Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Dự án Thủy điện Sông Miện được quy hoạch xây dựng nhằm khai thác tiềm năng thủy năng trên thượng nguồn sông Miện – một nhánh cấp I bên bờ trái của hệ thống sông Lô. Sông Miện bắt nguồn từ vùng núi cao trên 1800 m thuộc Trờ Pâng (tỉnh Vân Nam, Trung Quốc), chảy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam đến biên giới Việt – Trung rồi chuyển hướng Bắc – Nam xuyên qua cao nguyên đá vôi diệp thạch Quản Bạ trước khi nhập lưu vào sông Lô tại thị xã Hà Giang. Công trình đầu mối nằm trên địa bàn giáp ranh giữa xã Bát Đại Sơn (huyện Quản Bạ) và xã Na Khê (huyện Yên Minh), tỉnh Hà Giang, cách Quốc lộ 4C khoảng 700 m và cách trung tâm thị xã Hà Giang khoảng 70 km. Tuyến công trình nằm ở thượng lưu, cách công trình thủy điện Thái An đang xây dựng khoảng 17 km.

Mục tiêu và nhiệm vụ kỹ thuật của đồ án bao gồm:

  1. Thiết kế cụm công trình đầu mối thủy điện kiểu đập dâng kết hợp nhà máy sau đập nhằm khai thác dòng chảy năm phục vụ phát điện với công suất lắp máy $N_{lm} = 6,0\text{ MW}$ và điện lượng trung bình năm $E_0 = 21,89\text{ MWh}$.
  2. Cung cấp nguồn năng lượng điện hòa vào mạng lưới điện quốc gia, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội và sinh hoạt cho tỉnh Hà Giang.
  3. Giải quyết bài toán xả lũ an toàn, điều tiết dung tích hồ chứa, chống bồi lắng và bảo đảm ổn định công trình trước các điều kiện tự nhiên phức tạp vùng núi cao.
  4. Đóng góp vào việc cải thiện cảnh quan, tạo việc làm cho cộng đồng dân cư địa phương (chủ yếu là đồng bào dân tộc Mông, Nùng, Dao) và hỗ trợ phát triển hạ tầng giao thông lâm - nông nghiệp quanh khu vực hồ chứa.

Đối tượng nghiên cứu trọng tâm là giải pháp kỹ thuật cụm công trình đầu mối Thủy điện Sông Miện, bao gồm đập dâng nước, đập tràn xả lũ tự do, tuyến năng lượng và nhà máy thủy điện. Phạm vi không gian nghiên cứu trải dài trên đoạn sông vùng tuyến đập và lòng hồ chứa có chiều dài khoảng 10 km thuộc hai huyện Quản Bạ và Yên Minh; phạm vi dữ liệu dựa trên các tài liệu khảo sát địa hình tỷ lệ 1:2000, bình đồ đầu mối 1:500, tài liệu khoan thăm dò địa chất công trình 13 đoạn ép nước hố khoan, cùng chuỗi số liệu khí tượng thủy văn trạm Hà Giang và Bắc Mê giai đoạn 1958–2006.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn quy phạm

Đồ án áp dụng hệ thống tiêu chuẩn xây dựng và quy phạm kỹ thuật chuyên ngành thủy lợi - thủy điện của Việt Nam:

  • TCXDVN 285-2002: Tiêu chuẩn thiết kế công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về phân cấp công trình và xác định chỉ tiêu an toàn.
  • 14 TCN 56-88: Quy phạm thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép trong công trình thủy lợi.
  • QP C-1-78: Quy phạm tính toán tác động của sóng lên công trình thủy lợi và đập dâng.
  • QP C8-76: Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn xả lũ.
  • TCVN 3994-85: Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ăn mòn và xâm thực của môi trường nước đối với kết cấu bê tông.
  • 14 TCN 70-2002: Tiêu chuẩn kỹ thuật cốt liệu đá dăm dùng cho bê tông thủy công.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật

