Nghiên cứu giải pháp công trình đập dâng điều tiết dòng chảy sông Hồng và sông Đuống

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu giải pháp công trình đập dâng điều tiết dòng chảy sông Hồng, ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước mùa kiệt.

• Tác giả: Đặng Văn Kiên
• Người hướng dẫn: GS.TS Trần Đình Hòa
• Trường học: Trường đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Giải Pháp Xây Dựng Đập Dâng Điều Tiết Cho Sông Hồng Và Sông Đuống
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• BẢN CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan các giải pháp phân lưu dòng chảy sông Hồng - sông Đuống đã nghiên cứu
• 1.2. Các kết quả nghiên cứu đã có
• 1.3. Những nguyên nhân dẫn đến tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng
• 1.4. Đề xuất định hướng giải quyết vấn đề nghiên cứu
• 1.5. Tổng quan các công trình đập dâng điều tiết trong nước và trên thế giới
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP ĐẬP DÂNG
• 2.1. Cơ sở phân tích lựa chọn giải pháp đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng - sông Đuống
• 2.2. Đánh giá thực trạng dòng chảy về mùa kiệt
• 2.3. Phương án điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng - sông Đuống về mùa kiệt
• 2.4. Đề xuất giải pháp kết cấu đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng
• 2.5. Đập dâng nước bằng hệ thống xà lan cố định có cửa van điều tiết
• 2.6. Phân tích lựa chọn giải pháp và bố trí tổng thể đập dâng
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH CHO PHƯƠNG ÁN CHỌN
• 3.1. Cơ sở tính toán ổn định giải pháp đập dâng
• 3.2. Thông số thiết kế
• 3.3. Điều kiện địa chất
• 3.4. Tổ hợp tải trọng
• 3.5. Tải trọng trong và tổ hợp tải trọng
• 3.6. Kết quả tổ hợp tải trọng trong
• 3.7. Tính toán ổn định công trình điều tiết
• 3.8. Tính toán ổn định đập dâng
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• PHỤ LỤC TÍNH TOÁN
• HÌNH MINH HỌA
• BẢNG BIỂU

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung về đập dâng điều tiết

Đập dâng điều tiết là công trình thủy lợi quan trọng, có khả năng điều tiết lượng nước trong các con sông, đặc biệt là sông Hồng và sông Đuống. Mục tiêu chính của công trình này là đảm bảo nguồn nước phục vụ cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt, đồng thời chống lại hiện tượng hạ thấp mực nước trong mùa kiệt. Theo báo cáo của GS.TS Hà Văn Khối, tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng đang diễn ra nghiêm trọng, với nguyên nhân chủ yếu đến từ việc khai thác cát quá mức và sự thay đổi tỷ lệ phân lưu giữa các sông. Đập dâng điều tiết sẽ giúp cải thiện tình hình này bằng cách điều chỉnh lượng nước chảy qua các sông, đảm bảo sự cân bằng và ổn định trong mùa khô.

1.1. Tầm quan trọng của việc xây dựng đập dâng

Việc xây dựng đập dâng không chỉ có ý nghĩa trong việc quản lý nguồn nước mà còn góp phần bảo vệ môi trường, cải thiện hệ sinh thái. Giải pháp xây dựng đập dâng điều tiết sẽ giúp ngăn chặn tình trạng xói lở, bảo vệ các vùng đất ven sông và đảm bảo an ninh nguồn nước cho vùng hạ du. Các công trình đập dâng đã được nghiên cứu và áp dụng trên nhiều quốc gia, cho thấy hiệu quả trong việc điều tiết dòng chảy và bảo vệ môi trường. Việc áp dụng công nghệ hiện đại trong thiết kế và thi công sẽ tăng cường khả năng chống lũ và bảo vệ hệ sinh thái ven sông.

II. Phân tích thực trạng dòng chảy sông Hồng và sông Đuống

Thực trạng dòng chảy của sông Hồng và sông Đuống hiện nay đang gặp nhiều vấn đề nghiêm trọng. Theo các số liệu khảo sát, mực nước trên sông Hồng đã giảm đáng kể trong những năm gần đây, đặc biệt là vào mùa kiệt. Nguyên nhân chính được xác định là do tác động của việc khai thác cát và sự thay đổi tỷ lệ phân lưu giữa các sông. Cụ thể, tỷ lệ phân lưu từ sông Hồng sang sông Đuống đã tăng từ 25% lên đến 40-45% trong giai đoạn 2010, dẫn đến tình trạng thiếu nước nghiêm trọng cho các hoạt động nông nghiệp và sinh hoạt. Ngoài ra, việc xây dựng các hồ chứa trên thượng nguồn cũng góp phần làm giảm lượng nước chảy xuống hạ du, gây ra tình trạng cạn kiệt nguồn nước.

