CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRÀN THÁO LŨ VÀ NGHIÊN CỨU KHÍ THỰC TRÊN CÔNG TRÌNH TRÀN 1. Tổng quan về xây dựng các công trình tháo lũ ở Việt Nam 1. Khái niệm và phân loại Trong đầu mối công trình thuỷ lợi hồ chứa nước, ngoài một số công trình như đập dâng, công trình lấy nước, công trình chuyên môn, còn phải làm các công trình để tháo nước lũ thừa không thể chứa được trong hồ, có lúc đặt ở sâu để đảm nhận thêm việc tháo cạn một phần hay toàn bộ hồ chứa khi cần thiết phải kiểm tra, sửa chữa hoặc tháo bùn cát trong hồ. Có công trình tháo lũ thì hồ mới làm việc được bình thường và an toàn.
Có nhiều loại công trình tháo lũ. Căn cứ vào cao trình đặt, có thể phân làm hai loại: công trình tháo lũ kiểu xả sâu (lỗ tháo nước) và công trình tháo lũ trên mặt (đường tràn lũ). Công trình tháo lũ kiểu xả sâu có thể đặt ở dưới đáy đập trên nền (cống ngầm), qua thân đập bê tông (đường ống), có thể đạt ở trong bờ (đường hầm) khi điều kiện địa hình địa chất cho phép. Với loại này có thể tháo được nước trong hồ ở bất kỳ mực nước nào, thậm chí có thể tháo cạn hồ chứa.
Loại này không những để dùng tháo lũ mà còn tuỳ cao trình, vị trí và mục đích sử dụng có thể để dẫn dòng thi công lúc xây dựng, tháo bùn cát lắng đọng trong hồ chứa hoặc lấy nước tưới, phát điện. Tùy điều kiện cụ thể mà có thể kết hợp nhiều mục đích khác nhau trong một công trình tháo nước dưới sâu. Công trình tháo lũ trên mặt thường đặt ở cao trình tương đối cao. Do cao trình của ngưỡng tràn cao, nên nó chỉ có thể đùng để tháo dung tích phòng lũ của hồ chứa.
Công trình tháo lũ trên mặt bao gồm các kiểu sau đây: - Đập tràn; - Đường tràn dọc; 5 - Đường tràn ngang (máng tràn ngang); - Xi phông tháo lũ; - Giếng tháo lũ; - Đường tràn kiểu gáo; - Công trình tháo lũ trong thân đập (đập tràn, xi phông tháo lũ, cống ngầm, đường ống.) và công trình tháo lũ ngoài thân đập (đường tràn dọc, tràn ngang, giếng tháo lũ, đường hầm. Đối với từng loại đầu mối công trình thuỷ lợi, cần phân tích kỹ đặc điểm làm việc, điều kiện địa hình, địa chất và thuỷ văn, các yêu cầu về thi công, quản lý khai thác để chọn loại đường tràn thích hợp [4]. Xây dựng hồ chứa và các công trình thủy lợi ở Việt Nam a. Các công trình thủy lợi, thủy điện trên thế giới và Việt Nam Từ xa xưa con người đã biết đắp đập trữ nước, chủ yếu dùng cho sinh hoạt và nông nghiệp.
Dấu tích các đập ít nhất từ 3000 năm trước công nguyên đã tìm thấy ở Jordan, Ai Cập và vùng Trung Đông. Nhưng từ nửa sau của thế kỷ XX, xây dựng đập mới trở thành một trào lưu mạnh mẽ do nhu cầu phát triển công nghiệp, thủy điện và phòng chống lũ. Theo thống kê năm 1998 của Uỷ ban đập nước thế giới (World Commission on Dams – WCD), nhân loại đã xây dựng được 47.655 đập cỡ lớn ở 140 nước trên thế giới. Năm nước có nhiều đập nhất là Trung Quốc có 22.675 cái và Tây Ban Nha là 1.
Theo khu vực đứng đầu là châu Á với 31.340 cái, tiếp theo là Tây Âu 4.299 cái, Đông Âu 1203 cái, Nam Mỹ 979 cái, Bắc và Trung Mỹ 801 cái. Đối với Việt Nam, cho đến nay vẫn là một đất nước có nền kinh tế nông nghiệp, tài nguyên nước có ý nghĩa quyết định trong sự phát triển bền vững của đất nước. Lịch sử hình thành và phát triển của dân tộc Việt Nam gắn liền với sự hình thành của hệ thống đê điều chống lũ hàng ngàn năm với hệ 6 thống kênh rạch để mở mang vùng đất mới, phát huy mặt lợi của nước, hạn chế mặt hại để tồn tại và phát triển. Cũng chính nhờ lợi thế đó, một nền văn minh lúa nước đã hình thành từ nghìn năm ở Đồng bằng sông Hồng và di cư vào Đồng bằng sông Cửu Long 300 năm trước đây.