  1. Phương pháp cân bằng nước và bán đồ giải Potapov: Giải hệ phương trình vi phân dòng chảy không ổn định qua hồ chứa $\frac{dQ}{dt} - \frac{dq}{dt} = F\frac{dh}{dt}$ dưới dạng phương trình sai phân hữu hạn: $$\frac{Q_1 + Q_2}{2}\Delta t - \frac{q_1 + q_2}{2}\Delta t = V_2 - V_1$$ chuyển đổi thành biểu đồ quan hệ hàm phụ trợ $f_1, f_2$ theo lưu lượng xả $q$ và dung tích $V$ để xác định quá trình điều tiết lũ, mực nước dâng gia cường và lưu lượng xả lớn nhất qua từng phương án tràn.
  2. Phương pháp tính toán thủy lực đập tràn thực dụng: Ứng dụng công thức dòng chảy qua tràn mặt không chân không dạng Creager - Ofitserov: $$Q = m \cdot \varepsilon \cdot \sigma_n \cdot n \cdot b \cdot \sqrt{2g} \cdot H_0^{3/2}$$ kết hợp công thức N. Pavlovski để xác định hệ số lưu lượng dẫn xuất $m_r$, hệ số hiệu chỉnh cột nước $k_H$, hệ số hình dạng mặt tràn $k_\beta$, và hệ số co hẹp bên $\varepsilon$ có xét đến ảnh hưởng của trụ pin lượn tròn và tường biên.
  3. Phương pháp cơ học công trình và ổn định nền: Xác định kích thước mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực theo hai điều kiện giới hạn: điều kiện ổn định chống trượt phẳng trên nền đá cứng (lớp IB) với hệ số ma sát $f = 0,7$ và điều kiện khống chế ứng suất kéo ở mép thượng lưu không xuất hiện ($\sigma_{min} \ge 0$).
  4. Phương pháp khí tượng thủy văn công trình: Tính toán chiều cao sóng dềnh do gió, bước sóng, chu kỳ sóng và độ vượt cao an toàn của đỉnh đập theo các tổ hợp tải trọng cơ bản, đặc biệt và thời kỳ thi công.

Nguồn dữ liệu thực địa

  • Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 (đường đồng mức 2 m) và bình đồ khu vực đầu mối 1:500 (đường đồng mức 0,2 m).
  • Tài liệu địa chất đo vẽ theo tờ bản đồ Bảo Lạc và Mã Quan tỷ lệ 1:200.000; kết quả phân tích thạch học và thí nghiệm cơ lý đất đá tại 8 mặt cắt ngang và 2 phương án mặt cắt dọc tim đập.
  • Tài liệu chuỗi quan trắc khí hậu, nhiệt độ, lượng mưa, bốc hơi Piche và gió 8 hướng từ Trạm Khí tượng Hà Giang và Bắc Mê.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật công trình

Giải pháp bố trí tổng thể cụm đầu mối

Cụm công trình đầu mối được bố trí tập trung tại vị trí Tuyến 1 (xã Bát Đại Sơn và Na Khê), khai thác lòng sông hẹp 30 m và sườn đồi vai trái có độ dốc thoải ($20^\circ - 25^\circ$), nền đá cứng chắc trung bình:

  • Đập dâng và đập tràn: Kết cấu bê tông trọng lực liền khối đặt trên nền đá gốc phong hóa nhẹ đến nứt nẻ trung bình (đới IB, IIA). Đập tràn xả lũ tự do bố trí ngay tại lòng sông tự nhiên để dẫn dòng xả tập trung.
  • Tuyến năng lượng: Bố trí trọn vẹn bên vai trái tuyến đập với chiều dài toàn tuyến dao động từ 160 m đến 180 m, bao gồm cửa lấy nước đặt kết hợp trong thân đập, đường ống áp lực chạy ngầm trong bê tông thân đập dẫn nước trực tiếp vào tuabin.
  • Nhà máy thủy điện: Kiểu hở sau đập, bố trí cách tim đập chính khoảng 30 m về phía hạ lưu bên bờ trái, nối tiếp với kênh xả dẫn nước hoàn trả về lòng sông Miện.

