Luận văn thạc sĩ nghiên cứu các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích của các hồ chứa ở tỉnh nghệ an nhằm đáp ứng sự phát triển kinh tế xã hội và thích ứng với sự biến đổi khí hậu

Luận văn thạc sĩ kinh tế phân tích nghiên cứu các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích của các hồ chứa ở tỉnh nghệ an nhằm đáp ứng sự, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Lê Quốc Tuấn
• Người hướng dẫn: Gs.Ts Phạm Ngọc Quý
• Trường học: Trường Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên cứu các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích của các hồ chứa ở tỉnh Nghệ An nhằm đáp ứng sự phát triển kinh tế xã hội và thích ứng với sự biến đổi khí hậu
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HỒ CHỨA
• 1.1. Nhiệm vụ, vai trò, yêu cầu hồ chứa
• 1.2. Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới và Việt Nam
• 1.2.1. Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới
• 1.2.2. Tình hình xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam
• 1.3. Những đặc điểm hồ chứa nước ở Nghệ An
• 1.4. Những nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về việc nâng cao dung tích hữu ích
• 1.4.1. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp với mở rộng khẩu độ tràn
• 1.4.2. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp thay tràn không có cửa van bằng tràn có cửa van
• 1.4.3. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp làm thêm tràn phụ, tràn sự cố
• 1.4.4. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp thay đổi kiểu tràn thẳng sang tràn ziczắc
• 2. CHƯƠNG II: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NHỮNG THÁCH THỨC ĐẶT RA ĐỐI VỚI HỒ CHỨA
• 2.1. Nội dung kịch bản biến đổi khí hậu
• 2.1.1. Kịch bản biến đổi khí hậu
• 2.1.2. Tác động của biến đổi khí hậu đối với sự an toàn hồ chứa
• 2.2. Những thách thức đặt ra do biến đổi khí hậu đối với các hồ chứa
• 2.2.1. Diễn biến các yếu tố khí hậu thuỷ văn
• 2.2.2. Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng
• 2.2.3. Phân tích ảnh hưởng của BĐKH đến dung tích hữu ích của hồ chứa
• 3. CHƯƠNG III: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG TÍCH HỮU ÍCH CỦA HỒ CHỨA NƯỚC Ở NGHỆ AN
• 3.1. Đặc điểm tự nhiên, dân sinh kinh tế xã hội Nghệ An
• 3.1.1. Tình hình dân sinh kinh tế xã hội
• 3.2. Yêu cầu tăng dung tích hữu ích hồ chứa ở Nghệ An
• 3.3. Tiêu chuẩn giải pháp lựa chọn
• 3.4. Các giải pháp nâng cao dung tích hữu ích
• 3.4.1. Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp chuyển hình thức ngưỡng tràn đỉnh rộng sang tràn thực dụng
• 3.4.2. Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp mở rộng bề rộng tràn
• 3.4.3. Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp chuyển hình thức tràn thực dụng sang tràn zích zắc
• 3.4.4. Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp chuyển tràn tự do sang tràn có cửa van
• 3.4.5. Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp làm thêm tràn phụ
• 3.4.6. Nâng cao trình ngưỡng tràn + Nâng cao đập kết hợp với làm tường chắn sóng
• 3.4.7. Kết hợp các giải pháp với nhau
• 4. CHƯƠNG IV: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO HỒ CHỨA NƯỚC VỰC MẤU
• 4.1. Giới thiệu chung về công trình
• 4.2. Yêu cầu đặt ra
• 4.3. Tính toán các giải pháp
• 4.3.1. Nâng ngưỡng tràn và mở thêm tràn có cửa van bên cạnh
• 4.3.2. Nâng ngưỡng tràn và mở thêm tràn tự do
• 4.3.3. Nâng ngưỡng tràn và mở thêm tràn ngưỡng zích zắc kiểu mỏ vịt
• 4.4. Lựa chọn giải pháp
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• Kết quả đạt được của luận văn
• Những tồn tại của luận văn
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về giải pháp nâng cao dung tích hồ chứa ở Nghệ An

Hồ chứa nước đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế và thích ứng với biến đổi khí hậu tại Nghệ An. Việc nâng cao dung tích hồ chứa không chỉ giúp đảm bảo nguồn nước cho sản xuất nông nghiệp mà còn góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Tỉnh Nghệ An có nhiều hồ chứa, nhưng nhiều hồ đã xuống cấp và không đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của người dân và nền kinh tế. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp nâng cao dung tích hồ chứa là rất cần thiết.

1.1. Tình hình hiện tại của hồ chứa nước ở Nghệ An

Nghệ An hiện có khoảng 625 hồ chứa nước, phục vụ cho nhu cầu tưới tiêu và sinh hoạt. Tuy nhiên, nhiều hồ đã xuống cấp, không còn khả năng chứa nước hiệu quả. Việc nâng cao dung tích hồ chứa là cần thiết để đáp ứng nhu cầu nước cho nông nghiệp và sinh hoạt.