Tuy vậy, nhưng do đặc điểm lịch sử mà sự phát triển của các hệ thống đầu mối thủy lợi ở nước ta chậm hơn so với các nước phát triển trên thế giới. Từ khi nước Việt Nam dân chủ cộng hòa ra đời nhất là sau khi hòa bình lập lại, thủy lợi nước ta mới thật sự trở thành một ngành thuộc kết cấu hạ tầng kinh tế - xã hội được ưu tiên đầu tư. Đến nay cả nước có khoảng trên 750 hồ chứa, đập cỡ vừa và lớn, trên 7000 hồ chứa, đập cỡ nhỏ. Các hệ thống thủy lợi của nước ta có thể kể đến như hệ thống thủy lợi Đại Lải, Cẩm Sơn, Kẻ Gỗ, Yên Lập, Sông Mực, Dầu Tiếng, Thạch Nham hay các công trình sử dụng tổng hợp nguồn nước như Hồ chứa nước Cửa Đạt, Thủy điện Hòa Bình, Thác Bà, Đa Nhim, Trị An, Yaly, Yazun Hạ, Vĩnh Sơn, Thác Mơ.
Đặc điểm đường tràn của một số hồ chứa nước đã xây dựng Gắn liền với các hệ thống đầu mối thủy lợi nêu trên là các công trình tháo lũ, làm nhiệm vụ tháo phần nước lũ không thể chứa trong hồ. Công trình tháo lũ trên các hệ thống đầu mối thủy lợi rất đa dạng. Dưới đây là một số hình thức đường tràn của các hồ chứa đã xây dựng: Bảng 1.1: Một số công trình thủy lợi, thủy điện có quy mô vừa và lớn ở Việt Nam Năm H tràn B tràn Q xả tràn TT Tên công trình Địa điểm xây Hình thức tràn (m) (m) (m3/s) dựng Thủy điện 2007- 1 Sơn La Đập tràn-mũi phun 5,63 80 2.387 Nậm Chiến 2013 Đập tràn+ xả sâu có cửa van điều Thủy điện 2006- 2 Sơn La tiết, nối tiếp bằng 28,76 167 38.240 Sơn La 2010 dốc nước+ mũi phun 7 Năm H tràn B tràn Q xả tràn TT Tên công trình Địa điểm xây Hình thức tràn (m) (m) (m3/s) dựng Quảng 2006- Đập tràn-Bể tiêu 3 Hồ Nước Trong 14 62,5 6.728 Ngãi 2010 năng Thủy điện 2006- 4 Lai Châu Đập tràn-mũi phun 15,85 90 12.908 Huội Quảng 2010 Đập tràn có cửa Thủy điện 2005- 5 Nghệ An van điều tiết, nối 11,5 60 10.500 Bản Vẽ 2009 tiếp bằng mũi phun Thừa Thủy điện 2005- 6 Thiên Đập tràn-mũi phun 12,96 50 4.519 Bình Điền 2008 Huế Thủy điện Đak 2005- 7 Đập tràn-mũi phun 15,5 75 12.320 SRêPok 3 Nông 2010 Đắc Thủy điện Nông, 2004- Dốc nước, mũi 8 16 75 13.300 Đồng Nai 4 Lâm 2009 phun Đồng Tràn dọc có cửa Thanh 2004- 9 Hồ Cửa Đạt van, TN bằng dòng 23,82 55 11.600 Hóa 2012 phun Thủy điện Gia Lai, 2004- 10 Đập tràn-mũi phun 15,6 120 20.090 Sê San 4 Kon Tum 2010 Thủy điện 2003- Dốc nước, mũi 11 Kon Tum 18 70 6.050 Plei Krông 2006 phun Thủy điện Quảng 2003- Dốc nước, mũi 12 5,05 30 1.668 Rào Quán Trị 2007 phun Thủy điện Gia Lai, 2003- Đập tràn-Bể tiêu 13 17,76 105 1.800 Sê San 3A Kon Tum 2006 năng Tràn có 3 cửa, van Thủy điện Bình 2003- cung; Nối tiếp sau 14 18,60 45 7.390 Đại Ninh Thuận 2008 ngưỡng tràn là dốc nước, mũi phun 2003- Dốc nước, mũi 15 Đrây Hlinh Đắc Lắc 3,6 480 7.590 2007 phun Thủy điện 