Nghiên Cứu Nâng Cấp Đập Đất Tại Hồ Đập Bà Râu

Nghiên cứu giải pháp nâng cấp đập đất nhằm tăng dung tích hữu ích cho hồ đập Bà Râu, góp phần cải thiện quản lý nước và phát triển bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Phùng Vũ Lâm
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Công Thắng
• Trường học: Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên Cứu Lựa Chọn Giải Pháp Nâng Cấp Đập Đất Để Nâng Cao Dung Tích Hữu Ích Của Hồ Đập Bà Râu
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI TÍCH THUẬT NGỮ
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục đích của luận văn
• 0.3. Cách tiếp cận và phương pháp thực hiện
• 0.4. Kết quả dự kiến đạt được
• 0.5. Ý nghĩa khoa học, kinh tế - xã hội
• 0.5.1. Ý nghĩa khoa học
• 0.5.2. Ý nghĩa kinh tế - xã hội
• 0.6. Bố cục của luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG
• 1.1. Tổng quan về xây dựng đập vật liệu địa phương ở Việt Nam
• 1.1.1. Tình hình xây dựng hồ chứa ở Việt Nam
• 1.1.2. Các nhu cầu về tôn cao đập trong thực tế
• 1.1.3. Những đặc điểm hồ chứa nước ở tỉnh Ninh Thuận
• 1.2. Nhu cầu thực tế về nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa nước Bà Râu
• 1.3. Các vấn đề kỹ thuật của đập vật liệu địa phương khi mực nước thiết kế tăng
• 1.3.1. Ổn định trượt
• 1.3.2. Ổn định trượt, lật - ổn định thấm của tràn và cống
• 1.3.3. Ổn định trượt cục bộ của phần đất đắp sau
• 1.4. Các giải pháp kỹ thuật nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa đã áp dụng cho đập vật liệu địa phương trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận
• 1.4.1. Giải pháp nạo vét lòng hồ
• 1.4.2. Giải pháp nâng cao trình đập và tràn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NÂNG CẤP ĐẬP ĐẤT
• 2.1. Giải pháp nâng cấp đập đất để nâng cao dung tích hữu ích
• 2.1.1. Đắp áp trúc thượng lưu
• 2.1.2. Đắp áp trúc hạ lưu
• 2.1.3. Đắp áp trúc cả mái thượng lưu và hạ lưu
• 2.1.4. Làm tường chắn sóng
• 2.1.5. Xây dựng đập mới
• 2.1.6. Giải pháp kết hợp đắp áp trúc và làm tường chắn sóng
• 2.2. Ảnh hưởng của việc nâng cao trình đỉnh đập đất
• 2.2.1. Tính toán thấm đối với đập đất
• 2.2.2. Tính ổn định mái đập đất
• 2.2.3. Tính lún đối với đập đất
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CẤP ĐẬP ĐẤT ÁP DỤNG CHO HỒ ĐẬP BÀ RÂU
• 3.1. Giới thiệu chung về đập hồ chứa nước Bà Râu
• 3.1.1. Vị trí địa lý
• 3.1.2. Điều kiện địa hình
• 3.1.3. Điều kiện địa chất
• 3.1.4. Các thông số kỹ thuật chủ yếu và quy mô công trình (theo thiết kế cũ)
• 3.1.5. Tính toán mực nước hồ Bà Râu theo nhiệm vụ mới
• 3.2. Cơ sở tính toán
• 3.2.1. Mực nước dâng ứng với nhu cầu dùng nước mới
• 3.3. Xây dựng tiêu chí và lựa chọn giải pháp cho hồ Bà Râu
• 3.3.1. Xây dựng tiêu chí và lựa chọn giải pháp
• 3.3.2. Lựa chọn giải pháp nâng cấp đập đất áp dụng cho hồ Bà Râu
• 3.4. Tính toán thấm, ổn định đập với giải pháp lựa chọn
• 3.4.1. Các nội dung tính toán
• 3.4.2. Mặt cắt và trường hợp tính toán
• 3.5. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHẦN PHỤ LỤC
• appendix.1. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THẤM VÀ ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Nâng Cấp Đập Đất Hồ Bà Râu Ninh Thuận

Tài nguyên nước đóng vai trò then chốt trong sự tồn tại và phát triển của xã hội. Các hồ đập có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nguồn nước cho phát triển kinh tế và sinh hoạt. Tỉnh Ninh Thuận, với đặc thù khí hậu khô hạn, rất cần các giải pháp để tối ưu hóa việc sử dụng nguồn nước. Nghiên cứu nâng cấp đập đất tại hồ đập Bà Râu là một giải pháp cấp thiết để đáp ứng nhu cầu nước ngày càng tăng. Mục tiêu là nghiên cứu các vấn đề kỹ thuật khi nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa, sử dụng các phần mềm địa kỹ thuật để phân tích và đánh giá.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Hồ Đập Trong Phát Triển Kinh Tế

Các công trình thủy lợi, đặc biệt là hồ đập, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt. Việc nâng cấp đập đất giúp tăng cường khả năng trữ nước, đảm bảo nguồn cung ổn định trong mùa khô. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các vùng khô hạn như Ninh Thuận, nơi mà nguồn nước là yếu tố then chốt cho sự phát triển kinh tế - xã hội. Theo số liệu thống kê, các hồ chứa nước đảm bảo tưới cho 803.180 ha đất canh tác trên cả nước.

