CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ GIA CỐ MÁI KÊNH TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 1. Hệ thống kênh dẫn nước ở trên thế giới và tại Việt Nam 1. Hệ thống kênh dẫn nước trên thế giới: Từ thời La Mã cổ đại người dân đã xuất sắc trong việc xây dựng các hệ thống kênh dẫn cấp nước tưới và nước sinh hoạt cho Roma. Hệ thống kênh dẫn đóng vai trò chủ đạo cho sự phát triển của đế chế La Mã, một số hệ thống kênh dẫn đến nay vẫn còn hoạt động.
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật và đa dạng hóa các ngành nghề kinh tế thì hệ thống kênh dẫn trên thế giới không chỉ dùng lại ở mức độ dẫn cấp nước tưới và sinh hoạt mà còn dùng cho nhiệm vụ du lịch, môi trường, giao thông. Điển hình như các hệ thống kênh dẫn lớn sau: Hệ thống dẫn nước từ vùng núi Sabin còn có tên là "Aqua Virgo" tới những giếng nước ăn ở thủ đô Roma dài khoảng 21 km do quân lính của tướng Marcus Agrippa xây dựng từ thế kỷ 19 trước công nguyên. Hệ thống dẫn nước Aqua Virgo, phần lớn chạy ngầm dưới mặt đất, cung cấp nước cho người dân thành Roma từ thời cổ đại và một số nơi vẫn còn hoạt động cho đến tận ngày nay. Theo số liệu còn tồn tại cho tới ngày nay có khoảng 26.000 m3 nước/ngày dẫn tới trung tâm Roma bằng hệ thống kênh dẫn nước này.
Hồi đó vào thời cao điểm có tới 11 hệ thống kênh dẫn nước loại lớn chạy ngầm hay nổi trên mặt đất để cung cấp cho dân cư phân bổ trên tổng diện tích là 50 km2, lượng nước khoảng 500.[20] Ngày nay công nghệ xây dựng phát triển, với yêu cầu phục vụ đa mục tiêu các ngành kinh tế thì các hệ thống kênh dẫn nước lớn lần lượt được xây dựng như hệ thống kênh dẫn của Đức dài 12km kết nối kênh đào Elbe-Havel với kênh đào Mittelland, và cho phép tàu, thuyền vượt qua sông Elbe phục vụ chính cho ngành du lịch,vv. 5 Kênh dẫn Magdeburg Kênh đào Panama Kênh đào Stockholm Hình 1.1: Một số hình ảnh về hệ thống kênh dẫn nước trên thế giới 1. Hệ thống kênh dẫn nước tại Việt Nam: Kênh dẫn nước là một trong những hạng mục quan trọng trong công trình thủy lợi. Từ thời xa xưa ông cha chúng ta đã biết sử dụng hệ thống kênh mương vừa để dẫn nước tưới tiêu cho đồng ruộng, vừa phục vụ giao thông đường thủy.
Trong thời kỳ 9 năm kháng chiến chống thực dân Pháp (1945 - 1954), công tác thủy lợi được đặc biệt chú trọng để tăng gia sản xuất tự túc lương thực và đóng góp cho kháng chiến. Nhiều công trình thủy lợi cũ được tiếp tục sử dụng, các phương thức tưới tiêu cũ được tận dụng, đồng thời có sự xây dựng các công trình thủy lợi mới có quy mô lớn. Sau 30 năm kháng chiến chống Pháp và chống Mỹ cứu nước, các công trình thủy lợi hầu như bị hư hỏng, xuống cấp nặng. Sau ngày giải phóng, cùng với cuộc vận động hợp tác hóa nông nghiệp, chính quyền và nhân dân các địa phương đã huy động sức người, sức của để tu sửa và xây dựng mới nhiều công trình thủy lợi quan trọng.