Thông số hình học và kích thước kết cấu chính

  • Mặt cắt cơ bản đập dâng: Dạng tam giác với mái thượng lưu thẳng đứng ($n = 0$), mái hạ lưu nghiêng với hệ số mái $m = 0,864$, thỏa mãn đồng thời điều kiện ổn định trượt và triệt tiêu ứng suất kéo. Chiều rộng mặt cắt đáy $B = 30,11\text{ m}$, chiều rộng đỉnh đập $B_{đỉnh} = 5,0\text{ m}$.
  • Cao trình đập dâng: Cao trình đáy móng đập bóc bỏ tầng phong hóa đặt tại $+435,0\text{ m}$; cao trình đỉnh đập không tràn được lựa chọn thống nhất ở mức $+471,5\text{ m}$ (đáp ứng độ vượt cao an toàn $a = 0,4\text{ m}$ trên mực nước lũ kiểm tra).
  • Mặt cắt đập tràn xả lũ: Biên dạng mặt cong thực dụng không chân không Creager - Ofitserov gồm 5 khoang tràn, mỗi khoang rộng $b = 11,0\text{ m}$ (tổng bề rộng tràn nước $B_{tr} = 55,0\text{ m}$), cao trình ngưỡng tràn đặt tại $+465,0\text{ m}$ (ngang bằng mực nước dâng bình thường).
  • Mố trụ pin và cầu công tác: Trụ pin phân khoang bằng bê tông mác 200 dày $1,0\text{ m}$, chiều dài $7,0\text{ m}$, đầu mố lượn tròn. Cầu giao thông trên đỉnh đập gồm 3 dầm dọc bê tông cốt thép chịu lực, bản mặt cầu rộng $5,0\text{ m}$, bố trí lan can an toàn cao $1,0\text{ m}$.
  • Hệ thống tiêu năng: Tiêu năng mũi phun liên tục phóng xa đặt cuối mặt tràn hạ lưu; góc nghiêng mũi phun $\alpha = 30^\circ$, bán kính cung lượn $R = (6 \div 10)h_c$, cao trình mũi phun đặt cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất 2,0 m nhằm đẩy luồng nước phóng xa vào không khí và tiêu tán động năng ngoài lòng sông.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Điều kiện tự nhiên và điều kiện dân sinh kinh tế

Chương này tổng hợp toàn bộ các đặc trưng hiện trạng địa lý, địa hình, địa chất công trình, địa chất thủy văn, khí tượng thủy văn và vật liệu xây dựng vùng dự án Thủy điện Sông Miện:

Nhóm thông số / Chỉ tiêu Giá trị / Đặc tính kỹ thuật
Vị trí tuyến đập Xã Bát Đại Sơn (Quản Bạ) & Na Khê (Yên Minh), Hà Giang; tọa độ $23^\circ 09' 40''$ B, $105^\circ 01' 35''$ Đ
Địa hình lòng sông Thung lũng dạng chữ V ở trung tâm, chữ U ở phía Bắc; lòng sông vùng tuyến rộng 30 m; cao trình biến thiên 400 – 1000 m
Địa tầng khu vực Trầm tích Đệ Tứ (alQ, edQ dày 1,5–10 m); Hệ Trias trung Anisi hệ tầng Lân Pảng ($T_2lp$) gồm cát kết đa khoáng xen phiến sét
Đới phong hóa nền đập Tầng tàn tích $d-eQ + IA_1 + IA_2$ dày 5–15 m; đới $IB$ (đá nứt nẻ mạnh, cứng TB) dày 5–15 m; đới $IIA$ dày 6–25 m
Độ chấn động động đất Cực đại $I_{0max} = 6$ (thang MSK-64); chu kỳ lặp lại 500 năm cấp 6 đến cấp 7; $M_{smax} = 5,1$ nằm xa công trình
Tính chất hóa học của nước Nước ngầm và nước mặt thuộc loại Bicacbonat Natri Canxi; tổng khoáng hóa 136–153 mg/l; xâm thực yếu theo TCVN 3994-85
Khí hậu - Nhiệt độ Nhiệt độ TB năm: Hà Giang 22,8°C, Bắc Mê 22,0°C; cao nhất 40,1–41,0°C; thấp nhất $-0,1^\circ\text{C}$
Mưa và bốc hơi Mùa mưa (tháng V–IX) chiếm 77–80% tổng lượng mưa năm; bốc hơi Piche trung bình năm 863,3 mm
Bùn cát lơ lửng Lưu lượng dòng chảy $Q_0 = 24,1\text{ m}^3/\text{s}$; hàm lượng cát lơ lửng $\rho_0 = 706\text{ g/m}^3$; tổng lượng phù sa $W_{0tc} = 0,6708 \times 10^6\text{ tấn/năm}$
Nguồn vật liệu xây dựng Mỏ đá vôi Dàng Chủ Phìn (xã Cán Tỷ, cách 5 km) cường độ nén $850-900\text{ kG/cm}^2$; đất đắp $300.000-500.000\text{ m}^3$; cát sỏi $15.000-20.000\text{ m}^3$

