Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Bình Thuận là một trong những vùng có khí hậu khô hạn nghiêm trọng tại Việt Nam, với lượng mưa trung bình khoảng 1.600 mm/năm, chỉ bằng một nửa so với khu vực Nam Bộ. Sự phân bố lượng mưa không đồng đều giữa các vùng trong tỉnh, cùng với hiện tượng hạn hán cục bộ, đã gây ra nhiều khó khăn trong việc đảm bảo nguồn nước tưới và sinh hoạt. Các công trình đập dâng được xây dựng nhằm mục đích điều tiết và khai thác nguồn nước tự nhiên, tuy nhiên, nhiều đập hiện nay không đáp ứng được yêu cầu thực tế do thiết kế thấp, hư hỏng, hoặc quản lý vận hành chưa hiệu quả.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá khả năng điều tiết của đập dâng Tà Pao, một công trình thủy lợi quan trọng trên sông La Nga, tỉnh Bình Thuận, và đề xuất các giải pháp nâng cao năng lực điều tiết nhằm tăng dung tích trữ nước, cải thiện hiệu quả sử dụng nước tưới cho các huyện Tánh Linh, Đức Linh và khu vực lân cận. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các đập dâng trên địa bàn tỉnh Bình Thuận, với dữ liệu thu thập trong giai đoạn 2011-2015, bao gồm số liệu mưa, mực nước và lưu lượng các sông chính.

Nghiên cứu có ý nghĩa lớn trong việc đảm bảo an ninh nguồn nước, nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp và phát triển kinh tế xã hội bền vững cho vùng khô hạn này. Việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật nâng cao năng lực điều tiết đập dâng sẽ góp phần giảm thiểu thiệt hại do hạn hán, đồng thời tăng khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu.

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 công trình thủy lợi, đặc biệt là đập dâng và các hình thức nâng cao năng lực điều tiết. Hai khung lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết công trình đập dâng: Đập dâng là công trình chắn ngang sông suối nhằm nâng cao mực nước để lấy nước tưới, cấp nước sinh hoạt hoặc phát điện. Các loại đập dâng được phân loại theo vật liệu (gỗ, bê tông, cao su), hình thức ngưỡng tràn (tràn thực dụng, tràn zích zắc, tràn Piano), và phương thức điều tiết lưu lượng (có cửa van hoặc không).

  2. Mô hình nâng cao năng lực điều tiết: Bao gồm các giải pháp kỹ thuật như nâng cao ngưỡng tràn, mở rộng khẩu độ tràn, thay đổi kiểu tràn sang dạng zích zắc (Labyrinth, Piano), sử dụng cửa van điều tiết, và ứng dụng đập cao su. Các mô hình này giúp tăng dung tích hữu ích, khả năng tháo lũ và an toàn công trình.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu gồm: mực nước dâng bình thường (MNDBT), mực nước lũ kiểm soát (MNLKC), dung tích hữu ích của đập, lưu lượng xả tràn, và các loại tiêu năng (tiêu năng đáy, tiêu năng mặt, tiêu năng phóng xa).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các trạm quan trắc mưa, mực nước và lưu lượng sông trên địa bàn tỉnh Bình Thuận giai đoạn 2011-2015, cùng với số liệu hiện trạng các đập dâng trong tỉnh. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 113 đập dâng, trong đó 105 đập kiên cố và 8 đập tạm, với tổng năng lực thiết kế tưới khoảng 43.460 ha.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân tích thống kê: Tổng hợp, phân tích số liệu mưa, mực nước, lưu lượng và diện tích trồng trọt để đánh giá hiện trạng nguồn nước và nhu cầu sử dụng.
  • Phương pháp kế thừa: Nghiên cứu các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về đập dâng và các giải pháp nâng cao năng lực điều tiết.
  • Mô hình toán học và tính toán kỹ thuật: Áp dụng các mô hình tính toán lưu lượng, mực nước, và ổn định công trình để đánh giá các phương án nâng cấp đập dâng Tà Pao.
  • Khảo sát thực địa và điều tra hiện trạng: Thu thập thông tin về kết cấu, vận hành và hư hỏng của các đập dâng.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 3 năm, từ thu thập số liệu, phân tích, đến đề xuất giải pháp và đánh giá hiệu quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng đập dâng Bình Thuận: Trong tổng số 113 đập dâng, 92,9% là đập kiên cố, phần lớn có kết cấu đơn giản, chủ yếu là đập bê tông cốt thép với ngưỡng tràn dạng tràn thực dụng hoặc tràn đỉnh rộng. Tuy nhiên, nhiều công trình bị bồi lắng, thấm nước, và hư hỏng do thiếu bảo trì, ảnh hưởng đến khả năng điều tiết nước. Tỷ lệ đập có thiết bị chống thấm dưới 15%.

