CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN ĐẬP 1. Khái quát về đập và hồ chứa. Khái quát về đập.
Đập là những công trình chắn ngang sông, làm dâng cao mực nước ở phía trước tạo thành hồ chứa. Vật liệu làm đập là bê tông, bê tông cốt thép, gỗ, đá, đất và được gọi tên theo vật liệu làm đập là đập bê tông, đập bê tông cốt thép, đập gỗ, đập đá, đập đất. Loại đập được dùng rộng rãi nhất là đập vật liệu tại chỗ và đập bê tông. Đập đất được xây dựng bằng các loại đất.
Tùy thuộc vào việc sử dụng một hay nhiều loại đất để đắp đập người ta phân ra đập đất đồng chất (hình 1.1a,b) hay đập đất không đồng chất (hình 1. Nước thấm qua thân đập đất tạo thành dòng thấm. Giới hạn trên cùng của dòng thấm là đường bão hòa thấm (đường abc của hình 1. Nếu đất đắp đập có hệ số thấm quá lớn làm tổn thất nước trong hồ nhiều thì cần có biện pháp chống thấm như tường nghiêng hay tường lõi làm bằng vật liệu ít thấm nước như đất sét hoặc đất á sét, bê tông.
Đập đất đồng chất; b. Đập đất có thiết bị chống thấm tường nghiêng; c. Đập có tường tâm; d. Đập đất hai khối Hình 1.Các loại đập đất b.
3 Loại này có thân đập được đắp bằng đá. Thiết bị chống thấm là tường nghiêng (hình 1.2a) hoặc tường lõi (hình 1.2b) làm bằng đất sét hay á sét. Thân đập được đắp bằng nửa đất nửa đá được gọi là đập hỗn hợp đất đá (hình 1. Đập đá đổ tường nghiêng bằng đất, b.
Đập đá đổ tường tâm bằng đất, c. Đập hai khối đất, đá. Đập bê tông. Đập bê tông gồm đập bê tông trọng lực (hình 1.3a), đập bản chống (hình 1.3b) và đập vòm (hình 1.
Đập bê tông trọng lực không tràn có dạng mặt cắt ngang thường gặp là dạng hình thang, mái thượng lưu thẳng đứng hoặc có độ nghiêng nhỏ, trong thân đập có thể bố trí đường ống dẫn nước qua đập như hình 1. Đập bê tông trọng lực tràn nước có dạng mặt cắt thường gặp là dạng mặt cong. Đập bản chống bao gồm bản mặt ở trước thượng lưu mỏng và một hệ thống các trụ chống hợp thành như hình 1. Đập vòm là loại dập được xây dựng bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép làm nhiệm vụ dâng nước và cũng cho phép bố trí những khoang để nước tràn qua.
Nhờ tính hợp lí của dạng vòm trên mặt bằng, đập có thể thu nhỏ mặt cắt ngang, tỷ lệ chiều rộng đáy mặt cắt ngang trên chiều cao đập (β) dao động trong khoảng 0,1- 0,65 (hình 1. Nhờ tính ưu việt của kếtcấu dạng vòm, 4 măt cắt đập vòm được thu nhỏ nên tiết kiệm được vật liệu bê tông so với đập bê tông trọng lực. Đập vòm trọng lực được xây dựng bằng công nghệ thi công bê tông truyền thống và cả bằng công nghệ bê tông đầm lăn. Đập vòm thường được sử dụng để xây dựng ở vị trí lòng sông có mặt cắt ngang lòng sông dạng chữ V hoặc chữ U, đồng thời phải có chất nền đá tốt thì mới kinh tế.
Trong những điều kiện thích hợp, loại đập này có thể đạt đến những độ cao lớn[14]. Đập bê tông và bê tông cốt thép a. đập bê-tông trọng lực; b.đập bản chống phẳng; c.màng ximăng; 3.thiết bị tiêu nước; 4.mối ghép nhiệt độ; 5.mối nối gia cố; 6.bản chắn nước ; 7. Một số các loại đập khác như: đá đổ bọc bê tông, đập cao su, đập gỗ.
Nhưng các loại đập này không được sử dụng rỗng rãi trên thế giới. Khái quát về hồ chứa. Khái niệm về hồ chứa. Hồ chứa nước gồm có hồ tự nhiên và hồ nhân tạo.