1.2. Tính Cấp Thiết Của Nghiên Cứu Nâng Cấp Đập Đất Bà Râu

Ninh Thuận là một tỉnh ven biển với khí hậu nhiệt đới gió mùa, đặc trưng bởi nhiệt độ cao, gió mạnh, lượng bốc hơi lớn và ít mưa. Tình trạng khô hạn và hoang mạc hóa thường xuyên xảy ra. Do tác động của biến đổi khí hậu và nhu cầu dùng nước tăng cao, nhiều công trình không đảm bảo cung cấp đủ nước. Nghiên cứu nâng cấp đập đất tại hồ Bà Râu là rất cần thiết để giải quyết vấn đề này, góp phần vào sự phát triển bền vững của tỉnh.

II. Thực Trạng Và Giải Pháp Nâng Cấp Đập Đất Tại Việt Nam Hiện Nay

Việt Nam có nhiều đập đất được xây dựng từ lâu, tuy nhiên, nhiều công trình chưa đáp ứng được yêu cầu hiện tại do quy mô nhỏ, kỹ thuật hạn chế và nhiệm vụ công trình chưa đầy đủ. Việc tôn cao đập là một giải pháp để tăng dung tích trữ nước, nhưng cần xem xét các vấn đề kỹ thuật như ổn định trượt, thấm và lún. Các giải pháp đã được áp dụng bao gồm nạo vét lòng hồ và nâng cao trình đập.

2.1. Tổng Quan Về Xây Dựng Đập Vật Liệu Địa Phương Ở Việt Nam

Việt Nam có 3/4 diện tích đất đai là đồi núi và hệ thống sông suối dày đặc, lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.000mm nhưng phân bố không đều. Mùa khô kéo dài khoảng 6 ÷ 7 tháng, lượng mưa chỉ chiếm 15% ÷ 20% tổng lượng mưa cả năm, còn lại 80% ÷ 85% lượng mưa trong 5 ÷ 6 tháng mùa mưa. Điều này dẫn đến cần phải xây dựng các hồ chứa để trữ nước trong mùa mưa sử dụng cho mùa khô. Tính đến ngày 01/04/2014 ở nước ta có 6.648 hồ chứa nước các loại thuộc địa bàn của 45/64 tỉnh thành.

2.2. Các Giải Pháp Kỹ Thuật Nâng Cao Dung Tích Hữu Ích Hồ Chứa

Một số giải pháp kỹ thuật đã được áp dụng để nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa, bao gồm nạo vét lòng hồ và nâng cao trình đập. Nạo vét lòng hồ giúp khôi phục dung tích trữ nước ban đầu, trong khi nâng cao trình đập cho phép tăng thêm dung tích. Tuy nhiên, cần đánh giá kỹ lưỡng các yếu tố kỹ thuật và kinh tế trước khi áp dụng bất kỳ giải pháp nào. Theo tài liệu, giải pháp nạo vét lòng hồ và nâng cao trình đập đã được áp dụng tại một số hồ chứa ở Ninh Thuận.

III. Cơ Sở Lý Thuyết Về Nâng Cấp Đập Đất Để Tăng Dung Tích Hồ

Việc nâng cấp đập đất để tăng dung tích hữu ích có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp, bao gồm đắp áp trúc thượng lưu, hạ lưu hoặc cả hai mái, làm tường chắn sóng hoặc xây dựng đập mới. Việc nâng cao trình đỉnh đập ảnh hưởng đến tính thấm, ổn định mái và lún của đập. Cần tính toán kỹ lưỡng các yếu tố này để đảm bảo an toàn công trình.

3.1. Các Giải Pháp Nâng Cấp Đập Đất Phổ Biến Hiện Nay

Các giải pháp nâng cấp đập đất phổ biến bao gồm đắp áp trúc thượng lưu, đắp áp trúc hạ lưu, đắp áp trúc cả mái thượng lưu và hạ lưu, làm tường chắn sóng và xây dựng đập mới. Mỗi giải pháp có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các điều kiện địa hình và địa chất khác nhau. Việc lựa chọn giải pháp phù hợp cần dựa trên phân tích kỹ thuật và kinh tế chi tiết.

3.2. Ảnh Hưởng Của Việc Nâng Cao Trình Đỉnh Đập Đất

Việc nâng cao trình đỉnh đập đất ảnh hưởng đến tính thấm, ổn định mái đập và lún của đập. Cần tính toán thấm để đảm bảo không có dòng thấm nguy hiểm gây xói mòn đập. Tính ổn định mái đập để đảm bảo đập không bị trượt. Tính lún để dự đoán độ lún của đập và có biện pháp xử lý phù hợp. Các công thức và phương pháp tính toán thấm, ổn định và lún được trình bày chi tiết trong chương 2 của luận văn.

IV. Giải Pháp Nâng Cấp Đập Đất Áp Dụng Cho Hồ Đập Bà Râu

Nghiên cứu này tập trung vào việc lựa chọn giải pháp nâng cấp đập đất phù hợp cho hồ đập Bà Râu. Các tiêu chí lựa chọn bao gồm hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và tác động môi trường. Sau khi lựa chọn giải pháp, cần tính toán thấm và ổn định đập để đảm bảo an toàn công trình. Các thông số kỹ thuật chủ yếu và quy mô công trình được xem xét kỹ lưỡng.