Đánh giá địa chất cho thấy đáy hồ chứa nằm trong võng kiến tạo kín, cấu tạo bởi cát bột kết và phiến sét ít thấm, không tồn tại hiện tượng karst thủy hóa, do đó không có hiện tượng mất nước sang các lưu vực lân cận. Khả năng bồi lắng lòng hồ và sạt trượt bờ hồ được đánh giá ở mức độ yếu.

Chương 2: Tổng quan về công trình đầu mối

Chương 2 thực hiện phân tích, so sánh lựa chọn phương án bố trí tuyến, xác định các mực nước khống chế hồ chứa, hình thức kết cấu đập và phân cấp công trình theo quy chuẩn:

  1. Lựa chọn giải pháp công trình: So sánh giữa phương án nhà máy đường dẫn và phương án nhà máy sau đập. Tác giả chọn phương án nhà máy sau đập kết hợp đập dâng bê tông trọng lực do đường ống ngắn, giảm tổn thất cột áp thủy lực và điều kiện địa chất vai trái (đá đới IB) rất thuận lợi để đặt nhà máy.
  2. Lựa chọn tuyến đầu mối: So sánh Tuyến 1 (lòng sông hẹp 30 m, cao độ đáy $+440\text{ m}$) và Tuyến 2 (cách hạ lưu 60 m, lòng sông rộng 50 m, cao độ đáy $+442\text{ m}$). Tuyến 1 được lựa chọn nhờ chiều dài thân đập ngắn hơn, giúp giảm đáng kể khối lượng bê tông và đào đắp móng.
  3. Các thông số hồ chứa:
    • Mực nước dâng bình thường (MNDBT): $+465,0\text{ m}$
    • Mực nước chết (MNC): $+458,0\text{ m}$
    • Dung tích chết ($V_c$): $3,662 \times 10^6\text{ m}^3$
    • Dung tích hữu ích ($V_{hi}$): $4,390 \times 10^6\text{ m}^3$
    • Dung tích toàn phần ($V_{tp}$): $8,060 \times 10^6\text{ m}^3$
    • Cao trình bùn cát lắng đọng ($Z_{bc}$): $+450,0\text{ m}$
    • Cao trình đáy đập dâng ($Z_{đáy}$): $+435,0\text{ m}$
  4. Lựa chọn hình thức đập và tràn: Loại bỏ đập đất và đập đá bản mặt bê tông; chọn đập bê tông trọng lực kết hợp tràn xả mặt tự do trên thân đập.
  5. Cấp công trình và chỉ tiêu an toàn: Tra theo TCXDVN 285-2002 với đập bê tông cao trên 30 m ($H = 465 - 435 = 30\text{ m}$) và công suất $N_{lm} = 6,0\text{ MW}$, công trình được xếp Cấp III. Tần suất lũ thiết kế $P = 1%$, tần suất lũ kiểm tra $P = 0,2%$. Hệ số an toàn ổn định chống trượt: $K_c = 1,21$ (tổ hợp cơ bản) và $K_c = 1,09$ (tổ hợp đặc biệt).

Chương 3: Thiết kế sơ bộ các phương án chọn

Chương này tiến hành tính toán điều tiết lũ, thiết kế kích thước hình học sơ bộ và so sánh kinh tế - kỹ thuật cho 3 phương án bề rộng tràn xả lũ ($5 \times 10\text{ m}$, $5 \times 11\text{ m}$, $5 \times 12\text{ m}$):