2.1. Nguyên nhân hạ thấp mực nước

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hồng. Đầu tiên, việc khai thác cát quá mức trên sông Lô, sông Hồng và sông Đuống đã làm giảm lượng nước chảy xuống hạ du. Thứ hai, hiện tượng bồi lắng bùn cát tại các hồ chứa cũng đã gây ra tình trạng xói lở lòng sông, làm giảm khả năng chứa nước. Cuối cùng, sự thay đổi tỷ lệ phân lưu giữa các sông đã làm suy giảm mực nước, đặc biệt là trong mùa kiệt. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến việc lấy nước phục vụ sản xuất mà còn gây ra nhiều vấn đề về môi trường, như xâm nhập mặn và ô nhiễm nguồn nước.

III. Giải pháp xây dựng đập dâng điều tiết

Giải pháp xây dựng đập dâng điều tiết cho sông Hồng và sông Đuống là cần thiết để ứng phó với tình trạng hạ thấp mực nước. Đập dâng sẽ giúp điều chỉnh lượng nước chảy, đảm bảo sự cân bằng giữa các dòng sông và cung cấp đủ nước cho các hoạt động sản xuất. Các phương án thiết kế đập dâng cần được nghiên cứu kỹ lưỡng, bao gồm việc lựa chọn vị trí, kích thước và cấu trúc của công trình. Ngoài ra, việc áp dụng công nghệ hiện đại trong xây dựng và quản lý sẽ giúp tăng cường hiệu quả hoạt động của đập dâng, đồng thời bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

3.1. Thiết kế và xây dựng đập dâng

Thiết kế đập dâng cần phải đảm bảo tính ổn định và khả năng chịu tải trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Các giải pháp kỹ thuật như sử dụng vật liệu bền vững, áp dụng công nghệ mới trong thi công sẽ giúp tăng cường độ bền và tuổi thọ của công trình. Ngoài ra, việc xây dựng hệ thống quản lý nước thông minh sẽ giúp theo dõi và điều chỉnh lượng nước chảy qua đập dâng, từ đó đảm bảo nguồn nước cho các hoạt động nông nghiệp và sinh hoạt. Việc phối hợp giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng trong quản lý nguồn nước cũng là yếu tố quan trọng để đảm bảo thành công của dự án.

IV. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn

Việc xây dựng đập dâng điều tiết cho sông Hồng và sông Đuống sẽ mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho cộng đồng và môi trường. Đầu tiên, công trình sẽ giúp cải thiện tình hình cung cấp nước cho sản xuất nông nghiệp, đặc biệt trong mùa khô hạn. Thứ hai, đập dâng sẽ góp phần bảo vệ môi trường, ngăn chặn tình trạng xói lở và cải thiện hệ sinh thái ven sông. Cuối cùng, việc áp dụng các giải pháp công nghệ hiện đại trong thiết kế và quản lý sẽ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước, đảm bảo an ninh nguồn nước cho các vùng hạ du. Đặc biệt, trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang diễn ra, việc xây dựng đập dâng điều tiết sẽ là một giải pháp cần thiết để ứng phó với những thách thức về nước trong tương lai.

