Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả khai thác hồ chứa Cho Mo, tỉnh Ninh Thuận

Nghiên cứu giải pháp nâng cao dung tích và hiệu quả khai thác hồ chứa tại tỉnh Ninh Thuận, góp phần phát triển bền vững nguồn nước.

• Tác giả: Đinh Anh Tuấn
• Người hướng dẫn: NGND. Lê Kim Truyền
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Xây Dựng Công Trình Thủy
• Đề tài: Nghiên Cứu Giải Pháp Nâng Cao Dung Tích Và Hiệu Quả Khai Thác Hồ Chứa Cho Mo, Tỉnh Ninh Thuận
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• BẢN CAM KẾT CỦA HỌC VIÊN
• Danh mục hình vẽ
• Danh mục bảng biểu
• Danh mục chữ viết tắt
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐỂ LỰA CHỌN DUNG TÍCH HỒ CHỨA PHỤC VỤ ĐA MỤC TIÊU
• 1.1. Giới thiệu hồ chứa nước Cho Mo
• 1.1.1. Vị trí, nhiệm vụ của công trình
• 1.1.2. Đặc điểm địa lý tự nhiên
• 1.1.2.1. Đặc điểm khí tượng thủy văn
• 1.1.2.2. Đặc điểm địa hình
• 1.1.2.3. Đặc điểm địa chất
• 1.1.3. Các chỉ tiêu thiết kế hồ chứa
• 1.1.4. Hiện trạng khai thác và quản lý
• 1.2. Các yêu cầu gia tăng đối với việc sử dụng nước ở hồ Cho Mo
• 1.2.1. Những căn cứ để xác định nhiệm vụ công trình trong thời gian tới
• 1.2.1.1. Quy hoạch phát triển kinh tế xã hội
• 1.2.2. Tính toán nhu cầu dùng nước
• 1.2.2.1. Yêu cầu nước tưới cho nông nghiệp
• 1.2.2.2. Yêu cầu nước cho công nghiệp
• 1.2.2.3. Yêu cầu nước sinh hoạt
• 1.2.2.4. Nước cho môi trường, du lịch và nuôi trồng thủy sản
• 1.2.2.5. Tổng nhu cầu dùng nước đến năm 2050
• 1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy đến hồ chứa
• 1.3.1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy kiệt
• 1.3.2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lũ
• 1.4. Cơ sở lựa chọn dung tích hồ phục vụ đa mục tiêu
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÁC MỰC NƯỚC HỒ VÀ PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH HỒ CHỨA ĐÁP ỨNG NHIỆM VỤ MỚI
• 2.1. Tính toán các mực nước phù hợp với nhiệm vụ mới
• 2.1.1. Cơ sở tính toán
• 2.1.2. Xác định dung tích hồ
• 2.1.2.1. Xác định dung tích hữu ích của hồ
• 2.1.3. Xác định mực nước dâng ứng với nhu cầu sử dụng nước mới
• 2.1.4. Xác định mực nước lũ ứng với nhu cầu sử dụng nước mới
• 2.1.4.1. Nguyên lý cơ bản trong tính toán điều tiết lũ
• 2.1.4.2. Phương thức điều tiết
• 2.1.4.3. Kết quả điều tiết
• 2.2. Lựa chọn phương thức vận hành hồ chứa đáp ứng nhiệm vụ mới
• 2.2.1. Vận hành cấp nước
• 2.2.2. Xây dựng quy trình vận hành xả lũ đáp ứng nhu cầu mới
• 2.2.3. Tính toán điều tiết lũ theo phương pháp vận hành mới
• 2.2.3.1. Tính toán điều tiết lũ thiết kế
• 2.2.3.2. Tính toán điều tiết lũ kiểm tra
• 2.3. Lựa chọn mực nước trước, sau lũ trên cơ sở đảm bảo an toàn hồ và nâng cao hiệu quả sử dụng khai thác hồ
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NÂNG CAO VÀ GIA CỐ ĐẬP ĐẤT, TRÀN XẢ LŨ TRÊN CƠ SỞ ĐẢM BẢO AN TOÀN HỒ CHỨA VÀ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG KHAI THÁC HỒ
• 3.1. Tính toán kiểm tra sự ổn định của đập đất hiện trạng với nhiệm vụ mới
• 3.1.1. Phương pháp tính
• 3.1.1.1. Giới thiệu về phần mềm Geo –Slope
• 3.1.1.2. Cơ sở lý thuyết trong tính toán
• 3.1.2. Tính toán ổn định, thấm qua đập đất
• 3.1.2.1. Kiểm tra thấm qua đập và nền đập
• 3.2. Tính toán xác định thông số thiết kế của đập
• 3.2.1. Tính toán cao trình đỉnh đập
• 3.2.1.1. Xác định cao trình đỉnh đập theo MNDBT
• 3.2.1.2. Cao trình đỉnh đập ứng với MNLTK
• 3.2.2. Xác định hệ số mái hạ du đập
• 3.3. Lựa chọn phương án nâng cao tường lõi đập
• 3.3.1. Tính chiều cao đỉnh tường lõi
• 3.3.2. Lựa chọn phương án nâng cao tường lõi
• 3.4. Đề xuất các phương án nâng cao và gia cố đập đất
• 3.4.1. Phương án nâng cao đập đất theo dạng mặt cắt đang sử dụng
• 3.4.2. Lựa chọn phương án nâng cao đập đất
• 3.4.3. Tính toán kiểm tra ổn định, thấm theo phương án chọn
• 3.4.3.1. Các trường hợp tính toán thấm thân đập
• 3.4.3.2. Tính toán thấm qua nền đập
• 3.5. Nghiên cứu đề xuất giải pháp cải tạo nâng cấp công trình tràn theo nhiệm vụ mới
• 3.5.1. Giải pháp thiết kế gia cố tràn
• 3.5.2. Tính toán cao trình đỉnh cửa van
• 3.5.3. Kiến nghị phương án nâng cấp tràn xả lũ
• 3.5.4. Kiểm tra ổn định của tràn
• 3.6. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT KẾ HOẠCH VÀ GIẢI PHÁP THI CÔNG NÂNG CAO ĐẬP ĐẤT
• 4.1. Giải pháp nâng cao đập đất
• 4.1.1. Các nhân tố ảnh hưởng tới chất lượng thi công đất
• 4.1.1.1. Sự tổ hợp cấu tạo hạt
• 4.1.1.2. Công cụ đầm nén
• 4.1.1.3. Công cụ đào đất
• 4.1.2. Xử lý tiếp giáp giữa khối đắp cũ và mới
• 4.1.3. Giải pháp thi công phần nâng cao đập đất
• 4.1.3.1. Các điều kiện thi công
• 4.1.3.2. Lựa chọn thời gian thi công
• 4.1.3.3. Phân đợt thi công
• 4.1.3.4. Kế hoạch và tiến độ thi công
• 4.1.3.5. Thi công phần nâng cao đập đất
• 4.2. Giải pháp nâng cấp công trình tràn xả lũ
• 4.2.1. Công tác chuẩn bị
• 4.2.2. Xử lý bề mặt tiếp giáp
• 4.2.3. Đổ bê tông bù
• 4.3. Giải pháp cải tạo nâng cấp cửa van chắn nước
• 4.4. Giải pháp đảm bảo chất lượng trong thi công
• 4.4.1. Giám sát thi công đắp đập
• 4.4.2. Giám sát công tác đầm nén đất
• 4.4.3. Khống chế và kiểm tra chất lượng
• 4.5. Đánh giá hiệu quả đầu tư khi nâng cao dung tích hồ chứa
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu giải pháp nâng cao dung tích hồ chứa Cho Mo

