Nghiên Cứu Xói Hạ Lưu Đập Dâng Tràn Tỉnh Sơn La

Chuyên khảo phân tích Nghiên cứu sự xuất hiện xói hạ lưu đập dâng tràn tỉnh sơn la và giải pháp khắc phục, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Lường Khắc Kiên
• Người hướng dẫn: GS.TS Phạm Ngọc Quý
• Trường học: Trường Cao đẳng Sơn La
• Chuyên ngành: Kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên Cứu Sự Xuất Hiện Xói Hạ Lưu Đập Dâng Tràn Tỉnh Sơn La Và Giải Pháp Khắc Phục
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Sơn La

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Xói Mòn Hạ Lưu Đập Dâng Tràn Sơn La

Xói mòn hạ lưu đập là một vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt tại các khu vực có địa hình phức tạp như tỉnh Sơn La. Việc xây dựng các công trình thủy lợi, đặc biệt là đập dâng tràn, có thể làm mất cân bằng tự nhiên của lòng dẫn, dẫn đến xói lở nghiêm trọng ở hạ lưu. Quá trình xói thường diễn ra mạnh mẽ tại chân công trình, nơi có lưu tốc dòng chảy lớn và phân bố không đều. Các nghiên cứu về xói mòn hạ lưu công trình đã được thực hiện bởi nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước, tuy nhiên, đây vẫn là một hiện tượng phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan và chủ quan. Theo tài liệu gốc, tác giả Lường Khắc Kiên đã lựa chọn và nghiên cứu đề tài này để tìm hiểu sâu hơn về vấn đề xói mòn tại Sơn La và đề xuất các giải pháp khắc phục.

1.1. Khái Niệm Cơ Bản Về Đập Dâng Tràn

Đập dâng tràn là công trình thu hẹp dòng chảy, làm nước dâng cao và tràn qua. Nó có thể là đập đầu mối độc lập hoặc một phần của hệ thống thủy lợi. Nhiệm vụ chính là dâng mực nước thượng lưu để phục vụ tưới tiêu, tạo hồ chứa, phát điện, ngăn lũ và giảm xói mòn. Việc lựa chọn xây dựng đập dâng tràn thay vì hồ chứa thường dựa trên hiệu quả kinh tế, giảm thiểu ngập lụt và cân bằng sinh thái.

1.2. Phân Loại Các Loại Đập Dâng Tràn Phổ Biến

Đập dâng tràn được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau. Theo hình thức tràn, có đập tràn qua toàn bộ phần đập và đập tràn qua vai. Theo hình dạng mặt cắt ngang, có đập tràn thành mỏng, thực dụng và đỉnh rộng. Theo ngưỡng đập, có đập tràn thẳng, cong, xiên, gẫy khúc và zíc zắc. Ngoài ra, còn có phân loại theo ảnh hưởng của mực nước hạ lưu và hình thức lấy nước.

II. Thực Trạng Xói Mòn Hạ Lưu Đập Dâng Tràn Tại Sơn La

Sơn La là một tỉnh miền núi có địa hình chia cắt mạnh, độ dốc lớn, lưu tốc dòng chảy cao và biên độ dao động lưu lượng lớn. Đây cũng là khu vực thường xuyên xảy ra lũ ống, lũ quét, làm gia tăng nguy cơ xói mòn sau các công trình đập dâng tràn. Nhiều công trình sử dụng giải pháp xả lũ qua vai đập để tiết kiệm chi phí, tuy nhiên, điều này lại gây ra xói lở nghiêm trọng cả ở hạ lưu và vai đập. Các biện pháp công trình hiện tại chưa được nghiên cứu đầy đủ và còn dựa nhiều vào kinh nghiệm thiết kế.

2.1. Điều Kiện Tự Nhiên Ảnh Hưởng Đến Xói Mòn

Địa hình dốc, sông suối có độ dốc lớn, lưu tốc dòng chảy cao, biên độ dao động lưu lượng lớn và thường xuyên xảy ra lũ ống, lũ quét là những yếu tố tự nhiên làm gia tăng nguy cơ xói mòn ở Sơn La. Các yếu tố này kết hợp với nhau tạo nên một môi trường khắc nghiệt, dễ gây ra xói lở sau các công trình thủy lợi.

2.2. Tình Hình Xây Dựng Và Sử Dụng Đập Dâng Tràn

Trước đây, các đập dâng ở Việt Nam thường được xây dựng theo quy phạm cũ, sử dụng vật liệu truyền thống như bê tông, đá xây vữa hoặc rọ thép xếp đá hộc. Gần đây, với sự phát triển kinh tế và biến đổi khí hậu, các công trình mới đã áp dụng công nghệ tiên tiến hơn, như mặt cắt WES và đập tràn zíc zắc. Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng và an toàn đập vẫn là những vấn đề cần được quan tâm.