4.1. Lợi ích kinh tế xã hội

Công trình đập dâng điều tiết không chỉ mang lại lợi ích về mặt môi trường mà còn có tác động tích cực đến kinh tế - xã hội. Việc cung cấp đủ nước cho sản xuất nông nghiệp sẽ giúp tăng năng suất và sản lượng, từ đó nâng cao đời sống của người dân. Ngoài ra, việc bảo vệ môi trường và cải thiện hệ sinh thái sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển du lịch và các hoạt động kinh tế khác. Các nghiên cứu cho thấy, đầu tư vào công trình thủy lợi như đập dâng sẽ mang lại lợi ích kinh tế cao hơn so với chi phí đầu tư ban đầu, góp phần vào sự phát triển bền vững của vùng đồng bằng sông Hồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Đồng bằng sông Hồng là vùng kinh tế, chính trị, văn hóa và xã hội trọng điểm của Việt Nam, trong đó thủ đô Hà Nội đóng vai trò trung tâm. Hệ thống sông Hồng là hợp lưu của ba con sông lớn: Thao, Đà và Lô, với các phân lưu quan trọng như sông Đuống, sông Luộc, sông Trà Lý, sông Đào và sông Ninh Cơ. Trong những năm gần đây, hiện tượng xói sâu và mở rộng mặt cắt ngang lòng sông tại các sông Hồng, Lô và Đuống diễn biến phức tạp, gây hạ thấp mực nước mùa kiệt. Theo khảo sát địa hình năm 2011, cao độ đáy sông Lô hạ thấp từ 6-8m, có nơi đến 9-12m; sông Đuống hạ thấp 4-6m; sông Hồng tại Sơn Tây hạ thấp khoảng 5m. Diện tích mặt cắt ướt cũng tăng do mở rộng lòng sông.

Tỷ lệ phân lưu dòng chảy mùa kiệt từ sông Hồng sang sông Đuống đã tăng từ khoảng 25% trước năm 2000 lên 40-45% vào năm 2010, làm suy giảm mực nước hạ du sông Hồng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc lấy nước phục vụ sản xuất nông nghiệp, đặc biệt tại các công trình như Xuân Quan. Biến đổi khí hậu và nước biển dâng làm gia tăng xâm nhập mặn, làm ô nhiễm nguồn nước và gây khó khăn cho tưới tiêu tại các tỉnh ven biển như Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng - sông Đuống nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước mùa kiệt, đảm bảo an ninh nguồn nước, phục vụ sản xuất nông nghiệp và giao thông thủy. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phân tích, lựa chọn giải pháp kết cấu đập dâng, tính toán ổn định nền công trình tại vị trí cửa sông Đuống, trong bối cảnh biến đổi khí hậu và khai thác tài nguyên nước hiện nay.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy lực sông, cơ sở địa kỹ thuật và kết cấu công trình thủy lợi. Hai khung lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Lý thuyết thủy lực dòng chảy phân lưu: Phân tích tỷ lệ phân lưu dòng chảy giữa sông Hồng và sông Đuống, ảnh hưởng của các công trình đập dâng đến mực nước và lưu lượng dòng chảy. Khái niệm chính bao gồm tỷ lệ phân lưu hợp lý, lưu lượng dòng chảy mùa kiệt và mùa lũ, cũng như ảnh hưởng của đập dâng đến khả năng thoát lũ và giao thông thủy.

• Lý thuyết kết cấu và ổn định công trình đập dâng: Nghiên cứu kết cấu đập dâng dạng trụ đỡ, hệ thống cửa van điều tiết, tính toán ổn định nền móng, tải trọng thủy lực và tải trọng công trình. Các khái niệm chính gồm kết cấu trụ pin, dầm van, cửa van clape, ổn định công trình dưới tác động của tải trọng thủy lực và địa chất nền.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu đo đạc mặt cắt sông, lưu lượng dòng chảy tại các trạm thủy văn như Hà Nội, Thượng Cát từ năm 1957 đến 2011; tài liệu khảo sát địa hình; báo cáo khoa học và các kết quả nghiên cứu trước đây của Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam và Bộ Tài nguyên và Môi trường.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình toán thủy lực và mô hình vật lý để tính toán tỷ lệ phân lưu, mực nước, lưu lượng dòng chảy; phân tích ổn định kết cấu đập dâng bằng phương pháp tính toán kết cấu bê tông cốt thép và cọc khoan nhồi; đánh giá ảnh hưởng của đập dâng đến khả năng thoát lũ và giao thông thủy.

• Phương pháp khảo sát thực tế: Khảo sát hiện trạng lòng sông, vị trí đề xuất xây dựng đập dâng, khảo sát địa chất nền móng.

• Phương pháp chuyên gia và tổng hợp: Tham vấn ý kiến chuyên gia, tổng hợp các giải pháp công trình đập dâng trong nước và quốc tế, so sánh ưu nhược điểm các phương án.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn từ năm 2010 đến 2016, bao gồm thu thập số liệu, khảo sát thực địa, mô hình hóa, tính toán kết cấu và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng - sông Đuống tăng cao: Tỷ lệ phân lưu mùa kiệt đã tăng từ 25% trước năm 2000 lên 40-45% vào năm 2010, gây hạ thấp mực nước hạ du sông Hồng, ảnh hưởng đến khả năng lấy nước của các công trình thủy lợi như Xuân Quan. Việc điều chỉnh tỷ lệ phân lưu về mức hợp lý 34-35% sẽ cải thiện đáng kể mực nước mùa kiệt.