Hồ chứa Cho Mo, tỉnh Ninh Thuận, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước tưới cho nông nghiệp và giảm thiểu lũ lụt. Nghiên cứu này nhằm tìm ra các giải pháp nâng cao dung tích và hiệu quả khai thác hồ chứa, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dân và phát triển kinh tế địa phương.

1.1. Giới thiệu hồ chứa nước Cho Mo và vai trò của nó

Hồ chứa nước Cho Mo được xây dựng nhằm cung cấp nước tưới cho 1242 ha đất nông nghiệp. Công trình này không chỉ phục vụ tưới tiêu mà còn có tác dụng cắt giảm lũ cho vùng hạ du, góp phần bảo vệ tài sản và tính mạng của người dân.

1.2. Tình hình hiện tại và nhu cầu nâng cao dung tích hồ

Với sự gia tăng dân số và nhu cầu nước cho sinh hoạt, công nghiệp, hồ chứa cần được nâng cấp để đáp ứng các yêu cầu mới. Việc nâng cao dung tích hồ chứa sẽ giúp cải thiện hiệu quả sử dụng nước và giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt.

II. Vấn đề và thách thức trong khai thác hồ chứa Cho Mo

Mặc dù hồ chứa Cho Mo đã phát huy hiệu quả trong việc cung cấp nước, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc quản lý và khai thác. Biến đổi khí hậu và sự gia tăng nhu cầu nước đang đặt ra áp lực lớn lên hồ chứa.

2.1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến hồ chứa

Biến đổi khí hậu đã làm thay đổi lượng mưa và dòng chảy, ảnh hưởng đến khả năng cung cấp nước của hồ chứa. Cần có các giải pháp để điều chỉnh mực nước và tối ưu hóa việc sử dụng nguồn nước.

2.2. Thách thức trong quản lý và vận hành hồ chứa

Quản lý hồ chứa hiện tại gặp khó khăn do thiếu thông tin và công nghệ. Việc áp dụng công nghệ mới trong quản lý và vận hành là cần thiết để nâng cao hiệu quả khai thác.

