CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CỐNG VÙNG TRIỀU 1. Khái quát về cống vùng triều 1. Khái niệm Cống vùng triều là một loại công trình thủy làm nhiệm vụ kiểm soát khống chế mực nước và điều tiết nước phục vụ nhiều mục đích khác nhau. Cống nằm ở vùng chịu ảnh hưởng của thủy triều lên xuống theo một chu kỳ thời gian phụ thuộc biến chuyển thủy văn.
Sự thay đổi lên xuống phụ thuộc vào lực hấp dẫn từ mặt Trăng (phần chủ yếu) và từ các thiên thể khác như mặt Trời (phần nhỏ) tại một điểm bất kỳ trên bề mặt Trái Đất trong khi Trái Đất quay đã tạo nên hiện tượng nước lớn (triều lên) và nước ròng (triều xuống) vào những khoảng thời gian nhất định trong một ngày. Phân loại Có hai hình thức cống dùng phổ biến cho vùng triều là cống lộ thiên và cống ngầm 1. Cống lộ thiên (cống hở) Là một loại công trình thủy lợi hở được xây dựng để điều tiết lưu lượng và khống chế mực nước nhằm đáp ứng các yêu cầu cấp nước, phân lũ, tiêu úng, ngăn triều, giữ ngọt, ngăn mặn. Đây là hình thức cống phổ biến nhất của cống vùng triều.
Theo nhiệm vụ và mục đích sử dụng được chia thành những loại sau đây : Cống lấy nước : được xây dựng để lấy nước từ sông, kênh hoặc từ hồ chứa phục vụ các yêu cầu dùng nước; Cống điều tiết : xây dựng trên sông, kênh để dâng cao mực nước tạo điều kiện lấy nước cho các công trình phía thượng lưu; -4- Cống tiêu : dùng tháo nước, chống úng cho một vùng nhất định trên một hệ thống, bên cạnh nhiệm vụ tiêu, cống còn đảm nhận các nhiệm vụ khác; Cống phân lũ : dùng để tháo một phần lưu lượng về mùa lũ của một con sông sang hướng khác, hoặc tập trung nước phân lũ vào một vùng nhất định nhằm hạ thấp đỉnh lũ ở sông chính; Cống ngăn triều : xây dựng ở cửa sông ven biển, chịu ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều. Ở một thời kỳ nhất định, khi thủy triều dâng, cống mở để các công trình lấy nước ngọt vào đồng (do triều đẩy dồn lên). Khi triều rút vào mùa lũ, lợi dụng chân triều thấp mở cống tháo tiêu nước từ đồng ra. Vào mùa khô cống đóng để ngăn triều giữ ngọt.
Ngoài ra cống còn có tác dụng thay đổi nước trong đồng nhằm tháo chua rửa mặn; Cống tháo cát : để tháo rửa bùn cát lắng đọng phía trước các công trình dâng và điều tiết nước. Cống ngầm Là một công trình thủy lợi thường được đặt dưới mặt đê, mặt đập dùng vào việc cấp nước, phân lũ, tiêu úng, ngăn triều, giữ ngọt, ngăn mặn. Đây cũng là một hình thức cống dùng khá phổ biến của vùng triều. Một số loại cống ngầm dùng phổ biến hiện nay: Theo vật liệu xây dựng : có các loại cống ngầm bằng sành, bằng bê tông, bê tông cốt thép và ống kim loại, ống nhựa.
Trong thực tế xây dựng sử dụng phổ biến nhất là cống bằng bê tông cốt thép và kim loại, chỉ trong trường hợp cột nước thấp mới sử dụng cống bằng sành, bằng bê tông và ống nhựa; Theo hình thức kết cấu : có các loại cống tròn, cống hộp, cống vòm; -5- Theo cách bố trí : cống ngầm đặt trực tiếp trên nền, cống ngầm đặt trong hành lang bằng bê tông cốt thép. Cách bố trí thứ nhất tương đối kinh tế nhưng kiểm tra sửa chữa khó khăn nếu khớp nối giữa hai đoạn ống làm việc không tốt để nước rò rỉ sẽ ảnh hưởng an toàn của đập. Khi tháo nước với lưu lượng rất lớn, tại các chỗ nối tiếp hoặc các kẽ nứt sẽ hình thành chân không, có thể hút hết các hạt đất ở thân đập vào cống và làm đập bị trụt lún. Vì vậy, chỉ trong trường hợp nến đá tốt mới dùng và thường đặt mốt phần hoặc toàn bộ đường ống ở trong nền; Theo hình thức lấy nước, thoát nước và ngăn nước a.