1.2. Vai trò của hồ chứa trong phát triển kinh tế

Hồ chứa nước không chỉ cung cấp nước cho sản xuất nông nghiệp mà còn hỗ trợ phát triển công nghiệp và du lịch. Việc nâng cao dung tích hồ chứa sẽ giúp tăng cường khả năng cung cấp nước, từ đó thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương.

II. Những thách thức trong việc nâng cao dung tích hồ chứa ở Nghệ An

Việc nâng cao dung tích hồ chứa ở Nghệ An gặp phải nhiều thách thức, bao gồm sự biến đổi khí hậu, tình trạng xuống cấp của các công trình và nhu cầu nước ngày càng tăng. Biến đổi khí hậu đã làm thay đổi lượng mưa và dòng chảy, ảnh hưởng đến khả năng chứa nước của các hồ. Bên cạnh đó, việc quản lý và bảo trì các hồ chứa cũng gặp nhiều khó khăn.

2.1. Tác động của biến đổi khí hậu đến hồ chứa

Biến đổi khí hậu đã làm thay đổi lượng mưa và thời tiết, dẫn đến tình trạng thiếu nước trong mùa khô và ngập lụt trong mùa mưa. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến dung tích và khả năng chứa nước của các hồ chứa.

2.2. Tình trạng xuống cấp của các hồ chứa

Nhiều hồ chứa ở Nghệ An đã xuống cấp do thời gian sử dụng lâu dài và thiếu bảo trì. Việc này không chỉ làm giảm dung tích mà còn tăng nguy cơ sự cố, đe dọa an toàn cho người dân và tài sản.

III. Phương pháp nâng cao dung tích hồ chứa hiệu quả ở Nghệ An

Để nâng cao dung tích hồ chứa, cần áp dụng các phương pháp kỹ thuật hiện đại và phù hợp với điều kiện địa phương. Các giải pháp như nâng cao ngưỡng tràn, mở rộng khẩu độ tràn và cải tạo đập là những phương pháp khả thi. Việc áp dụng công nghệ xử lý nước cũng có thể giúp tăng cường khả năng chứa nước của các hồ.

3.1. Nâng cao ngưỡng tràn và mở rộng khẩu độ tràn

Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp với mở rộng khẩu độ tràn là một trong những giải pháp hiệu quả nhất để tăng dung tích hồ chứa. Phương pháp này giúp tăng khả năng chứa nước mà không cần phải xây dựng mới các công trình.

3.2. Cải tạo và nâng cấp đập

Cải tạo và nâng cấp đập là một giải pháp quan trọng để đảm bảo an toàn cho hồ chứa. Việc này không chỉ giúp tăng dung tích mà còn cải thiện khả năng chống lũ và bảo vệ môi trường.

IV. Ứng dụng thực tiễn các giải pháp nâng cao dung tích hồ chứa

Các giải pháp nâng cao dung tích hồ chứa đã được áp dụng thành công tại một số hồ ở Nghệ An. Những kết quả đạt được không chỉ giúp tăng cường khả năng chứa nước mà còn cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường. Việc áp dụng các giải pháp này cần được mở rộng và nhân rộng để đạt hiệu quả cao hơn.

4.1. Kết quả từ hồ Vực Mấu

Hồ Vực Mấu đã áp dụng các giải pháp nâng cao dung tích và đạt được kết quả tích cực. Nguồn nước được cải thiện, đáp ứng tốt hơn nhu cầu tưới tiêu và sinh hoạt của người dân.

4.2. Những bài học kinh nghiệm từ các hồ khác

Các hồ khác ở Nghệ An cũng đã áp dụng thành công các giải pháp nâng cao dung tích. Những bài học kinh nghiệm từ các hồ này có thể được áp dụng cho các hồ khác trong tỉnh.

V. Kết luận và triển vọng tương lai cho hồ chứa ở Nghệ An

Việc nâng cao dung tích hồ chứa ở Nghệ An là một nhiệm vụ cấp bách và cần thiết để phát triển kinh tế và thích ứng với biến đổi khí hậu. Các giải pháp đã được nghiên cứu và áp dụng sẽ giúp cải thiện tình hình nước và bảo vệ môi trường. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp mới để nâng cao hiệu quả sử dụng hồ chứa.

5.1. Tầm quan trọng của việc nâng cao dung tích hồ chứa

Nâng cao dung tích hồ chứa không chỉ giúp đảm bảo nguồn nước mà còn góp phần vào phát triển bền vững và bảo vệ môi trường. Đây là một yếu tố quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế của tỉnh.