Thông số so sánh Đơn vị Phương án 1 ($5 \times 10\text{ m}$) Phương án 2 ($5 \times 11\text{ m}$) Phương án 3 ($5 \times 12\text{ m}$)
Tổng bề rộng tràn ($B_{tr}$) m 50 55 60
Mực nước lũ thiết kế (MNLTK) m 470,16 469,85 469,58
Mực nước lũ kiểm tra (MNLKT) m 471,45 471,06 470,72
Chiều cao đập dâng ($H_1$) m 35,16 34,85 34,58
Bề rộng đáy đập chọn ($B_{chọn}$) m 30,38 30,11 29,88
Cao trình đỉnh đập chọn ($Z_{đỉnh}$) m 471,90 471,50 471,20
Khối lượng đào đất đá móng $\text{m}^3$ 42.293,5 Tính toán theo MC Tính toán theo MC
Bê tông đập không tràn và tràn $\text{m}^3$ Khối lượng chi tiết Khối lượng chi tiết Khối lượng chi tiết
Bê tông & thép trụ pin, cầu GT $\text{m}^3/\text{tấn}$ $931\text{ m}^3$ BT / $17,16\text{ T}$ thép Tương ứng Tương ứng
Đánh giá vốn đầu tư Tỷ đồng Lớn hơn tối ưu Thấp nhất (cực tiểu đường cong) Cao hơn phương án 2

Biểu đồ quan hệ vốn đầu tư theo bề rộng tràn $B_{tr}$ đạt điểm cực tiểu tại $B_{tr} = 55\text{ m}$ (Phương án 2: 5 khoang $\times 11\text{ m}$). Phương án này bảo đảm hài hòa giữa lưu lượng xả lũ tự do $q_{p=1%} = 1266,2\text{ m}^3/\text{s}$, cao trình mực nước dâng gia cường thấp, giảm chiều cao thân đập không tràn và tối ưu hóa tổng chi phí xây dựng.

Chương 4: Thiết kế kỹ thuật đập dâng

Nội dung chương 4 tập trung kiểm tra chi tiết năng lực xả và tính toán thủy lực của đập tràn phương án đã chọn ($5 \times 11\text{ m}$) trong các trường hợp thủy văn bất lợi:

  1. Kiểm tra trường hợp lũ thiết kế ($P = 1%$):
    • Ngưỡng tràn $+465,0\text{ m}$, mực nước hạ lưu lớn nhất $+448,84\text{ m}$.
    • Dòng chảy qua ngưỡng tràn là chảy tự do ($\sigma_n = 1,0$).
    • Xác định hệ số lưu lượng $m = 0,98 \cdot m_r \cdot k_H \cdot k_\beta$ theo tiêu chuẩn QP C8-76 (giảm 2% do mép tràn nhô về phía thượng lưu).
    • Xác định hệ số co hẹp bên $\varepsilon = 1 - 2(\xi_0 + (n-1)\xi_m)\frac{H_0}{n \cdot b}$ với mố trụ lượn tròn $\xi_m = 0,45$ và tường bên lượn tròn $\xi_0 = 0,70$.
  2. Kiểm tra trường hợp lũ kiểm tra ($P = 0,2%$):
    • Ngưỡng tràn $+465,0\text{ m}$, mực nước hạ lưu lớn nhất $+450,30\text{ m}$.
    • Tiến hành kiểm tra độ chênh cột nước $H/H_{tk}$, hiệu chỉnh hệ số $m$ qua các bảng tra thủy lực chuyên ngành để bảo đảm công trình tháo cạn và xả an toàn lưu lượng đỉnh lũ kiểm tra mà không gây ngập tràn đỉnh đập không tràn.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

Đồ án đã thiết lập bộ thông số thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho công trình Thủy điện Sông Miện:

