Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hồ chứa nước Tân Sơn – Phương án 3" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Văn Tuấn (Lớp 59C1, Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi) dưới sự hướng dẫn của PGS. Lê Thanh Hùng, PGS. Nguyễn Quang Hùng và TS. Nguyễn Lan Hương. Đề tài tập trung giải quyết bài toán cấp nước phục vụ sản xuất nông nghiệp và phòng chống thiên tai tại khu vực thường xuyên chịu hạn hán nghiêm trọng thuộc tỉnh Ninh Thuận.
Thực tiễn sản xuất tại xã Phước Vinh, huyện Ninh Phước cho thấy diện tích đất canh tác chủ yếu chỉ sản xuất một vụ bấp bênh nhờ nước trời với năng suất thấp hoặc phải tiêu tốn chi phí lớn vận hành các trạm bơm động lực. Trong khi đó, nguồn nước mặt của suối Tân Sơn (nhánh cấp 1 của sông Cái Phan Rang) chưa được kiểm soát và tích trữ hợp lý. Vào mùa mưa, lũ tập trung nhanh từ lưu vực miền núi đổ về hạ lưu suối Tân Sơn và sông Quao gây ngập lụt, đe dọa an toàn dân sinh và kinh tế của các xã đồng bằng lân cận.
Theo thuyết minh đồ án, việc nghiên cứu và lập phương án thiết kế xây dựng công trình hướng đến 5 mục tiêu cụ thể:
- Khai thác và sử dụng có hiệu quả nguồn nước của suối Tân Sơn, cấp nước tưới tự chảy cho 1.050 ha đất canh tác (chuyển đổi từ sản xuất 1 vụ phụ thuộc nước trời hoặc tưới động lực sang 2 vụ canh tác chủ động cho năng suất cao).
- Đảm nhiệm nhiệm vụ cắt giảm lũ cho vùng hạ lưu sông Quao, giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản cho 8 xã vùng đồng bằng thuộc huyện Ninh Phước.
- Góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương và nâng cao đời sống dân sinh vùng đồng bào dân tộc.
- Cải tạo điều kiện môi trường vi khí hậu và cảnh quan sinh thái khu vực dự án.
- Tạo tiền đề xây dựng hạ tầng phát triển du lịch sinh thái tại địa phương.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án:
- Đối tượng nghiên cứu: Cụm công trình đầu mối hồ chứa nước Tân Sơn (gồm đập chính bằng đất đầm nén, các đập phụ, công trình tràn xả lũ, cống lấy nước dưới sâu, tường chắn đất) và hệ thống tuyến kênh tưới chính dẫn nước đến khu tưới.
- Phạm vi không gian: Dự án đặt tại xã Phước Vinh, huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận, trong tọa độ địa lý từ 109°02' đến 109°05' Kinh độ Đông và từ 11°33' đến 11°37' Vĩ độ Bắc. Địa bàn nghiên cứu phân tách thành hai vùng chức năng: Vùng I là khu vực xây dựng công trình đầu mối và lòng hồ trên thượng nguồn suối Tân Sơn (diện tích lưu vực từ 80 đến 86 km²); Vùng II là khu tưới nằm ở dải đồng bằng ven chân núi chuyển tiếp, khống chế cao trình từ +25,00 m xuống đến kênh Chính Nam (thuộc hệ thống Nha Trinh – Lâm Cấm) tại cao trình +11,00 m.
- Phạm vi tài liệu và thời gian: Sử dụng chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn đồng bộ từ năm 1978 đến năm 2004 tại các trạm đo khu vực (Nha Hố, Phan Rang, Nhị Hà, Tân Mỹ, Tân Giang); số liệu thống kê kinh tế – xã hội xã Phước Vinh giai đoạn 2003–2005; thời hạn phục vụ tính toán bồi lắng lòng hồ là T = 75 năm và niên hạn sử dụng công trình cấp II là 80 năm.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng hiện hành trong lĩnh vực kỹ thuật công trình thủy và tài nguyên nước của Việt Nam:
- Hệ thống văn bản pháp lý và tiêu chuẩn áp dụng: Quyết định số 1032/QĐ/BNN-KH ngày 27/03/2000 của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phê duyệt quy hoạch thủy lợi tỉnh Ninh Thuận; Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 04-05:2012 về các quy định chủ yếu trong thiết kế công trình thủy lợi (xác định cấp công trình và tần suất thiết kế); Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8216:2009 / TCVN 8216:2018 về thiết kế đập đất đầm nén; Tiêu chuẩn TCVN 8421:2010 về tính toán tải trọng và tác động của sóng, gió lên công trình thủy lợi.