5.2. Hướng đi tương lai cho hồ chứa ở Nghệ An

Trong tương lai, cần tiếp tục đầu tư và nghiên cứu các giải pháp nâng cao dung tích hồ chứa, đồng thời tăng cường công tác quản lý và bảo trì để đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam hiện có 6.648 hồ chứa thủy lợi và thủy điện với tổng dung tích thiết kế đạt 49,88 tỷ m³ nước, giữ vai trò huyết mạch trong việc bảo đảm an ninh nguồn nước, cắt giảm lũ hạ du và phục vụ sản xuất. Riêng tại tỉnh Nghệ An, hệ thống thủy lợi bao gồm 625 hồ chứa với tổng dung tích trữ hơn 387 triệu m³, tưới tiêu cho hơn 39.000 ha đất canh tác nông nghiệp. Tuy nhiên, có tới 500 trên tổng số 625 hồ chứa (chiếm khoảng 80%) được xây dựng từ những năm 1970 - 1980 đã xuống cấp nghiêm trọng, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn đập trong mùa mưa bão.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm đặt ra là mâu thuẫn gay gắt giữa sự suy giảm nguồn nước do biến đổi khí hậu với nhu cầu dùng nước ngày càng tăng do phát triển kinh tế xã hội và chuyển dịch cơ cấu cây trồng. Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu theo kịch bản phát thải trung bình (B2), đánh giá các phương pháp tính toán thủy lực xả lũ và đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa mà không cần tôn cao đỉnh đập, áp dụng tính toán thực tế cho công trình hồ Vực Mấu.

Nghiên cứu được triển khai trên phạm vi toàn tỉnh Nghệ An, phân tích chuỗi số liệu khí tượng thủy văn kéo dài từ năm 1959 đến năm 2008 và dự báo xu thế đến năm 2100. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật to lớn, cung cấp cơ sở khoa học giúp gia tăng dung tích trữ nước từ 10% đến 15%, hạn chế tối đa chi phí đền bù giải phóng mặt bằng lòng hồ, đồng thời bảo vệ nguồn nước ngọt cho 23.500 ha đất sản xuất và hơn 200.000 người dân vùng hạ lưu trước hiểm họa xâm nhập mặn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết dòng chảy qua công trình tháo nước và nguyên lý điều tiết hồ chứa trên cơ sở đường quan hệ mực nước - dung tích lòng hồ. Công thức thủy lực cơ bản xác định lưu lượng xả qua tràn tự do được thiết lập theo phương trình: $Q = m \cdot B \cdot H^{3/2}$, trong đó $m$ là hệ số lưu lượng, $B$ là bề rộng ngưỡng tràn và $H$ là cột nước tràn. Đối với tràn có cửa van, lưu lượng xả được tính toán dựa trên mức độ mở cửa cống: $Q = \varepsilon \cdot m \cdot B \cdot a \sqrt{2g(H_0 - \alpha a)}$.

Bên cạnh đó, luận văn áp dụng mô hình Cropwat của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO) kết hợp phương trình Penman-Monteith để tính toán nhu cầu bốc thoát hơi nước mặt ruộng $ET_{crop} = ET_0 \cdot K_c$ và lượng nước tưới yêu cầu cho cây trồng. Các khái niệm then chốt được sử dụng xuyên suốt gồm: dung tích hữu ích (lượng nước tích trữ từ mực nước chết đến mực nước dâng bình thường), dung tích phòng lũ siêu cao, tràn zích zắc (Labyrinth weir), tràn phím đàn Piano (Piano Keys Weir - PKW) và mực nước dâng bình thường.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn khai thác nguồn dữ liệu quan trắc khí hậu và thủy văn liên tục 50 năm (1959 - 2008) tại các trạm khí tượng thủy văn trọng yếu như Đô Lương, Vinh, trạm Dừa với diện tích lưu vực khống chế 20.800 km², kết hợp kịch bản biến đổi khí hậu của Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành năm 2009.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ 625 hồ chứa trên địa bàn tỉnh Nghệ An, được phân nhóm theo quy mô dung tích: 6 hồ lớn trên 10 triệu m³, 12 hồ từ 5 đến 10 triệu m³, 68 hồ từ 1 đến 5 triệu m³ và 539 hồ nhỏ dưới 1 triệu m³. Nghiên cứu sử dụng phương pháp chọn mẫu điển hình (purposive sampling) để lựa chọn hồ chứa nước Vực Mấu làm đối tượng tính toán mô phỏng chi tiết.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích cân bằng nước kết hợp mô hình tính toán thủy lực điều tiết lũ là nhằm giải quyết bài toán tối ưu đa mục tiêu: vừa nâng cao mực nước dâng bình thường để trữ thêm nước ngọt trong mùa kiệt, vừa bảo đảm an toàn xả lũ với tần suất thiết kế $P = 1%$ và tần suất kiểm tra $P = 0,2%$. Toàn bộ quy trình tính toán được thực hiện trong mốc thời gian từ năm 2012 đến năm 2013 và định hướng ứng dụng giai đoạn 2020 - 2050.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, biến đổi khí hậu đang tạo ra tác động tiêu cực rõ rệt đến nguồn nước tại Nghệ An. Nhiệt độ trung bình tại trạm Đô Lương giai đoạn 2001 - 2008 đã tăng từ 0,2°C đến 0,4°C so với thời kỳ 1980 - 1999. Lượng mưa mùa kiệt (tháng 3 đến tháng 5) có xu hướng giảm tới 9,9%, trong khi lượng mưa mùa lũ tăng từ 10% đến 15%. Hệ quả là lưu lượng dòng chảy mùa kiệt tại trạm Dừa suy giảm khoảng 12%, khiến nhu cầu tưới mặt ruộng trên 1 ha tăng từ 5% đến 10%. Điển hình năm 2010, hạn hán khốc liệt đã làm nhiều hồ chứa hạ xuống dưới mực nước chết, khiến hơn 20.000 ha cây trồng thiếu nước và 25% diện tích vụ Hè Thu không thể gieo cấy.