[6] Ngày nay cùng với sự phát triển của đất nước, từng bước đưa đất nước phát triển theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa thì kênh dẫn nước không chỉ phục vụ cho nông nghiệp, giao thông mà còn phục vụ cho công nghiệp, du 6 lịch và dân sinh. Hàng loạt các công trình thủy lợi đã được đầu tư xây dựng điển hình như: kênh Liễn Sơn; kênh Bắc Hưng Hải, hệ thống thủy nông sông Nhuệ;. Công tác cải tạo, cải tiến và hiện đại hóa các hệ thống kênh mương ở nước ta Nằm ở vùng Đông Nam Á chịu ảnh hưởng của chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa, Việt Nam có lượng mưa và dòng chảy khá phong phú. Lượng mưa bình quân hằng năm của cả nước đạt gần 2000mm.
Việt Nam có mật độ sông ngòi cao, có 2360 sông với chiều dài từ 10 km trở lên và hầu hết sông ngòi đều chảy ra biển Đông. Tổng lượng dòng chảy bình quân vào khoảng 830tỷ m3/năm, trong đó có 62% là từ lãnh thổ bên ngoài. Phân bố mưa và dòng chảy trong năm không đều, 75% lượng mưa và dòng chảy tập trung vào 3 - 4 tháng mùa mưa. Mùa mưa lại trùng với mùa bão nên Việt Nam luôn phải đối mặt với nhiều thiên tai về nước, đặc biệt là lũ lụt.[2] Là quốc gia có nền nông nghiệp lúa nước, dân số đông.
Tổng diện tích đất nông nghiệp luôn được khai phá mở mang thêm nhưng đến năm 2007 mới chỉ đạt 8,5triệu ha trong khi dân số là 85,1triệu người, mức bình quân đầu người chỉ đạt 0,4ha. Nếu tính riêng diện tích trồng lúa cả nước có 4 triệu ha thì bình quân một nông dân ở nhiều vùng chỉ có 300-400m2/người. Đây là mức thấp nhất trong khu vực, đồng thời cũng là mức thấp nhất thế giới.[14] Để đảm bảo lương thực cho đất nước có số dân đông trong điều kiện thiên tai ác liệt; từ xa xưa, tổ tiên người Việt đã phải sớm xây dựng các công trình khai thác, điều tiết nguồn nước, dẫn nước, sử dụng nước từ nhỏ, thô sơ, tạm bợ, thời vụ cho đến các công trình có quy mô lớn. Hiện nay, những công trình kênh mương kiên cố hóa dần hiện lên, thể hiện với vai trò rõ nét trong đời sống nông nghiệp, nông thôn cũng như tham gia hỗ trợ người dân phát triển kinh tế.
Vì thế Nhà nước đã xác định kiên cố 7 hoá kênh mương nội đồng là một chủ trương quan trọng thúc đẩy sản xuất nông nghiệp phát triển; Nhất là trong công cuộc xây dựng nông thôn mới, Chính phủ và các cơ quan ban ngành đã tập trung các nguồn lực thực hiện các chương trình kiên cố hóa kênh mương, đầu tư xây dựng các công trình thủy lợi tưới tiêu lớn giải quyết tình trạng khô hạn và thiếu nước sinh hoạt cho người dân. Trong vài năm gần đây chương trình xây dựng nông thôn mới đã được triển khai rộng khắp ở các địa phương trên cả nước. Dù còn đối mặt với nhiều khó khăn, nhiều tiêu chí chưa hoàn thành nhưng về cơ bản, chương trình đã mang lại nhiều giá trị nhân văn sâu sắc, đạt được những thành tựu rất đáng tự hào. Theo báo cáo của ban chỉ đạo Trung ương trong 3 năm 2011-2013, các địa phương trong cả nước đã xây dựng, tu bổ, sửa chữa và nâng cấp hơn 3000 công trình thủy lợi gồm: bờ bao, cống, trạm bơm phục vụ tưới tiêu; trong đó nạo vét tu sửa gần 7000km kênh mương [17].
