Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Đắk Lắk, trung tâm vùng Tây Nguyên với diện tích tự nhiên 13.125,37 km² và dân số khoảng 1,666 triệu người năm 2012, có hơn 600 hồ chứa và đập dâng phục vụ đa dạng mục tiêu như tưới tiêu, nuôi trồng thủy sản, phát triển kinh tế và an ninh quốc phòng. Tuy nhiên, các hồ chứa này đang đối mặt với nguy cơ mất an toàn nghiêm trọng do lũ vượt thiết kế, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu làm gia tăng lượng mưa và thay đổi quy luật dòng chảy. Hồ chứa nước 739 tại huyện Ea Súp là một ví dụ điển hình, nơi lũ vượt thiết kế đã gây ra nguy hiểm cho đập đất chính và các công trình đầu mối, đe dọa tính mạng và tài sản của hơn 220 hộ dân.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiện trạng lũ vượt thiết kế tại hồ 739, phân tích nguyên nhân và đề xuất các giải pháp công trình nhằm đảm bảo an toàn cho hồ trong điều kiện lũ vượt thiết kế với tần suất 0,2%. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hồ 739 và các hồ chứa tương tự tại tỉnh Đắk Lắk, dựa trên số liệu thu thập từ các trạm khí tượng thủy văn, khảo sát thực tế và tài liệu thiết kế công trình. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quản lý, vận hành hồ chứa, giảm thiểu rủi ro thiên tai và bảo vệ an toàn cho cộng đồng dân cư vùng hạ du.

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 đập và thủy văn, bao gồm:

  • Lý thuyết thủy văn tính toán lũ thiết kế và lũ vượt thiết kế: Phân tích chuỗi số liệu mưa, dòng chảy, xác định tần suất lũ và lưu lượng đỉnh lũ phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 04-05:2012/BNNPTNT.
  • Mô hình tràn xả lũ kiểu zíc zắc (Labyrinth Weir): Tăng khả năng xả lũ bằng cách kéo dài đường tràn hiện hữu, giảm áp lực lên đập chính.
  • Lý thuyết an toàn công trình thủy lợi: Đánh giá ổn định đập đất, thiết bị thoát lũ, và các giải pháp công trình nhằm đảm bảo an toàn khi có lũ vượt thiết kế.
  • Các khái niệm chính: lũ thiết kế, lũ kiểm tra, lũ vượt thiết kế, tràn xả lũ, tràn sự cố, an toàn hồ đập.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp, hệ thống và thực tiễn, bao gồm:

  • Thu thập dữ liệu: Số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm quan trắc tại Đắk Lắk, khảo sát hiện trạng công trình hồ 739, tài liệu thiết kế và vận hành hồ chứa.
  • Phân tích thủy văn: Tính toán lại lũ thiết kế, lũ kiểm tra và lũ vượt thiết kế dựa trên chuỗi số liệu cập nhật, áp dụng mô hình toán thủy văn.
  • Phân tích kỹ thuật công trình: Đánh giá hiện trạng tràn xả lũ, khả năng tháo lũ, ổn định đập đất, tính toán các phương án cải tạo tràn zíc zắc và xây dựng tràn sự cố.
  • Tham vấn chuyên gia: Thu thập ý kiến từ các nhà khoa học, kỹ sư thủy lợi để hoàn thiện giải pháp.
  • Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu tập trung vào hồ 739 với dữ liệu thu thập trong giai đoạn 2010-2015, phân tích và đề xuất giải pháp trong năm 2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng lũ vượt thiết kế phổ biến tại Đắk Lắk: Khoảng 5 hồ chứa lớn có mực nước lũ thực tế vượt thiết kế từ 0,4 đến 1,9 m, trong đó hồ 739 vượt 1,9 m, gây nguy cơ mất an toàn cao. Tỷ lệ hồ chứa bị xuống cấp cần khắc phục chiếm 45% tổng số hồ tại tỉnh.

  2. Nguyên nhân lũ vượt thiết kế đa dạng: Bao gồm tính toán thủy văn chưa phù hợp với thực tế (lũ kép, mưa kéo dài), tác động của biến đổi khí hậu làm tăng cường suất mưa cực đoan, hoạt động phá rừng đầu nguồn làm giảm khả năng giữ nước, và năng lực tư vấn thiết kế còn hạn chế. Ví dụ, trận lũ năm 1990 tại hồ Buôn Bông với lượng mưa 393,5 mm kéo dài 6 ngày đã gây vỡ đập do lũ vượt thiết kế.

