I. Tổng quan về đồ án thủy điện sông Miện
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư về công trình thủy lợi - thủy điện sông Miện thuộc tỉnh Hà Giang. Dự án khai thác năng lượng dòng chảy trên thượng nguồn sông Miện, nhánh cấp I của sông Lô. Sông Miện bắt nguồn từ vùng núi cao trên 1800m thuộc Trờ Pâng, tỉnh Vân Nam, Trung Quốc. Dòng chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam rồi chuyển Bắc - Nam, xuyên qua cao nguyên đá vôi Quản Bạ trước khi đổ vào sông Lô tại thị xã Hà Giang. Công trình nằm trên địa bàn xã Bát Đại Sơn và xã Na Khe, cách quốc lộ 4C khoảng 700m. Đập có tọa độ 23°09'40" vĩ Bắc và 105°01'35" kinh Đông. Nhà máy thủy điện sau đập có công suất lắp máy 6,0 MW, điện lượng trung bình năm đạt 21,89 MWh. Vị trí cách thị xã Hà Giang khoảng 70km, hạ lưu cách thuỷ điện Thái An 17km đang được xây dựng. Hồ chứa nằm trên địa bàn hai huyện Quản Bạ và Yên Minh.
1.1. Địa hình và điều kiện tự nhiên vùng dự án
Địa hình khu vực khảo sát có cao trình dao động từ 400 đến 1000m. Địa hình đồi núi chiếm diện tích chủ yếu, các thung lũng phân bố phía bắc vùng nghiên cứu. Sông Miện chảy hướng gần Bắc Nam, nhận nước từ thượng nguồn thuộc địa phận Trung Quốc. Hệ thống sông suối nhỏ phát triển hai bên bờ sông. Thung lũng sông Miện có dạng chữ V ở phần giữa và chữ U ở phía bắc. Dọc hai bờ sông xuất hiện nhiều vách đá dựng đứng, chỉ một số nơi tồn tại bãi bồi phù hợp cho bố trí công trình.
1.2. Nhiệm vụ và quy mô công trình
Thủy điện sông Miện là công trình dùng đập dâng tạo cột nước và điều tiết dòng chảy năm. Các hạng mục chính gồm đập dâng nước, tràn xả lũ kết cấu bê tông, tuyến năng lượng nhà máy sau đập. Công trình có nhiệm vụ cung cấp điện cho tỉnh Hà Giang, hòa vào mạng lưới điện Quốc gia. Dự án còn tạo cảnh quan, tạo công ăn việc làm cho người dân quanh vùng. Ngoài ra, công trình góp phần phát triển du lịch và kinh tế địa phương, thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa khu vực miền núi phía Bắc.
II. Phân tích điều kiện địa chất và thủy văn
Điều kiện địa chất công trình vùng dự án thủy điện sông Miện bao gồm lòng hồ và tuyến đập. Trong diện tích nghiên cứu, các thành tạo địa chất chính gồm trầm tích Đệ Tứ và hệ tầng Lân Pảng. Trầm tích aluvi phân bố rộng khắp trên lòng sông Miện tại các vị trí lòng sông rộng, dịch chuyển dòng tạo thành bãi bồi và thềm sông. Điều kiện địa chất phức tạp ảnh hưởng lớn đến thiết kế móng đập và công trình phụ trợ. Về thủy văn, lưu lượng lũ đến sông Miện có đặc điểm lớn, tập trung nhanh do đặc thù địa hình núi cao. Điều này đặt ra yêu cầu cao về khả năng xả lũ cho công trình. Dòng chảy năm biến đổi theo mùa rõ rệt, mùa mưa tập trung lượng nước lớn đòi hỏi hồ chứa phải có năng lực điều tiết phù hợp. Các tính toán thủy lực xác định lưu lượng thiết kế và kiểm tra đảm bảo an toàn cho công trình trong mọi điều kiện vận hành.
2.1. Đặc điểm địa chất công trình vùng dự án
Vùng dự án có hai loại thành tạo địa chất chính. Trầm tích Đệ Tứ dạng aluvi phân bố rộng khắp lòng sông, tạo thành bãi bồi và thềm sông tại các vị trí lòng sông rộng. Hệ tầng Lân Pảng là nền đá gốc chứa các loại đá biến chất. Địa chất khu vực đập có ảnh hưởng quyết định đến lựa chọn loại đập và phương án xử lý móng. Đá cứng thuộc nhóm IB được xác định tại khu vực bố trí tuyến năng lượng bên bờ trái, tạo điều kiện thuận lợi cho xây dựng nhà máy thủy điện kiểu hở.
2.2. Đặc điểm thủy văn và tính toán lũ
Lưu lượng lũ đến sông Miện có đặc điểm lớn và tập trung nhanh do ảnh hưởng của địa hình đồi núi cao. Hồ chứa thuộc loại điều tiết ngày, dung tích nhỏ nên không có khả năng điều tiết lũ dài ngày. Lượng nước xả thường tương đương lượng nước đến, đòi hỏi công trình xả lũ phải có năng lực lớn. Tính toán thủy lực sử dụng các thông số gồm hệ số lưu lượng m, hệ số co hẹp ngang, số khoan tràn và chiều rộng mỗi khoan. Các hệ số được xác định theo tiêu chuẩn thiết kế đập tràn kiểu Creager-Ophiсеров.