  • Quy mô công trình: Cấp III, đập bê tông trọng lực cao trên 30 m, dung tích hồ chứa toàn phần $8,06 \times 10^6\text{ m}^3$, công suất lắp máy $6,0\text{ MW}$.
  • Thông số đập dâng: Đáy móng đặt tại cao trình $+435,0\text{ m}$ trên nền đá gốc $IB$; cao trình đỉnh đập $+471,5\text{ m}$; chiều rộng đáy đập $B = 30,11\text{ m}$; chiều rộng đỉnh đập $5,0\text{ m}$.
  • Thông số đập tràn: Tràn thực dụng Creager - Ofitserov 5 khoang $\times 11\text{ m}$ ($B_{tr} = 55\text{ m}$); cao trình ngưỡng $+465,0\text{ m}$; khả năng xả lũ thiết kế đạt $1266,2\text{ m}^3/\text{s}$; tiêu năng mũi phun liên tục góc $30^\circ$ đưa dòng chảy xa chân đập.
  • Bố trí tuyến năng lượng: Cửa lấy nước tích hợp trong thân đập, đường ống áp lực chạy trong bê tông thân đập, nhà máy hở đặt tại vai trái sau đập cách tim 30 m, kênh xả hạ lưu nối thẳng về sông Miện.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Thiết lập quy trình tính toán thủy công đồng bộ từ khâu phân tích tài liệu tự nhiên, điều tiết lũ bằng phương pháp bán đồ giải Potapov, đến định cỡ mặt cắt đập theo các chỉ tiêu ổn định - ứng suất và thủy lực tháo tràn.
  • Luận chứng thuyết phục việc lựa chọn tuyến 1 và phương án đập bê tông trọng lực kết hợp tràn tự do, chứng minh tính phù hợp về mặt kinh tế - kỹ thuật so với các phương án đập đá đổ bản mặt bê tông hoặc nhà máy kiểu đường dẫn dài trên địa hình dốc đứng vùng cao Hà Giang.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế ghi nhận trong đồ án

  1. Dữ liệu thí nghiệm vật liệu cát sỏi còn mỏng: Số liệu cát sỏi tại thượng lưu (cách 20 m) và hạ lưu (cách 70 m) mới chỉ khảo sát trên 3 mẫu thử; kết quả cho thấy hàm lượng hữu cơ vượt tiêu chuẩn cho phép đối với cát làm bê tông thủy công, đòi hỏi phải qua khâu tuyển rửa phức tạp.
  2. Nguồn đá dăm cốt liệu: Mỏ đá Dàng Chủ Phìn (xã Cán Tỷ) đạt chỉ tiêu cường độ chịu nén bão hòa ($850-900\text{ kG/cm}^2$) nhưng cần được lấy mẫu và thí nghiệm lại chi tiết hơn ở giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công.
  3. Giản lược bước tối ưu thủy năng: Do giới hạn thời gian thực hiện đồ án, các giá trị mực nước dâng bình thường ($+465\text{ m}$) và mực nước chết ($+458\text{ m}$) được lựa chọn định trước theo sự đồng ý của giảng viên hướng dẫn mà chưa trải qua bước chạy mô hình tối ưu kinh tế năng lượng đa phương án.

Hướng nghiên cứu và hoàn thiện tiếp theo

  • Khảo sát thăm dò bổ sung trữ lượng và chất lượng các mỏ vật liệu cát, sỏi, đá nghiền trong bán kính vận chuyển kinh tế lân cận công trình.
  • Nghiên cứu chi tiết biện pháp xử lý chống thấm, phụt vữa gia cố nền đá tại các đới ảnh hưởng đứt gãy kiến tạo và vị trí bãi bồi mép bờ trái lòng sông.
  • Xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa giữa Thủy điện Sông Miện và Thủy điện Thái An ở hạ lưu nhằm tối ưu hóa phát điện và điều tiết lũ toàn diện lưu vực sông Miện.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành: Ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Thủy, Kỹ thuật Tài nguyên Nước, Thủy điện và Năng lượng Tái tạo tham khảo phương pháp luận thiết kế đồ án tốt nghiệp kỹ sư thủy công.
  • Kỹ sư tư vấn thiết kế thủy điện vừa và nhỏ: Vận dụng quy trình tính toán điều tiết lũ bằng phương pháp bán đồ giải Potapov cho hồ chứa điều tiết ngày/năm, các bảng tra thủy lực đập tràn không chân không Creager - Ofitserov và giải pháp tiêu năng mũi phun liên tục trên nền đá.
  • Phần nội dung đáng tham khảo nhất: Phương pháp xác định kích thước mặt cắt cơ bản đập bê tông theo ổn định trượt và triệt tiêu ứng suất kéo (Chương 3); quy trình tính toán tác động của sóng leo, gió dềnh theo tiêu chuẩn 14 TCN 56-88 và QP C-1-78; bảng tính toán chi tiết khối lượng đào đắp móng và so sánh kinh tế các phương án bề rộng tràn.