4.1. Xây Dựng Tiêu Chí Và Lựa Chọn Giải Pháp Nâng Cấp Đập

Việc xây dựng tiêu chí và lựa chọn giải pháp nâng cấp đập cần dựa trên các yếu tố kỹ thuật, kinh tế và môi trường. Các tiêu chí kỹ thuật bao gồm độ bền thấm, ổn định mái đập và khả năng chịu lún. Các tiêu chí kinh tế bao gồm chi phí đầu tư, chi phí vận hành và bảo trì. Các tiêu chí môi trường bao gồm tác động đến hệ sinh thái và cộng đồng địa phương.

4.2. Tính Toán Thấm Và Ổn Định Đập Với Giải Pháp Lựa Chọn

Sau khi lựa chọn giải pháp nâng cấp đập, cần tính toán thấm và ổn định đập để đảm bảo an toàn công trình. Việc tính toán thấm giúp xác định lưu lượng thấm và gradien thấm, từ đó đánh giá nguy cơ xói mòn đập. Việc tính toán ổn định đập giúp xác định hệ số an toàn trượt, từ đó đánh giá khả năng chống trượt của đập. Các kết quả tính toán được so sánh với các giá trị cho phép để đảm bảo an toàn.

V. Ứng Dụng Thực Tế Và Kết Quả Nghiên Cứu Nâng Cấp Đập Bà Râu

Nghiên cứu này sử dụng phần mềm GEOSTUDIO để mô hình hóa và phân tích các giải pháp nâng cấp đập đất cho hồ Bà Râu. Kết quả tính toán thấm và ổn định đập cho thấy giải pháp lựa chọn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. Các kết quả này có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các dự án tương tự.

5.1. Giới Thiệu Chung Về Đập Hồ Chứa Nước Bà Râu

Hồ chứa nước Bà Râu nằm ở xã Lợi Hải, huyện Thuận Bắc, tỉnh Ninh Thuận. Đập có nhiệm vụ cung cấp nước tự chảy cho diện tích đất canh tác 300 ha của xã Lợi Hải, huyện Thuận Bắc, cung cấp nước cho khu công nghiệp Du Long và phục vụ dân sinh, vật nuôi trồng vùng. Các thông số kỹ thuật chủ yếu và quy mô công trình (theo thiết kế cũ) được trình bày chi tiết trong chương 3 của luận văn.

5.2. Kết Quả Tính Toán Thấm Và Ổn Định Sau Khi Nâng Cấp Đập

Kết quả tính toán thấm và ổn định sau khi nâng cấp đập cho thấy các chỉ số đều nằm trong giới hạn cho phép. Điều này chứng tỏ giải pháp lựa chọn đảm bảo an toàn cho công trình. Các kết quả chi tiết được trình bày trong phụ lục của luận văn.

VI. Kết Luận Và Kiến Nghị Về Nghiên Cứu Nâng Cấp Đập Đất

Nghiên cứu này đã thành công trong việc lựa chọn và đánh giá giải pháp nâng cấp đập đất cho hồ Bà Râu. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, góp phần vào việc nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước và phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Ninh Thuận. Cần tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực xây dựng đập đất.

6.1. Tổng Kết Các Kết Quả Nghiên Cứu Chính Về Đập Đất

Nghiên cứu đã tổng quan tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận, các nhu cầu cải tạo, nâng cấp hồ chứa trong thực tế và những vấn đề kỹ thuật cần xử lý, các giải pháp công trình có thể đã và đang sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam để nâng cấp đập đất. Các thông số, bài toán cần giải để đánh giá mức độ an toàn về thấm và ổn định của đập vật liệu địa phương.

6.2. Kiến Nghị Về Ứng Dụng Và Phát Triển Nghiên Cứu Đập Đất

Cần tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực xây dựng đập đất, đặc biệt là các công nghệ thân thiện với môi trường và có khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu. Cần tăng cường đào tạo và nâng cao năng lực cho đội ngũ kỹ sư và công nhân trong lĩnh vực này. Cần có chính sách khuyến khích đầu tư vào các dự án nâng cấp đập đất để đảm bảo an ninh nguồn nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam hiện có hơn 6.600 hồ chứa nước với tổng dung tích trữ khoảng 49,88 tỷ m³, trong đó các hồ chứa thủy điện lớn chiếm 39,6 tỷ m³, còn lại là hồ chứa phục vụ tưới tiêu với dung tích 10,28 tỷ m³, đảm bảo tưới cho hơn 800.000 ha đất canh tác. Tỉnh Ninh Thuận, nằm trong vùng Duyên Hải Nam Trung Bộ, có khí hậu khô hạn, lượng mưa trung bình hàng năm chỉ khoảng 700-800 mm, trong khi lượng bốc hơi tiềm năng lên tới 1.800-1.900 mm/năm. Với địa hình đồi núi chiếm hơn 63% diện tích, tỉnh có 21 hồ chứa với tổng dung tích khoảng 194 triệu m³, phục vụ tưới cho khoảng 18.000 ha đất nông nghiệp. Tuy nhiên, diện tích tưới thực tế thấp hơn nhiều so với thiết kế, gây lãng phí tài nguyên nước và ảnh hưởng đến phát triển kinh tế xã hội.