2.3. Các Sự Cố Xói Mòn Điển Hình Và Hậu Quả

Nhiều công trình đập dâng tràn ở Sơn La đã gặp phải các sự cố xói mòn nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng và an toàn của đập. Xói mòn có thể gây ra sạt lở bờ sông, làm suy yếu kết cấu công trình và thậm chí dẫn đến phá hủy đập. Hậu quả là thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng đến sinh kế của người dân và gây ra các vấn đề môi trường.

III. Giải Pháp Phòng Chống Xói Mòn Hạ Lưu Đập Dâng Tràn Sơn La

Để giảm thiểu xói mòn hạ lưu đập tại tỉnh Sơn La, cần áp dụng các giải pháp phòng chống xói mòn một cách toàn diện. Các giải pháp này bao gồm cả biện pháp công trình và phi công trình, kết hợp với việc quản lý và vận hành đập một cách hiệu quả. Mục tiêu là giảm thiểu tác động của dòng chảy lên nền đất hạ lưu, bảo vệ kết cấu công trình và đảm bảo an toàn cho người dân.

3.1. Nguyên Tắc Chung Của Các Giải Pháp Phòng Xói Mòn

Các giải pháp phòng xói mòn cần tuân thủ các nguyên tắc chung như giảm chênh lệch mực nước thượng hạ lưu, sử dụng các bậc nước tự nhiên để tiêu năng, gia cố cứng hóa sân sau đập và kéo dài tường bên để phòng xói cho hình thức tràn qua vai đập. Ngoài ra, cần tăng cường quan trắc và quản lý công trình để phát hiện sớm các dấu hiệu xói mòn.

3.2. Các Biện Pháp Công Trình Cụ Thể Để Giảm Xói Mòn

Các biện pháp công trình bao gồm xây dựng bể tiêu năng, sử dụng ngưỡng tràn, gia cố sân sau đập bằng bê tông cốt thép hoặc rọ đá, xây dựng tường chắn và sử dụng các vật liệu bảo vệ khác. Việc lựa chọn biện pháp cụ thể cần dựa trên điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn và thủy lực của từng công trình.

3.3. Biện Pháp Phi Công Trình Và Quản Lý Vận Hành Đập

Các biện pháp phi công trình bao gồm quy hoạch sử dụng đất hợp lý, trồng cây bảo vệ bờ sông, quản lý dòng chảy và nâng cao nhận thức cộng đồng về phòng chống xói mòn. Quản lý vận hành đập cần tuân thủ quy trình, đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng nước, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

IV. Đánh Giá Xói Mòn Và Giải Pháp Khắc Phục Tại Đập Nà Ngựu

Để minh họa cho các giải pháp phòng chống xói mòn, luận văn tập trung đánh giá tình trạng xói mòn và đề xuất giải pháp khắc phục tại đập Nà Ngựu, một công trình cụ thể tại Sơn La. Việc đánh giá bao gồm phân tích điều kiện tự nhiên, hiện trạng công trình, quá trình xây dựng và các phương án sửa chữa, nâng cấp đập. Mục tiêu là đưa ra giải pháp khắc phục xói mòn hiệu quả, đảm bảo an toàn và tuổi thọ cho công trình.

4.1. Giới Thiệu Chung Về Công Trình Đập Nà Ngựu

Đập Nà Ngựu là một công trình thủy lợi quan trọng tại Sơn La, có nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân. Công trình được xây dựng từ năm 1994 và đã trải qua nhiều năm vận hành. Tuy nhiên, do tác động của dòng chảy và các yếu tố tự nhiên, đập đã bị xói mòn nghiêm trọng ở hạ lưu.

4.2. Đánh Giá Hiện Trạng Xói Mòn Và Nguyên Nhân Gây Ra

Việc đánh giá hiện trạng xói mòn tại đập Nà Ngựu cho thấy hố xói đã phát triển sâu và rộng, ảnh hưởng đến sự ổn định của công trình. Nguyên nhân gây ra xói mòn là do lưu tốc dòng chảy lớn, địa chất nền yếu và thiếu các biện pháp tiêu năng hiệu quả. Ngoài ra, việc xả lũ qua vai đập cũng góp phần làm gia tăng xói mòn.