Lấy nước theo kiểu đặt van khống chế ở hạ lưu hoặc thượng lưu b. Lấy nước theo kiểu cửa kéo nghiêng Theo biện pháp thi công a. Cống thi công tại chổ b. Cống được chế tạo hoặc đúc sẵn thi công lắp ghép.
Phạm vi ứng dụng Cống vùng triều được ứng dụng rất rộng rãi, đặc biệt ở Nước ta, nơi có đường bờ biển dài và nhiều hệ thống sông ngòi thông ra biển trãi dài từ Bắc chí Nam. Tùy vào công năng sử dụng, quy hoạch xây dựng (thủy lợi, giao thông, hạ tầng kỹ thuật,…) và điều kiện tự nhiên (vị trí địa lý, địa hình, địa chất, thủy văn,…) mà sẽ lựa chọn hình thức và kết cống cho phù hợp.4 Tình hình xây dựng cống vùng triều trên thế giới và Việt Nam 1.4 Đặc điểm chung Sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước là một vấn đề đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm. Đặc biệt trong khi tương lai sắp tới các hiện tượng thời tiết cực đoan có xu hướng tăng về tần suất và mạnh về cường độ, trong đó nổi lên vấn đề xâm nhập mặn, nước biển dâng sẽ gây khó khăn -6- cho sản xuất nông nghiệp, cung cấp nước sạch và làm suy thoái tài nguyên đất và nước. Các dạng thiên tai sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới sinh mạng và đời sống của ngưới dân.2 Một số công trình trên Thế giới [1].
Đập chắn sóng Hollandse Ijsel – Hà Lan : Công trình được khởi công xây dựng trên sông Hollandse IJsel nối Rotterdam với biển bắc, khởi công năm 1954 và hoàn thành đưa vào sử dụng năm 1958. Vị trí xây dựng công trình trên đoạn sông rộng 250m. Đập gồm 3 trụ tạo thành 1 khoang rộng 80m và 1 âu thuyền rộng 24m dài 120m.Trên trụ là 4 tháp bố trí thiết bị đóng mở cao 45m. Hai cửa van phẳng rộng 81,2m cao 11,5m nặng hơn 635 tấn được vận chuyển ra vị trí lắp đặt bằng tàu kéo.
Công trình này có 2 cửa và đóng mở lần lượt để đảm bảo an toàn khi có sự cố. Cửa van âu thuyền nặng 60 tấn. Hình 1-1 : Đập Hollandse Ijssel barrier Các kết cấu BTCT gồm trụ ngưỡng được thi công tại chỗ trong khung vây tường thép. Nền móng của công trình được gia cố thêm bằng cọc đóng sâu vào nền công trình.
Công trình Lower – Rhine: Công trình Lower – Rhine của Hà lan được xây dựng trên sông Rhine khoảng năm 1960. Công trình bố trí 2 cửa van lưỡi trai (Visor gate) mỗi cửa rộng 54m. khi nâng cửa, chiều cao thông thuyền là 9,1m. Đây là một đập chắn nước để phát điện và phục vụ giao thông thủy.
Trên sông Rhine còn có hai công trình có kết cấu tương tự được xây dựng tại Amerongen và Hagestein. Dạng đập chắn nước này còn được xây dựng ở Nhật Bản trên sông Aji - Osaka. Mỗi cửa của công trình này rộng 57m. Công trình khánh thành vào năm 1970.
Hình 1- 2 : Công trình Lower – Rhine [3]. Đập chắn sóng bão Hartel – Hà Lan: Công trình được xây dựng trên kênh Hartel để chống nước dâng do bão, khánh thành năm 1996. Công trình gồm 2 khoang thông nước, điều tiết nước bằng của van phẳng. Cửa lớn rộng tới 98m cao 9,3m.