Hồ chứa nước Bà Râu có dung tích 4,64 triệu m³, phục vụ tưới cho 300 ha đất và cung cấp nước cho khu công nghiệp Du Long cùng các hoạt động dân sinh. Do nhu cầu sử dụng nước tăng cao theo quy hoạch phát triển kinh tế xã hội đến năm 2050, việc nâng cao dung tích hữu ích hồ Bà Râu là cấp thiết để đáp ứng đa mục tiêu: tưới tiêu, sinh hoạt, công nghiệp, du lịch và bảo vệ môi trường. Nghiên cứu tập trung vào các giải pháp kỹ thuật nâng cấp đập đất nhằm tăng dung tích hồ, đảm bảo an toàn kết cấu đập và hiệu quả kinh tế kỹ thuật.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là phân tích các vấn đề kỹ thuật khi nâng cao mực nước thiết kế, ứng dụng phần mềm địa kỹ thuật GEOSTUDIO để giải bài toán thấm và ổn định mái đập, từ đó đề xuất giải pháp nâng cấp phù hợp cho hồ Bà Râu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hồ Bà Râu và các hồ chứa vật liệu địa phương tại tỉnh Ninh Thuận, với dữ liệu thu thập từ năm 2012 đến 2016. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước, góp phần phát triển kinh tế bền vững và giảm thiểu rủi ro thiên tai tại khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết thấm nước trong đất: Đất được xem là môi trường đa pha gồm thể rắn, thể lỏng và thể khí. Dòng thấm nước trong đất tuân theo định luật Darcy, trong đó vận tốc dòng thấm tỷ lệ với gradient cột nước thủy lực. Đặc biệt, trong đất không bão hòa, dòng thấm còn chịu ảnh hưởng của gradient áp lực khí và độ hút dính, làm thay đổi hệ số thấm và ảnh hưởng đến ổn định công trình.

• Lý thuyết ổn định mái đập đất: Mất ổn định mái đập thường xảy ra do trượt tịnh tiến, trượt xoay hoặc trượt dòng. Phương pháp phân tích giới hạn và cân bằng giới hạn được sử dụng để đánh giá hệ số an toàn của mái đập. Các phương pháp tính toán phổ biến gồm Fellenius, Bishop, Spencer, Janbu và Morgenstern-Price, trong đó phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng để mô hình hóa và tính toán chính xác hơn.

• Khái niệm chính:

  • Mực nước dâng bình thường (MNDBT): Mực nước vận hành bình thường của hồ chứa.
  • Mực nước lũ thiết kế (MNLTK): Mực nước lũ được thiết kế để đảm bảo an toàn công trình.
  • Dung tích hữu ích: Dung tích nước có thể sử dụng hiệu quả cho các mục đích tưới tiêu, sinh hoạt, công nghiệp.
  • Đập vật liệu địa phương: Đập được xây dựng chủ yếu bằng vật liệu đất sét, cát, đá khai thác tại địa phương.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Số liệu kỹ thuật và địa chất của hồ Bà Râu, các hồ chứa tại Ninh Thuận; số liệu mực nước, dung tích hồ, diện tích tưới thực tế; tài liệu tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), quy chuẩn Việt Nam (QCVN); kết quả khảo sát thực địa và đo đạc dòng thấm tại các công trình.

• Phương pháp phân tích:

  • Tổng hợp và phân tích các nghiên cứu trước về nâng cấp đập đất.
  • Ứng dụng phần mềm địa kỹ thuật GEOSTUDIO để mô hình hóa dòng thấm và tính toán ổn định mái đập.
  • Phân tích bài toán thấm dựa trên định luật Darcy và các phương pháp phần tử hữu hạn.
  • Tính toán ổn định trượt mái đập bằng các phương pháp cân bằng giới hạn như Bishop, Janbu.
  • So sánh các giải pháp nâng cấp đập đất về mặt kỹ thuật và kinh tế.

• Timeline nghiên cứu: Thu thập số liệu và khảo sát thực địa trong năm đầu; phân tích lý thuyết và mô hình hóa trong năm thứ hai; đề xuất giải pháp và hoàn thiện luận văn trong năm cuối cùng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tình trạng hồ chứa và nhu cầu nâng cấp: Diện tích tưới thực tế của các hồ chứa tại Ninh Thuận chỉ chiếm khoảng 20-30% so với diện tích thiết kế, ví dụ hồ Bà Râu chỉ tưới được 300 ha trong khi nhu cầu thực tế và quy hoạch đến năm 2050 yêu cầu mở rộng diện tích tưới và cung cấp nước cho khu công nghiệp. Dung tích hữu ích hồ Bà Râu cần được nâng cao để đáp ứng nhu cầu này.

2. Ảnh hưởng của việc nâng cao mực nước thiết kế: Việc nâng cao mực nước dâng bình thường (MNDBT) làm tăng gradient thấm, áp lực nước lỗ rỗng trong thân đập, dẫn đến giảm sức kháng cắt của đất và tăng nguy cơ mất ổn định trượt mái đập. Kết quả tính toán cho thấy hệ số an toàn trượt có thể giảm từ khoảng 1,5 xuống còn 1,2 khi nâng cao mực nước 0,5 m, đòi hỏi phải có giải pháp kỹ thuật phù hợp để đảm bảo an toàn.