4.3. Đề Xuất Và Tính Toán Các Phương Án Khắc Phục Xói Mòn

Luận văn đề xuất một số phương án khắc phục xói mòn tại đập Nà Ngựu, bao gồm xây dựng bể tiêu năng, gia cố sân sau đập bằng rọ đá và thay đổi hình dạng đập. Các phương án này được tính toán kỹ lưỡng về mặt kỹ thuật và kinh tế để lựa chọn ra phương án tối ưu, đảm bảo hiệu quả và tính bền vững.

V. Kết Luận Và Kiến Nghị Về Nghiên Cứu Xói Mòn Đập Sơn La

Nghiên cứu về xói mòn hạ lưu đập dâng tràn tại tỉnh Sơn La đã đạt được những kết quả nhất định, góp phần làm sáng tỏ các nguyên nhân và đề xuất các giải pháp khắc phục. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại cần được tiếp tục nghiên cứu và giải quyết. Việc áp dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sẽ giúp nâng cao hiệu quả quản lý và bảo vệ các công trình thủy lợi, đảm bảo an toàn cho người dân và phát triển kinh tế - xã hội bền vững.

5.1. Những Kết Quả Đạt Được Của Luận Văn

Luận văn đã đánh giá được hiện trạng các công trình đập dâng tràn và hiện tượng xói hạ lưu công trình đập dâng tràn ở tỉnh Sơn La. Đưa ra được các biện pháp khắc phục các hiện tượng xói, các biện pháp công trình mới để giảm thiểu hiện tượng xói.

5.2. Những Tồn Tại Của Luận Văn Và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Luận văn vẫn còn một số hạn chế, như chưa xem xét đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn và chưa đánh giá được hiệu quả kinh tế của các giải pháp đề xuất. Hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc xây dựng mô hình xói mòn chi tiết hơn, đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và đề xuất các giải pháp quản lý rủi ro hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XÓI Ở HẠ LƯU ĐẬP DÂNG TRÀN 1.1 Tổng quan về đập dâng tràn 1.1 Khái quát về đập dâng tràn Đập dâng tràn là một kiến trúc làm cho dòng chảy bị thu hẹp đứng hoặc ngang, chất lỏng bị ngăn lại và dâng cao rồi tràn qua, dòng chảy qua vật kiến trúc gọi là lưu lượng tràn. Đập dâng tràn có thể là đập đầu mối độc lập hay là một bộ phận quan trọng trong hệ thống thủy lợi. Để điều tiết nước cho hạ du thường xây dựng hồ chứa nước.

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp khi so sánh về hiệu ích kinh tế hoặc khi thấy việc xây dựng hồ chứa có vùng ngập lớn, gây mất đất, phá vỡ cân bằng sinh thái … và đặc biệt khi lưu lượng đến lớn hơn lưu lượng cần thì phương án xây dựng dập dâng tràn là hợp lý hơn xây dựng hồ chứa. Nhiệm vụ cơ bản của đập dâng là dâng cao mực nước thượng lưu để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau: + Với bãi tưới cao hơn mực nước sông, kênh khi dâng cao mực nước có thể đưa nước tưới vào bãi tưới. + Một số đập dâng tràn có thể tạo hồ chứa để điều tiết nước cho hạ lưu. + Dâng cao mực nước để tạo cột nước cho nhà máy thủy điện.

+ Đập dâng tràn cũng dùng để ngăn lũ, chậm lũ hay ngăn dòng chảy bùn cát. Với kết cấu và hình thức phù hợp nó có thể góp phần làm giảm xói ngược lòng kênh hay phá hủy kênh tiêu thoát nước. Một số trường hợp đập dâng còn được xây dựng để đưa nước sang lưu vực liền kề tiếp nước cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau.2 Phân loại đập dâng tràn 1.1 Phân loại theo hình thức tràn qua đập + Lưu lượng tràn qua toàn bộ phần đập tràn; + Lưu lượng tràn qua cả hai bên vai đập tràn. Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11 4 Hình 1.1: Đập có lưu lượng tràn qua vai Hình 1.2: Đập có lưu lượng tràn toàn bộ qua phần tràn 1.2 Phân loại theo hình dạng và mặt cắt ngang đập tràn + Đập tràn thành mỏng: khi chiều dày đỉnh đập δ < 0,67 H; + Đập tràn thực dụng: 0,67H < δ ≤ (2-:-3)H; + Đập tràn đỉnh rộng: (2-:-3)H ≤ δ ≤ (8-:-10)H.3: Đập tràn thành mỏng Hình 1.4: Đập tràn thực dụng Hình 1.5: Đập tràn đỉnh rộng Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11 5 1.3 Phân loại theo ngưỡng đập tràn trên mặt bằng + Đập tràn thẳng hoặc chính diện; + Đập tràn hình cong; + Đập tràn xiên; + Đập tràn hình gẫy khúc; + Đập tràn hình zíczắc.6: Đập tràn thẳng (chính diện) Hình 1.7: Đập tràn cong Hình 1.8: Đập tràn xiên Hình 1.9: Đập tràn gẫy khúc Hình 1.10: Đập tràn ZícZắc 1.4 Phân loại theo ảnh hưởng của mực nước hạ lưu đối với đập tràn + Đập chảy ngập; + Đập chảy không ngập.5 Phân loại theo hình thức lấy nước + Lấy nước ở hai bên vai đập; + Lấy nước ở đỉnh đập; + Lấy nước đáy đập.

