Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam hiện có khoảng 10.000 đập lớn nhỏ, trong đó đập đất chiếm tới 80% với chiều cao dưới 60m, đặc biệt tập trung nhiều ở khu vực miền Trung, chiếm 53% tổng số hồ chứa trên cả nước. Khu vực này có địa hình dốc, khí hậu khắc nghiệt, dẫn đến việc điều hòa dòng chảy gặp nhiều khó khăn. Các đập đất tại miền Trung như Sông Mực (Thanh Hóa), Kẻ Gỗ (Hà Tĩnh), Hội Sơn (Bình Định), Sông Sắt (Ninh Thuận) đã góp phần quan trọng trong phát triển nông nghiệp, phòng chống thiên tai và cung cấp nước sinh hoạt. Tuy nhiên, nhiều công trình đã xuống cấp nghiêm trọng do khảo sát, thiết kế, thi công và quản lý chưa chặt chẽ, không đáp ứng được yêu cầu nhiệm vụ mới trong bối cảnh biến đổi khí hậu và gia tăng nhu cầu sử dụng nước.

Nhu cầu cải tạo và tôn cao đập đất nhằm tăng dung tích chứa, nâng cao an toàn và hiệu quả khai thác nguồn nước là cấp thiết. Đặc biệt, đập Thành Sơn tỉnh Ninh Thuận, với nhiệm vụ tưới cho 120ha đất, đang cần được nâng cấp để đáp ứng nhu cầu tưới 200ha và đảm bảo an toàn công trình. Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất và lựa chọn phương pháp tôn cao đập đất hợp lý, áp dụng cho đập Thành Sơn, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, kinh tế, thi công và quản lý trong điều kiện thực tế miền Trung Việt Nam. Nghiên cứu có phạm vi từ việc khảo sát thực trạng, phân tích các giải pháp kỹ thuật đến tính toán, đánh giá và lựa chọn phương án tối ưu cho công trình cụ thể này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình thiết kế, thi công và quản lý đập đất, bao gồm:

  • Lý thuyết ổn định đập đất: Đảm bảo đập không bị trượt, lún không đều, và chống thấm hiệu quả theo tiêu chuẩn TCVN 8216:2009 về thiết kế đập đất đầm nén.
  • Mô hình tính toán thấm và ổn định mái đập: Sử dụng phần mềm Geo-slope với các mô-đun secplw và slope/w để tính toán áp lực thấm, ổn định trượt mái đập trong các trường hợp mực nước hồ thay đổi nhanh.
  • Khái niệm về tôn cao đập đất: Bao gồm các giải pháp xây dựng tường chắn sóng trên đỉnh đập, đắp áp trúc thượng lưu, hạ lưu và kết hợp cả hai nhằm tăng chiều cao đập, cải thiện khả năng chống thấm và ổn định công trình.
  • Tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu thiết kế: Áp dụng QCVN 04-05:2012/BNNPTNT về hồ chứa nước, TCVN 8421-2010 về tải trọng sóng, TCVN 4253/2012 về cường độ đất nền, và các tiêu chuẩn liên quan đến thiết kế tầng lọc ngược, thiết bị thoát nước.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp giữa:

  • Nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp, phân tích các tài liệu, tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật liên quan đến tôn cao đập đất và các giải pháp kỹ thuật đã được áp dụng trong và ngoài nước.
  • Nghiên cứu thực tiễn: Khảo sát hiện trạng đập Thành Sơn, thu thập số liệu kỹ thuật, đánh giá tình trạng xuống cấp, nhu cầu cải tạo.
  • Phân tích mô hình tính toán: Sử dụng phần mềm chuyên dụng để tính toán thấm, ổn định trượt, ứng suất móng tường chắn sóng, kiểm tra độ bền vật liệu đắp áp trúc.
  • Phân tích so sánh các giải pháp: Đánh giá ưu nhược điểm về kỹ thuật, kinh tế, thi công và quản lý của các phương án tôn cao đập.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2015 đến 2017, tập trung vào khảo sát hiện trạng, thu thập số liệu, tính toán mô hình và đề xuất giải pháp.