  2. Nguồn nước và nhu cầu sử dụng: Lượng mưa trung bình năm giảm dần từ 2011 đến 2015, ví dụ trạm Phan Thiết giảm từ 1.048 mm năm 2011 xuống còn 747 mm năm 2015. Diện tích trồng trọt tăng khoảng 5-10% trong cùng giai đoạn, dẫn đến nhu cầu nước tưới tăng trong khi nguồn nước giảm. Lưu lượng sông La Ngà và sông Lũy cũng có xu hướng giảm, ảnh hưởng đến khả năng cung cấp nước.

  3. Khả năng điều tiết đập Tà Pao: Đập được xây dựng năm 2014 với dung tích trữ khoảng 2 triệu m³, nhưng ngưỡng tràn thấp làm hạn chế dung tích hữu ích. Các phương án nâng cấp như nâng cao ngưỡng tràn kết hợp cửa van, thay đổi kiểu tràn sang dạng Piano đã được tính toán và so sánh. Phương án nâng cao ngưỡng tràn kết hợp cửa van cho phép tăng dung tích trữ lên khoảng 15-20% và cải thiện khả năng tháo lũ.

  4. So sánh hiệu quả các giải pháp: Giải pháp nâng cao ngưỡng tràn kết hợp mở rộng khẩu độ tràn giúp tăng khả năng tháo lũ mà không làm tăng mực nước lũ thượng lưu. Giải pháp sử dụng đập cao su có ưu điểm vận hành linh hoạt, chi phí thấp nhưng tuổi thọ hạn chế. Giải pháp tràn Piano nâng cao hiệu quả tháo nước lên 30-40% so với tràn truyền thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hạn chế năng lực điều tiết của các đập dâng là do thiết kế ngưỡng tràn thấp, kết cấu chưa tối ưu và ảnh hưởng của biến đổi khí hậu làm giảm nguồn nước thượng nguồn. So với các nghiên cứu trong và ngoài nước, việc áp dụng các kiểu tràn zích zắc như Labyrinth và Piano đã được chứng minh hiệu quả trong việc tăng khả năng tháo lũ và dung tích trữ.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh lưu lượng xả tràn giữa các phương án nâng cấp, bảng thống kê diện tích tưới và dung tích trữ trước và sau nâng cấp, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của từng giải pháp. Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi và hiệu quả kinh tế xã hội của việc nâng cấp đập dâng Tà Pao, góp phần đảm bảo an ninh nguồn nước cho vùng khô hạn Bình Thuận.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp cửa van điều tiết: Thực hiện trong vòng 2 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì, nhằm tăng dung tích trữ nước và khả năng điều tiết lũ, đảm bảo an toàn công trình.

  2. Mở rộng khẩu độ tràn và áp dụng kiểu tràn Piano: Triển khai trong 3 năm, phối hợp với các viện nghiên cứu thủy lợi để thiết kế và thi công, nâng cao hiệu quả tháo lũ và tăng diện tích tưới.

  3. Xây dựng hệ thống kênh chuyển nước từ lưu vực khác: Đầu tư xây dựng kênh dẫn nước từ các hồ chứa lớn đến đập dâng nhằm bổ sung nguồn nước trong mùa khô, thực hiện trong 5 năm, do Ban Quản lý dự án thủy lợi tỉnh quản lý.

  4. Tăng cường quản lý vận hành và bảo trì công trình: Đào tạo cán bộ quản lý, xây dựng quy chế vận hành khoa học, tổ chức kiểm tra định kỳ, nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ công trình, thực hiện liên tục.