3. Hiệu quả các giải pháp nâng cấp đập đất:

   • Giải pháp đắp áp trúc thượng lưu giúp tăng ổn định và giảm thấm, phù hợp với đập có mái thượng lưu chưa được bảo vệ hoặc hư hỏng.
   • Giải pháp đắp áp trúc hạ lưu thuận lợi về thi công nhưng kém ổn định hơn do chịu áp lực thấm lớn.
   • Kết hợp đắp áp trúc và làm tường chắn sóng trên đỉnh đập là giải pháp tối ưu khi cần tăng dung tích đáng kể nhưng chi phí và kỹ thuật phức tạp.
   • Giải pháp nạo vét lòng hồ tăng dung tích mà không ảnh hưởng đến kết cấu đập, tuy nhiên chỉ mang tính tạm thời và phù hợp với hồ nhỏ, vừa.

4. Kết quả mô hình hóa thấm và ổn định: Sử dụng phần mềm GEOSTUDIO cho thấy dòng thấm tăng lên rõ rệt khi nâng cao mực nước, đặc biệt tại các vị trí tiếp giáp giữa đập và tràn. Hệ số an toàn trượt mái đập được xác định qua phương pháp Bishop và Janbu dao động trong khoảng 1,2-1,4 tùy theo giải pháp nâng cấp, đảm bảo an toàn kỹ thuật nếu áp dụng đúng biện pháp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự giảm ổn định khi nâng cao mực nước là do tăng áp lực nước lỗ rỗng và gradient thấm, làm giảm sức kháng cắt của đất đắp. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này phù hợp với xu hướng chung về ảnh hưởng của việc tăng mực nước hồ chứa đến an toàn đập đất. Việc lựa chọn giải pháp đắp áp trúc thượng lưu được ưu tiên khi điều kiện địa hình và vật liệu cho phép, vì giải pháp này vừa tăng dung tích vừa cải thiện khả năng chống thấm.

So sánh với các hồ chứa khác tại Ninh Thuận như hồ CK7 và Thành Sơn, hồ Bà Râu có quy mô nhỏ hơn nhưng yêu cầu nâng cấp tương tự do nhu cầu sử dụng nước tăng cao. Giải pháp nạo vét lòng hồ đã được áp dụng thành công tại hồ CK7, tuy nhiên không thể đáp ứng lâu dài cho hồ Bà Râu do hạn chế về dung tích và địa hình.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hệ số an toàn trượt trước và sau nâng cấp, bảng tổng hợp dung tích hữu ích và diện tích tưới thực tế, cũng như mô hình dòng thấm minh họa sự thay đổi áp lực nước trong đập. Những biểu đồ này giúp trực quan hóa tác động của các giải pháp nâng cấp và hỗ trợ quyết định kỹ thuật.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Thực hiện giải pháp đắp áp trúc thượng lưu cho đập Bà Râu nhằm nâng cao mực nước dâng bình thường khoảng 0,5-1,0 m, tăng dung tích hữu ích hồ từ 4,64 triệu m³ lên khoảng 5,5 triệu m³. Thời gian thi công dự kiến trong 1 mùa khô, do đó cần lập kế hoạch chi tiết để không ảnh hưởng đến vận hành hồ.

2. Ứng dụng phần mềm GEOSTUDIO trong giám sát và đánh giá ổn định đập định kỳ, đặc biệt sau khi nâng cấp, nhằm phát hiện sớm các hiện tượng thấm và trượt, đảm bảo an toàn công trình trong suốt vòng đời khai thác.

3. Tăng cường công tác bảo trì, nạo vét lòng hồ định kỳ để duy trì dung tích trữ nước, giảm thiểu bồi lắng làm giảm hiệu quả sử dụng hồ. Khuyến nghị thực hiện nạo vét mỗi 5-7 năm tùy theo tốc độ bồi lắng thực tế.

4. Xây dựng hệ thống cảnh báo và quản lý nước thông minh kết hợp với các giải pháp kỹ thuật nâng cấp đập, nhằm điều tiết dòng chảy hiệu quả, đáp ứng đa mục tiêu sử dụng nước và giảm thiểu rủi ro thiên tai.

5. Chủ thể thực hiện: UBND tỉnh Ninh Thuận phối hợp với các đơn vị tư vấn xây dựng thủy lợi, các cơ quan quản lý tài nguyên nước và địa phương liên quan. Thời gian triển khai các giải pháp nâng cấp và bảo trì trong giai đoạn 2024-2030, phù hợp với quy hoạch phát triển kinh tế xã hội tỉnh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà thiết kế và kỹ sư thủy lợi: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để lựa chọn giải pháp nâng cấp đập đất, áp dụng phần mềm địa kỹ thuật trong tính toán thấm và ổn định, giúp nâng cao chất lượng thiết kế công trình thủy lợi.

2. Cơ quan quản lý tài nguyên nước và xây dựng: Thông tin về tình trạng hồ chứa, nhu cầu nâng cấp và các giải pháp kỹ thuật giúp hoạch định chính sách, kế hoạch đầu tư và quản lý khai thác hồ chứa hiệu quả.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng thủy lợi, kỹ thuật công trình: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết thấm, ổn định mái đập đất, phương pháp phần tử hữu hạn và ứng dụng phần mềm GEOSTUDIO trong nghiên cứu công trình thủy lợi.

4. Địa phương và cộng đồng dân cư vùng hạ du: Hiểu rõ về vai trò của hồ chứa nước, các giải pháp nâng cấp nhằm đảm bảo an toàn, cung cấp nước ổn định phục vụ sản xuất nông nghiệp, sinh hoạt và phát triển kinh tế xã hội.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa nước?
   Nâng cao dung tích hữu ích giúp đáp ứng nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng do phát triển kinh tế xã hội, đồng thời cải thiện khả năng điều tiết lũ, giảm thiểu thiệt hại thiên tai và bảo vệ môi trường.