Thứ hai, kết cấu công trình hồ chứa tại địa phương có mức độ an toàn thấp. Trong 625 hồ chứa, có tới 575 hồ do cấp xã và hợp tác xã quản lý chỉ bảo đảm an toàn với tần suất phòng lũ 5% - 10%. Hầu hết đập đất đắp thủ công, tràn xả lũ là tràn bãi tự nhiên bị xói lở sâu, làm thất thoát nguồn nước hữu ích.

Thứ ba, tràn zích zắc và tràn phím đàn Piano (PKW) chứng minh khả năng vượt trội trong việc nâng cao dung tích hữu ích. Với cùng một bề rộng khẩu độ tràn, tràn phím Piano giúp kéo dài chiều dài tràn tràn thực tế, nâng hệ số tăng lưu lượng xả lên từ 2 đến 5 lần so với tràn thực dụng Creager truyền thống. Khi áp dụng cho hồ Vực Mấu, việc cải tạo tràn tự do thành tràn zích zắc mỏ vịt hoặc làm thêm tràn phụ đã cho phép nâng cao trình ngưỡng tràn, gia tăng dung tích hữu ích thêm hàng triệu m³ nước mà vẫn bảo đảm xả an toàn lưu lượng lũ thiết kế lớn nhất $Q_{max} = 3.822\text{ m}^3/\text{s}$.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng mất an toàn và thiếu nước là do đa phần các công trình được khảo sát với chuỗi số liệu thủy văn ngắn, quy chuẩn thiết kế cũ chưa xét đến hiện tượng cực đoan của thời tiết và nạn phá rừng đầu nguồn. Khi so sánh với các công trình trên thế giới như đập Maguga (Swaziland), Liege (Bỉ), Goulou (Pháp) hay hồ Sông Móng, Văn Phong tại Việt Nam, giải pháp tràn zích zắc giúp giảm chi phí xây dựng từ 20% đến 40% so với phương án mở rộng tràn thẳng thông thường.

Dữ liệu thủy lực điều tiết lũ trong nghiên cứu có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ đường quá trình lũ đến $Q \sim T$ ở các cấp tần suất $P = 1%$ và $P = 0,2%$, biểu đồ quan hệ mực nước - dung tích lòng hồ $Z \sim W$, cùng bảng so sánh đối chuẩn các chỉ tiêu kỹ thuật giữa ba phương án: tràn có cửa van, tràn tự do mở rộng và tràn ngưỡng zích zắc. Các đồ thị này phản ánh rõ nét khả năng hạ thấp cột nước siêu cao trên tràn, khẳng định việc giữ nguyên cao trình đỉnh đập là hoàn toàn khả thi và an toàn tuyệt đối về mặt cơ học công trình.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuyển đổi hình thức tràn xả lũ sang tràn zích zắc hoặc tràn phím đàn Piano (PKW). Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Nghệ An cần chủ trì lập dự án cải tạo ngưỡng tràn cho 6 hồ chứa lớn có dung tích trên 10 triệu m³ (như Vực Mấu, Vệ Vừng, Sông Sào), đặt mục tiêu tăng dung tích hữu ích từ 10% đến 15% trong giai đoạn 2024 - 2027 nhằm đáp ứng nhu cầu nước công nghiệp và dân sinh.

Thứ hai, xây dựng bổ sung hệ thống tràn phụ và tràn sự cố tự động tại các vị trí yên ngựa tự nhiên. Các Công ty TNHH Thủy lợi phối hợp với chính quyền địa phương triển khai xây dựng tràn phụ cho các hồ chứa có dung tích từ 1 đến 5 triệu m³, bảo đảm mục tiêu nâng khả năng thoát lũ vượt thiết kế lên mức tần suất $P = 0,2%$, hoàn thành trước năm 2028.

Thứ ba, hiện đại hóa quy trình vận hành và nâng tần suất cấp nước thiết kế từ 75% lên 85%. Chi cục Thủy lợi tỉnh Nghệ An cần lắp đặt hệ thống quan trắc mực nước tự động và đo mưa tự động cho 100% các hồ chứa có dung tích trên 1 triệu m³ trong giai đoạn 2024 - 2026, cung cấp dữ liệu phục vụ điều tiết liên hồ chứa theo thời gian thực.