III. Phương pháp nâng cao dung tích hồ chứa Cho Mo hiệu quả

Để nâng cao dung tích và hiệu quả khai thác hồ chứa Cho Mo, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Các giải pháp này sẽ giúp tối ưu hóa việc sử dụng nguồn nước và đảm bảo an toàn cho công trình.

3.1. Giải pháp cải tạo và nâng cấp đập đất

Cải tạo đập đất là một trong những giải pháp quan trọng để tăng dung tích hồ chứa. Việc nâng cao đập cần được thực hiện dựa trên các tiêu chuẩn an toàn và kỹ thuật hiện hành.

3.2. Ứng dụng công nghệ trong khai thác nước

Sử dụng công nghệ mới trong khai thác nước sẽ giúp tối ưu hóa quy trình vận hành hồ chứa. Các phần mềm mô phỏng và tính toán sẽ hỗ trợ trong việc quản lý mực nước và điều tiết lũ.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc nâng cao dung tích hồ chứa Cho Mo không chỉ giúp cải thiện hiệu quả sử dụng nước mà còn giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt. Các giải pháp đề xuất đã được thử nghiệm và cho thấy hiệu quả tích cực.

4.1. Kết quả từ các mô hình tính toán

Các mô hình tính toán cho thấy việc nâng cao dung tích hồ chứa có thể giảm thiểu 16.3% tổng lượng lũ thiết kế, góp phần bảo vệ an toàn cho vùng hạ du.

4.2. Ứng dụng các giải pháp vào thực tiễn

Các giải pháp đã được áp dụng vào thực tiễn và cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc cung cấp nước tưới và giảm thiểu lũ lụt cho khu vực.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai cho hồ chứa Cho Mo

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc nâng cao dung tích và hiệu quả khai thác hồ chứa Cho Mo là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dân. Hướng phát triển tương lai cần tập trung vào việc áp dụng công nghệ mới và cải thiện quản lý hồ chứa.

5.1. Đề xuất các giải pháp dài hạn

Cần có các giải pháp dài hạn để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hồ chứa. Việc đầu tư vào công nghệ và đào tạo nhân lực là rất quan trọng.

5.2. Tầm nhìn phát triển bền vững cho hồ chứa

Tầm nhìn phát triển bền vững cho hồ chứa cần được xây dựng dựa trên các yếu tố kinh tế, xã hội và môi trường, nhằm đảm bảo lợi ích lâu dài cho cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam hiện có hơn 2.100 hồ chứa nước với dung tích từ 0,5 triệu m3 trở lên, đạt tổng dung tích trữ trên 41 tỷ m3 nước. Đa phần các công trình thủy lợi này được xây dựng trong giai đoạn điều kiện kinh tế còn hạn chế, dẫn đến việc thiết kế chủ yếu phục vụ đơn mục tiêu như tưới tiêu nông nghiệp hoặc phát điện. Hồ chứa Cho Mo tại xã Mỹ Sơn, huyện Ninh Sơn, tỉnh Ninh Thuận là một ví dụ điển hình. Công trình được đưa vào vận hành từ năm 2010 nhằm cấp nước tưới tự chảy cho 1.242 ha đất canh tác nông nghiệp và tham gia cắt giảm khoảng 16,3% đỉnh lũ thiết kế cho hạ du suối Cho Mo và sông Cái Phan Rang.

Tuy nhiên, trước sức ép từ quá trình phát triển kinh tế xã hội theo định hướng đến năm 2050 và tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu theo kịch bản B2, nhu cầu cấp nước hạ du đã tăng mạnh lên mức 18,92 triệu m3/năm, tăng 20,8% so với dung tích thiết kế ban đầu. Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xác định quy mô dung tích hồ tối ưu, đề xuất giải pháp nâng cao mực nước dâng bình thường từ cao trình 118,65 m lên 121,0 m, nâng dung tích hữu ích từ 8,11 triệu m3 lên 13,18 triệu m3. Luận văn giải quyết đồng thời bài toán gia tăng dung tích cấp nước đa mục tiêu, cắt giảm lũ an toàn cho hạ du và kiểm tra ổn định công trình đầu mối, mở ra hướng đi bền vững cho quản lý nguồn nước lưu vực duyên hải Nam Trung Bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết thủy văn, thủy lực công trình và cơ học đất ứng dụng hiện đại:

• Lý thuyết dòng chảy không ổn định trong lòng dẫn và hệ phương trình vi phân Saint-Venant: Ứng dụng phương trình liên tục và phương trình động lượng để mô phỏng quá trình diễn toán lũ, điều tiết lũ qua hồ chứa và xác định lưu lượng xả qua tràn.
• Phương pháp phần tử hữu hạn trong môi trường liên tục: Mô hình hóa trường thấm và phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng của thân đập đất đồng chất, đập có lõi chống thấm trong điều kiện đất bão hòa và không bão hòa.
• Lý thuyết cân bằng giới hạn theo tiêu chuẩn Bishop và Morgenstern-Price: Phân tích độ ổn định trượt mái dốc thượng lưu và hạ lưu đập khi mực nước hồ thay đổi đột ngột hoặc duy trì ở mực nước dâng bình thường mới.
• Hệ thống khái niệm kỹ thuật cốt lõi: Mực nước dâng bình thường, mực nước chết, dung tích hữu ích, dòng chảy môi trường tối thiểu duy trì sinh thái theo phương pháp Tennant, và tần suất lũ thiết kế P = 1% cùng lũ kiểm tra P = 0,2%.

Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết bài toán đa mục tiêu một cách khoa học, nghiên cứu sử dụng chuỗi số liệu thủy văn, khí tượng quan trắc liên tục trong 30 năm (giai đoạn 1978 - 2008) tại 6 trạm khí tượng thủy văn đại biểu gồm Phan Rang, Tân Mỹ, Nha Hố, Sông Pha, Khánh Sơn và Ba Tháp. Phương pháp lấy mẫu chuỗi thời gian dài được lựa chọn nhằm đảm bảo tính đại diện thống kê theo tiêu chuẩn phân phối Pearson loại III với hệ số biến động Cv = 0,43 và hệ số thiên lệch Cs = 2Cv.

Phương pháp cân bằng nước theo từng tháng được ứng dụng để xác định chính xác quy mô dung tích cần bổ sung trong điều kiện năm kiệt thiết kế tần suất P = 85%. Đối với bài toán an toàn đập, luận văn sử dụng bộ công cụ mô phỏng số Geo-Slope (các module chuyên sâu SEEP/W và SLOPE/W). Lý do lựa chọn mô hình số phần tử hữu hạn là khả năng mô tả chính xác đường bão hòa, gradien thấm cục bộ tại chân khay, ống khói thoát nước và phân tích hệ số an toàn trượt ổn định chính xác hơn nhiều so với các phương pháp giải tích truyền thống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã định lượng hóa toàn diện các thông số thủy lực và kết cấu công trình khi chuyển đổi hồ Cho Mo sang vận hành đa mục tiêu:

1. Nhu cầu sử dụng nước hạ du tăng trưởng vượt bậc: Đến năm 2050, tổng nhu cầu dùng nước đạt 18,92 triệu m3/năm (tăng 3,23 triệu m3, tương đương tăng 20,8% so với thiết kế ban đầu). Trong đó, nước nông nghiệp chiếm phần lớn cho 1.242 ha cây trồng chuyên canh, nước sinh hoạt cấp cho 32.152 người dân đạt 2,4 triệu m3/năm, nước cho 2 cụm công nghiệp Quảng Sơn và Tân Sơn với định mức 45 m3/ha/ngày, cùng lưu lượng duy trì môi trường đạt 0,12 m3/s.
2. Xác lập quy mô dung tích hồ tối ưu: Mực nước dâng bình thường được xác định nâng từ cao trình 118,65 m lên 121,0 m. Dung tích toàn bộ của hồ đạt 14,05 triệu m3 và dung tích hữu ích đạt 13,18 triệu m3, tăng tới 62,5% so với mức 8,11 triệu m3 ban đầu.
3. Tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lũ: Dưới kịch bản biến đổi khí hậu B2, lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tăng 4,32%, đưa lưu lượng đỉnh lũ kiểm tra tần suất 0,2% lên mức 973 m3/s với tổng lượng lũ đạt 31 triệu m3, đòi hỏi phải nâng cấp ngưỡng và cửa van tràn xả lũ.
4. Đảm bảo an toàn thấm và ổn định thân đập: Kết quả tính toán bằng Geo-Slope khẳng định khi nâng đập thêm 2,0 m và mở rộng chân đập, hệ số ổn định trượt mái hạ lưu trong điều kiện vận hành bình thường đạt K = 1,42 (lớn hơn hệ số an toàn cho phép Kcp = 1,30), gradien thấm tại vùng thoát nước thấp hơn nhiều so với gradien thấm tới hạn.

Thảo luận kết quả

Sự gia tăng mạnh mẽ của dung tích hữu ích thêm 5,07 triệu m3 đã giải quyết dứt điểm tình trạng hồ bị hạ kiệt về mực nước chết trong các tháng cao điểm mùa khô (từ tháng 3 đến tháng 6). Kết quả điều tiết năm cho thấy hồ Cho Mo hoàn toàn đủ năng lực đáp ứng đồng thời 4 nhiệm vụ: cấp nước nông nghiệp ổn định cho 621 ha mía và 621 ha thuốc lá luân canh bông, cấp nước sinh hoạt cho hơn 32.000 dân cư, cấp nước cho 80 ha cụm công nghiệp và xả dòng chảy môi trường 0,12 m3/s.