  3. Hiện trạng công trình và tràn xả lũ chưa đáp ứng yêu cầu: Tràn xả lũ hiện hữu tại hồ 739 không đủ năng lực xả lũ với tần suất 0,2%, gây áp lực lớn lên đập đất chính. Các công trình tương tự cũng gặp hiện tượng xói lở, nứt gãy, giảm khả năng tháo lũ.

  4. Phương án cải tạo tràn zíc zắc và xây dựng tràn sự cố hiệu quả: Tính toán cho thấy tràn zíc zắc có thể tăng lưu lượng xả lũ lên 20-30% so với tràn hiện hữu, giảm nguy cơ tràn qua đỉnh đập. Tràn sự cố kiểu tự do được đề xuất xây dựng bổ sung nhằm đảm bảo an toàn khi lũ vượt thiết kế xảy ra.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân lũ vượt thiết kế tại hồ 739 và các hồ chứa Đắk Lắk là sự kết hợp của yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ mưa lớn, trong khi hoạt động phá rừng làm giảm khả năng điều tiết nước tự nhiên. Các phương pháp tính toán thủy văn truyền thống chưa cập nhật đầy đủ dữ liệu mới, dẫn đến đánh giá thấp lưu lượng lũ thực tế. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế cho thấy xu hướng tương tự về ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và hoạt động con người đến an toàn hồ đập.

Việc áp dụng tràn zíc zắc (Labyrinth Weir) là giải pháp kỹ thuật tiên tiến, đã được chứng minh hiệu quả trong nhiều công trình tương tự, giúp tăng khả năng xả lũ mà không cần mở rộng diện tích tràn. Kết quả tính toán điều tiết lũ qua tràn zíc zắc tại hồ 739 cho thấy lưu lượng xả lũ tăng từ 1.200 m³/s lên khoảng 1.560 m³/s với tần suất 0,2%, giảm áp lực lên đập chính. Bảng và biểu đồ so sánh lưu lượng xả lũ qua các phương án sẽ minh họa rõ nét hiệu quả của giải pháp này.

Ngoài ra, xây dựng tràn sự cố kiểu tự do giúp tăng khả năng tháo lũ trong trường hợp lũ vượt thiết kế cực đoan, góp phần giảm thiểu rủi ro vỡ đập. Tuy nhiên, chi phí đầu tư và bảo trì cần được cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả kinh tế.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cải tạo tràn xả lũ hiện hữu thành tràn zíc zắc (Labyrinth Weir)

    • Mục tiêu: Tăng lưu lượng xả lũ lên ít nhất 20% so với hiện trạng.
    • Thời gian thực hiện: 12-18 tháng.
    • Chủ thể thực hiện: Ban quản lý công trình thủy lợi tỉnh Đắk Lắk phối hợp với đơn vị tư vấn chuyên ngành.

  2. Xây dựng tràn sự cố kiểu tự do bổ sung cho hồ 739

    • Mục tiêu: Đảm bảo an toàn khi lũ vượt thiết kế với tần suất 0,2%.
    • Thời gian thực hiện: 18-24 tháng.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Đắk Lắk, nhà thầu xây dựng có kinh nghiệm.

  3. Tăng cường công tác dự báo và cảnh báo lũ

    • Mục tiêu: Nâng cao độ chính xác dự báo lũ, giảm thiểu thiệt hại do lũ vượt thiết kế.
    • Thời gian thực hiện: Triển khai ngay, duy trì liên tục.
    • Chủ thể thực hiện: Trung tâm Khí tượng Thủy văn tỉnh, phối hợp với các trạm quan trắc.

  4. Tuyên truyền, nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ rừng đầu nguồn

    • Mục tiêu: Giảm thiểu tác động tiêu cực của phá rừng đến chế độ thủy văn.
    • Thời gian thực hiện: Liên tục, ưu tiên trong 3 năm đầu.
    • Chủ thể thực hiện: UBND các huyện, xã, các tổ chức cộng đồng và nông dân.

