CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA NƯỚC VÀ TRÀN XẢ LŨ 1.1 Tổng quan về xây dựng đập và hồ chứa nước Hồ chứa nước là công trình thủy có nhiệm vụ điều tiết dòng chảy, trữ nước vào mùa mưa để sử dụng vào mùa khô, mặt khác đây còn là công trình phòng chống thiên tai (như lũ lụt, hạn hán, xâm nhập mặn. Do nó có nhiều ưu điểm trong khai thác sử dụng tổng hợp nguồn nước như: cấp nước cho nông nghiệp, công nghiệp, nước cho sinh hoạt, chăn nuôi, phát điện, du lịch. vì thế công trình hồ chứa, đập dâng nước được xây dựng ở nhiều nơi Việt Nam cũng như trên thế giới. Bên cạnh những ưu điểm và lợi ích, hồ đập cũng luôn tiềm ẩn nguy cơ xảy ra sự cố, có khi dẫn đến thảm họa.
Ở nước ta trong một vài năm gần đây có một số hồ chứa nước quy mô vừa (từ 4÷5 triệu m3) và nhỏ đã bị vỡ, gây thiệt hại đáng kể đến người và tài sản. Để phát huy những ưu điểm và đề phòng các rủi do bất lợi thì công tác quản lý, khai thác vận hành hồ chứa nước phải được quan tâm từ giai đoạn quy hoạch, thiết kế đến thi công. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tính đến nay (năm 2015), ở Việt Nam có 6648 hồ chứa nước các loại ở các 45/64 tỉnh thành trong cả nước, trong đó có 2198 hồ có dung tích từ 0,2 triệu m3 trở lên, với tổng dung tích của các hồ là 35,34 tỷ m3 (có 26 hồ thuỷ điện với 27,12 tỷ m3; 2172 hồ thủy lợi với 8,22 tỷ m3); có 692 hồ chứa nước có dung tích lớn hơn 1,0 triệu m3 hoặc chiều cao đập lớn hơn 10m, trong đó có gần 100 hồ chứa có dung tích trên 10 triệu m3, hơn 567 hồ có dung tích từ (1,0÷10,0 triệu m3 ), còn lại là các hồ chứa nước loại nhỏ. Các tỉnh có số lượng hồ chứa nước nhiều là Nghệ An (252 hồ), Hà Tĩnh (188 hồ), Thanh Hóa (110 hồ), Đắc Lắc (107 hồ), Bình Định (160 hồ), Phú Thọ (111 hồ).
Các hồ chứa thủy lợi ở nước ta, trừ một số hồ có đập ngăn sông bằng bê tông trọng lực như đập Tân Giang tỉnh Ninh Thuận, đập Lòng Sông ở Bình Thuận, đập Nước Trong, 4 đập Thạch Nham ở Quảng Ngãi, đập Định Bình, đập Văn Phong tỉnh Bình Định hoặc đập đá đổ bê tông bản mặt, còn lại chủ yếu là đập đất. Công trình hồ chứa được hình thành bởi các thành phần; Đập chắn dâng nước (đập chính và có thể có một hay nhiều đập phụ), tràn xả lũ (tràn chính, tràn bổ sung, tràn sự cố.), công trình lấy nước và có thể có: nhà máy thuỷ điện, âu tầu, đường chuyển bè gỗ, đường cá đi, công trình du lịch, công trình thuỷ sản.Đập chắn: được xây dựng với mục đích tích nước tạo thành hồ, đập chắn càng cao lượng nước chứa vào hồ càng lớn, đập chắn được nghiên cứu và xây dựng với nhiều loại như: Đập đất hỗn hợp nhiều khối, đập đá đổ bê tông bản mặt, đập bê tông thường, đập bê tông đầm lăn; Cống lấy nước: được xây dựng với mục đích lấy nước từ hồ vào kênh, dẫn đến các vùng sử dụng nước: các khu tưới, các vùng dân cư, nhà máy thủy điện thường xây dựng ngay trong thân đập…; công trình tháo lũ: nhiệm vụ xả thừa lượng nước trong mùa lũ đảm bảo an toàn cho công trình không bị sự cố khi có lũ lớn hoặc điều tiết phòng lũ cho vùng hạ du công trình để hạn chế ngập khi xảy ra lũ lớn. Hồ chứa được xây dựng ở những nơi có địa hình, địa chất phù hợp. Khi xây dựng cần chú ý đến yếu tố vùng miền.