Khi phân tích kết quả, các dữ liệu cân bằng nước có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ quan hệ mực nước - dung tích - diện tích mặt nước (Z-V-F) và đường quá trình điều tiết lũ theo thời gian. So sánh với các nghiên cứu nâng cấp hồ chứa tại khu vực Nam Trung Bộ, giải pháp kết hợp đắp đất tôn cao mái đập về phía hạ lưu và gia cố tường lõi chống thấm đem lại hiệu quả kinh tế vượt trội, giảm thiểu khối lượng đền bù giải phóng mặt bằng và tận dụng tối đa khối thân đập hiện hữu.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả tính toán kỹ thuật, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp công trình và phi công trình cụ thể:

• Tôn cao và gia cố mặt cắt đập đất: Tiến hành tôn cao đỉnh đập thêm 2,0 m đạt cao trình đỉnh đập mới +124,0 m, bề rộng đỉnh đập duy trì 5,0 m, đắp áp trúc mở rộng mái hạ lưu với hệ số mái m = 2,5 kết hợp kéo dài tầng lọc ống khói. Chủ thể thực hiện là Ban Quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng Ngành Nông nghiệp và PTNT tỉnh Ninh Thuận, lộ trình hoàn thành trong 18 tháng.
• Cải tạo công trình tràn xả lũ: Nâng cao trụ pin, cải tạo ngưỡng tràn và lắp đặt bổ sung hệ thống cửa van cung điều tiết tự động gồm 2 khoang (kích thước mỗi khoang 6 m x 8,5 m) nhằm tăng dung tích trữ nhưng vẫn đảm bảo khả năng tháo lũ cực hạn 518 m3/s. Đơn vị chủ trì là Chi cục Thủy lợi Ninh Thuận, thời gian thi công 12 tháng.
• Ban hành quy trình vận hành liên hồ chứa và quy định mực nước trước lũ: Thiết lập mực nước đón lũ linh hoạt ở cao trình 119,5 m trong giai đoạn tháng 9 đến tháng 11, kết hợp hệ thống quan trắc lượng mưa tự động trên lưu vực để chủ động xả trước, vừa cắt giảm 14% - 16% đỉnh lũ cho hạ du vừa tích đầy hồ cuối vụ. Đơn vị thực hiện là Công ty TNHH MTV Khai thác Công trình Thủy lợi Ninh Thuận.
• Lắp đặt hệ thống giám sát an toàn đập và cảnh báo sớm SCADA: Đầu tư hệ thống cảm biến đo áp lực nước lỗ rỗng, mốc quan trắc lún và đo lưu lượng thấm tự động truyền dữ liệu theo thời gian thực về trung tâm điều hành nhằm cảnh báo rủi ro thiên tai cho 32.000 người dân hạ du.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật cao, đặc biệt hữu ích cho 4 nhóm đối tượng:

• Kỹ sư thiết kế công trình thủy: Nắm bắt phương pháp luận tính toán tôn cao đập đất hiện hữu, kỹ thuật xử lý tiếp giáp giữa khối đắp cũ - mới và ứng dụng phần mềm Geo-Slope giải bài toán thấm phức tạp.
• Cơ quan quản lý nhà nước và Ban quản lý dự án thủy lợi: Sử dụng số liệu quy hoạch, phương án điều tiết nước đa mục tiêu và mô hình phân bổ nguồn nước phục vụ lập dự án đầu tư nâng cấp công trình hồ chứa trên địa bàn các tỉnh Nam Trung Bộ.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Xây dựng công trình thủy, Kỹ thuật tài nguyên nước: Tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp tính toán thủy văn lưu vực nhỏ, diễn toán lũ dưới tác động của biến đổi khí hậu và tối ưu hóa dung tích hồ chứa.
• Đơn vị quản lý và khai thác công trình thủy lợi: Ứng dụng quy trình vận hành điều tiết mực nước trước lũ và sau lũ nhằm nâng cao hệ số khai thác nước hữu ích, giảm nguy cơ hạn hán cục bộ.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao hồ Cho Mo phải chuyển đổi từ phục vụ đơn mục tiêu sang đa mục tiêu? Hồ Cho Mo ban đầu chỉ thiết kế tưới nông nghiệp cho 1.242 ha. Quy hoạch kinh tế xã hội mới đặt ra yêu cầu cấp nước cho 32.152 người dân, 2 cụm công nghiệp quy mô 80 ha và duy trì 0,12 m3/s dòng chảy môi trường, khiến tổng nhu cầu nước tăng lên 18,92 triệu m3/năm, buộc công trình phải nâng cao dung tích phục vụ đa mục tiêu.

Giải pháp nâng mực nước dâng bình thường lên 121,0 m có gây mất an toàn đập đất không? Không. Kết quả mô phỏng bằng mô hình phần tử hữu hạn Geo-Slope chứng minh khi tôn cao đỉnh đập lên cao trình +124,0 m, đắp bổ sung cơ hạ lưu và xử lý lõi chống thấm, hệ số ổn định trượt mái hạ lưu đạt K = 1,42, vượt tiêu chuẩn an toàn cho phép Kcp = 1,30.