Hồ nhân tạođược hình thành một cách nhân tạo hoặc bán nhân tạo. Hồ chứa được tạo ra nhằm 5 mục đích điều tiết dòng chảy nhằm phân phối lại dòng chảy tự nhiên theo thời gian, không gian cho phù hợp với yêu cầu dùng nước, sử dụng nước và phòng chống lũ lụt. Các hồ chứa lớn trên thế giới và ở Việt Namđều được xây dựng theo phương thức đắp đập ngăn sông. Các bộ phận của hồ chứa.
Lưu vực: là phần diện tích hứng nước cho hồ chứa. Lòng hồ: là một phần diện tích lưu vực, dùng để chứa nước. Lòng hồ là nơi tích trữ nước và cung cấp nước theo nhiệm vụ của hồ. Lòng hồ càng lớn thì khả năng trữ, khả năng điều tiết và cấp nước của hồ càng lớn.
Đầu mối công trình thường gồm có: đập chắn dâng nước (đập chính và có thể có một hay nhiều đập phụ), tràn xả lũ (tràn chính, tràn bổ sung, tràn sự cố.), công trình lấy nước và có thể có: nhà máy thủy điện, âu tầu, đường chuyển bè gỗ, đường cá đi. Các đặc trưng hình thái của hồ chứa Hồ chứa dâng nước bởi đập dâng và nó có các đặc trưng hình thái:dung tích chết và mực nước chết; dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường; dung tích siêu cao và mực nước siêu cao; dung tích kết hợp và mực nước trước lũ. Mực nước siêu cao (H sc ) , R R Mực nước dâng bình thường (H bt ) R R Mực nước trước lũ (H tl ), R R Mực nước chết (H c ), R R Dung tích siêu cao (V sc ), R R Dung tích hiệu dụng (V h ), R R Dung tích chết (V c ), R R Dung tích kết hợp (V kh ). Các đặc trưng hình thái kho nước[7] 1.
Lũ cực hạn và sự cố công trình. Khái quát về lũ cực hạn. 6 Lũ cực hạn hay lũ lớn nhất khả năng (PMF-Probable Maximum Flood) là trận lũ lớn nhất được hình thành từ sự tổ hợp bất lợi nhất của các điều kiện khí tượng thủy văn xảy ra trên lưu vực có độ ẩm đã bão hòa. Như vậy trận lũ lớn nhất khả năng được hình thành từ trận mưa lớn nhất khả năng (PMP- Probable Maximum Precipitation) của lưu vực.
Tính toán lũ lớn nhất khả năng phải qua hai giai đoạn : (1)- Tính toán mưa lớn nhất khả năng PMP (cả lượng và phân bố theo thời khoảng ngắn) (2)- Tính chuyển mưa lớn nhất khả năng PMP sang lũ lớn nhất khả năng PMF bằng mô hình mưa dòng chảy. Hiện nay ở Việt Nam, các lưu vực vừa và lớn thường có khá đầy đủ các tài liệu khí tượng, thủy văn đáp ứng cho việc tính toán mưa lớn nhất khả năng PMP theo phương pháp cực đại hoá trận mưa lớn thực đo. Tính toán mưa lớn nhất khả năng PMP theo phương pháp cực đại hoá trận mưa lớn thực đo[7]. Nội dung và các bước tính toán:Trên cơ cở các số liệu khí tượng thủy văn có sẵn trên lưu vực, các bước tính toán mưa lớn nhất khả năng cho lưu vực như sau.
Xác định hệ số hiệu chỉnh cực đại được thực hiện qua các bước. Bước 1: Chọn trận mưa lũ đại biểu. Bước 2: Chọn thời khoảng trận mưa tính toán hiệu chỉnh. Bước 3: Xây dựng bản đồ đẳng trị lượng mưa thời khoảng và quan hệ lượng mưa với thời khoảng.
Bước 4:Xác định các hệ số hiệu chỉnh cực đại. Bước 5: Hệ số hiệu chỉnh tổng hợp. Tính lượng mưa lớn nhát khả năng (PMP) và phân bố theo thời khoảng ngắn. Bước1:Tính lượng mưa PMP 1 ngày.