  5. Rà soát, cập nhật quy trình vận hành hồ chứa phù hợp với điều kiện hiện tại

    • Mục tiêu: Đảm bảo vận hành hồ chứa an toàn, hiệu quả trong điều kiện biến đổi khí hậu.
    • Thời gian thực hiện: 6-12 tháng.
    • Chủ thể thực hiện: Ban quản lý hồ chứa, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ quản lý và vận hành hồ chứa thủy lợi, thủy điện

    • Lợi ích: Nắm bắt nguyên nhân và giải pháp kỹ thuật đảm bảo an toàn hồ chứa khi có lũ vượt thiết kế, nâng cao hiệu quả quản lý vận hành.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình thủy

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp tính toán thủy văn, mô hình tràn xả lũ zíc zắc, và các giải pháp công trình thực tiễn.

  3. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và phòng chống thiên tai

    • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và kế hoạch phòng chống thiên tai liên quan đến hồ chứa.

  4. Các tổ chức phi chính phủ và cộng đồng dân cư vùng hạ du

    • Lợi ích: Hiểu rõ tác động của lũ vượt thiết kế, nâng cao nhận thức về bảo vệ rừng đầu nguồn và tham gia vào công tác phòng chống thiên tai.

Câu hỏi thường gặp

  1. Lũ vượt thiết kế là gì và tại sao lại xảy ra?
    Lũ vượt thiết kế là hiện tượng mực nước lũ trong hồ vượt quá mức lũ thiết kế được tính toán ban đầu. Nguyên nhân chính gồm biến đổi khí hậu làm tăng cường suất mưa, hoạt động phá rừng đầu nguồn, và tính toán thủy văn chưa cập nhật dữ liệu thực tế.

  2. Tại sao tràn zíc zắc được lựa chọn để cải tạo tràn xả lũ?
    Tràn zíc zắc giúp tăng chiều dài đường tràn mà không cần mở rộng diện tích, từ đó tăng lưu lượng xả lũ lên 20-30%, giảm áp lực lên đập chính và hạn chế nguy cơ vỡ đập.

  3. Làm thế nào để dự báo và cảnh báo lũ vượt thiết kế hiệu quả hơn?
    Cần đầu tư mạng lưới quan trắc mưa lũ hiện đại, áp dụng công nghệ thông tin trong dự báo, đào tạo cán bộ chuyên môn và xây dựng bản đồ ngập lụt để có kế hoạch ứng phó kịp thời.

  4. Ảnh hưởng của hoạt động phá rừng đến an toàn hồ chứa như thế nào?
    Phá rừng làm giảm khả năng giữ nước và điều tiết dòng chảy, khiến lũ tập trung nhanh hơn và đỉnh lũ lớn hơn, làm tăng nguy cơ lũ vượt thiết kế và gây hư hại công trình.

  5. Giải pháp nào phù hợp cho các hồ chứa nhỏ và vừa tại Đắk Lắk?
    Ngoài cải tạo tràn xả lũ, cần kết hợp giải pháp phi công trình như trồng rừng đầu nguồn, nâng cao quản lý vận hành, và xây dựng tràn sự cố để đảm bảo an toàn toàn diện.

Kết luận

  • Hồ chứa nước 739 và nhiều hồ tại Đắk Lắk đang đối mặt với nguy cơ lũ vượt thiết kế, gây mất an toàn nghiêm trọng cho công trình và dân cư hạ du.
  • Nguyên nhân chủ yếu là biến đổi khí hậu, hoạt động phá rừng, và phương pháp tính toán thủy văn chưa phù hợp với thực tế.
  • Giải pháp cải tạo tràn xả lũ thành tràn zíc zắc và xây dựng tràn sự cố được đánh giá là hiệu quả, tăng khả năng xả lũ và giảm nguy cơ vỡ đập.
  • Cần đồng bộ các giải pháp phi công trình như nâng cao dự báo, bảo vệ rừng đầu nguồn và cập nhật quy trình vận hành hồ chứa.
  • Tiếp tục nghiên cứu, cập nhật dữ liệu và triển khai các giải pháp trong vòng 2-3 năm tới để đảm bảo an toàn hồ chứa và phát triển bền vững vùng Tây Nguyên.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và đơn vị thi công cần phối hợp triển khai ngay các giải pháp đề xuất, đồng thời tăng cường đào tạo, nâng cao nhận thức cộng đồng để giảm thiểu rủi ro do lũ vượt thiết kế.