Cỡ mẫu nghiên cứu chủ yếu là công trình đập Thành Sơn với các số liệu kỹ thuật chi tiết, kết hợp tham khảo các công trình đập đất điển hình ở miền Trung để tổng hợp kinh nghiệm và đánh giá khả năng áp dụng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng đập Thành Sơn xuống cấp nghiêm trọng: Đập có chiều dài 2100m, chiều cao 7.5m, mái thượng lưu được gia cố một phần nhưng còn nhiều vị trí xuất hiện vết nứt, trượt sạt, mái hạ lưu bị xói mòn, thấm mạnh với lưu lượng vượt quá giới hạn cho phép. Mặt đập nhỏ hẹp, gây khó khăn cho giao thông và cứu hộ.
  2. Nhu cầu tôn cao đập để đáp ứng tưới 200ha: Dung tích toàn phần hiện tại là 2.053 triệu m³, chỉ đủ tưới 120ha. Sau cải tạo, dung tích dự kiến tăng lên 2.47 triệu m³, đáp ứng nhu cầu tưới tăng 67% (từ 120ha lên 200ha).
  3. Phân tích các giải pháp tôn cao đập:
    • Xây tường chắn sóng trên đỉnh đập phù hợp khi chiều cao tôn không quá 1.5m, đỉnh đập cũ đủ rộng (>5m), chi phí thấp, thi công đơn giản nhưng hạn chế về mỹ quan và diện tích giao thông.
    • Đắp áp trúc thượng lưu giúp tăng khả năng chống thấm, ổn định đập nhưng yêu cầu hạ thấp mực nước hồ trong thi công, vật liệu phải đạt chất lượng cao.
    • Đắp áp trúc hạ lưu thi công dễ dàng, không ảnh hưởng đến mực nước hồ, chi phí thấp, nhưng không cải thiện tình trạng thấm thân đập.
    • Kết hợp đắp áp trúc và xây tường chắn sóng giúp giảm khối lượng đắp, tiết kiệm diện tích, cải thiện mỹ quan nhưng thời gian thi công kéo dài.
  4. Kết quả tính toán mô hình:
    • Mức độ thấm và ổn định trượt được kiểm soát tốt khi áp dụng giải pháp đắp áp trúc kết hợp chống thấm bằng chân răng và thiết bị thoát nước kiểu áp mái.
    • Cao trình đỉnh đập sau tôn cao được xác định là 33m, đảm bảo không tràn qua đỉnh đập trong các tình huống lũ thiết kế và kiểm tra với hệ số an toàn phù hợp.
    • Kinh phí dự kiến cho phương án đắp áp trúc mái thượng lưu thấp hơn khoảng 15-20% so với phương án kết hợp tường chắn sóng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự xuống cấp của đập Thành Sơn là do thiết kế ban đầu chưa sát thực tế, vật liệu đắp không đồng đều, thi công và quản lý chưa chặt chẽ, cộng với tác động của biến đổi khí hậu làm tăng lưu lượng lũ và áp lực lên đập. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, việc lựa chọn giải pháp đắp áp trúc kết hợp thiết bị thoát nước hiện đại là phù hợp với điều kiện địa phương, vừa đảm bảo kỹ thuật vừa tiết kiệm chi phí.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh mức độ thấm trước và sau cải tạo, bảng tổng hợp chi phí và thời gian thi công các phương án, cũng như sơ đồ mặt cắt đập thể hiện các giải pháp kỹ thuật áp dụng. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước, đảm bảo an toàn công trình và phát triển bền vững vùng miền Trung.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng giải pháp đắp áp trúc mái thượng lưu kết hợp chống thấm chân răng: Động tác này nhằm tăng khả năng chống thấm và ổn định mái đập, giảm nguy cơ trượt và sạt lở. Thời gian thực hiện dự kiến trong 12-18 tháng, do Công ty Khai thác Công trình Thủy lợi Ninh Thuận chủ trì.
  2. Xây dựng tường chắn sóng trên đỉnh đập với chiều cao không quá 1.5m: Giải pháp này giúp bảo vệ đỉnh đập khỏi sóng gió, hạn chế xói mòn, đồng thời không làm giảm diện tích giao thông trên đỉnh đập. Thời gian thi công 6-9 tháng, phối hợp với đơn vị thi công xây dựng địa phương.
  3. Cải tạo hệ thống thiết bị thoát nước kiểu áp mái và gối phẳng: Đảm bảo thoát nước thấm hiệu quả, giảm áp lực nước trong đập, nâng cao tuổi thọ công trình. Thời gian thực hiện song song với các hạng mục đắp áp trúc, do đơn vị tư vấn thiết kế và thi công đảm nhận.
  4. Tăng cường công tác quản lý, bảo dưỡng và giám sát an toàn đập: Xây dựng kế hoạch bảo trì định kỳ, trang bị thiết bị giám sát hiện đại, đào tạo nhân lực quản lý chuyên môn. Chủ thể thực hiện là Ban Quản lý hồ chứa nước và các cơ quan chức năng địa phương, liên tục trong suốt vòng đời công trình.
  5. Nghiên cứu mở rộng áp dụng giải pháp cho các đập đất khác tại miền Trung: Dựa trên kết quả thành công của đập Thành Sơn, đề xuất nhân rộng mô hình tôn cao đập đất phù hợp với điều kiện từng địa phương, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước và phòng chống thiên tai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý công trình thủy lợi và hồ chứa nước: Nhận diện các giải pháp kỹ thuật phù hợp để nâng cấp, tôn cao đập đất, đảm bảo an toàn và hiệu quả khai thác nguồn nước.
  2. Chuyên gia thiết kế và thi công công trình thủy lợi: Áp dụng các mô hình tính toán, tiêu chuẩn kỹ thuật và kinh nghiệm thực tiễn trong việc lựa chọn và triển khai giải pháp tôn cao đập đất.
  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành thủy lợi, xây dựng công trình thủy: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, phân tích kỹ thuật và đánh giá hiệu quả các giải pháp cải tạo đập đất trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
  4. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và phòng chống thiên tai: Sử dụng luận văn làm cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, quy định về an toàn đập, quản lý khai thác hồ chứa nước tại miền Trung và các vùng tương tự.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần tôn cao đập đất ở miền Trung?
    Do đặc điểm địa hình dốc, khí hậu khắc nghiệt và biến đổi khí hậu làm tăng lưu lượng lũ, đồng thời nhu cầu sử dụng nước ngày càng cao, việc tôn cao đập đất giúp tăng dung tích chứa, nâng cao an toàn và hiệu quả khai thác nguồn nước.

