Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Quảng Ninh, thuộc khu vực Đông Bắc Bộ Việt Nam, có khoảng 174 hồ chứa thủy lợi lớn nhỏ, trong đó hơn 50% hồ đã được xây dựng và đưa vào sử dụng trên 25-30 năm. Các hồ chứa này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước sinh hoạt, thủy điện, tưới tiêu, nuôi trồng thủy sản và phát triển kinh tế xã hội địa phương. Tuy nhiên, điều kiện địa hình đồi núi dốc, lượng mưa trung bình năm khoảng 1.995 mm tập trung trong 3-4 tháng mùa mưa, cùng với biến đổi khí hậu (BĐKH) làm gia tăng cường độ và tần suất mưa lớn, đã gây ra nhiều thách thức về an toàn hồ chứa, đặc biệt là nguy cơ mất an toàn đập đất chiếm khoảng 90% tổng số đập tại Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá an toàn đập dựa trên đường quá trình lũ đến và công trình tháo lũ tại Quảng Ninh, có xét đến tác động của BĐKH, đồng thời đề xuất các giải pháp nâng cao an toàn và khả năng phòng chống lũ cho các hồ chứa trong khu vực. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các hồ chứa thủy lợi và thủy điện trên địa bàn tỉnh, với dữ liệu cập nhật đến năm 2013 và dự báo đến năm 2045 theo kịch bản phát thải trung bình. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác thiết kế, sửa chữa, nâng cấp hồ chứa, góp phần bảo vệ an toàn công trình và vùng hạ du, đồng thời hỗ trợ phát triển kinh tế xã hội bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về an toàn hồ chứa, bao gồm:

  • Lý thuyết thủy văn và đường quá trình lũ: Phân tích ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến lưu lượng lũ, đỉnh lũ và tổng lượng lũ, đặc biệt là mô hình tính toán lũ theo tần suất thiết kế (P = 0,5% và 1,5%) và kịch bản BĐKH đến năm 2045.
  • Lý thuyết cơ học đất và thủy lực thấm: Đánh giá các hiện tượng thấm, trượt, nứt và ổn định mái đập đất dựa trên các chỉ tiêu cơ lý lực học của vật liệu đắp và nền đập, cùng với mô hình tính toán áp lực nước lỗ rỗng âm.
  • Mô hình điều tiết lũ: Áp dụng các phương pháp tính toán điều tiết lũ như phương pháp thử dần xác định mực nước lũ, mô hình tràn xả lũ tự do và tràn sự cố, nhằm đánh giá khả năng làm việc của công trình xả lũ trong điều kiện lũ vượt tần suất thiết kế.
  • Khái niệm chính: An toàn đập, đường quá trình lũ, biến đổi khí hậu, tràn xả lũ, thấm trong đập, ổn định mái đập, điều tiết lũ, tần suất lũ thiết kế.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng số liệu thủy văn, khí tượng, địa chất và kỹ thuật thu thập từ các hồ chứa trên địa bàn Quảng Ninh, bao gồm dữ liệu thực đo đến năm 2013 và dự báo theo kịch bản BĐKH đến năm 2045.
  • Phương pháp phân tích: Kết hợp phương pháp thống kê, phân tích số liệu thực đo, mô phỏng thủy văn và thủy lực, kiểm tra ổn định đập bằng phần mềm chuyên dụng (Seep/W), và đánh giá an toàn dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành như QCVN 04-05:2012/BNNPTNT.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu tập trung vào các hồ chứa có dung tích lớn hơn 1 triệu m³, đặc biệt hồ Quảng Lâm với các thông số kỹ thuật chi tiết được phân tích sâu. Các hồ nhỏ cũng được khảo sát để đánh giá mức độ an toàn tổng thể.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và phân tích dữ liệu từ giai đoạn xây dựng hồ chứa đến năm 2013, áp dụng mô hình dự báo đến năm 2045, đồng thời đề xuất giải pháp nâng cấp trong giai đoạn tiếp theo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến đường quá trình lũ:

    • Lượng mưa ngày lớn nhất ở Bắc Bộ có thể tăng khoảng 50% vào cuối thế kỷ 21 so với giai đoạn 1980-1999.
    • Đỉnh lũ tại hồ Quảng Lâm dự báo tăng từ 1,5% lên 0,5% tần suất lũ thiết kế theo kịch bản BĐKH, làm tăng nguy cơ tràn đập và áp lực lên công trình xả lũ.

