gió trung bình các tháng trong năm Tính vận tốc gió thiết kế theo 8 hướng chính từ tài liệu quan trắc. Bảng phân phối lượng bốc hơi trong năm Bảng 1.8: Bảng phân phối tổn thất bốc hơi ∆Z trong năm Bảng 1.9: Thống kê một số trận mưa lớn trong vùng Bảng 1.10: Lượng mưa thiết kế 1 ngày lớn nhất Bảng 1.11: Tính toán lượng mưa khu tưới thiết kế Bảng 1.12: Phân phối lượng mưa khu tưới Bảng 1.13: Mạng lưới các trạm thủy văn Bảng 1.14: Dòng chảy năm thiết kế Bảng 1.15 : Các đặc trưng dòng chảy lũ thiết kế lưu vực Cho Mo Bảng 1.16: Kết quả tính toán lưu lượng trong mùa kiệt p =10% Bảng 1.17: Các chỉ tiêu cơ lý đất nền tuyến đập Bảng 1.18: Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đá nền đập Bảng 1.19: Thông số chính của công trình Bảng 1.20: Đường đặc trưng hồ chứa Cho Mo theo TKKT Bảng 1.21: Cơ cấu cây trồng khu tưới theo thời vụ Bảng 1.22 : Nhu cầu nước tưới của các lại cây trồng hiện nay Bảng 1.23 : Mức độ gia tăng nhu cầu nước tưới của các loại cây trồng đến năm 2050 theo kịch bản BDKK B2. Bảng 1.24: Lượng nước tưới của các lại cây trồng theo kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2050. Bảng 1.25: Mức tưới toàn vụ đối với các lại cây trồng đến năm 2050 Bảng 1.26 : Tổng lượng nước tưới của các lại cây trồng đến năm 2050. Bảng 1.27: Lưu lượng nước cấp từ hồ cho môi trường và các hoạt động nuôi trồng thủy sản Bảng 1.28: Bảng nhu cầu nước các tháng trong năm Bảng 1.29: Lưu lượng trung bình tháng các thời kỳ tại các trạm thủy văn Bảng 1.30: Tỷ lệ thay đổi lưu lượng trung bình tháng trong các thời kỳ tại các trạm thủy văn. Bảng 1.31: Tỷ lệ thay đổi lưu lượng trung bình tháng trong các thời kỳ tại các trạm thủy văn Bảng 1.32: Kết quả thu phóng lũ theo tỷ lệ gia tăng ứng với kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2050. Bảng 2.1: Bảng tính toán xác định dung tích hữu ích hồ chứa Bảng 2.2: Các phương trình tính lưu lượng qua đập tràn Bảng 2.3: Kết quả điều tiết lũ thiết kế và kiểm tra Bảng 2.4: Bảng 2.5: Bảng 2.6: Bảng 3.1: Hình 3.9: Bảng 3.2: Bảng 3.3: Bảng 3.4: Bảng 3.5: Bảng 3.6: Bảng 3.7: Bảng 3.8: Bảng 3.9: Bảng 3.10: Bảng 3.11: Bảng 4.1: Bảng 4.2: Độ mở van a theo các cấp Q và Ζ TL . Kết quả tính toán điều tiết lũ 1% theo phương án vận hành mới Kết quả tính toán điều tiết lũ 0.2% theo phương án vận hành mới Các chỉ tiêu vật liệu tính toán thấm Điều kiện biên bài toán thấm Tổng hợp kết quả tính thấm các trường hợp Kiểm tra khả năng xói ngầm thân đập đất tại vị trí ống khói ra Các chỉ tiêu vật liệu đất đắp đập đưa vào trong tính toán Kết quả tính toán kiểm tra ổn định mái đập Bảng tính toán sơ bộ khối lượng các phương án nâng cao đập Kết quả tính toán thấm qua đập phương án chọn khi nâng cấp Kiểm tra khả năng xói ngầm thân đập đất tại vị trí ống khói ra Kết quả tính toán kiểm tra ổn định mái đập Kết quả tính toán các lực tác dụng trường hợp 1 Kết quả tính ổn định ngưỡng tràn Tiến độ thi công các khối đắp đập Chi phí đầu tư xây dựng cải tạo công trình đầu mối Danh mục chữ viết tắt PTHH Phần tử hữu hạn XDCT Xây dựng công trình MNDBT Mực nước dâng bình thường MNTK Mực nước lũ thiết kế MNKT Mực nước lũ thiết kế MNTL Mực nước trước