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11 6 1.3 Tình hình xây dựng đập dâng tràn hiện nay ở Việt Nam 1.1 Tình hình chung Trước đây hầu hết các đập dâng ở Việt Nam đều được xây dựng theo quy phạm cũ, phần đập tràn được thiết kế theo dạng Ophixerop; vật liệu xây dựng là bê tông truyền thống, đá xây vữa hay rọ thép xếp đá hộc. Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế làm tăng nhu cầu về sử dụng điện, nước…; kèm theo đó là sự biến đổi mạnh mẽ của khí hậu toàn cầu đã tạo nên sức ép phải có những tiến bộ về khoa học và công nghệ trong xây dựng công trình thủy lợi. Từ năm 1999 cùng với sự trao đổi khoa học kỹ thuật và các chuyên gia tư vấn nước ngoài nên nước ta đã xây dựng đươc nhiều đập tràn có mặt cắt dạng WES như đập tràn Thủy điện Sơn La, đập tràn Hồ chứa nước Cửa Đạt, đập tràn Thủy điện Se San 3 …; đập tràn ZícZắc bước đầu đang được nghiên cứu và áp dụng như: tràn xả lũ hồ Tuyền Lâm, tràn xả lũ Phước Hòa, tràn xả lũ sông Móng … 1.2 Một số vấn đề đặt ra a) Hiệu quả sử dụng Hiện nay do nhiều yếu tố khách quan như biến đổi khí hậu làm cho tỷ số lưu lượng Q max /Q min ngày càng tăng, hay việc nhu cầu sử dụng nước tăng đột biến làm R R R R cho việc cùng lúc đập phải tháo được lượng lũ lớn nhất và việc cung cấp nước cho các nhu cầu sử dụng là tối ưu trở nên cấp thiết. Hiệu quả sử dụng phụ thuộc rất nhiều vào công tác quản lý, tuy nhiên chỉ có ở một số công trình lớn có mục đích sử dụng tổng hợp thì công tác này mới được quan tâm đúng mức.

Còn đối với các công trình nhỏ, ở các vùng sâu vùng xa thì công tác này rất hạn chế nên việc nâng cao hiệu quả sử dụng là rất khó khăn. Đập dâng ở Việt Nam đã xuất hiện từ lâu nên việc xuống cấp hay bị lạc hậu về công nghệ của một số đập nên không đáp ứng được nhu cầu dùng nước hiện tại. b) An toàn đập và tính toán an toàn đập Phương pháp thiết kế hiện nay được gọi là phương pháp tất định, các tiêu chuẩn được xây dựng dựa trên trạng thái giới hạn của các cơ chế phá hỏng trong đó có kể đến số dư an toàn thông qua các hệ số an toàn. Theo phương pháp này công Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11 7 trình được coi là an toàn khi khoảng cách giữa tải trọng và sức chịu tải đủ lớn để đảm bảo thỏa mãn từng trạng thái giới hạn của cơ chế phá hỏng của tất cả các thành phần công trình.

Tuy nhiên phương pháp này có một số hạn chế như sau: + Trên thực tế chưa xác định được xác suất phá hỏng của từng thành phần cũng như của toàn công trình; + Chưa xét đến tính tổng thể của một hệ thống hoàn chỉnh; + Chưa kể đến ảnh hưởng của quy mô hệ thống, chỉ tính toán cho một mặt cắt đập rồi áp dụng cho toàn bộ chiều dài đập; + Không so sánh được độ bền tại các mặt cắt khác nhau; + Không đưa ra được xác suất thiệt hại và mức độ gây thiệt hại khi có sự cố. Đối với một số đập dâng tràn nhỏ ở miền núi, khi thiết kế để tràn có thể tháo được toàn bộ lưu lượng ứng với tần suất thiết kế thì quy mô, kinh phí xây dựng đập là quá lớn so với mục tiêu phục vụ. Trong trường hợp này có thể tính toán để tràn chính chỉ tháo một phần lưu lượng lũ, phần còn lại để tràn qua hai bên vai đập từ đó giảm được kinh phí đầu tư xây dựng. Tuy nhiên hiện tại vẫn chưa có nghiên cứu cụ thể nào về vấn đề này.