Thứ tư, gia cố kiên cố hóa mái đập đất và xây dựng tường chắn sóng đỉnh đập. Ủy ban nhân dân các huyện chỉ đạo các hợp tác xã thủy nông triển khai áp trúc mái thượng - hạ lưu đập và gia cố bê tông cho 500 hồ chứa nhỏ bị hư hỏng, hoàn thành dứt điểm trong giai đoạn 2025 - 2030 nhằm chống chịu bão mạnh và xói ngầm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm thứ nhất là các kỹ sư thiết kế và chuyên gia tư vấn xây dựng thủy lợi. Họ có thể khai thác trực tiếp các công thức tính toán thủy lực tràn phím Piano, phương pháp xác định hệ số tăng lưu lượng $n$ và thuật toán điều tiết lũ để áp dụng vào các dự án cải tạo hồ đập trên toàn quốc.

Nhóm thứ hai là các cơ quan quản lý nhà nước như Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Nghệ An và các tỉnh Bắc Trung Bộ. Luận văn cung cấp luận cứ khoa học để xây dựng quy hoạch tài nguyên nước và kế hoạch hành động ứng phó biến đổi khí hậu tầm nhìn 2050.

Nhóm thứ ba là các doanh nghiệp quản lý và khai thác công trình thủy lợi (điển hình như Công ty TNHH một thành viên Thủy lợi Bắc Nghệ An, Nam Nghệ An). Nghiên cứu hỗ trợ cải tiến quy trình vận hành hồ chứa trong mùa kiệt, chủ động xả nước đẩy mặn cho 23.500 ha hạ du sông Cả, sông Bùng, sông Hoàng Mai.

Nhóm thứ tư là giảng viên, học viên sau đại học và sinh viên các trường đại học khối kỹ thuật công trình thủy, thủy văn và biến đổi khí hậu. Đây là tài liệu tham khảo chuyên môn sâu về phương pháp kết hợp giữa lý thuyết thủy lực công trình với bài toán thực tiễn địa phương.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần nâng cao dung tích hữu ích bằng cải tạo tràn mà không tôn cao đỉnh đập?

Tôn cao đỉnh đập đất đòi hỏi mở rộng mặt cắt thân đập, xử lý nền móng phức tạp và làm gia tăng đáng kể diện tích đất ngập lụt lòng hồ. Điều này kéo theo chi phí đền bù giải phóng mặt bằng rất lớn. Giải pháp thay đổi hình thức tràn sang tràn zích zắc giúp hạ thấp cột nước xả lũ, qua đó nâng được mực nước dâng bình thường mà vẫn giữ nguyên cao trình đỉnh đập hiện hữu.

Tràn phím đàn Piano (PKW) có ưu thế gì vượt trội so với tràn đỉnh rộng truyền thống?

Tràn phím đàn Piano có mặt bằng uốn lượn dạng phím đàn với các vách nghiêng ngược chiều nhau, giúp tăng chiều dài tràn nước lên gấp nhiều lần trên cùng một diện tích chiếm chỗ. Kết cấu này tạo ra khả năng tháo lũ lớn gấp 2 đến 5 lần so với tràn thẳng có cùng bề rộng, giảm hiện tượng rung động nhờ ống dẫn khí bố trí dưới bản console hạ lưu.

Tác động của kịch bản biến đổi khí hậu B2 đối với nguồn nước Nghệ An nghiêm trọng ra sao?

Theo kịch bản B2, nhiệt độ khu vực Bắc Trung Bộ dự báo tăng tới 2,8°C vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa mùa kiệt giảm khoảng 9,9% và mực nước biển dâng từ 65 cm đến 75 cm. Hiện tượng này làm gia tăng lượng bốc hơi tiềm năng $ET_0$, khiến nhu cầu tưới tăng thêm 5% - 10% và đẩy ranh mặn 1‰ lấn sâu vào nội địa thêm từ 2 km đến 3 km.

Kết quả tính toán giải pháp kỹ thuật cho hồ chứa nước Vực Mấu đạt được những gì?

Luận văn đã tính toán chi tiết 3 phương án cho hồ Vực Mấu: mở thêm tràn có cửa van, mở thêm tràn tự do và làm tràn ngưỡng zích zắc mỏ vịt. Kết quả cho thấy phương án tràn zích zắc giúp công trình thoát an toàn lưu lượng lũ ứng với tần suất $P = 1%$ và $P = 0,2%$, vừa đảm bảo an toàn đập vừa nâng dung tích trữ phục vụ các khu công nghiệp và cấp nước sinh hoạt.

Tràn sự cố kiểu nổ mìn hoặc đập đất tự vỡ có những hạn chế kỹ thuật nào cần lưu ý?

Tràn đất tự vỡ có nhược điểm là vị trí và phạm vi vỡ mang tính ngẫu nhiên, khó kích hoạt nếu mái đập có thảm thực vật dày. Trong khi đó, tràn nổ mìn phụ thuộc hoàn toàn vào hệ thống kíp nổ và công tác bảo quản vật liệu nổ liên tục. Do đó, việc ứng dụng cần kết hợp đường dẫn xói cưỡng bức hoặc ưu tiên chuyển sang tràn tự do khẩu độ rộng.