2. Hiện tượng xói sâu và mở rộng mặt cắt sông: Cao độ đáy sông Lô hạ thấp 6-8m, sông Đuống hạ thấp 4-6m, sông Hồng tại Sơn Tây hạ thấp 5m, làm tăng diện tích mặt cắt ướt và ảnh hưởng đến dòng chảy tự nhiên.

3. Ảnh hưởng của khai thác cát quá mức: Khai thác cát tràn lan trên sông Lô, sông Hồng và sông Đuống làm suy giảm lòng dẫn, làm trầm trọng thêm tình trạng hạ thấp mực nước mùa kiệt.

4. Đề xuất giải pháp đập dâng điều tiết: Hai phương án kết cấu đập dâng được đề xuất gồm đập dâng bằng hệ thống xà lan cố định có cửa van điều tiết và đập dâng cố định điều tiết bằng cửa van lớn dạng trụ đỡ. Phương án đập dâng trụ đỡ với 3 khoang cống, cao trình ngưỡng -10.0m, cửa van hai lớp được đánh giá phù hợp nhất, đảm bảo điều tiết tỷ lệ phân lưu, giao thông thủy và khả năng thoát lũ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hạ thấp mực nước mùa kiệt là sự thay đổi tỷ lệ phân lưu dòng chảy sang sông Đuống, kết hợp với hiện tượng xói sâu lòng sông và khai thác cát quá mức. Việc xây dựng đập dâng điều tiết phân lưu là giải pháp kỹ thuật hiệu quả, giúp nâng cao mực nước thượng lưu, đảm bảo nguồn nước cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, như dự án khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc, giải pháp đập dâng cũng được áp dụng nhằm tăng trữ lượng nước mùa khô, cải thiện môi trường sinh thái và đảm bảo giao thông thủy. Tương tự, các công trình đập dâng trên sông Murray (Úc) đã chứng minh hiệu quả trong việc điều tiết nước phục vụ nông nghiệp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ diễn biến tỷ lệ phân lưu dòng chảy qua các năm, bảng so sánh mực nước tại các trạm thủy văn trước và sau khi xây dựng đập dâng, cũng như sơ đồ kết cấu đập dâng và vị trí bố trí công trình.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng đập dâng điều tiết phân lưu tại cửa sông Đuống: Triển khai phương án đập dâng cố định dạng trụ đỡ với 3 khoang cống, cửa van hai lớp, cao trình ngưỡng -10.0m, nhằm điều chỉnh tỷ lệ phân lưu về mức hợp lý 34-35% trong mùa kiệt. Thời gian thực hiện dự kiến 3-5 năm, do Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì.

2. Tăng cường quản lý khai thác cát: Áp dụng các biện pháp kiểm soát khai thác cát tràn lan trên sông Hồng, sông Lô và sông Đuống để hạn chế xói lở lòng sông, bảo vệ ổn định địa hình lòng dẫn. Thời gian thực hiện liên tục, do Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp với chính quyền địa phương.

3. Nâng cao hiệu quả vận hành các hồ chứa thượng nguồn: Điều chỉnh vận hành hồ chứa để tăng lưu lượng xả nước mùa kiệt, kết hợp với đập dâng nhằm đảm bảo nguồn nước hạ du. Thời gian thực hiện theo kế hoạch hàng năm, do các đơn vị quản lý hồ chứa phối hợp thực hiện.

4. Phát triển hệ thống giám sát và cảnh báo: Xây dựng hệ thống quan trắc mực nước, lưu lượng và chất lượng nước liên tục tại các trạm thủy văn để theo dõi hiệu quả công trình và điều chỉnh vận hành kịp thời. Thời gian triển khai 1-2 năm, do Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam và các cơ quan liên quan thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý nguồn nước và thủy lợi: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật để điều tiết phân lưu dòng chảy, giúp quản lý hiệu quả nguồn nước phục vụ sản xuất và sinh hoạt.

2. Các kỹ sư và chuyên gia công trình thủy lợi: Tham khảo các phương án kết cấu đập dâng, tính toán ổn định công trình và vận hành đập dâng trong điều kiện thực tế, phục vụ thiết kế và thi công công trình.