Câu hỏi thường gặp

1. Công suất lắp máy và điện lượng trung bình năm của Thủy điện Sông Miện là bao nhiêu?

Theo thuyết minh đồ án, Thủy điện Sông Miện có công suất lắp máy thiết kế $N_{lm} = 6,0\text{ MW}$ và điện lượng trung bình hàng năm đạt $E_0 = 21,89\text{ MWh}$.

2. Cấp công trình đầu mối được xác định dựa trên những tiêu chuẩn và căn cứ nào?

Theo tiêu chuẩn TCXDVN 285-2002, công trình được xác định là Cấp III dựa trên hai căn cứ:

  • Chiều cao đập dâng bê tông $H > 30\text{ m}$ ($H = 465 - 435 = 30\text{ m}$) xây dựng trên nền đá.
  • Năng lực phục vụ và nhiệm vụ phát điện với công suất lắp máy $N_{lm} = 6,0\text{ MW}$.

3. Vì sao tác giả chọn phương án Tuyến 1 thay vì Tuyến 2?

Tuyến 1 có chiều rộng lòng sông hẹp ($30\text{ m}$ so với $50\text{ m}$ của Tuyến 2) và cao trình đáy sông thấp hơn ($+440\text{ m}$ so với $+442\text{ m}$). Điều kiện địa chất hai tuyến tương đương nhau, nhưng Tuyến 1 giúp giảm đáng kể chiều dài thân đập, từ đó giảm khối lượng bê tông xây đắp, khối lượng đào móng và tiết kiệm chi phí đầu tư.

4. Kết quả so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa các phương án tràn xả lũ chỉ ra phương án nào tối ưu?

Tác giả đã tính toán 3 phương án bề rộng tràn ($5 \times 10\text{ m}$, $5 \times 11\text{ m}$, $5 \times 12\text{ m}$) và vẽ đường cong quan hệ giữa bề rộng tràn với tổng vốn đầu tư. Kết quả cho thấy phương án tràn $5 \times 11\text{ m}$ ($B_{tr} = 55\text{ m}$) đạt điểm cực tiểu về vốn đầu tư xây dựng, có khả năng xả an toàn lũ thiết kế $1266,2\text{ m}^3/\text{s}$ với mực nước lũ thiết kế $+469,85\text{ m}$ và cao trình đỉnh đập chọn $+471,5\text{ m}$.

5. Đặc điểm địa chất nền đập và hiện tượng mất nước hồ chứa được đánh giá như thế nào?

Nền đập đặt trên khối đá trầm tích lục nguyên cát kết xen phiến sét thuộc hệ tầng Lân Pảng ($T_2lp$), bề mặt bóc bỏ lớp phong hóa để đặt móng trên đới đá $IB$ và $IIA$. Nước ngầm và nước sông đều là nước ngọt Bicacbonat Natri Canxi có tính xâm thực bê tông yếu theo TCVN 3994-85. Do lòng hồ nằm trong võng kiến tạo kín, đáy hồ là đá ít thấm và không có hiện tượng hang karst, nên khả năng mất nước sang lưu vực sông khác hoàn toàn không xảy ra.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành Công trình Thủy lợi của tác giả Hoàng Kiên Quyết (và Dương Đình Hóa) đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật cụm công trình đầu mối Thủy điện Sông Miện (6,0 MW) tại tỉnh Hà Giang. Công trình lựa chọn giải pháp đập bê tông trọng lực cấp III kết hợp đập tràn thực dụng Creager - Ofitserov 5 khoang $\times 11\text{ m}$ và nhà máy thủy điện sau đập bên bờ trái. Hệ thống tính toán từ điều tiết lũ, ổn định mặt cắt đập dâng, thủy lực tháo lũ và tiêu năng mũi phun đều được thực hiện bài bản theo đúng các tiêu chuẩn, quy phạm kỹ thuật hiện hành. Kết quả đồ án cung cấp một bộ hồ sơ thiết kế cơ sở và kỹ thuật có độ tin cậy cao, phục vụ thiết thực cho công tác đào tạo và tham khảo chuyên môn trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy điện vừa và nhỏ.