Những nơi như Nam Trung Bộ và Tây Nguyên, ở những vùng thiếu quá nhiều hồ đập thì việc chống lũ, chống hạn, cải tạo môi trường sinh thái, cung cấp nước sinh hoạt gặp rất nhiều khó khăn. Trước đây công tác thủy lợi còn chậm phát triển, số lượng hồ chứa được xây dựng rất ít. Sau năm 1975 đến nay số hồ chứa xây dựng mới tương đối nhiều chiếm khoảng 67% các hồ chứa có trong cả nước. Không những tốc độ phát triển nhanh, mà cả về quy mô công trình cũng lớn lên không ngừng.
Hiện nay, chúng ta đã bắt đầu xây dựng hồ lớn, đập cao ở cả ở những nơi có điều kiện tự nhiên phức tạp. Hình thức kết cấu và kỹ thuật xây dựng từng loại công trình ở hồ chứa nước đã có su hướng đổi mới, đa dạng hoá. Việc áp dụng vật liệu mới, công nghệ mới hiện đang được quan tâm.2 Tràn xả lũ ở hồ chứa 1.1 Nhiệm vụ công trình tháo lũ Tràn xả lũ ở hồ chứa nước được bố trí để tháo xả nước lũ nhằm bảo đảm an toàn cho bản thân hồ chứa và khu vực hạ du. Ngoài ra tràn xả lũ còn có thể có các nhiệm vụ kết 5 hợp khác như xả nước thừa từ hồ chứa, tháo nước thường xuyên về hạ lưu (để đảm bảo dòng chảy), xả bùn cát, tháo cạn hồ, xả lũ trong thời gian thi công, … Tràn xả lũ cũng có thể kết hợp để tháo cạn phần lớn dung tích hồ trong trường hợp đập chính có sự cố.
Các đập tràn có cửa van (ngưỡng tràn nằm thấp hơn mực nước dâng bình thường) đều có thể kết hợp tháo xả một phần dung tích hồ. Còn các đập tràn không có cửa van (tràn tự do) thì không thể đảm nhận được nhiệm vụ này. Đa phần tràn xả lũ ở nước ta đã xây dựng là tràn không cửa van tính theo số lượng chiếm tới 95%, ngưỡng tràn đỉnh rộng chiếm 80%. Nối tiếp sau tràn chủ yếu là dốc nước và bậc nước, hình thức tiêu năng đáy chiếm ưu thế, hình thức cửa van, phai, thiết bị đóng mở cửa van đóng mở phai khá đơn điệu, trừ một số công trình lớn đóng mở van bằng pittông thuỷ lực, còn lại đa phần bằng vitme và tời cuốn.
Thực tế các cửa van còn lạc hậu. Cần đổi mới hình thức kết cấu, đổi mới thiết bị, áp dụng những loại tràn xả lũ mới như đường hầm tháo lũ, cống tháo lũ, xi phông tháo lũ. ngưỡng tháo lũ không nhất thiết là thẳng mà có thể cong hoặc gãy khúc; kết hợp nhiều hình thức tháo khác nhau, nhiều tầng khác nhau. Công trình tháo lũ không chỉ để tháo lũ mà còn kết hợp tháo cạn hồ, tháo nước phục vụ các yêu cầu môi trường và du lịch (có đưa vào tính toán cân bằng nước).