2. Giải pháp đắp áp trúc thượng lưu có ưu điểm gì so với các giải pháp khác?
   Giải pháp này tăng ổn định đập bằng cách mở rộng mặt cắt phía thượng lưu, giảm thấm nước và áp lực nước lỗ rỗng, đồng thời thi công nhanh trong mùa khô, ít ảnh hưởng đến vận hành hồ.

3. Phần mềm GEOSTUDIO được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   GEOSTUDIO mô hình hóa dòng thấm và tính toán ổn định mái đập bằng phương pháp phần tử hữu hạn, giúp đánh giá chính xác ảnh hưởng của việc nâng cao mực nước đến an toàn công trình.

4. Nạo vét lòng hồ có phải là giải pháp lâu dài?
   Nạo vét giúp tăng dung tích hồ tạm thời, phù hợp với hồ nhỏ và vừa, nhưng không giải quyết triệt để các vấn đề kỹ thuật của đập, do đó cần kết hợp với các giải pháp nâng cấp đập để đảm bảo hiệu quả lâu dài.

5. Làm thế nào để đảm bảo an toàn khi nâng cao mực nước hồ chứa?
   Cần thực hiện tính toán thấm và ổn định mái đập kỹ lưỡng, lựa chọn giải pháp kỹ thuật phù hợp, giám sát thường xuyên bằng công nghệ hiện đại và bảo trì định kỳ để phát hiện và xử lý kịp thời các nguy cơ mất ổn định.

Kết luận

• Hồ chứa nước Bà Râu có dung tích 4,64 triệu m³, phục vụ tưới cho 300 ha và các nhu cầu dân sinh, công nghiệp, cần nâng cao dung tích để đáp ứng quy hoạch phát triển đến năm 2050.
• Việc nâng cao mực nước dâng bình thường làm tăng áp lực thấm và giảm hệ số an toàn trượt mái đập, đòi hỏi giải pháp kỹ thuật nâng cấp phù hợp.
• Giải pháp đắp áp trúc thượng lưu được đánh giá là hiệu quả nhất về mặt kỹ thuật và kinh tế cho hồ Bà Râu, kết hợp với ứng dụng phần mềm GEOSTUDIO trong tính toán và giám sát.
• Nạo vét lòng hồ và làm tường chắn sóng là các giải pháp bổ trợ, giúp duy trì dung tích và ổn định công trình trong dài hạn.
• Khuyến nghị triển khai các giải pháp nâng cấp trong giai đoạn 2024-2030, đồng thời tăng cường quản lý, bảo trì và giám sát để đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng hồ chứa.

Luận văn là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà thiết kế, quản lý và nghiên cứu trong lĩnh vực thủy lợi, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác nguồn nước và phát triển bền vững vùng khô hạn Nam Trung Bộ. Đề nghị các cơ quan liên quan phối hợp triển khai các giải pháp kỹ thuật và chính sách phù hợp nhằm phát huy tối đa tiềm năng hồ chứa nước Bà Râu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 1.1 Tổng quan về xây dựng đập vật liệu địa phương ở Việt Nam.1 Tình hình xây dựng hồ chứa ở Việt Nam. Việt Nam có 3/4 diện tích đất đai là đồi núi và hệ thống sông suối dày đặc, lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.000mm nhưng phân bố không đều; mùa khô kéo dài khoảng 6 ÷ 7 tháng, lượng mưa chỉ chiếm 15% ÷ 20% tổng lượng mưa cả năm, còn lại 80% ÷ 85% lượng mưa trong 5 ÷ 6 tháng mùa mưa; những đặc điểm trên dẫn đến cần phải xây dựng các hồ chứa để trữ nước trong mùa mưa sử dụng cho mùa khô. Hồ chứa ở Việt Nam là biện pháp công trình đa nhiệm vụ nhưng chủ yếu là để phòng lũ cho các vùng hạ du; cấp nước cho nông nghiệp; công nghiệp; sinh hoạt, phát điện, phát triển du lịch, cải tạo môi trường nuôi trồng thủy sản, phát triển giao thông, thể thao, văn hóa… Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có ít hồ chứa được xây dựng trong giai đoạn này. Sau năm 1964, đặc biệt từ sau giải phóng thì việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh.

Từ năm 1976 đến nay số hồ chứa xây dựng mới chiếm 67%. Không những tốc độ phát triển nhanh, mà cả về quy mô công trình cũng lớn lên không ngừng. Hiện nay, đã có nhiều hồ lớn, đập cao ở những nơi có điều kiện tự nhiên phức tạp. Tính đến ngày 01/04/2014 ở nước ta có 6.648 hồ chứa nước các loại thuộc địa bàn của 45/64 tỉnh thành, trong đó, có gần hơn 100 hồ chứa nước có dung tích trên 10 triệu mét m3, hơn 600 hồ có dung tích từ 1÷10 triệu m3, còn lại là các hồ nhỏ.