2002- Đập tràn-Bể tiêu 16 Kon Tum 17,76 105 18.000 Sê San 3 2006 năng 8 Năm H tràn B tràn Q xả tràn TT Tên công trình Địa điểm xây Hình thức tràn (m) (m) (m3/s) dựng Thủy điện Tuyên 2002- Dốc nước, mũi 17 15,84 60 11.986 Tuyên Quang Quang 2008 phun Thủy điện Bình 2000- Đập tràn-Bể tiêu 18 12 50 6.965 Cần Đơn Phước 2004 năng Tràn dọc có cửa 1993- 19 Thủy điện Ialy Gia Lai van, TN bằng dòng 18,8 105 17.570 2001 phun 1990- Dốc nước, mũi 20 Hồ Ayun Hạ Gia Lai 10,92 23 1.237 1994 phun Công trình xả lũ có Thủy điện 1979- 21 Hòa Bình 12 cửa xả mặt và 6 90 37.800 Hòa Bình 1994 cửa xả đáy c. Một số trường hợp sự cố, mất an toàn đã xảy ra do xâm thực khí thực trên các công trình tháo nước ở Việt Nam Đối với các công trình tháo nước có cột nước cao thì các hư hỏng, sự cố do xâm thực khí thực là đáng kể nhất và trong luận văn này cũng giới hạn phạm vi nghiên cứu ở phần xâm thực khí thực các công trình xả bằng bê tông.
Dưới đây là một vài trường hợp về xâm thực khí thực trên các công trình tháo ở Việt Nam trong thời gian gần đây: - Đập tràn Thác Bà: Đập tràn Thác Bà bắt đầu xây dựng vào năm 1971, mặt tràn dạng Ophixerop, tràn gồm 3 khoang x 10m có cửa van, khoang giữa có mũi phóng, hai khoang bên theo sơ đồ tiêu năng đáy, sân tiêu năng dài 28,6m, ở cuối có bố trí 7 mố tiêu năng, giữa các mố là mũi phun thấp hình nêm. Năm 1990 tràn xả lưu lượng Q = 1300m3/s qua 3 khoang khi mực nước hạ lưu ở cao trình 27,65m (sân sau ở cao trình 20m). Nghiên cứu điều kiện làm việc của đập tràn 9 cho thấy với lưu lượng này thì chiều dài sân không đủ để tạo nước chảy ngập trong bể ứng với mực nước hạ lưu là 27,65m, dòng chảy trên bề mặt vẫn là dòng chảy xiết, với vận tốc tại đáy bể là 22,8 – 25m/s, do đó tại các mũi phun sẽ sinh tách dòng tạo chân không dẫn đến khí thực. Kết quả là mặt sân tiêu năng giáp với các mố 5, 6 bị bong tróc bê tông từ 10 ÷ 20cm, trơ cốt thép dọc, cốt thép ngang bị đứt, các thành đứng của các mũi phun thấp hầu hết dưới chân bị bóc rỗ sâu 5 ÷ 10cm (hình 1.
Đây là hậu quả của xâm thực khí thực do bề mặt có gồ ghề cục bộ và đường viền của các mũi phun thấp có cấu tạo chưa hợp lý [3].1: Xâm thực mũi phun cuối bể ở đập tràn Thác Bà [3] - Hệ thống đập Bái Thượng – Sông Chu (Thanh Hóa) Hệ thống được xây dựng vào năm 1920, hoàn thành năm 1926, trong hệ thống có đập tràn trọng lực ngăn sông Chu để dâng nước đưa vào hệ thống công trình dẫn nước. Sau 3 năm vận hành (năm 1929), hiện tượng xâm thực đã xuất hiện ở hạ lưu đập, mỗi năm theo thời gian phát triển thêm và làm xói chân đập tràn sâu đến 2m, đã phải xử lý bằng cách đắp vào 3000m3 đá. Sau đó đập vẫn tiếp tục bị phá hoại ở các năm 1939, 1942, 1952, 1980.