Sử dụng vật liệu mới để tăng lưu tốc cho phép, chống rò rỉ. Sử dụng thiết bị quan trắc đồng bộ ở mọi bộ phận trong đập, trong tràn và nghiên cứu đầy đủ những số liệu đã quan trắc được. Mạnh dạn mua công nghệ và đào tạo người sử dụng thiết bị cơ khí, đóng mở hiện đại để tăng kích thước cửa van, giảm số cửa; áp dụng nhiều hình thức cửa van mới như cửa van cung có cửa van phụ, cửa van nhiều tầng, cửa van hình quạt v. Công trình nối tiếp sau ngưỡng tràn, hình thức tiêu năng hạ lưu.
cần nghiên cứu để áp dụng nhiều dạng khác nhau.2 Phân loại công trình tháo nước ở hồ chứa Việc bố trí công trình tháo nước ở hồ chứa phụ thuộc vào hình thức đập chính và quan hệ với các hạng mục công trình khác trong đầu mối như cống lấy nước, nhà máy thủy điện, âu thuyền, … Nguyên tắc chung là phải đảm bảo an toàn cho đầu mối và hạ du, thuận tiện cho quản lý vận hành, không gây ảnh hưởng bất lợi đến các hạng mục khác trong hệ thống công trình đầu mối, thuận lợi cho thi công và đảm bảo mỹ quan. Công trình tháo nước được phân thành hai loại chính: Công trình tháo lũ trong thân đập và 6 công trình tháo lũ ngoài thân đập chúng thường được bố trí trong một số trường hợp như sau: 1.1 Công trình tháo lũ trong thân đập a. Đập tràn Đập tràn là một phần của đập chính vừa làm nhiệm vụ chắn dâng nước và tháo nước. Thường áp dụng với đập bằng vật liệu địa phương như đá xây, bê tông, bê tông cốt thép.
Chiều dài đoạn tràn nước có thể bằng chiều dài toàn đập dâng hoặc nhỏ hơn (xác định bằng cách so sách các phương án). Khi đó phần đập tràn thường bố trí ngay giữa lòng sông để đảm bảo chế độ dòng chảy ở hạ lưu ít biến động so với khi chưa có công trình. Phần nối tiếp với 2 bờ là đập không tràn. Để tăng khả năng tháo nước, trên đập tràn cũng có thể bố trí kết hợp lỗ xả sâu (như ở đập Hòa Bình, Sơn La, Lai Châu), hoặc đặt lỗ xả sâu ở phần đập không tràn (ví dụ đập Tân Giang, đập Sông Lòng Sông tỉnh Bình Thuận, đập Định Bình tỉnh Bình Định).
Đập không tràn Phần đập tràn Đập không tràn NM thủy điện cửa xả sâu Hình 1.1 Đập Định Bình, tỉnh Bình Định b. Xi phông tháo lũ Xi phông tháo lũ thường sử dụng với đập bê tông, nhưng cũng có thể dùng với đập đất, đập đá. Xi phông là loại công trình tháo nước kiểu kín, làm việc tự động tháo lũ nhanh do sử dụng chân không để hút nước làm đầy ống. 7 Khi công trình sử dụng một bộ phận gồm nhiều ống xi phông (như ở hồ Xuân Hương – Đà Lạt) cần bố trí ống thông khí của các xi phông có cao độ lệch nhau để tránh việc tất cả các xi phông cùng mở đồng thời gây rung động, mất ổn định cho đập.
Xi phông sử dụng thích hợp với hồ có lũ tập trung nhanh, hay địa hình phức tạp, bố trí đường tràn hở sẽ không kinh tế [1].2 Xi phông tháo lũ [1] 1. Đỉnh ngưỡng tràn; 2. Lỗ thông khí; 3. Lưỡi gà hắt nước; 6.
Bể tiêu năng 1.2 Công trình tháo lũ ngoài thân đập Đây là công trình được xây dựng rất phổ biến ở nước ta hiện nay, áp dụng khi hồ có đập chính bằng vật liệu địa phương như đất, đá. Việc lựa chọn vị trí và hình thức công trình tháo lũ cho các hồ chứa loại này thường phải qua phân tích, so sánh kinh tế, kỹ thuật với nhiều phương án khác nhau. Về cơ bản, có các hình thức công trình tháo lũ ngoài thân đập như sau: a. Đường tràn dọc Đường tràn dọc là loại đường tràn hở có hướng nước vào ngưỡng tràn trùng với hướng của đường tháo sau ngưỡng.
Loại đường tràn này có các bộ phận như: Kênh dẫn vào, ngưỡng tràn, dốc nước, bộ phận nối tiếp hạ lưu như hình 1-3. Ngưỡng tràn có thể làm dạng đỉnh rộng hay thực dụng, có cửa van hoặc không có cửa van.