III. Giải pháp thiết kế công trình chính
Giải pháp thiết kế công trình thủy điện sông Miện bao gồm ba nhóm hạng mục chính. Thứ nhất là đập dâng nước bằng bê tông, kết hợp bố trí tràn xả lũ trên thân đập. Thứ hai là hệ thống tràn xả lũ với năm khoan tràn, mỗi khoan rộng 11m, đặt giữa lòng sông để tận dụng dòng chảy tập trung. Thứ ba là tuyến năng lượng bố trí bên bờ trái tuyến đập. Địa hình sườn thoải với độ dốc 20-25 độ, địa chất đá cứng nhóm IB tạo điều kiện thuận lợi. Cửa lấy nước đặt trong thân đập, đường ống áp lực bố trí xuyên qua đập. Nhà máy thủy điện kiểu hở đặt cách tim đập khoảng 30m về phía hạ lưu bờ trái. Chiều dài toàn tuyến năng lượng khoảng 160-180m. Thiết kế mặt tràn nhô ra thượng lưu, áp dụng hệ số lưu lượng giảm 2% theo quy phạm QP C8-76. Mép vào tường biên dạng lượn tròn giúp giảm tổn thất lưu lượng.
3.1. Thiết kế đập bê tông và tràn xả lũ
Đập bê tông được chọn kết hợp bố trí tràn xả lũ trên thân đập. Tràn có năm khoan, mỗi khoan rộng 11m, được bố trí giữa lòng sông nơi dòng nước chảy tập trung. Mặt tràn kiểu Creager-Ophiсеров có hệ số lưu lượng tiêu chuẩn mtc được tính toán chính xác. Hệ số sửa chữa cột nước σH và hệ số sửa chữa hình dạng σθ được tra bảng theo tiêu chuẩn. Cửa tràn dạng lượn tròn giảm ảnh hưởng của mép vào tường biên. Dòng chảy qua tràn là dòng chảy tự do do đập cao.
3.2. Bố trí tuyến năng lượng và nhà máy
Tuyến năng lượng bố trí bên bờ trái tuyến đập với điều kiện địa hình địa chất thuận lợi. Sườn thoải có độ dốc 20-25 độ, nền đá cứng nhóm IB đảm bảo ổn định công trình. Nhà máy thủy điện kiểu hở đặt cách tim đập 30m về phía hạ lưu. Cửa lấy nước đặt trong thân đập, đường ống áp lực bố trí xuyên qua kết cấu đập. Chiều dài toàn tuyến 160-180m bao gồm cửa lấy nước, đường ống áp lực, nhà máy và kênh xả. Thiết kế tối ưu hóa chi phí xây dựng và vận hành.
IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn
Đồ án tốt nghiệp về thủy điện sông Miện đạt được nhiều kết quả quan trọng. Công trình với công suất lắp máy 6,0 MW đáp ứng nhu cầu điện năng cho tỉnh Hà Giang. Điện lượng trung bình năm 21,89 MWh góp phần đa dạng hóa nguồn năng lượng, hòa vào lưới điện Quốc gia. Giải pháp thiết kế đập bê tông kết hợp tràn xả lũ phù hợp với điều kiện địa chất và thủy văn khu vực. Bố trí tuyến năng lượng bên bờ trái tối ưu hóa công tác xây dựng. Dự án tạo động lực phát triển kinh tế - xã hội vùng cao nguyên đá Hà Giang. Công trình tạo công ăn việc làm, phát triển du lịch sinh thái dọc sông Miện. Kinh nghiệm từ đồ án áp dụng được cho các dự án thủy điện nhỏ tương tự tại khu vực miền núi phía Bắc. Phương pháp tính toán thủy lực, lựa chọn cấp bậc công trình theo TCXDVN 285-2002 là tài liệu tham khảo giá trị cho sinh viên ngành công trình thủy lợi.
4.1. Ý nghĩa kinh tế và xã hội
Công trình thủy điện sông Miện mang lại giá trị kinh tế to lớn cho tỉnh Hà Giang. Công suất 6,0 MW cung cấp nguồn điện ổn định, giảm phụ thuộc vào lưới điện truyền tải xa. Dự án tạo việc làm cho người dân địa phương trong quá trình xây dựng và vận hành. Cảnh quan hồ chứa và công trình thúc đẩy phát triển du lịch sinh thái. Kinh tế địa phương được cải thiện thông qua hạ tầng giao thông, dịch vụ đi kèm. Công trình góp phần xóa đói giảm nghèo vùng cao nguyên đá.
4.2. Giá trị học thuật và khả năng áp dụng
Đồ án cung cấp phương pháp luận toàn diện cho thiết kế công trình thủy điện nhỏ vùng núi. Cách xác định cấp bậc công trình theo TCXDVN 285-2002 được trình bày chi tiết, áp dụng được cho dự án tương tự. Tính toán hệ số lưu lượng, hệ số co hẹp ngang theo quy phạm QP C8-76 là tài liệu tham khảo quý. Kinh nghiệm xử lý địa chất phức tạp tại cao nguyên đá vôi hữu ích cho vùng Tây Bắc. Phương pháp bố trí tuyến năng lượng tối ưu áp dụng cho nhiều dạng địa hình khác nhau.