Biến đổi khí hậu ảnh hưởng như thế nào đến chế độ dòng chảy lũ của hồ Cho Mo? Theo kịch bản B2, biến đổi khí hậu làm tăng lượng mưa ngày lớn nhất, khiến lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tăng 4,32%. Lưu lượng đỉnh lũ kiểm tra đạt 973 m3/s và tổng lượng lũ 24 giờ đạt 31 triệu m3, đòi hỏi nâng cấp khẩu độ tràn để bảo vệ an toàn công trình.

Lưu lượng dòng chảy môi trường sau đập được xác định bằng phương pháp nào? Nghiên cứu áp dụng phương pháp Tennant với chuẩn dòng chảy trung bình nhiều năm Qo = 1,20 m3/s tại tuyến đập. Dòng chảy môi trường tối thiểu mùa kiệt được xác định bằng 10% Qo, tương đương lưu lượng xả duy trì liên tục là 0,12 m3/s.

Kinh nghiệm cải tạo đập hồ Cho Mo có thể áp dụng cho các hồ chứa khác không? Hoàn toàn có thể. Với hơn 2.100 hồ chứa vừa và nhỏ đang đối mặt tình trạng thiếu hụt dung tích và xuống cấp tại Việt Nam, quy trình khảo sát, mô hình hóa số Geo-Slope và giải pháp đắp áp trúc hạ lưu của luận văn là bài học kinh nghiệm chuẩn xác để nhân rộng.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết trọn vẹn bài toán nâng cao dung tích hữu ích hồ Cho Mo từ 8,11 triệu m3 lên 13,18 triệu m3, đáp ứng 100% nhu cầu dùng nước 18,92 triệu m3/năm đến năm 2050.
• Xác lập cơ sở khoa học nâng mực nước dâng bình thường lên cao trình +121,0 m và cao trình đỉnh đập mới +124,0 m, đảm bảo tuyệt đối an toàn thấm và ổn định trượt mái dốc.
• Đề xuất hoàn chỉnh giải pháp cải tạo tràn xả lũ có cửa van điều tiết và xây dựng quy trình vận hành linh hoạt điều tiết lũ an toàn cho hạ du sông Cái Phan Rang.
• Cung cấp mô hình tính toán số Geo-Slope chuẩn xác làm tài liệu tham khảo cho các dự án nâng cấp đập đất trong điều kiện biến đổi khí hậu tại Việt Nam.
• Các cơ quan quản lý và chủ đầu tư cần sớm triển khai lập dự án khả thi giai đoạn 2016 - 2020 để đưa công trình vào vận hành đồng bộ, mang lại giá trị kinh tế xã hội lâu dài cho địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Hồ chứa cho Mo được lập dự án từ trước những năm 2005 với nhiệm vụ chủ yếu để cung cấp nước tưới cho 1242 ha đất nông nghiệp Diện tích tưới được điều tra tại thời điểm thiết kế, chưa tính đến sự gia tăng diện tích tưới trong quy hoạch phát triển khu vực và chưa xét ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến nhu cầu dùng nước. Trong thiết kế kỹ thuật do điều kiện kinh phí hạn chế nên nhiệm vụ của công trình chỉ tập chung cho nhiệm vụ chính là cấp nước tưới cho nông nghiệp, việc tính toán nhu cầu nước chưa xét đến lượng nước cấp cho sinh hoạt, công nghiệp, môi trường và các hoạt động khác ở hạ du trong các năm tới và tương lai. Ngoài ra do khu vực hạ du thời điểm thiết kế chưa phát triển kinh tế, các vùng dân cư sau đập còn ít, nên tiêu chuẩn phòng lũ thấp, vai trò cắt lũ của hồ không nhiều. Trong bối cảnh nền kinh tế và xã hội ngày càng phát triển, đặc biệt theo quy hoạch phát triển kinh tế trên lưu vực đến năm 2050, nhu cầu sử dụng nước đang gia tăng cả về số lượng lẫn sự đa dạng trong việc sử dụng nước.

Nhiệm vụ đặt ra cho hồ Cho Mo là dần chuyển sang đảm bảo nhiệm vụ đa mục tiêu, đáp ứng tối đa các nhu cầu sử dụng nước trong lưu vực và hiệu quả trong cắt giảm lũ cho hạ du. Trước những nhu cầu đó nhiệm vụ cấp nước của hồ chứa Cho Mo phải được thay đổi theo quy hoạch phát triển kinh tế, xã hội trong vùng và có xét đến yếu tố biến đổi khí hậu, môi trường. Cần phải xem xét chi tiết ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sự gia tăng hệ số tưới, thay đổi chế độ đặc trưng thủy văn trên lưu vực điều này ảnh hưởng đến lượng nước đến hồ và công tác vận hành an toàn cho hồ chứa. Để đảm bảo an toàn cho hồ chứa và đáp ứng được nhiệm vụ mới phù hợp với yêu cầu phát triển kinh tế xã hội việc nghiên cứu nâng cao mực nước hồ là điều cấp thiết.2 Giới thiệu hồ chứa nước Cho Mo 1.1 Vị trí, nhiệm vụ của công trình Dự án hồ chứa nước Cho Mo xây dựng trên suối Cho Mo thuộc xã Mỹ Sơn – Huyện Ninh Sơn – Tỉnh Ninh Thuận.