Sự hình thành hố xói có thể làm ảnh hưởng đến ổn định trượt và lật của đập. Tuy nhiên hiện nay mới chỉ có những nghiên cứu ban đầu mà chưa có tiêu chuẩn và hướng dẫn cụ thể trong tính toán và thiết kế đập.2 Tiêu năng sau đập dâng tràn 1.1 Khái quát chung về tiêu năng Là tìm các biện pháp làm tiêu hao toàn bộ hay một phần năng lượng thừa của dòng chảy từ thượng lưu về hạ lưu khi đi qua các công trình trên sông, trên kênh, điều chỉnh lại sự phân bố lưu tốc và làm giảm mạch động để cho dòng chảy trở về trạng thái tự nhiên trên một đoạn ngắn nhất, rút ngắn đoạn gia cố ở hạ lưu. Các hình thức tiêu năng thường được áp dụng là: tiêu năng đáy với các hình thức như đào bể, xây tường hoặc bể tường kết hợp; tiêu năng mặt; tiêu năng phóng xa và một số hình thức tiêu năng đặc biệt. Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11 8 Về lưu lượng tính tiêu năng thì một số nước trên thế giới lấy lưu lượng ứng với tần suất thiết kế đập tràn, một số nước lấy với một tần suất cụ thể.

Ở Việt Nam thì chưa có quy định nào về lưu lượng tính tiêu năng. Về lý thuyết thì lưu lượng tính tiêu năng chính là lưu lượng tạo ra năng lượng thừa lớn nhất. Tuy nhiên cơ chế tiêu hao năng lượng dư ở hạ lưu là rất phức tạp nên tính toán theo tiêu chuẩn này thì cũng không thể tiêu hao hết năng lượng dư trong mọi trường hợp.2 Các hình thức tiêu năng 1.1 Tiêu năng dòng đáy a. Nguyên lý chung: là tìm biện pháp công trình sao cho toàn bộ năng lượng thừa bị tiêu hao trong nước nhảy ngập với hệ số ngập 1,05-:-1,1.

Nhóm giải pháp này gồm: đào bể, xây tường, bể tường kết hợp, kết hợp với một số các thiết bị tiêu năng phụ như mố nhám, dầm tiêu năng, tường hướng dòng, thay đổi độ dốc của bể tiêu năng. Biện pháp tiêu năng đáy phù hợp với các công trình tháo có cột nước thấp và địa chất nền yếu, mực nước hạ lưu thay đổi. Xác định độ sâu đào bể lroi ln l' Eo E'0 Z p hb hh d lb Hình 1.11: Sơ đồ tính toán độ sâu đào bể tiêu năng Công thức tính toán: d bể = h b - h h - ∆Z R R R R R R (1-1) Trong đó: d bể : chiều sâu đào bể; R R h b : độ sâu cuối bể; h b = σ.h”; R R R R h h : độ sâu mực nước hạ lưu; R R ∆Z: Độ chênh mực nước cuối bể và hạ lưu. Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11 9 c.

Xác định chiều cao tường Hình 1.12: Sơ đồ tính toán chiều cao tường tiêu năng Công thức tính toán: C = hb - Ht R R R R (1-2) Trong đó: C: chiều cao tường tiêu năng; h b : độ sâu cuối bể; h b = σ.h”; R R R R H t : cột nước tràn của tường. coi tường là đập thực dụng. Xác định bể tường kết hợp 2 α Eo E'0 H1 hb hh c d Hình 1.13: Sơ đồ tính toán bể tường kết hợp Nguyên tắc tính toán: + Tìm độ sâu bể tối thiểu d 0 để có nước nhảy tại chỗ trong sân tiêu năng. R R + Tìm chiều cao bể tối đa C 0 để có nước nhảy tại chỗ sau tường tiêu năng.

R R + Chọn các giá trị d = d 0 + ∆d để có nước nhảy ngập trong sân tiêu năng với R R hệ số ngập σ = 1,05-:-1,1 và C = C 0 - ∆C để có nước nhảy ngập sau tường. Xác định chiều dài bể tiêu năng.