3. Các nhà nghiên cứu về biến đổi khí hậu và tài nguyên nước: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phân tích ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, khai thác tài nguyên đến mực nước sông, làm cơ sở nghiên cứu sâu hơn.

4. Các cơ quan lập quy hoạch và chính sách: Hỗ trợ xây dựng chính sách quản lý tài nguyên nước, quy hoạch phát triển vùng hạ du sông Hồng, đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao mực nước sông Hồng mùa kiệt lại hạ thấp nghiêm trọng?
   Nguyên nhân chính là do sự thay đổi tỷ lệ phân lưu dòng chảy sang sông Đuống tăng từ 25% lên 40-45%, kết hợp với hiện tượng xói sâu lòng sông và khai thác cát quá mức, làm giảm mực nước hạ du.

2. Giải pháp đập dâng điều tiết phân lưu có ưu điểm gì?
   Đập dâng giúp điều chỉnh tỷ lệ phân lưu dòng chảy, nâng cao mực nước thượng lưu, đảm bảo nguồn nước cho sản xuất nông nghiệp, sinh hoạt và giao thông thủy, đồng thời không ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng thoát lũ.

3. Phương án kết cấu đập dâng nào được lựa chọn?
   Phương án đập dâng cố định dạng trụ đỡ với 3 khoang cống, cửa van hai lớp, cao trình ngưỡng -10.0m được đánh giá phù hợp nhất, đảm bảo ổn định công trình và yêu cầu vận hành.

4. Ảnh hưởng của đập dâng đến giao thông thủy như thế nào?
   Đập dâng được thiết kế kết hợp âu thuyền và cửa van mở rộng, đảm bảo lưu thông tàu thuyền trên sông Đuống, không gây cản trở giao thông thủy.

5. Làm thế nào để kiểm soát khai thác cát hiệu quả?
   Cần tăng cường quản lý, giám sát và xử lý nghiêm các hành vi khai thác cát trái phép, đồng thời áp dụng các biện pháp kỹ thuật để hạn chế xói lở lòng sông, bảo vệ ổn định địa hình lòng dẫn.

Kết luận

• Tình trạng hạ thấp mực nước mùa kiệt trên sông Hồng do sự thay đổi tỷ lệ phân lưu dòng chảy sang sông Đuống, xói sâu lòng sông và khai thác cát quá mức.
• Giải pháp đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng - sông Đuống là cần thiết và hiệu quả để nâng cao mực nước, đảm bảo an ninh nguồn nước và giao thông thủy.
• Phương án đập dâng cố định dạng trụ đỡ với cửa van hai lớp được lựa chọn phù hợp với điều kiện địa hình, thủy lực và yêu cầu vận hành.
• Cần phối hợp quản lý khai thác cát, vận hành hồ chứa thượng nguồn và phát triển hệ thống giám sát để đảm bảo hiệu quả lâu dài.
• Tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện thiết kế và triển khai xây dựng công trình trong giai đoạn 3-5 năm tới, đồng thời nâng cao nhận thức và chính sách quản lý tài nguyên nước.