  2. Giải pháp đắp áp trúc có ưu điểm gì so với xây tường chắn sóng?
    Đắp áp trúc giúp tăng khả năng chống thấm, ổn định đập, phù hợp với các đập có biểu hiện thấm mạnh, tuy nhiên thi công phức tạp hơn và cần hạ thấp mực nước hồ. Trong khi đó, xây tường chắn sóng đơn giản, chi phí thấp nhưng chỉ phù hợp với đập có chiều cao tôn không lớn.

  3. Làm thế nào để kiểm tra độ ổn định của đập sau khi tôn cao?
    Sử dụng phần mềm tính toán chuyên dụng như Geo-slope để mô phỏng áp lực thấm, ổn định trượt mái đập trong các trường hợp mực nước thay đổi, đồng thời kiểm tra ứng suất móng tường chắn sóng và độ bền vật liệu theo tiêu chuẩn kỹ thuật.

  4. Có thể thi công tôn cao đập mà không làm gián đoạn cấp nước hạ lưu không?
    Giải pháp đắp áp trúc hạ lưu thi công trên mặt đất khô, không ảnh hưởng đến mực nước hồ nên có thể duy trì cấp nước hạ lưu. Tuy nhiên, đắp áp trúc thượng lưu thường yêu cầu hạ thấp mực nước hồ trong thời gian thi công.

  5. Chi phí và thời gian thi công tôn cao đập Thành Sơn là bao lâu?
    Dự kiến chi phí cho phương án đắp áp trúc mái thượng lưu thấp hơn khoảng 15-20% so với phương án kết hợp tường chắn sóng. Thời gian thi công khoảng 12-18 tháng, tùy thuộc vào điều kiện thi công và quản lý dự án.

Kết luận

  • Đập đất miền Trung chiếm tỷ lệ lớn trong tổng số hồ chứa nước, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội và phòng chống thiên tai.
  • Hiện trạng nhiều đập, trong đó có đập Thành Sơn, đã xuống cấp nghiêm trọng, không đáp ứng được nhu cầu sử dụng nước và an toàn công trình.
  • Luận văn đã đề xuất và phân tích các giải pháp tôn cao đập đất gồm xây tường chắn sóng, đắp áp trúc thượng lưu, hạ lưu và kết hợp cả hai, đồng thời áp dụng tính toán cụ thể cho đập Thành Sơn.
  • Kết quả tính toán và đánh giá cho thấy giải pháp đắp áp trúc mái thượng lưu kết hợp chống thấm chân răng là phương án tối ưu về kỹ thuật và kinh tế.
  • Đề xuất các giải pháp thi công, quản lý và bảo dưỡng đồng bộ, cùng với khuyến nghị nhân rộng mô hình cho các đập đất khác tại miền Trung nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước và đảm bảo an toàn công trình.

Hành động tiếp theo: Triển khai thực hiện phương án tôn cao đập Thành Sơn theo đề xuất, đồng thời xây dựng kế hoạch giám sát, bảo trì và nghiên cứu mở rộng áp dụng cho các công trình tương tự. Các nhà quản lý và chuyên gia được khuyến khích tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả quản lý hồ chứa nước.