Cửa nhỏ rộng 49,3m. Các cửa van được nâng lên thẳng đứng bằng xilanh thủy lực gắn trên 4 tháp cao. Khi có bão các cửa được hạ xuống ở vị trí cách ngưỡng BT khoảng 0,2 m để nước vẫn qua lại được. -8- Hình 1 - 3 : Đập chắn sóng bão Hartel – Hà Lan [4].
Đập sông Thame – Anh: Hình 1 - 4 :Đập Sông Thame ( Anh) Để chống lại sóng và triều cường từ biển Bắc đổ vào sông Thames khi có bão, năm 1974 các kỹ sư người Anh đã triển khai thiết kế và thi công công trình ngăn sông Thames. Hoàn thành và đưa vào sử dụng năm 1982. Đập chắn sóng sông Thames được xây dựng tại Woolwich cách thủ đô 17 km. -9- Công trình này có chiều rộng tổng cộng 520m gồm 4 khoang 61m, 6 khoang 31,5m, cửa van cao hơn 20m, cửa van được hàn kín tạo thành hộp phao nên nước có thể được cho vào khi đóng của và ra khi nâng cửa lên.
Đập chắn sóng Ems – Đức: Công trình được xây dựng trên sông Ems từ năm 1999 đến năm 2002. Công trình gồm 7 khoang thông nước. Cửa thông thuyền lớn nhất rộng 60m bố trí cửa van trụ xoay (Rotary segmentgate). Hai cửa hai bên khoang này rộng 50m cửa van viền phân (segment gate) còn lại 4 cửa rộng 63,5m.
Với tổng chiều dài gần 500m, đây là một trong những công trình lớn nhất Châu Âu. Hình 1 - 5 : Đập Ems - Đức Nước ta cũng vậy, mặc dù có nguồn tài nguyên nước vào loại trung bình và có hệ thống sông ngòi khá dày đặc nhưng hiệu quả sử dụng nước còn chưa cao bởi nhiều nguyên nhân khác nhau. Trong đó, một phần khá lớn lượng nước ngọt bị lãng phí do đổ tự do ra biển theo các cửa sông. Trong điều kiện khí hậu toàn cầu biến đổi bất lợi và thảm phủ rừng bị suy thoái, nguồn nước ngọt từ thượng nguồn chảy về đồng bằng ngày càng giảm, tình trạng thiếu nước ngọt đã và đang xảy ra ở các vùng châu thổ.
-10- Các tỉnh ven biển đồng bằng sông Cửu Long chịu tác đông trực tiếp của thủy triều, mặn xâm nhập sâu. Hiện tại diện tích đất nông nghiệp bị mặn xâm nhập (có nồng độ khoảng 4g/l) là rất lớn, chiều dài xâm nhập trên các sông chính nhiều nơi lên đến 40Km. Thời gian qua, các tỉnh này trong đó có Bến Tre đã và sẽ chịu những tác động bất lợi do biến đổi khí hậu gây ra. Để chuẩn bị và kịp thời đối phó với tác động bất lợi kể trên thì phải đầu tư một khối lượng lớn hệ thống công trình ngăn sông, hệ thống đê bao ven biển ở hạ lưu các sông nên cần rất nhiều tài lực, vật lực và nhân lực.
Trong đó, chiếm một tỷ trọng không nhỏ là các công trình cống làm nhiệm vụ ngăn triều, ngăn mặn, điều tiết nước, tiêu thoát nước, … 1.3 Một số công trình ở Việt Nam [1]. Cống Ba Lai (Bến Tre) Hình thức : Kiểu cống lộ thiên bằng BTCT, đóng mở bằng cửa van tự động hai chiều. - Vị trí : trên cạn, bên bờ trái sông Ba Lai. - Cao trình ngưỡng : -4,20m - Kích thước cửa : nxBxH = 10x(8x7,2m) - Chiều rộng thông nước : 84,0m - Chiều dài thân cống : 16,0m - Cao trình đỉnh trụ pin : + 3,0m - Cao độ dạ cầu : +5,50m - Cầu ô tô trên cống : H30-X60, B=7,0m - Tiêu năng hai chiều, chiều dài bể tiêu năng thượng lưu : 22,6m, hạ lưu : 17,50m.
Hố phòng xói thượng lưu có cao độ : -6,0m, phòng xói hạ lưu : -7,0m.