Các cơ quan quản lý và đơn vị thi công cần phối hợp triển khai nghiên cứu thiết kế chi tiết, lập kế hoạch thi công và giám sát vận hành công trình đập dâng nhằm ứng phó hiệu quả với tình trạng hạ thấp mực nước mùa kiệt trên sông Hồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BẢN CAM KÉT Họ và tên học viên: Đặng Văn Kiên Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Tên dé tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp công trình đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng - sông Duong, nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước trên sông Hong về mùa kiệt”. Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường. Hà Nội ngày — tháng năm 2016 Học viên cao học Đặng Văn Kiên LOI CAM ON Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn GS.TS Trần Đình Hòa đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi về sự giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trường. Cảm ơn các anh chị em trong Trung tâm công trình đồng bằng ven biển và đê điều — Viện Thủy Công - Viện khoa học Thuỷ lợi Việt Nam là những người đã sát cánh cùng tác giả trong quá trình nghiên cứu. Đặc biệt là các đồng nghiệp thuộc Bộ môn phát triển công nghệ mới, nhóm thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng thể giải pháp công trình đập dâng nước nhằm ứng phó tình trạng hạ thấp mực nước, đảm bảo an ninh nguồn nước cho vùng hạ du Sông Hồng” đã đóng góp cho tac giả nhiều ý kiến hay và cung cấp nhiều thông tin bồ ích. Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã luôn quan tâm, động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện dé tác giả hoàn thành luận văn này. Hà Nội ngày tháng năm 2016 Tác giả Đặng Văn Kiên il MỤC LỤC 1. Mục đích của đề tài: .-s--° se css+sstesevsersereetksttserssresttserssrssrksrrssrssrssosee 4 3. Đối tượng và phạm Vi nghiên cứu :.---- 2s se se ssssessssessesserserssessee 4 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: .---s--s- 5° ssss©ssesss=ssesse 5 5. Kết quả dat được của luận VANE .-- 5-5 << ©s£ se se se sessessessesersersersersess 5 CHƯƠNG 1. TONG QUAN CÁC VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU. Tổng quan các giải pháp phân lưu dòng chảy sông Hồng - sông Đuống đã nghiÊn CUU . Các kết quả nghiên cứu đã Có :. Những nguyên nhân dan dién tình tình trang ha thấp mực nước trên sông Hong "ý. Dé xuất định hướng giải quyết vấn dé nghiÊH CỨU. Tổng quan các công trình đập dâng điều tiết trong nước và trên thé gidi. Tổng quan trên thé giới. - 2+ e+St‡EEEESEEEEEEEEEEEEEE 2121112112111 1e keo 12 1. Tổng QUAN CONG HƯỚC voesecsessessessecsessesssssssessessecsessesssssssusssssessessessessesissusssateseeses 17 1. Két Ian ChUONG 786 6 . PHAN TÍCH, LỰA CHON GIẢI PHAP DAP DANG . Co sở phân tích lựa chọn giải pháp đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng — sông Đuống.---- «s2 s+ss+s#£ss£vstEseEsEestrserserserssrrsrrssrssrrsee 24 2. Đánh giá thực trạng dòng chảy về mùa kiỆt. Phương án điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng — sông Duong về mùa 2. Phương án điều tiết tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hồng - sông Đuống về mùa L. Đề xuất giải pháp kết cấu đập dâng điều tiết phân lưu dòng chảy sông Hồng 1n oan 6. Đập dâng nước bằng hệ thong xà lan cô định có cửa van điều tiết:. Đập dângcó dinhdiéu tiết bằng cửa van ION ceececceccescesseseesessesessesessessesseseeseeseees 39 2. Phân tích lựa chọn giải pháp và bố trí tống thé đập dâng. Phân tích lựa chọn quy mô, giải pháp đập dâng lựa chỌn. Bồ trí các hạng mục đập dâng dieu tet o. Ket ludin ChUONg 7. TÍNH TOÁN ON ĐỊNH CONG TRÌNH CHO PHƯƠNG AN 0:90). Cơ sở tính toán 6n đỉnh giải pháp đập dâng . Thông số thiết Keo. Điều kiện địa chất. Tổ hop tải frQIg. Tải trong và tổ hợp tải fFQHE. Kết quả tổ hợp tải trOng cecsecssecssesssesssssssessesssessssssssssssssessusssssssecssecsussssessecsseeseeees 53 3. Tính toán 6n định công trình điều tiẾt. Tinh toán ồn định thắm đập dâng veceececcccccescessesseesessessesseessessecsessessessessesssesseeses 54 3. Tinh toán 6n định đập dângg.