Công trình đầu mối có tọa độ: 108o50’ độ kinh đông. Vị trí đầu mối công trình cách thị xã Phan Rang 30km về phía bắc, cách cầu Tân Mỹ trên quốc lộ 27A khoảng 5 km. Dự án được xây dựng với nhiệm vụ ban đầu nhằm khai thác sử dụng có hiệu quả nguồn nước từ suối Cho Mo để tưới tự chảy cho hơn 1242 ha đất nông nghiệp nằm bên phái bờ tả của suối Cho Mo. Phần diện tích này trước khi có dự án chủ yếu được canh tác trồng mía, bông và thuốc lá nhờ nguồn nước tự nhiên cho năng suất thấp.

Khi dự án đi vào hoạt động, nước tưới được chủ động đã làm tăng năng suất và tăng thời vụ canh tác. Dự án đi vào hoạt động hằng năm đã góp phần cắt giảm lũ cho vùng hạ du suối Cho Mo và vùng hạ du sông Cái Phan Rang, làm giảm nhẹ thiệt hại về người và tài sản cho các vùng này. Với dung tích cắt lũ thiết kế 3.9 triệu m3 của hồ khi tham gia cắt lũ đã giảm 16.3 % tổng lượng lũ thiết kế, giảm lưu lượng đỉnh lũ từ 729 m3/s xuống còn 517 m3/s và mực nước ngay sau hạ lưu đập giảm tương ứng 0.2 Đặc điểm địa lý tự nhiên 1.1 Đặc điểm khí tượng thủy văn a, Đặc điểm khí hậu : Khí hậu vùng dự án nghiên cứu nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, lượng mưa BQNN trên lưu vực vào khoảng 1200 mm. Biến trình mưa hàng năm chia làm hai mùa rõ rệt, mùa khô và mùa mưa.

Mùa khô bắt đầu từ tháng 1 đến tháng 8, trong thời kỳ này vào tháng 5, 6 xuất hiện những trận mưa lớn gây nên lũ hay gọi là lũ tiểu mãn. Mùa mưa bắt đầu từ tháng 9 đến tháng 12, tuy có 4 tháng mùa mưa nhưng lượng mưa chiếm từ 70% đến 80% lượng mưa cả năm, lượng mưa lớn tập trung nhiều nhất vào hai tháng 10 và 11. Lượng mưa lớn cường độ mạnh dễ gây nên lũ lớn, thông thường lũ lớn thường xảy ra nhiều nhất vào 2 tháng 10 và tháng 11. Từ điều kiện khí hậu hình thành chế độ dòng chảy trong sông thành hai mùa lũ, kiệt rõ rệt.

Mùa lũ nguồn nước dư thừa thường sinh ra lũ gây ngập úng, mùa kiệt nguồn nguồn nước cạn kiệt không đủ đáp ứng cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt gây nhiều khó khăn trong việc phát triển kinh tế quốc dân. 6 b, Đặc điểm khí tượng Vùng nghiên cứu được thừa hưởng chế độ bức xạ vùng nhiệt đới với đặc tính 1 năm mặt trời đi qua thiên đỉnh 2 lần, lần thứ nhất vào tháng 4, lần thứ 2 vào tháng 8. Tổng cộng bức xạ hàng năm từ 150 - 170 Kcal/Cm2 năm. Trị số cực đại vào tháng 4 từ 18 - 19 Kcal/Cm2 tháng, gắn liền với thời kỳ độ cao mặt trời cao nhất, bầu trời âm u, độ sâu trong suốt khí quyển kém.

Cán cân bức xạ : Hiệu số giữa năng lượng do mặt đất nhận được và năng lượng mất đi gọi là cán cân bức xạ. Cán cân bức xạ là nhân tố quyết định những quá trình tạo thành khí hậu. Hàng năm trị số cán cân bức xạ dương mang lại cho vùng dự án một nền nhiệt độ cao, điều kiện bức xạ góp phần quan trọng trong điều kiện nhiệt đới tỉnh Ninh Thuận. Các đặc trưng khí tượng trung bình nhiều năm được tính toán phục vụ cho thiết kế công trình trình bày theo các đặc trưng sau : + Mạng lưới trạm khí tượng Mạng lưới trạm khí tượng trên lưu vực khá phong phú, một số trạm đo mưa như Phan Rang, Sông Pha, Cam Ranh, Hòn Bà quan trắc từ thời Pháp.