lũ TKKT Thiết kế kĩ thuật QLVH Quản lý vận hành BQNN Bình quân nhiều năm TBNN Trung bình nhiều năm CĐGH Cường độ giới hạn [số thứ tự] Trích dẫn tài liệu tham khảo 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, cả nước ta có trên 2100 hồ chứa nước có dung tích mỗi hồ từ 0.5 triệu m3 trở lên, với dung tích dự trữ trên 41 tỷ m3 nước. Đa phần các hồ chứa đều được xây dựng trong điều kiện kinh tế nước ta còn nhiều khó khăn nên mức đầu tư còn hạn hẹp, thường bị cắt bớt các nhiệm vụ hoặc công trình nên nhiều hồ chứa chỉ phục vụ đơn mục tiêu như phát điện, cấp nước nông nghiệp… vì vậy chưa tận dụng hết nguồn sinh thủy để thỏa mãn các nhiệm vụ cấp nước và giảm lũ cho hạ du. Trong điều kiện biến đổi khí hậu diễn ra ngày một phức tạp, sự phân phối lượng mưa có nhiều thay đổi cả về không gian và thời gian, kết hợp với nhiệt độ tăng dẫn đến lượng bốc hơi tăng, lượng nước thấm tăng dẫn đến hệ số tưới tăng làm cho lượng nước tưới yêu cầu tăng theo. Ngoài ra sự phát triển của kinh tế, xã hội dẫn đến nhu cầu nước cho sinh hoạt, công nghiệp… ngày một tăng cao, làm cho tổng lượng nước yêu cầu tăng lên. Vì vậy nhiều hồ chứa đã được đầu tư xây dựng trước đây, nay đòi hỏi phải nâng cao đập đất để tăng dung tích hồ chứa. Do sự biến đổi khí hậu toàn cầu, diễn biến thời tiết ngày càng bất lợi, hạn hán, lũ lụt thường xuyên xảy ra trên diện rộng và mức độ ảnh hưởng ngày một tăng cao. Chính vì vậy nhiệm vụ đặt ra cho các hồ chứa là phải tăng dung tích hồ chứa và sử dụng dung tích hồ chứa như thế nào cho hiệu quả, có nghĩa là xác định mực nước trước lũ, sau lũ, khi nào và ở cao trình bao nhiêu để đạt được hiệu quả cao là bài toán đang đặt ra cho các hồ chứa ở Miền Trung nhằm mục tiêu đem lại lợi ích tốt nhất cho nền kinh tế, xã hội và an toàn công trình. Đề tài “ Nghiên cứu giải pháp nâng cao dung tích và hiệu quả khai thác hồ chứa Cho Mo, tỉnh Ninh Thuận “ có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật cao trong công tác quản lý, vận hành, cải tạo hồ chứa Cho Mo đã vận hành trước đây. Luận văn đưa ra giải pháp nhằm làm tăng hiệu quả sử dụng nguồn nước của suối Cho Mo cho việc tưới trong nông nghiệp và góp phần cắt giảm lũ cho vùng hạ lưu suối Cho Mo và vùng hạ lưu sông Cái Phan Rang, làm giảm nhẹ thiệt hại về tài sản và con người cho các vùng này. 2 2. Mục đích của luận văn. Từ những lý do trên, đề tài đặt ra các mục tiêu chính như sau: - Lựa chọn giải pháp nâng cao đập đất đã được xây dựng trên cơ sở đảm bảo an toàn về thấm, ổn định, đáp ứng nhu cầu nâng cao dung tích hồ để giảm lũ, cấp nước cho hạ du và các nhiệm vụ khác của hồ. - Kiến nghị giải pháp cải tiến công trình tràn khi hồ chứa phải nâng cao dung tích. - Xác định cao trình mực nước trước lũ và sau lũ trên cơ sở đảm bảo các nhiệm vụ cấp nước và an toàn phòng lũ. 3. Phạm vi nghiên cứu của luận văn. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn là các vấn đề liên quan đến đập, hồ chứa, nhu cầu nước hạ du và quá trình vận hành hồ chứa Cho Mo thuộc địa phận huyện Ninh Sơn, tỉnh Ninh Thuận. 4. Phương pháp nghiên cứu của luận văn. Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, luận văn đưa ra các phương pháp nghiên cứu như sau: - Tiến hành thu thập các thông tin, số liệu tính toán từ thiết kế kỹ thuật và quy trình vận hành hồ chứa Cho Mo, kết hợp điều tra thực địa và phân tích thống kê các số liệu thu thập từ ban quản lý dự án và các sở ban ngành địa phương liên quan. - Phương pháp kế thừa kết quả nghiên cứu của các dự án, đề tài nghiên cứu để ứng dụng trong phạm vi luận văn. - Nghiên cứu ứng dụng các mô hình toán trong mô tả vận hành và tính toán ổn định đập cho hồ chứa Cho Mo. - Ứng dụng phần mềm tính thấm Geo-slope dựa trên phương pháp PTHH để tính thấm và kiểm tra ổn định cho đập hồ chứa Cho Mo khi nâng cao mực nước so với thiết kế ban đầu. 5. Các kết quả đạt được của luận văn. Các kết quả dự kiến đạt được trong quá trình thực hiện luận văn như sau: - Xác định được dung tích hồ chứa trên cơ sở bảo đảm yêu cầu cấp nước và giảm lũ cho hạ du. - Lựa chọn được giải pháp nâng cao và gia cố đập đất, tràn xả lũ đáp ứng được yêu cầu cấp nước, phòng lũ trên cơ sở bảo đảm an toàn về thấm và ổn định đập đất. 3 - Nghiên cứu lựa chọn mực nước trước và sau lũ để nâng cao hiệu quả sử dụng hồ chứa. - Đưa ra kết luận và kiến nghị. 6. Bố cục của luận văn Luận văn gồm 4 chương, nội dung khái quát các chương như sau: - Chương 1: Nghiên cứu cơ sở để lựa chọn dung tích hồ chứa phục vụ đa mục tiêu. Nội dung chính của chương này giới thiệu về hồ chứa Cho Mo. Hiện trạng vận hành và các yêu cầu dùng nước trên lưu vực, nghiên cứu các phương pháp xác định dung tích hồ phục vụ cho bài toán đa mục tiêu. - Chương 2: Tính toán các mực nước hồ và phương thức vận hành hồ chứa đáp ứng nhiệm vụ mới. Nội dung chính của chương này đề cập tới các tính toán kiểm tra khi hồ đảm bảo nhiệm vụ mới, và lựa chon phương thức vận hành tối ưu cho hồ. - Chương 3: Đề xuất phương án nâng cao và gia cố đập đất, tràn xả lũ trên cơ sở bảo đảm an toàn hồ chứa và hiệu quả sử dụng khai thác hồ. Nội dung chính của chương này đề cập đến giải pháp nâng cao mực nước hồ và tính toán kiểm tra các chỉ têu đảm bảo an toàn công trình. - Chương 4: Đề xuất kế hoạch và giải pháp thi công nâng cao đập đấ. Nội dung chính của chương này đề cập đến công nghệ và các điều kiện kĩ thuật trong xây dựng cải tạo đập theo các phương án chọn. - Kết luận và kiến nghị 4 CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐỂ LỰA CHỌN DUNG TÍCH HỒ CHƯA PHỤC VỤ ĐA MỤC TIÊU 1.1 Đặt vấn đề Hồ chứa cho Mo được lập dự án từ trước những năm 2005 với nhiệm vụ chủ yếu để cung cấp nước tưới cho 1242 ha đất nông nghiệp Diện tích tưới được điều tra tại thời điểm thiết kế, chưa tính đến sự gia tăng diện tích tưới trong quy hoạch phát triển khu vực và chưa xét ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến nhu cầu dùng nước. Trong thiết kế kỹ thuật do điều kiện kinh phí hạn chế nên nhiệm vụ của công trình chỉ tập chung cho nhiệm vụ chính là cấp nước tưới cho nông nghiệp, việc tính toán nhu cầu nước chưa xét đến lượng nước cấp cho sinh hoạt, công nghiệp, môi trường và các hoạt động khác ở hạ du trong các năm tới và tương lai. Ngoài ra do khu vực hạ du thời điểm thiết kế chưa phát triển kinh tế, các vùng dân cư sau đập còn