-----+- +55 SteSt‡EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrrrrreeo 57 KỶ CÌ 0. 73 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, .-- 2-5-5 ©s<©ss+eseEsEssesserserssrssrssrrssrssrsee 74 PHU LUC TÍNH TOÁN .- 5 s-s< se ©SsSSsEEsEssESsEEsEEseEsetkstrsersersessssrserssrsse 78 HÌNH MINH HOA Hình 1: Bản đô hệ thống dòng chảy lưu vực sông Hồng.:-----5--- 1 Hình 2: - Diễn biến mặt cắt ngang sông Hong tại trạm Thượng Cát qua từng thời kỳ 2 Hình 3: Diễn biến tỷ lệ phân lưu dòng chảy sông Hong qua sông Đuống. 3 Hình 4: Hiện tượng sa mạc hóa trên Sông Hng.-----:-©+cs+cs+c+cc+esrtsreee 4 Hình 1. Phương án kè bãi Bắc CGU . Mặt bằng kè bãi Bắc CôâNM. 2+ St EE‡EE‡EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkerkee 7 Hình 1. Cắt dọc tuyến kè bãi Bắc CAU. Phương án lấp hồ xói cửa vào sông DUONG . Mặt bằng phạm vi lấp hố Xói.---©22©52+5<+EE‡EESESEEEEEEEEEEErkerkrrrrrrree 9 Hình 1. Mặt cắt ngang hồ xói điển NIN. Quy mô dự án khôi phục 4 dòng sông chính tại Hàn Quốc. 02 đập dâng điển hình vùng trung du trên sông Yeongsan — Hàn Quốc. 02 đập dâng điển hình vùng trung du trên sông Nakdong — Hàn Quoc. Một số công trình đập dâng và âu thuyên trên sông Murray. Một so công trình đập dâng trên sông Dinh . Đập dâng Văn Phong (Binh Dinh) . Công trình Thảo Long — IHHỂ. --22- 2 ©E+SE2E2EE+EE£EEEESEEEEEerkerrkrrsees 20 Hình 1. Đập dâng Barra Đô Lương — NghỆ ẢH. Sàn siniissersseree 21 Hình 1. Phuong án nâng cấp Barra Đô LUONG . Quá trình lưu lượng mùa kiệt tại Sơn Tây khi các hô vận hành bình thường. Quá trình lưu lượng tại Son Tây khi các hỗ thượng nguôn xả nước gia tăng. Đường quá trình mực nước tại công Liên Mac, TV Hà Nội, công Xuân Quan khi các hỗ vận hành bình thường .- «5s SE SE ESEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrrrteeo 26 Hình 2. Đường quá trình mực nước tại cổng Liên Mạc, TV Hà Nội, cong Xuân Quan khi các hỗ xả HHỚC Zid CAN. VỊ trí tuyến đập dâng lựa chọn tinh fOđH. sec Scccssssseseereessereses 29 Hình 2. Đường mực nước tại một số vị trí khi có đập dâng Long Tứu và Xuân Quan áúú. Đường mực nước dọc sông Hồng (từ ngã 3 Lô Hong đến Ba Lat) . Mặt cắt ngang đập AGN coccccccccccescesseesvessessesssessessessessssssessessessssssessessesssesseess 36 Hình 2. Kết cấu phao dieu tiet c. Kết cầu tru 25-//,;-4. Kết cấu trụ pin dạng pa0.- 2+ 2S St‡SE+EE+EE+EE+E£EEEEEEEEEEEEEEEErrrrrrrrred 40 Hình 2. Kết cấu GM VAH.---osc-5ctEEEttttEE the 4] Hình 2. Sơ đồ vị trí tuyến dự kiến đập AGN cecececcceccesssescesvesseeseessessessesssesessesseessessee 44 Hình 2. Kết cấu trụ pin và Am VAH . 5-5252 SE‡SE‡EE‡EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkerkrrrrerkeeo 45 Hình 3.1: Mô hình hóa thấm qua dẫm van giữa 2Irụ.-- 55-55 5sccs+ce+czeereered 55 Hình 3.2: Tham qua dâm van — Tổ hợp cơ bản 2.3: GradientXY qua dam van giữa trụ T1.T2- tổ hợp cơ bản 2.4: Gradient XY tại cửa vào và cửa ra đẫm Vah.