Sau ngày giải phóng một số trạm mới được thành lập như Nha Hố, Tân Mỹ, Khánh Sơn. Hệ thống mạng lưới trạm đo mưa ghi tại bảng 1.1: Mạng lưới các trạm khí tượng và đo mưa Tọa độ Trị số TBNN TT TRẠM Thời kỳ quan trắc Vĩ độ Kinh độ (mm) 0 0 1 Phan Rang 11 34 108 09 27-30; 59-74; 79-09 650 2 Tân Mỹ 0 11 33 108 50 0 78-08 1000 3 Nha Hố 0 11 42 108 54 0 78-08 780 0 0 4 Sông Pha 11 50 108 42 60-67; 70-76; 78-96 1400 5 Hòn Bà 20-25; 27-32 3300 6 Khánh Sơn 0 12 02 108 57 0 77-2008 1750 0 0 7 Ba Tháp 11 42 109 03 77-2008 800 0 0 8 Cam Ranh 11 54 109 08 60-67; 78-2008 1100 + Nhiệt độ không khí Lưu vực nghiên cứu được thừa hưởng chế độ bức xạ mặt trời nhiệt đới, có cân bức xạ trong năm luôn dương và ít biến động mang tính nhiệt đới rõ rệt. Theo số liệu quan 7 trắc các trạm trên lưu vực đến nay chênh lệch nhiệt độ giữa các tháng lớn nhất từ 5 - 6 độ, nhiệt độ trung bình ngày hầu như trên 250c trừ một số ngày chịu sâu ảnh hưởng của gió mùa cực đới.2: Phân phối các đặc trưng nhiệt độ không khí [5,trang 5] Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm T cp (0C) 24.2 + Độ ẩm không khí Do hoàn lưu quang năm, gió đều có hướng từ biển thổi vào nên mặc dù gặp không khí cực đới hay Tín phong Bắc bán cầu thì lượng hơi nước trong không khí cũng không nhỏ. Độ ẩm ven biển luôn luôn đạt trên 70%.

Từ tháng 5 đến tháng 8 độ ẩm thấp nhất xấp xỉ 75% do kết quả của hiệu ứng Fơn. Từ tháng 9 đến tháng 10 độ ẩm tăng nhanh và giảm dần từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Độ ẩm không khí tương đối trung bình và độ ẩm tương đối thấp nhất ghi trong bảng sau: Bảng 1.3: Phân phối các đặc trưng độ ẩm tương đối [5,trang 6] Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm U cp (%) 69 70 70 73 78 76 76 71 80 83 78 72 75 U min (%) 20 24 14 22 28 26 24 26 23 39 38 16 14 Độ ẩm tương đối lớn nhất hàng thángđều đạt tới U max = 100% + Nắng Thời kỳ nhiều nắng từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau, số giờ nắng trung bình lớn hơn 200 giờ/tháng. Thời kỳ từ tháng 6 đến tháng 11 số giờ nắng trung bình từ 180 đến 200 giờ/ tháng.

Biến trình số giờ nắng trong năm ghi ở bảng 1-4.4: Phân phối số giờ nắng trong năm [5,trang 6] (Đơn vị: giờ) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Giờ 266 271 312 268 247 183 242 206 198 183 191 222 2789 nắng + Gió Vùng dự án chịu ảnh hưởng của chế độ gió mùa gồm hai mùa chính trong năm là gió mùa đông và gió mùa hạ. Vận tốc gió trung bình hàng tháng dao động từ 2 m/s đến 3 m/s, biến trình tốc độ gió TBNN trong năm ghi bảng 1.5: Vận tốc gió trung bình các tháng trong năm [5,trang 6] Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm V(m/s) 2.3 Để phục vụ tính toán vận tốc gió lớn nhất thiết kế trong xây dựng công trình, với liệt số liệu vận tốc gió lớn nhất theo 8 hướng chính đã quan trắc tại 2 trạm. Nha Hố và Phan Rang tiến hành xây dựng đường tần suất vận tốc gió (V max ) kết quả ghi ở bảng 1.6: Tính vận tốc gió thiết kế theo 8 hướng chính từ tài liệu quan trắc. Đặc trưng Đơn vị N NE E SE S SW W NW Vtb m/s 13.6 Ghi chú : Năm 1993 tại Phan Rang đã quan trắc được trị số V max = 35m/s, đây là những trị số cảnh báo trong tính toán thiết kế.

9 + Bốc hơi Lượng bốc hơi trung bình hàng năm trên lưu vực 1656 mm. Biến trình bốc hơi trong năm tuân theo quy luật lớn về mùa khô, nhỏ về mùa mưa. Lượng bốc hơi TBNN ghi trong bảng 1.7: Bảng phân phối lượng bốc hơi trong năm Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Z piche (mm) 151.2 1656 Bốc hơi trên lưu vực (Z OLV ) : Lượng bốc hơi lưu vực được tính bằng phương trình cân bằng nước : Z olv = X 0 - Y 0 Z olv = 1200 - 492 Z olv = 708 mm Bốc hơi mặt hồ (Z N ) : Lượng bốc hơi mặt hồ được tính theo công thức kinh nghiệm từ dụng cụ đo bốc hơi Piche.