  2. Hiện trạng an toàn hồ chứa tại Quảng Ninh:

    • Hơn 50% hồ chứa đã sử dụng trên 25-30 năm, nhiều hồ xuống cấp, đặc biệt các hồ nhỏ do thiếu kinh phí và kỹ thuật quản lý.
    • Các hồ lớn được thiết kế và thi công bởi lực lượng chuyên nghiệp có mức độ an toàn cao hơn, với quy trình vận hành nghiêm ngặt.

  3. Nguyên nhân mất an toàn đập:

    • Thiết kế chưa phù hợp với điều kiện thủy văn thực tế và BĐKH, thiếu tài liệu thủy văn lưu vực, mô hình lũ đơn giản không phản ánh đúng dạng lũ phức tạp.
    • Thi công không đảm bảo chất lượng vật liệu và quy trình, đặc biệt là đất đắp đập có độ chặt không đồng đều, gây thấm và nứt đập.
    • Quản lý vận hành chưa đầy đủ, thiếu quan trắc và bảo dưỡng thường xuyên, đặc biệt ở các hồ nhỏ.

  4. Đánh giá các giải pháp điều tiết lũ:

    • Mở rộng tràn xả lũ (ví dụ tràn B=24m) và xây dựng tràn bổ sung (B=10m) giúp tăng khả năng xả lũ, giảm áp lực lên đập.
    • Giải pháp hạ ngưỡng tràn kết hợp cửa van tự động cải thiện khả năng điều tiết lũ, giảm nguy cơ tràn qua đỉnh đập.

Thảo luận kết quả

Các kết quả cho thấy BĐKH làm tăng cường độ và tần suất mưa lớn, dẫn đến đỉnh lũ cao hơn và thời gian xuất hiện đỉnh lũ sớm hơn, gây áp lực lớn lên các công trình hồ chứa. Việc sử dụng mô hình lũ đơn giản trong thiết kế hiện nay không phản ánh đầy đủ tính phức tạp của lũ thực tế, đặc biệt trong khu vực có nhiều bão như Quảng Ninh. Các hồ chứa lớn được quản lý chuyên nghiệp có mức độ an toàn cao hơn, trong khi các hồ nhỏ do thiếu kinh phí và nhân lực kỹ thuật thường có nguy cơ mất an toàn cao hơn.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng gia tăng rủi ro do BĐKH đối với công trình thủy lợi và thủy điện. Việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật như mở rộng tràn xả lũ, xây dựng tràn bổ sung và sử dụng cửa van tự động được đánh giá là hiệu quả trong việc nâng cao an toàn đập. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường quá trình lũ Q-T, bảng so sánh lưu lượng đỉnh lũ và tổng lượng lũ theo các kịch bản khác nhau, cũng như bảng đánh giá ổn định đập trước và sau khi áp dụng giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp công trình xả lũ:

    • Mở rộng khẩu diện tràn xả lũ hiện hữu và xây dựng tràn bổ sung để tăng khả năng thoát lũ, giảm áp lực lên đập trong mùa mưa lũ.
    • Thời gian thực hiện: 3-5 năm. Chủ thể: Sở NN&PTNT tỉnh Quảng Ninh phối hợp với các đơn vị tư vấn kỹ thuật.

  2. Áp dụng công nghệ điều tiết lũ tự động:

    • Lắp đặt cửa van tự động kết hợp hạ ngưỡng tràn nhằm kiểm soát mực nước hồ hiệu quả, giảm nguy cơ tràn đập.
    • Thời gian thực hiện: 2-4 năm. Chủ thể: Ban quản lý hồ chứa và các nhà thầu công nghệ.

  3. Tăng cường công tác quản lý và vận hành:

    • Xây dựng và thực hiện quy trình vận hành hồ chứa chi tiết, đào tạo cán bộ quản lý vận hành nâng cao trình độ chuyên môn.
    • Thời gian thực hiện: liên tục hàng năm. Chủ thể: UBND tỉnh, các công ty khai thác công trình thủy lợi.

  4. Rà soát, kiểm định và sửa chữa hồ chứa nhỏ:

    • Tổ chức kiểm định an toàn định kỳ, ưu tiên nâng cấp các hồ nhỏ có nguy cơ mất an toàn cao, huy động nguồn lực cộng đồng và hỗ trợ kỹ thuật từ Nhà nước.
    • Thời gian thực hiện: 5 năm. Chủ thể: UBND các huyện, xã phối hợp với các tổ chức chuyên môn.