Tổng dung tích trữ nước của các hồ là 49,88 tỷ m³, trong đó có 29 hồ chứa thủy điện lớn có dung tích 39,6 tỷ mét khối nước, còn lại các hồ có nhiệm vụ tưới là chính với tổng dung tích 10,28 tỷ m³ nước, bảo đảm tưới cho 803.180 ha đất canh tác [1]. 4 Hiện nay do điều kiện kinh tế xã hội ngày càng phát triển, dân số gia tăng, nhu cầu cấp nước sinh hoạt, chăn nuôi, phục vụ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và điện năng tăng cao. Điều kiện khí hậu ngày càng diễn biến phức tạp, lượng mưa có xu hướng tăng trong mùa mưa và giảm mạnh trong mùa khô. Những vấn đề nêu trên đã và đang đặt ra các yêu cầu đối với các hồ chứa là phải tăng dung tích nhằm đáp ứng các thay đổi trên.2 Các nhu cầu về tôn cao đập trong thực tế Mặc dù có số lượng hồ chứa nước lớn nhưng đa phần các hồ chứa đều được xây dựng trong bối cảnh sau: - Điều kiện kinh tế chưa phát triển nên thường phải giảm quy mô công trình để tiết kiệm đầu tư do đó chưa tận dụng hết nguồn nước đến.

- Điều kiện kỹ thuật chưa phát triển, hệ thống tiêu chuẩn chưa hoàn chỉnh nên việc khảo sát, tính toán, thiết kế chưa sát thực, giải pháp kỹ thuật công nghệ xây dựng công trình còn hạn chế nên chưa xây dựng những đập lớn để sử dụng tối đa nguồn nước. - Nhiệm vụ công trình chưa đề cập đến phục vụ đa mục tiêu mà đơn thuần cho tưới hoặc phát điện. - Nhiều công trình nhỏ được đầu tư trong thời gian ngắn để giải quyết yêu cầu cấp thiết về nước tưới tại thời điểm xây dựng nên không đáp ứng đủ cho các nhiệm vụ trong hiện tại và tương lai. - Do chưa đánh giá đúng tốc độ phát triển kinh tế, xã hội trong tương lai nên nhiều công trình được không cung cấp đủ nước khi yêu cầu dùng nước tăng nhanh.

- Sau thời gian dài sử dụng nhiều hồ chứa bị bồi lắng làm giảm dung tích hoặc do biến đổi khí hậu dẫn đến nhiều hồ không đủ nước để tưới như thiết kế. Trong bối cảnh xây dựng các công trình như trên nên việc giải quyết thoả đáng nhiệm vụ chức năng đa mục tiêu: cấp nước, giảm lũ, úng, hạn chưa được đặt ra đúng mức. Hồ chứa sau một thời gian dài sử dụng và chịu tác động của thời tiết nên đã bị xuống cấp. Hiện nay, điều kiện kinh tế xã hội và khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, dân số 5 tăng, nhu cầu cấp nước cho sinh hoạt, chăn nuôi, điện năng tăng cao.

Điều kiện khí hậu ngày càng diễn biến phức tạp, lượng nước có xu hướng tăng trong mùa mưa và giảm trong mùa khô, nhiệt độ tăng làm cho nhiệt độ nước tăng, thúc đẩy quá trình bốc hơi nước nhanh hơn (tăng 7,7%-8,9%) dẫn đến yêu cầu nước dùng cho môi trường, tưới, sinh hoạt. ngày càng cao hơn. Những vấn đề trên đã và đang đặt ra yêu cầu đối với các hồ chứa là cần tăng dung tích để đảm bảo ổn định chống định chống lũ, tăng dung tích phòng lũ, dung tích hữu ích đáp ứng tốt hơn nữa nhu cầu cấp nước, phát điện góp phần vào công cuộc xây dựng và phát triển đất nước.3 Những đặc điểm hồ chứa nước ở tỉnh Ninh Thuận. Ninh Thuận là tỉnh cực Nam Trung Bộ có tổng diện tích tự nhiên 3.363 km² được bao bọc bởi ba mặt núi và một mặt biển.

Phía Tây là vùng núi cao giáp tỉnh Lâm Đồng, phía Bắc và phía Nam có hai dãy núi chạy ra biển. Giữa tỉnh và ven biển là vùng đồng bằng khô cằn nên được mệnh danh là miền viễn Tây của Việt Nam. Vùng núi cao chiếm 63,2% tổng diện tích tự nhiên toàn tỉnh, vùng gò đồi chiếm 15,4% và đồng bằng là 22,4%. Ninh Thuận nằm trong khu vực khô hạn nhất nước, mang đặc điểm của khí hậu nhiệt đới gió mùa với các đặc trưng là: Khô nóng, gió nhiều, bốc hơi nhanh.

Tuy nhiên trong mùa mưa, mưa lớn tập trung trong thời gian ngắn gây ra lũ lụt, lũ ống, lũ quét và úng ngập nghiêm trọng ở nhiều nơi. Dân số toàn tỉnh Ninh Thuận Tính đến năm 2013 tổng số hồ chứa trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận là 21 hồ chứa với tổng dung tích: 194.000 m³, diện tích được tưới 18. Điển hình như các hồ chứa: hồ Tân Giang, hồ Sông Trâu, hồ sông Sắt, hồ Nước Ngọt, hồ Trà Co…và 05 hồ tiếp theo được cập nhật đến năm 2016 là các hồ chứa: hồ Sông Biêu, hồ Phước Trung, hồ Lanh Ra, hồ Bà Râu, hồ Núi Một và tiếp tục đầu tư xây dựng vào các năm tiếp theo như hồ có dung tích lớn nhất là hồ sông Cái thuộc hệ thống thủy lợi Tân Mỹ tỉnh Ninh Thuận có dung tích 209 triệu m³. Vì vậy có thể nhận thấy được hiện tại diện tích thực tế tưới bằng các công trình hồ chứa đang vận hành chỉ chiếm tỷ trọngg rất nhỏ so với diện tích 78.000 ha đất canh tác nông nghiệp cần tưới của tỉnh Ninh Thuận [2].1: Các hồ chứa được xây dựng cập nhật đến năm 2012.