Do sự quan tâm của Đảng và Nhà Nước nên hiện giờ hầu hết các diện tích canh tác vùng đồng bằng đã có hệ thống tưới tiêu, chỉ còn lại một số diện tích vùng trung du và miền núi là chưa có công trình tưới do điều kiện nguồn nước, do tỷ suất đầu tư quá cao. TT Tỉnh Số Km kênh mương được tu sửa và xây mới 1 Bắc Kạn 322 2 Cao Bằng 215 3 Hà Giang 1.249 4 Hòa Bình 254 5 Tuyên Quang 1.99 6 Yên Bái 115 7 Hải Dương 354 8 Phú Thọ 2.1: Thống kê tình hình tu sửa và xây mới kênh mương tại một số tỉnh trong chương trình Nông thôn mới. 8 Nhìn chung, các hệ thống kênh dẫn nước của ta tuy đã có những đóng góp lớn cho sự phát triển nông nghiệp, nhưng bên cạnh đó vẫn còn một số tồn tại: - Một số hệ thống được xây dựng từ thời Pháp thuộc, thời gian khai thác đã quá dài, tuổi thọ công trình đã hết. Công trình bị hư hỏng và xuống cấp như kênh mương bị bồi lắng, sạt lở, mặt cắt bị thu hẹp không đủ khả năng chuyển nước theo yêu cầu tưới.
Các công trình xây đúc thì bị lão hóa, cường độ chịu lực và độ bền không còn bảo đảm. - Hệ thống kênh xây dựng không đồng bộ, các hệ thống kênh tiêu còn thiếu nhiều, công trình điều tiết trên các cấp kênh không hoàn chỉnh, hệ thống kênh các cấp không hoàn chỉnh. Việc phát triển kênh và công trình không theo đúng quy hoạch do đó hiệu quả khai thác không cao. - Hầu hết kênh tưới là kênh đất, đã bị xuống cấp biến dạng, bồi lấp, cỏ mọc um tùm, khả năng chuyển nước kém,.
Mặt khác, điều kiện khí tượng thủy văn lại thường xuyên thay đổi và nền kinh tế cũng như trình độ khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển đòi hỏi cần phải cải tạo, cải tiến các hệ thống kênh dẫn nước nhằm hoàn chỉnh, nâng cấp hiện đại hóa các hệ thống dẫn nước để tiến tới quá trình tự động hóa điều khiển nhằm nâng cao hiệu suất quản lý khai thác.2: Một số hình ảnh hư hỏng của các kênh dẫn nước 9 1. Các giải pháp gia cố mái kênh tại Việt Nam Với nhiệm vụ quan trọng phục vụ đa mục tiêu, nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả phục vụ của hệ thống kênh mương, Bộ Thủy lợi cũ và nay là Bộ Nông nghiệp & PTNT đã có các dự án kiên cố hóa kênh mương. Các biện pháp gia cố kênh thông thường có các giải pháp sau: 1.1 Gia cố bằng trồng cỏ Trồng cỏ để bảo vệ mái chống xói ở kênh đã được sử dụng từ lâu và khá phổ biến ở trên thế giới. Trồng cỏ là một hình thức bảo vệ mái thân thiện với môi trường, cỏ trồng trên mái dốc để cỏ và rễ tạo thành lớp bảo vệ chống xói bề mặt đê.
Nhìn chung giải pháp tạo thảm cỏ được đánh giá là hiệu quả và là giải pháp thân thiện với môi trường, tuy nhiên lớp cỏ bảo vệ chỉ chịu được lưu lượng tràn nhất định.3: Thảm cỏ chống xói mái kênh đất 1.2 Gia cố bằng đá hộc Có 3 phương pháp gia cố bằng đá hộc: đổ rối, lát khan và xây. - Đá hộc đổ rối: Đổ rối trên mái dốc là biện pháp thi công đơn giản, có thể cơ giới hóa nhưng tốn nhiều đá và kém mỹ quan, giải pháp này có kết quả tốt khi có kích thước của đá và mái dốc của bờ thỏa mãn điều kiện quy định, các vật liệu được trộn lẫn đảm bảo chèn chắc và liên kết tổng thể. 10 - Đá hộc lát khan: Các viên đá được đặt sát cạnh nhau sao cho khe hở giữa chúng không quá 5cm và chèn vào các khe hở của các viên đá này các hòn đá có kích thước bé. Bề mặt được gia cố bằng đá lát khan tương đối bằng phẳng và đảm bảo mỹ quan.