Bước2:Tính lượng mưa PMP các thời khoảng khác nhau (2,3. Bước3: Xác định phân bố mưa PMP theo thời khoảng ngắn(h). Tính chuyển mưa PMP sang lũ PMF Sau khi có phân bố mưa PMP theo thời khoảng ngắn như trình bày ở trên, việc tính chuyển sang lũ PMF có thể dùng một trong các mô hình đơn giản như: Mô hình tập trung nước tổng hợp (MHTTNTH); mô hình đường lưu lượng đơn vị (Unit Hydrograph); mô hình Nash; mô hình truyền lũ MUSKINGUM. Khái quát về sự cố công trình Sự cố các công trình thủy lợi có những đặc điểm sau đây: 1.
Do một hoặc nhiều nguyên nhân gây ra,trong đó có khảo sát(địa hình,địa chất công trình,địa chất thủy văn,thủy văn công trình),thiết kế (thủy công, cơ khí,điện),chế tạo,lắp đặt,thi công và quản lí khai thác.Thực tế về sự cố đã xảy ra ở các công trình thủy lợi ở nước ta cho thấy rằng,trong các nguyên nhân đó các nguyên nhân phổ biến là:khảo sát,thiết kế,thi công và chế tạo lắp đặt. Các hạng mục công trình xẩy ra sự cố có cả các công trình đầu mối,hệ thống kênh,công trình thủy công cũng như cơ điện. Sự cố lớn thường xảy ra với các công trình thủy công. Sự cố xảy không phải chỉ có ngay sau khi hoàn thành công trình mà thường là nhiều năm.Tuy nhiên sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra ngay khi gặp lũ cực lớn(như vỡ đập Vệ Vừng ở tỉnh Nghệ An và rất nhiều đập nhỏ khác) và trong quá trình thi công (như sự cố cống Hiệp Hòa ở hệ thống thủy nông Đô Lương ở tỉnh Nghệ An,sự cố sạt kênh dẫn và vỡ đập ở sông Mực 8 tỉnh Thanh Hóa,sự cố lần thứ 3 đập suối Trầu ở tỉnh Khánh Hòa,sự cố đập Cà Giây tỉnh Bình Thuận,vv.
Hoặc ở năm tích nước đầu tiên,xả lũ đầu tiên(sự cố vỡ đập suối Trầu lần thứ 1,lần thứ 2,vỡ đập Suối Hành,vỡ đập Am Chúa,đều xảy ra tại tỉnh Khánh Hòa,vỡ đập Họ Võ ở tỉnh Hà Tĩnh,vỡđập Đáy cũ,sự cố đập tràn thủy điện Hòa Bìnhvv…). Những sự cố nghiêm trọng khác là do sự cố nhỏ xảy ra từ từ nhưng không được xử lí,để tiếp diễn lâu ngày tích tiểu thành đại(cống Trung Lương ở thành phố Hải Phòng,cống Cầu Xe ở tỉnh Hải Dương,cống lân 1 ở tỉnh Thái Bình,cống Lạch Bạng ở tỉnh Thanh Hóa, vỡ cống Mai Lâm ở tỉnh Bắc Ninh,vv…). Những sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra rất đột ngột trong một thời gian rất ngắn ko kịp thời gian ứng phó(vỡ đập Suối Trầu lần 1, lần 2,vỡ đập Suối Hành,gẫy cửa đập tràn Dầu Tiếng,vỡ đập họ Võ, vỡ cống Mai Lâm,sạt cống Hiệp Hòa,sạt kênh vào tràn Sông Mực,vỡ đập Vệ Vừng,vỡ đập Đáy cũ,sạt đập Vục Tròn,sạt đập Yên Mỹ,vv…). Hậu quả do sự cố gây ra thường là nghiêm trọng,việc xử lí rất tốn kém,gây ra tổn thất lớn về tính mạng tài sản của nhân dân và tài sản quốc gia,có ảnh hưởng xấu về kinh tế và đối với những những sự cố lớn nghiêm trọng còn ảnh hưởng xấu đến tình hình xã hội.
Những loại sự cố phổ biến ở các hồ chứa nước là:Thấm (ở nền,vai,thân đập); sạt lở ở phần gia cố mái thượng lưu; nước lũ tràn qua đỉnh đập do lũ lớn hơn tần suất thiết kế hoặc mặt đập thấp hơn cao trình thiết kế; tiêu năng tràn xả lũ bị xói;cửa tràn bị gẫy,bị kẹt;cống lấy nước bị lún,gãy,xói tấm đáytrần,dột,khớp nối bị hỏng hoặc đứt, cửa cống bị gẫy,bị kẹt.