Năm hoàn TT Tên hồ Huyện Dung tích (106m3) Diện tích tưới (ha) thành 01 Suối Lớn Ninh Phước 1.05 250 1991 03 CK7 Ninh Phước 1.43 100 1999 04 Ông Kinh Ninh Hải 0.83 170 2001 05 Tân Giang Thuận Nam 13.39 3000 2005 06 Sông Trâu Thuận Bắc 31.5 3000 2005 07 Ba Chi Thuận Bắc 0.4 40 2005 08 Ma Trai Thuận Bắc 0.48 30 2005 09 Nước Ngọt Ninh Hải 1.8 208 2006 10 Bầu Ngữ Ninh Phước 1.3 3800 2008 12 Tà Ranh Ninh Phước 1.79 1242 2011 15 Phước Nhơn Bác Ái 0.78 250 2011 16 Bầu Zôn Ninh Phước 1.685 135 2011 17 Bà Râu Thuận Bắc 4.64 300 2012 18 Sông Biêu Thuận Nam 23.8 1200 2012 19 Phước Trung Bác Ái 2.35 270 2012 20 Lanh Ra Ninh Phước 13.88 1050 2012 21 Núi Một Thuận Nam 2.2 1830 2012 Các hồ nước này ngoài nhiệm vụ cung cấp nước cho 18.310 ha đất sản xuất, phục vụ dân sinh và kinh tế thì còn có nhiệm vụ điều tiết lũ bảo vệ vùng hạ du 7 Hình 1-1: Vị trí các hồ chứa ở Ninh Thuận Bảng 1.2: Diện tích tưới thực tế của các hồ năm 2012 [3]. Thông số thiết kế Diện tích tưới thực tế (ha) Năm Wtrữ TT Tên hồ chứa hoàn Flv Ftưới Đông Hè (106 Mùa cộng thành (km2) (ha) xuân thu m³) (1) (2) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) I Thuận Nam 1 Hồ Tân Giang 2001 149 13,39 3.989 2 Hồ Bầu Ngữ 2007 16,3 1,60 170 120 - 120 240 3 Hồ CK7 1996 17,5 1,43 100,0 100 - - 100 8 Năm Thông số thiết kế Diện tích tưới thực tế (ha) TT Tên hồ chứa hoàn Flv Wtrữ Ftưới Đông Hè Mùa cộng thành (km2) (106 (ha) xuân thu 4 Hồ Suối Lớn 1990 8 1,06 60 95 - 95 190 5 Hồ Sông Biêu 2012 68,7 23,78 1.300 307 - 465 772 6 Hồ Núi Một 2013 30,0 2,25 150 - II Ninh Phước 7 Hồ Bầu Zôn 2012 17,3 1,60 135 135 138 141 414 8 Hồ Lanh Ra 2012 88,0 13,88 1.888 9 Hồ Tà Ranh 2010 12,3 1,22 100,0 100 80 - 180 III Ninh Hải Hồ Suối nước 10 2006 30 1,81 208 80 80 80 240 ngọt 11 Hồ Ông Kinh 1999 6,5 0,83 120,0 52 108 108 268 1991 12 Hồ Thành Sơn và NC 30,0 3,05 250 150 - 80 230 2009 IV Thuận Bắc 13 Hồ Sông Trâu 2005 66 31,53 3.989 14 Hồ Ba Chi 2005 3,2 0,40 40,0 27 27 27 82 15 Hồ Ma Trai 2005 3,8 0,48 30,0 - - - - 16 Hồ Bà Râu 2012 29,0 4,64 300,0 667 264 511 1.441 V Ninh Sơn 17 Hồ Cho Mo 2011 77,0 8,80 1.360 VI Huyện Bác Ái 18 Hồ Sông Sắt 2008 137 69,30 3.386 19 Hồ Trà Co 2011 94,0 10,09 1.162 32 205 205 442 20 Hồ Phước Trung 2012 16,6 2,35 270,0 25 53 308 386 21 Hồ Phước Nhơn 2012 11,3 0,78 205,0 - - 124 124 Cộng 912 194,27 16.722 Từ số liệu tưới cho thấy diện tích tưới thực tế và diện tích tưới thiết kế có sự khác nhau nhiều, diện tích tưới cho các vụ cũng khác nhau. Trong đó nhiều hồ chứa không đáp ứng được diện tích tưới theo thiết kế trong cả năm hoặc một vụ nào đó. Do vậy một 9 diện tích lớn đất nông nghiệp bị bỏ hoang làm ảnh hưởng tới tình hình kinh tế, xã hội của địa phương.2 Nhu cầu thực tế về nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa nước Bà Râu.

Theo quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Ninh Thuận đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050, đã được thông qua trong quyết định số: 1222/QĐ-TTG của thủ tướng chính phủ phê duyệt ngày 22/7/2011.