ít, nên tiêu chuẩn phòng lũ thấp, vai trò cắt lũ của hồ không nhiều. Trong bối cảnh nền kinh tế và xã hội ngày càng phát triển, đặc biệt theo quy hoạch phát triển kinh tế trên lưu vực đến năm 2050, nhu cầu sử dụng nước đang gia tăng cả về số lượng lẫn sự đa dạng trong việc sử dụng nước. Nhiệm vụ đặt ra cho hồ Cho Mo là dần chuyển sang đảm bảo nhiệm vụ đa mục tiêu, đáp ứng tối đa các nhu cầu sử dụng nước trong lưu vực và hiệu quả trong cắt giảm lũ cho hạ du. Trước những nhu cầu đó nhiệm vụ cấp nước của hồ chứa Cho Mo phải được thay đổi theo quy hoạch phát triển kinh tế, xã hội trong vùng và có xét đến yếu tố biến đổi khí hậu, môi trường. Cần phải xem xét chi tiết ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sự gia tăng hệ số tưới, thay đổi chế độ đặc trưng thủy văn trên lưu vực điều này ảnh hưởng đến lượng nước đến hồ và công tác vận hành an toàn cho hồ chứa. Để đảm bảo an toàn cho hồ chứa và đáp ứng được nhiệm vụ mới phù hợp với yêu cầu phát triển kinh tế xã hội việc nghiên cứu nâng cao mực nước hồ là điều cấp thiết. 1.2 Giới thiệu hồ chứa nước Cho Mo 1.2.1 Vị trí, nhiệm vụ của công trình Dự án hồ chứa nước Cho Mo xây dựng trên suối Cho Mo thuộc xã Mỹ Sơn – Huyện Ninh Sơn – Tỉnh Ninh Thuận. Công trình đầu mối có tọa độ: 108o50’ độ kinh đông. 5 11o44’ độ vĩ bắc. Vị trí đầu mối công trình cách thị xã Phan Rang 30km về phía bắc, cách cầu Tân Mỹ trên quốc lộ 27A khoảng 5 km. Dự án được xây dựng với nhiệm vụ ban đầu nhằm khai thác sử dụng có hiệu quả nguồn nước từ suối Cho Mo để tưới tự chảy cho hơn 1242 ha đất nông nghiệp nằm bên phái bờ tả của suối Cho Mo. Phần diện tích này trước khi có dự án chủ yếu được canh tác trồng mía, bông và thuốc lá nhờ nguồn nước tự nhiên cho năng suất thấp. Khi dự án đi vào hoạt động, nước tưới được chủ động đã làm tăng năng suất và tăng thời vụ canh tác. Dự án đi vào hoạt động hằng năm đã góp phần cắt giảm lũ cho vùng hạ du suối Cho Mo và vùng hạ du sông Cái Phan Rang, làm giảm nhẹ thiệt hại về người và tài sản cho các vùng này. Với dung tích cắt lũ thiết kế 3.9 triệu m3 của hồ khi tham gia cắt lũ đã giảm 16.3 % tổng lượng lũ thiết kế, giảm lưu lượng đỉnh lũ từ 729 m3/s xuống còn 517 m3/s và mực nước ngay sau hạ lưu đập giảm tương ứng 0.75 m. 1.2.2 Đặc điểm địa lý tự nhiên 1.2.2.1 Đặc điểm khí tượng thủy văn a, Đặc điểm khí hậu : Khí hậu vùng dự án nghiên cứu nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, lượng mưa BQNN trên lưu vực vào khoảng 1200 mm. Biến trình mưa hàng năm chia làm hai mùa rõ rệt, mùa khô và mùa mưa. Mùa khô bắt đầu từ tháng 1 đến tháng 8, trong thời kỳ này vào tháng 5, 6 xuất hiện những trận mưa lớn gây nên lũ hay gọi là lũ tiểu mãn. Mùa mưa bắt đầu từ tháng 9 đến tháng 12, tuy có 4 tháng mùa mưa nhưng lượng mưa chiếm từ 70% đến 80% lượng mưa cả năm, lượng mưa lớn tập trung nhiều nhất vào hai tháng 10 và 11. Lượng mưa lớn cường độ mạnh dễ gây nên lũ lớn, thông thường lũ lớn thường xảy ra nhiều nhất vào 2 tháng 10 và tháng 11. Từ điều kiện khí hậu hình thành chế độ dòng chảy trong sông thành hai mùa lũ, kiệt rõ rệt. Mùa lũ nguồn nước dư thừa thường sinh ra lũ gây ngập úng, mùa kiệt nguồn nguồn