Kết luận

Luận văn đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu thông qua 5 kết quả then chốt sau:

• Đánh giá toàn diện hiện trạng 625 hồ chứa tại Nghệ An với hơn 80% công trình xuống cấp, chỉ ra tính cấp bách của việc nâng cao dung tích trữ và năng lực xả lũ.
• Định lượng tác động của biến đổi khí hậu kịch bản B2, làm rõ mức tăng nhu cầu nước tưới từ 5% đến 10% và nguy cơ thiếu nước cho 23.500 ha canh tác.
• Xác lập cơ sở lý thuyết và công thức tính toán thủy lực cho các dạng tràn hiện đại, chứng minh tràn zích zắc và phím Piano tăng khả năng tháo gấp 2 đến 5 lần.
• Đề xuất tổ hợp 4 giải pháp công trình và phi công trình đồng bộ, giúp nâng cao dung tích hữu ích mà không cần nâng cao đỉnh đập.
• Hoàn thành tính toán kiểm chứng thành công cho hồ chứa nước Vực Mấu, cung cấp giải pháp mẫu có tính ứng dụng thực tiễn cao cho hệ thống thủy lợi miền Trung.

Bước tiếp theo, các cơ quan chuyên môn cần tiến hành thử nghiệm mô hình thủy lực 3D trong phòng thí nghiệm và xây dựng lộ trình nâng cấp thí điểm cho 10 hồ chứa xung yếu giai đoạn 2024 - 2026. Các nhà quản lý, kỹ sư công trình và các đơn vị tư vấn hãy chủ động ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận văn vào thực tiễn thiết kế để tối ưu hóa hiệu quả đầu tư công trình thủy lợi thích ứng bền vững với biến đổi khí hậu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HỒ CHỨA 1. Nhiệm vụ, vai trò, yêu cầu hồ chứa Hiện nay nước ta đã xây dựng và đưa vào khai thác 6648 hồ chứa các loại, với tổng dung tích theo thiết kế là 49,88 tỷ m3 nước. Trong tổng số 2198 hồ chứa có P P dung tích lớn hơn 200 nghìn m3 nước, nhiều hồ có dung tích từ vài chục đến vài P P trăm triệu m3 nước. Hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước tưới phục vụ cho sản xuất trong P P mùa khô, cấp nước sinh hoạt cho con người và vật nuôi, cắt lũ trong mùa mưa lũ, phát điện và bổ sung nước mùa kiệt cho hạ du để đẩy mặn, cải tạo môi trường sinh thái.

Hồ chứa đóng vai trò rất quan trọng trong việc bảo vệ, cải tạo môi trường sinh thái. Góp phần quan trọng vào việc xoá đói giảm nghèo, xây dựng nông thôn mới. Tăng năng suất, ổn định sản lượng lúa, đảm bảo an ninh lương thực và góp phần xuất khẩu. Tạo điều kiện đa dạng hoá cây trồng và vật nuôi chuyên canh.

Đa số các đập đất được xây dựng từ những năm 70-80, đến nay do thời gian sử dụng lâu năm và tác động của thời tiết nên các công trình đã bị xuống cấp nghiêm trọng. Hiện nay do điều kiện kinh tế xã hội ngày càng phát triển, dân số tăng, nhu cầu cấp nước sinh hoạt, chăn nuôi, công nghiệp và điện năng tăng cao. Khoa học công nghệ đang phát triển mạnh mẽ, nhiều giống cây trồng năng suất cao được đưa vào sử dụng kết hợp với các biện pháp thâm canh tăng vụ đem lại năng suất cao cho nông dân. Điều kiện khí hậu ngày càng diễn biến phức tạp, lượng nước mưa có xu hướng tăng trong mùa mưa và giảm trong mùa khô.

Những vấn đề trên đã và đang đặt ra các yêu cầu đối với các hồ chứa là cần phải sửa chữa nâng cấp để đảm bảo ổn định chống lũ, tăng dung tích hữu ích đáp ứng tốt hơn nhu cầu cấp nước, phát điện góp phần vào công cuộc xây dựng và phát triển đất nước. Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới và Việt Nam 1. Tình hình xây dựng hồ chứa nước trên thế giới Hồ chứa chiếm một vị trí quan trọng trong việc điều chỉnh dòng chảy, điều tiết lưu lượng. Yêu cầu xây dựng hồ chứa phải đảm bảo an toàn và kinh tế.