  5. Cập nhật tiêu chuẩn thiết kế và quy chuẩn kỹ thuật:

    • Điều chỉnh tiêu chuẩn thiết kế hồ chứa, tính toán lũ và công trình xả lũ phù hợp với điều kiện BĐKH hiện nay.
    • Thời gian thực hiện: 2-3 năm. Chủ thể: Bộ NN&PTNT, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về thủy lợi và thủy điện:

    • Hỗ trợ xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và kế hoạch quản lý an toàn hồ chứa phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu.

  2. Các đơn vị tư vấn thiết kế và thi công công trình thủy lợi:

    • Áp dụng các phương pháp đánh giá an toàn đập và giải pháp kỹ thuật nâng cấp hồ chứa trong thiết kế và thi công.

  3. Ban quản lý và vận hành hồ chứa:

    • Nâng cao năng lực quản lý vận hành, xây dựng quy trình vận hành an toàn, đặc biệt trong mùa mưa lũ.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy:

    • Tham khảo các mô hình, phương pháp phân tích và đánh giá an toàn đập trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao biến đổi khí hậu ảnh hưởng lớn đến an toàn đập?
    Biến đổi khí hậu làm tăng cường độ và tần suất mưa lớn, dẫn đến đỉnh lũ cao hơn và thời gian xuất hiện đỉnh lũ sớm hơn, gây áp lực lớn lên công trình đập, làm tăng nguy cơ tràn và hư hỏng.

  2. Các hồ chứa nhỏ có nguy cơ mất an toàn cao hơn vì sao?
    Hồ nhỏ thường thiếu kinh phí đầu tư, thiết kế và thi công không đảm bảo, quản lý vận hành yếu kém, thiếu quan trắc và bảo dưỡng thường xuyên, dẫn đến nguy cơ mất an toàn cao hơn so với hồ lớn.

  3. Giải pháp kỹ thuật nào hiệu quả để nâng cao an toàn đập?
    Mở rộng tràn xả lũ, xây dựng tràn bổ sung, sử dụng cửa van tự động và hạ ngưỡng tràn là các giải pháp kỹ thuật giúp tăng khả năng điều tiết lũ và giảm áp lực lên đập.

  4. Làm thế nào để quản lý vận hành hồ chứa hiệu quả trong mùa lũ?
    Xây dựng quy trình vận hành chi tiết, đào tạo cán bộ quản lý, thường xuyên quan trắc và bảo dưỡng công trình, đồng thời chuẩn bị phương án ứng phó kịp thời khi có lũ lớn.

  5. Tiêu chuẩn thiết kế hồ chứa có được cập nhật theo biến đổi khí hậu không?
    Hiện nay, tiêu chuẩn thiết kế đang được rà soát và điều chỉnh để phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu, nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả khai thác hồ chứa trong tương lai.

Kết luận

  • Đánh giá an toàn đập tại Quảng Ninh cho thấy BĐKH làm tăng đỉnh lũ và rút ngắn thời gian xuất hiện đỉnh lũ, gây áp lực lớn lên các công trình hồ chứa.
  • Hơn 50% hồ chứa đã sử dụng trên 25-30 năm, nhiều hồ nhỏ xuống cấp do thiếu kinh phí và quản lý kỹ thuật.
  • Nguyên nhân mất an toàn chủ yếu do thiết kế chưa phù hợp, thi công kém chất lượng và quản lý vận hành chưa hiệu quả.
  • Các giải pháp kỹ thuật như mở rộng tràn xả lũ, tràn bổ sung và cửa van tự động được đề xuất nhằm nâng cao an toàn đập.
  • Khuyến nghị cập nhật tiêu chuẩn thiết kế, tăng cường quản lý vận hành và kiểm định hồ chứa định kỳ để đảm bảo an toàn lâu dài.

Next steps: Triển khai các giải pháp nâng cấp công trình, hoàn thiện quy trình vận hành, đào tạo nhân lực và cập nhật tiêu chuẩn thiết kế phù hợp với BĐKH.

Call to action: Các cơ quan quản lý, đơn vị tư vấn và vận hành hồ chứa cần phối hợp chặt chẽ để thực hiện các giải pháp nâng cao an toàn đập, bảo vệ tài sản và tính mạng người dân vùng hạ du.