nước cạn kiệt không đủ đáp ứng cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt gây nhiều khó khăn trong việc phát triển kinh tế quốc dân. 6 b, Đặc điểm khí tượng Vùng nghiên cứu được thừa hưởng chế độ bức xạ vùng nhiệt đới với đặc tính 1 năm mặt trời đi qua thiên đỉnh 2 lần, lần thứ nhất vào tháng 4, lần thứ 2 vào tháng 8. Tổng cộng bức xạ hàng năm từ 150 - 170 Kcal/Cm2 năm. Trị số cực đại vào tháng 4 từ 18 - 19 Kcal/Cm2 tháng, gắn liền với thời kỳ độ cao mặt trời cao nhất, bầu trời âm u, độ sâu trong suốt khí quyển kém. Cán cân bức xạ : Hiệu số giữa năng lượng do mặt đất nhận được và năng lượng mất đi gọi là cán cân bức xạ. Cán cân bức xạ là nhân tố quyết định những quá trình tạo thành khí hậu. Hàng năm trị số cán cân bức xạ dương mang lại cho vùng dự án một nền nhiệt độ cao, điều kiện bức xạ góp phần quan trọng trong điều kiện nhiệt đới tỉnh Ninh Thuận. Các đặc trưng khí tượng trung bình nhiều năm được tính toán phục vụ cho thiết kế công trình trình bày theo các đặc trưng sau : + Mạng lưới trạm khí tượng Mạng lưới trạm khí tượng trên lưu vực khá phong phú, một số trạm đo mưa như Phan Rang, Sông Pha, Cam Ranh, Hòn Bà quan trắc từ thời Pháp. Sau ngày giải phóng một số trạm mới được thành lập như Nha Hố, Tân Mỹ, Khánh Sơn. Hệ thống mạng lưới trạm đo mưa ghi tại bảng 1.1. Bảng 1.1: Mạng lưới các trạm khí tượng và đo mưa TT TRẠM Tọa độ Vĩ độ 0 1 Phan Rang 11 34 2 Tân Mỹ 0 11 33 3 Nha Hố 0 4 Sông Pha 5 Hòn Bà 6 Khánh Sơn 7 8 11 42 0 11 50 0 12 02 0 Ba Tháp 11 42 Cam Ranh 0 11 54 Kinh độ Thời kỳ quan trắc Trị số TBNN 0 27-30; 59-74; 79-09 (mm) 650 0 78-08 1000 0 78-08 780 0 60-67; 70-76; 78-96 1400 108 09 108 50 108 54 108 42 20-25; 27-32 3300 0 77-2008 1750 0 77-2008 800 0 60-67; 78-2008 1100 108 57 109 03 109 08 + Nhiệt độ không khí Lưu vực nghiên cứu được thừa hưởng chế độ bức xạ mặt trời nhiệt đới, có cân bức xạ trong năm luôn dương và ít biến động mang tính nhiệt đới rõ rệt. Theo số liệu quan 7 trắc các trạm trên lưu vực đến nay chênh lệch nhiệt độ giữa các tháng lớn nhất từ 5 6 độ, nhiệt độ trung bình ngày hầu như trên 250c trừ một số ngày chịu sâu ảnh hưởng của gió mùa cực đới. Bảng 1.2: Phân phối các đặc trưng nhiệt độ không khí [5,trang 5] XII Năm T cp (0C) 24.6 25.8 27.2 28.4 28.7 28.7 28.6 29.0 27.3 26.6 25.9 24.6 27.1 T max 0C) 33.5 35.2 36.2 36.6 38.7 40.5 39.0 38.9 36.5 34.9 34.5 34.0 40.5 T min (0C) 15.5 15.6 18.9 20.7 22.6 22.5 22.2 21.2 20.8 19.3 16.9 14.2 14.2 Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI + Độ ẩm không khí Do hoàn lưu quang năm, gió đều có hướng từ biển thổi vào nên mặc dù gặp không khí cực đới hay Tín phong Bắc bán cầu thì lượng hơi nước trong không khí cũng không nhỏ. Độ ẩm ven biển luôn luôn đạt trên 70%. Từ tháng 5 đến tháng 8 độ ẩm thấp nhất xấp xỉ 75% do kết quả của hiệu ứng Fơn. Từ tháng 9 đến tháng 10 độ ẩm tăng nhanh và giảm dần từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Độ ẩm không khí tương đối trung bình và độ ẩm tương đối thấp nhất ghi trong bảng sau: Bảng 1.3: Phân phối các đặc trưng độ ẩm tương đối [5,trang 6] Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm U cp (%) 69 70 70 73 78 76 76 71 80 83 78 72 75 U min (%) 20 24 14 22 28 26 24 26 23 39 38 16 14 Độ ẩm tương đối lớn nhất hàng thángđều đạt tới U max = 100% + Nắng Thời kỳ nhiều nắng từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau, số giờ nắng trung bình lớn hơn 200 giờ/tháng. Thời kỳ từ tháng 6 đến tháng 11 số giờ nắng trung bình từ 180 đến 200 giờ/ tháng. Biến trình số giờ nắng trong năm ghi ở bảng 1-4. 