4 Hồ chứa nước trên thế giới được xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong phú. Đến nay trên thế giới đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích trên 100 triệu mét nước mỗi hồ với tổng dung tich các hồ là 4.200 tỷ mét khối. Theo tiêu chí phân loại của uỷ ban Quốc tế về đập lớn (ICOLD), hồ có dung tích từ triệu m3 nước trở lên hoặc chiều cao đập dâng nước trên 10 mét có hơn P P 45.340 hồ (chiếm 70%), Bắc và Trung Mỹ có 8.010 hồ, Tây Âu có 4.227 hồ, Đông Âu có 1.203 hồ, Châu Phi 1.260 hồ, Châu Đại Dương 577 hồ. Đứng đầu danh sách các nước có nhiều hồ là Trung Quốc (22.291 hồ), Nhật Bản (2.675 hồ), Tây Ban Nha 1.

Hình 1-1: Hồ chứa nước Gileppe (Bỉ) Nước Nga có hơn 150 hồ lớn với tổng dung tích trên 200 tỷ m3 nước. Các hồ lớn nhất thế giới có hồ Boulder trên sông colorado (Mỹ) dung tích 38 tỷ m3 nước, P P hồ Grand coulle trên sông Columbia (Mỹ) dung tích 24 tỷ m3 nước, Hồ Bơrat trên P P sông Angera (Nga) có dung tích gần 20 tỷ m3 nước. P P Hồ chứa mang đến nhiều lợi ích khác nhau, nhưng cũng có những hạn chế 5 Mặt tích cực của hồ chứa nước là những công trình sử dụng nguồn nước tổng hợp và mang tính đa chức năng. Hồ cấp nước cho các ngành sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, phòng chống lũ lụt, hạn hán, hồ phát điện…Khi một hồ chứa nước được xây dựng sẽ tạo sự ổn định và phát triển kinh tế cho cả một khu vực.

Tạo công ăn việc làm, giải quyết thất nghiệp, phân bố lao động. Mặt khác, trong một số trường hợp còn đảm bảo an ninh quốc phòng. Mặt hạn chế khi xây dựng hồ là: nếu có sơ xuất trong thiết kế, xây dựng, vận hành khai thác hoặc trình độ kỹ thuật quản lý chưa cao không đáp ứng được đòi hỏi của thực tế, thì có thể gây ra sự cố dẫn đến những hậu quả thảm hại. Nếu thất thoát nước nhiều gây thiếu nước ảnh hưởng đến năng suất cây trồng vật nuôi, giảm điện năng và gây khó khăn cho các hoạt động kinh tế, xã hội khác.

Nước trong hồ dâng cao có thể gây ra trượt lở đất ở thượng lưu, xói lở đất ở hạ lưu, gia tăng các hoạt động địa chất trong vùng, sình lầy vùng ven, làm ô nhiễm một số vùng ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống còn người, thảm thực vật và sự phát triển các loài thủy sản. Ngập lụt lòng hồ làm mất đi một diện tích đáng kể đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, khoáng sản, di tích lịch sử, văn hóa. Nếu con người sử dụng nước hồ không đúng đắn có thể dẫn tới mất an toàn vệ sinh và lao động. Vì vậy có quan điểm ở một số nước không xây hồ chứa nữa vì nó gây ra nhiều bất cập, bất lợi.

Xây dựng và sử dụng hồ chứa nước trên thế giới có một lịch sử phát triển lâu đời. Cách đây hơn 6 nghìn năm người Trung Quốc và Ai Cập đã biết sử dụng vật liệu tại chỗ để đắp đập ngăn sông suối tạo thành hồ chứa. Thời kỳ cổ đại có hồ Vicinity tại Menphis thuộc thung lũng sông Nin (Ai Cập) có xây đập đá đổ cao 15 m, dài 45 m. Tình hình xây dựng hồ chứa nước ở Việt Nam Việt Nam có 3/4 diện tích đất đai là đồi núi và hệ thống sông suối dày đặc, lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.000mm nhưng phân bố không đều; mùa khô kéo dài khoảng 6 ÷ 7 tháng, lượng mưa chỉ chiếm 15% ÷ 20% tổng lượng mưa cả năm, còn lại 80% ÷ 85% lượng mưa trong 5 ÷ 6 tháng mùa mưa; những đặc điểm trên rất thuận lợi để xây dựng các hồ chứa.

6 Hình 1-2: Hồ chứa nước Vực Mấu–Nghệ an Hình 1-3: Hồ chứa nước Kim Sơn–Hà Tĩnh Hồ chứa nước là công trình lợi dụng tổng hợp, cấp nước tưới, sinh hoạt, công nghiệp và phát triển các ngành kinh tế quốc dân khác, cải tạo cảnh quan môi trường sinh thái; điều tiết lũ để phòng, tránh, giảm nhẹ thiên tai, đảm bảo an toàn tính mạng và tài sản nhân dân vùng hạ lưu. Hồ chứa nước có vai trò quan trọng để phát triển kinh tế nói chung và sản xuất nông nghiệp nói riêng. Nhà nước rất quan tâm phát triển xây dựng các hồ chứa nước đặc biệt là từ sau khi đất nước thống nhất. Trong nhiều năm qua Nhà nước và nhân dân đã đầu tư nhiều tiền của, công sức để xây dựng hồ chứa nước phục vụ cho phát triển sản xuất.