Các giải pháp này cần được phối hợp đồng bộ để đảm bảo hiệu quả lâu dài, giảm thiểu rủi ro do biến đổi khí hậu và tăng cường khả năng phục vụ nước cho sản xuất và sinh hoạt.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý thủy lợi và nông nghiệp: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Ban Quản lý dự án thủy lợi tỉnh có thể sử dụng kết quả để lập kế hoạch nâng cấp, quản lý và vận hành các công trình đập dâng hiệu quả hơn.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành thủy lợi, xây dựng công trình thủy: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết, mô hình tính toán và phân tích thực tiễn về đập dâng, giúp phát triển nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật mới.

  3. Chủ đầu tư và nhà thầu xây dựng công trình thủy lợi: Tham khảo các giải pháp kỹ thuật nâng cao năng lực điều tiết, lựa chọn phương án thi công phù hợp với điều kiện địa phương.

  4. Người dân và cộng đồng vùng hạ du: Hiểu rõ về vai trò, hiệu quả và các giải pháp nâng cấp đập dâng, từ đó phối hợp bảo vệ và sử dụng nguồn nước bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Đập dâng là gì và có vai trò gì trong thủy lợi?
    Đập dâng là công trình chắn ngang sông suối nhằm nâng cao mực nước để lấy nước tưới, cấp nước sinh hoạt hoặc phát điện. Nó giúp điều tiết dòng chảy, tăng dung tích trữ nước và ổn định nguồn nước cho sản xuất.

  2. Tại sao cần nâng cao năng lực điều tiết của đập dâng?
    Do biến đổi khí hậu làm giảm lượng mưa và lưu lượng nước, cùng với nhu cầu sử dụng nước tăng, các đập dâng hiện tại không đáp ứng đủ yêu cầu. Nâng cao năng lực điều tiết giúp tăng dung tích trữ, cải thiện an toàn và hiệu quả sử dụng nước.

  3. Các giải pháp nâng cao năng lực điều tiết phổ biến là gì?
    Bao gồm nâng cao ngưỡng tràn, mở rộng khẩu độ tràn, thay đổi kiểu tràn sang dạng zích zắc (Labyrinth, Piano), sử dụng cửa van điều tiết và đập cao su. Mỗi giải pháp có ưu nhược điểm và phù hợp với điều kiện cụ thể.

  4. Giải pháp tràn Piano có ưu điểm gì?
    Tràn Piano có cấu tạo các phím chữ nhật giúp tăng chiều dài tràn nước, nâng cao khả năng tháo lũ mà không cần tăng chiều cao đập, từ đó tăng dung tích hữu ích và an toàn công trình.

  5. Làm thế nào để quản lý vận hành đập dâng hiệu quả?
    Cần xây dựng quy chế vận hành rõ ràng, đào tạo cán bộ quản lý, tổ chức kiểm tra, bảo trì định kỳ và nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ công trình, đồng thời áp dụng công nghệ giám sát hiện đại.

Kết luận

  • Đập dâng Tà Pao và các công trình đập dâng tại Bình Thuận đang đối mặt với thách thức về nguồn nước và năng lực điều tiết do biến đổi khí hậu và thiết kế hạn chế.
  • Nghiên cứu đã đánh giá hiện trạng, phân tích các giải pháp nâng cấp kỹ thuật như nâng cao ngưỡng tràn, sử dụng cửa van và tràn Piano để tăng dung tích trữ và khả năng tháo lũ.
  • Các giải pháp đề xuất có tính khả thi cao, phù hợp với điều kiện địa phương, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nước tưới và an toàn công trình.
  • Cần triển khai đồng bộ các giải pháp kỹ thuật và quản lý vận hành để đảm bảo hiệu quả lâu dài.
  • Khuyến nghị các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cùng phối hợp thực hiện để phát triển bền vững nguồn nước tại Bình Thuận.

Hành động tiếp theo: Khởi động dự án nâng cấp đập dâng Tà Pao theo phương án ưu tiên, đồng thời xây dựng kế hoạch quản lý vận hành và bảo trì công trình. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật, liên hệ với Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Bình Thuận.