8 Bảng 1.4: Phân phối số giờ nắng trong năm [5,trang 6] (Đơn vị: giờ) Tháng Giờ I II III IV V VI VII VIII 266 271 312 268 247 183 242 nắng 206 IX X XI XII Năm 198 183 191 222 2789 + Gió Vùng dự án chịu ảnh hưởng của chế độ gió mùa gồm hai mùa chính trong năm là gió mùa đông và gió mùa hạ. Vận tốc gió trung bình hàng tháng dao động từ 2 m/s đến 3 m/s, biến trình tốc độ gió TBNN trong năm ghi bảng 1.5. Bảng 1.5: Vận tốc gió trung bình các tháng trong năm [5,trang 6] Tháng V(m/s) I II III IV V VI VII VIII 2.3 2.6 2.8 2.5 2.3 2.2 2.5 2.4 XI XII Năm 2.2 1.8 1.8 2.2 2.3 IX X Để phục vụ tính toán vận tốc gió lớn nhất thiết kế trong xây dựng công trình, với liệt số liệu vận tốc gió lớn nhất theo 8 hướng chính đã quan trắc tại 2 trạm. Nha Hố và Phan Rang tiến hành xây dựng đường tần suất vận tốc gió (V max ) kết quả ghi ở bảng 1.6. Bảng 1.6: Tính vận tốc gió thiết kế theo 8 hướng chính từ tài liệu quan trắc. Đặc trưng Đơn vị N NE E SE S SW W NW Vtb m/s 13.1 13.6 11.8 12.3 12.9 14.4 13.7 13.5 Cv 0.49 0.20 0.14 0.16 0.24 0.40 0.43 0.47 Cs 0.92 0.64 1.35 1.21 0.86 2.36 1.29 2.13 V2% m/s 29.3 20.0 16.2 17.6 20.5 31.7 29.6 32.1 V4% m/s 26.2 18.8 15.3 16.5 19.1 27.3 26.2 27.5 V10% m/s 21.7 17.2 14.0 14.9 17.0 21.6 21.7 21.6 V20% m/s 18.1 15.7 13.0 13.7 15.2 17.6 18.0 17.2 V30% m/s 15.7 14.8 12.4 13.0 14.1 15.3 15.7 14.7 V50% m/s 12.2 13.3 11.5 11.9 12.5 12.5 12.5 11.6 Ghi chú : Năm 1993 tại Phan Rang đã quan trắc được trị số V max = 35m/s, đây là những trị số cảnh báo trong tính toán thiết kế. 9 + Bốc hơi Lượng bốc hơi trung bình hàng năm trên lưu vực 1656 mm. Biến trình bốc hơi trong năm tuân theo quy luật lớn về mùa khô, nhỏ về mùa mưa. Lượng bốc hơi TBNN ghi trong bảng 1.7. Bảng 1.7: Bảng phân phối lượng bốc hơi trong năm Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Z piche (mm) 151.1 151.4 183.5 156.4 134.1 134.6 161.2 181.6 97.6 78.3 93.9 133.2 1656 Bốc hơi trên lưu vực (Z OLV ) : Lượng bốc hơi lưu vực được tính bằng phương trình cân bằng nước : Z olv = X 0 - Y 0 Z olv = 1200 - 492 Z olv = 708 mm Bốc hơi mặt hồ (Z N ) : Lượng bốc hơi mặt hồ được tính theo công thức kinh nghiệm từ dụng cụ đo bốc hơi Piche. Z n = k x Z piche = 1821 mm Lượng chênh lệch bốc hơi mặt nước và bốc hơi lưu vực : ∆Z = Z n - Z lv ∆Z = 1821 - 708 = 1113 mm Phân phối chênh lệch bốc hơi trong năm theo bảng 1.8. Bảng 1.8: Bảng phân phối tổn thất bốc hơi ∆Z trong năm Tháng ∆Z (mm) IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm 101 102 123 105 90 90 108 122 53 63 90 1113 I II III 65 + Lượng mưa trung bình nhiều năm trên lưu vực Lượng mưa phân bố theo không gian lớn dần từ Đông sang Tây, từ Nam đến Bắc. Đối với lưu vực Cho Mo được khống chế bởi 3 trạm đo mưa: + Trạm khánh Sơn X 0 = 1750 mm