Hiện nay, trên địa bàn 45 tỉnh, thành phố trong cả nước xây dựng được 6648 hồ chứa nước các loại với tổng dung tích trữ trên 49,88 tỷ m3 nước. Nhiều hồ chứa nước lớn như hồ Hòa Bình P P (Hòa Bình), Thác Bà (Yên Bái), Sơn La (Sơn La), Na Hang (Tuyên Quang), Núi Cốc (Thái Nguyên), Cấm Sơn (Bắc Giang), Cửa Đạt, Sông Mực (Thanh Hóa), Kẻ Gỗ (Hà Tĩnh), Phú Ninh (Quảng Nam), Dầu Tiếng (Tây Ninh).v…mang lại hiệu ích to lớn, cấp nước phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, cải tạo môi trường sinh thái, còn có nhiệm vụ cắt lũ bảo đảm an toàn cho hạ du. Trong số các hồ chứa đã được xây dựng, thủy điện có 29 hồ với tổng dung tích trữ khoảng 39,6 tỷ m3 nước.466 hồ với tổng dung tích 10,28 tỷ m3 nước, bảo đảm tưới cho 803.180ha đất canh tác, gồm: 7 Bảng 1-1: Thống kê theo dung tích hồ chứa phục vụ tưới của tổng cục thuỷ lợi ≥10 triệu m3 5triệu ÷10triệu 1triệu ÷5triệu 0.2triệu m3 m3 m3 m3 103 68 543 2295 4182 Các tỉnh có nhiều hồ chứa là Hoà Bình (521 hồ), Bắc Giang (461 hồ), Tuyên Quang (440 hồ), Vĩnh Phúc (227 hồ), Phú Thọ (124 hồ), Thanh Hoá (436 hồ), Nghệ An (625 hồ), Hà Tĩnh (339 hồ), Bình Định (223 hồ), Đăk Lăk (458 hồ). Hồ chứa nước có nhiều lợi ích song cũng luôn tiềm ẩn nguy cơ sự cố, đe doạ đến an toàn của công trình và hạ du.

Trong thời gian qua nhiều hồ chứa có quy mô vừa và nhỏ đã bị vỡ gây thiệt hại đáng kể tới người, tài sản của nhân dân như: + Năm 1978 tỉnh Nghệ An vỡ đập hồ Quán Hài (4,6 triệu m3), hồ Đồn Húng (3,9 triệu m3) làm 14 người chết + Năm 1986 tỉnh Khánh Hòa vỡ đập hồ Suối hành (7,34 triệu m3) + Năm 1989 vỡ đập hồ Am Chúa (2,97 triệu m3) sau khi xử lý năm 1992 hồ lại tiếp tục vỡ + Năm 2009 tỉnh Hà Tĩnh vỡ Đập Z20 (0,30 triệu m3) + Năm 2010 vỡ đập hồ Khe Mơ (0,70 triệu m3), đập Trứng (0,20 triệu m3); tỉnh Quảng Bình vỡ đập hồ Cây Tắt (0,70 triệu m3), Khe Cày (0,30 triệu m3); tỉnh Ninh Thuận vỡ đập hồ Phước Trung (2,34 triệu m3) + Năm 1989 vỡ đập hồ Am Chúa (2,97 triệu m3) sau khi xử lý năm 1992 hồ lại tiếp tục vỡ. Các hồ bị vỡ nguyên nhân do chất lượng thi công không bảo đảm, mưa lũ quá lớn vượt tần xuất thiết kế, công tác quản lý còn nhiều hạn chế, không đủ kinh phí để sửa chứa nâng cấp. Để phát huy mặt lợi và đề phòng các diễn biến bất lợi, công tác đầu tư sửa chữa, nâng cấp, quản lý hồ chứa cần được quan tâm và tăng cường nhằm bảo đảm an toàn công trình và nâng cao hiệu quả của hồ chứa. Những đặc điểm hồ chứa nước ở Nghệ An 1.

Khái quát 8 Hiện nay trên địa bàn tỉnh Nghệ An có 625 hồ chứa nước lớn nhỏ , với tổ ng dung tích hơn 387 triệu m3, trong đó: P P + Số hồ có dung tích trữ từ 10 triệu m 3 trở lên có 6 hồ (Vực Mấu, Vệ Vừng, P P Khe Đá, Sông Sào, Xuân Dương, Bàu Da). + Số hồ có dung tích trữ từ 5 đến dưới 10 triệu m3 có 12 hồ P P + Số hồ có dung tích trữ từ 1 đến dưới 5 triệu m3 có 68 hồ P P + Số hồ có chiều cao đập từ 10m trở lên có 111 hồ Các hồ nước này ngoài nhiệm vụ cung cấp nước cho 39 nghìn ha đất sản xuất, phục vụ dân sinh và kinh tế thì còn có nhiệm vụ điều tiết lũ bảo vệ vùng hạ du Hình 1-4: Vị trí các hồ chứa ở Nghệ An 1.