-ccccce+ecctstererertersed 57 Hình 3.5: Sức khẳng NFAN CUA CỌC. Ăn tk Hy ó6 Hình 3.6: Mat bang DO 7b COCceccevesesvsssesverssesvecssesverssssveresssesussssvsessavseasavsneaeatansueavavene 68 Hình 3.7: Sơ đồ tính Wn coccccsccssssssesssesssessssssssssssssssssscssssssssscssssssessecssecssecsussseessecsseeseeess 70 BANG BIEU Bang 1. Bảng tỷ lệ phân lưu sông Hong — sông Đuống của Bộ Tai nguyên và Môi 0 -NEEEShnhn.1: Tỷ lệ phân lưu vào sông Đuống (%) ứng với 2 kịch ban vận hành ho chứa 00711581719 SE.2: Mực nước max khi xây dựng hai đập dâng điều tiẾ.3: Tỷ lệ phân lưu vào sông ĐuỐNg.-- 5+ St S£+E£+E+ESEEeEEEEEEEerrrsrrrei 31 Bảng 2.4: Tỷ lệ phân lưu vào sông DUONG cescscescescescssesseesessessessesssssessesessessessessessessessees 32 Bảng 2.5: Các trường hop tính toán ảnh hưởng thoát lũ của đập dâng Long Tửu.6: Kết quả tính toán mực nước với lũ 500 NGM .---2- 2 55c©5z+ce+csscsez 34 Bang 2.7: Tỷ lệ phân lưu vào sông Duong các trường hop thiết kế cong Long Tửu, .1: Tổ hợp mực nước tính toán 6n định công trình.--c- s5s+ce+ce+ce+sa 48 Bảng 3.2: Tinh chất cơ lý của các lớp đất theo bảng sđM:.- 55c 5c5sccsccc+ccsea 50 Bảng 3.3: Tổ hop tải trọng tinh toán thiết ke .4: Tổ hop tải trong tính toán kiỄM trdeecseccscecsessscssessssssssssesssesssessesssecssecsecssesses 53 Bảng 3.5: Bảng tinh sức chịu tải đất n@N veccecceccscscssvessesseessessesseessessessessessessessesssessesses 58 Bang 3.6: Bang tinh áp lực AAV HÓN. LHHH th 59 Bảng 3.7: Luc tác dung lên từng dau cọc ứng với các trường hợp.8: Tổ hop tải trong sử dung tác dụng đáy MONG .9: Đặc trưng hình học của đáy khối móng QUY HỚC.- c5 5scce+ce+csced 71 vi PHAN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đồng bằng sông Hồng là vùng kinh tế, chính trị, văn hoá và xã hội quan trọng của đất nước. Trong vùng có nhiều thành phố và công trình quan trọng trong đó có thủ đô Hà Nội - trung tâm kinh tế, văn hóa, chính trị của đất nước, là nơi tập trung dân cư đông đúc. Vì vậy việc quản lý khai thác nguồn nước phục vụ sản xuất, phát triển kinh tế xã hội có một ý nghĩa cực kỳ quan trọng trong sự phát triển chung của cả nước. Hệ thống sông Hồng là hợp lưu của 3 con sông: Thao, Đà và Lô hợp thành. Ở hạ lưu, sông Hồng có các phân lưu: Đáy, Đuống, Luộc, Trà Lý, Đào, Ninh Cơ. Trong đó, sông Đuống (dài 64 km), sông Luộc (dài 74 km) chuyển nước từ sông Hồng sang sông Thái Bình; sông Trà Lý (dài 64 km), phân lưu tả ngạn sông Hồng đồ ra biển, sông Đào Nam Dinh (dai 31,5 km) đưa nước sông Hồng sang sông Day, sông Ninh Cơ (dài 51,8 km) chảy ra biên. Trong những năm gần đây,hiện tượng xói sâu và mở rộng mặt cắt ướt lòng dẫn trên sông Hồng, sông Lô, sông Đuống diễn biến ngày càng phức tạp. Theo tài liệu khảo sát địa hình và tổng hợp số liệu đo đạc mặt cắt sông qua các năm do Viện Quy hoạch thủy lợi thực hiện năm 2011, cao độ lòng sông Lô, sông Hong va sông Duong déu bi x6i sâu. Trên sông Lô, đáy sông bi hạ thấp từ 6-8m so với dia hình năm 2000, thậm chí có vị trí bị hạ thấp đến 9-12m, trên sông Đuống cao độ đáy sông hạ thấp từ 4-6m, còn trên sông Hồng tại vị trí Sơn Tây đáy sông hạ thấp đến 5m. Mặt cắt ngang sông ở phần nước thấp cũng bị mở rộng do vậy, diện tích mặt cắt ướt tăng cao. DIEN BIEN MAT CAT NGANG TAI TRAM THUY VAN THUONG CAT THEO CAC NAM Cao độ (m) 14.0 — 2006 © CÔ C CC CC CC CC CC CC CC CC CC CC CC C5 CC CC C5 CC NTO WON TOWAON THOWOON THO WAON TH WAON TW WON FT Ato Tt œä œ N NNN A m mã MOU MOU OM Te x TCU TTC TCU MH NHN NN 0 0 OO 2005 Khoảng cách (m) —— 1990 Hình 2: Diễn biến mặt cắt ngang sông Hong tại tram Thượng Cat qua từng thoi kỳ Theo báo cáo “Đánh giá phân tích thực trạng, nguyên nhân và tác động của sự suy giảm mực nước thời kỳ mùa Kiệt hạ du Sông Hong” của GS.