- Phương pháp tính toán thủy văn và điều tiết:
- Phương pháp giải tích tương quan mưa – dòng chảy xây dựng hàm tương quan $Y = f(X)$ với hệ số tương quan đạt $R = 0,85$;
- Phân tích thống kê tính toán dòng chảy năm và dòng chảy mùa kiệt theo hàm phân phối mật độ xác suất Pearson loại III ($C_v = 0,48; C_s = 2C_v$);
- Tính toán lưu lượng và quá trình lũ thiết kế bằng phương pháp cường độ giới hạn kết hợp mô hình đường đơn vị tổng hợp (ĐVTH);
- Phương pháp cân bằng nước điều tiết hồ chứa chu kỳ năm theo từng tháng đoạn tính ($\Delta t = 1 \text{ tháng}$), lặp từng bước để kiểm tra sai số và hiệu chỉnh tổn thất bốc hơi (theo thực nghiệm chậu Piche) cùng tổn thất thấm ($W_{th} = 1% V_h$).
- Phương pháp tính toán kết cấu và thủy lực:
- Áp dụng các nguyên lý thủy lực học công trình ngầm và dòng hở xác định đường mặt nước, khả năng hàm khí, phòng chống xâm thực trên dốc nước tràn xả lũ, hiện tượng nước nhảy và độ sâu phân giới qua cống ngầm;
- Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) mô hình hóa không gian kết cấu tường chắn đất bản góc có sườn bằng phần mềm SAP2000 V14 nhằm xác định trường ứng suất, nội lực mômen ($M_{11}, M_{22}$) và lực dọc ($F_{11}, F_{22}$) phục vụ thiết kế bố trí cốt thép bê tông.
- Nguồn dữ liệu thực nghiệm: Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 lưu vực suối Tân Sơn; bình đồ lòng hồ và khu tưới tỷ lệ 1:5.000 do Chi nhánh Miền Trung thuộc Công ty Tư vấn và Chuyển giao công nghệ Trường Đại học Thủy lợi khảo sát; tài liệu khoan thăm dò địa chất nền và chỉ tiêu cơ lý các mỏ đất đắp; chuỗi quan trắc khí tượng thủy văn trạm Nha Hố (27 năm), Nhị Hà, Phan Rang, Tân Giang.
Thiết kế và triển khai
Căn cứ vào quy mô cấp nước tưới cho 1.050 ha và chiều cao đập dự kiến trong khoảng 24,7 m, đối chiếu theo QCVN 04-05:2012, công trình đầu mối hồ chứa nước Tân Sơn được phân loại là Công trình Cấp II. Các chỉ tiêu kỹ thuật chính gồm: tần suất lũ thiết kế $P = 1%$; tần suất lũ kiểm tra $P = 0,2%$; tần suất bảo đảm cấp nước tưới $P = 85%$.
Bố trí cụm công trình đầu mối và thông số kỹ thuật
| Hạng mục công trình |
Thông số hình học và giải pháp kết cấu chính |
| Đập chính |
- Loại đập: Đập đất đồng chất/đầm nén.
- Cao trình đỉnh đập: $+39,70\text{ m}$; Chiều cao đập lớn nhất: $H = 24,70\text{ m}$.
- Chiều dài đỉnh đập: $620\text{ m}$ (PA3); Chiều rộng đỉnh đập: $B_d = 6,00\text{ m}$.
- Độ dốc thoát nước đỉnh: $i = 0,02$.
- Hệ số mái: Thượng lưu $m_1 = 3,00$; Hạ lưu có bố trí cơ đập rộng $4,00\text{ m}$ tại cao trình $+25,00\text{ m}$. |
| Thoát nước thân đập |
- Đoạn lòng sông: Lăng trụ thoát nước bằng đá hộc xếp, đỉnh tại cao trình $+18,50\text{ m}$, rộng $2,00\text{ m}$, mái trong $m_{01} = 1,5$, mái ngoài $m_{02} = 2,0$, đệm 2 tầng lọc cát dăm dày $20\text{ cm}$.
- Đoạn sườn đồi: Thoát nước kiểu áp mái chân đập gồm đá lát khan $20\text{ cm}$, đá dăm $15\text{ cm}$, cát lọc $15\text{ cm}$. |
| Gia cố bảo vệ mái |
- Mái thượng lưu: Lát tấm bê tông đổ tại chỗ kích thước $3 \times 3\text{ m}$, chiều dày bản $d_b = 8\text{ cm}$, đục lỗ thoát nước; tầng đệm dăm sỏi dày $20\text{ cm}$ và cát lọc dày $15\text{ cm}$; phạm vi gia cố từ đỉnh đập xuống dưới mực nước chết $2,5\text{ m}$ (đến cao trình $+28,00\text{ m}$), chân tựa BTCT M200.
- Mái hạ lưu: Phủ đất màu dày $10\text{ cm}$ trồng cỏ trong ô $5 \times 5\text{ m}$; bố trí rãnh thoát nước mặt bằng đá xây M100 kích thước $20 \times 20\text{ cm}$ đặt xiên góc $45^\circ$. |
| Tràn xả lũ |
- Vị trí: Đặt bên vai trái đập chính; Bề rộng tràn nước nông: $B_{tr} = 18,00\text{ m}$.
- Kết cấu: Ngưỡng tràn thực dụng, dốc nước, bể tiêu năng đáy sâu và kênh dẫn xả hạ lưu. |
| Cống lấy nước |
- Bố trí 2 cống: Cống số 1 đặt tại đập phụ 1 dẫn nước vào kênh chính 1; Cống số 2 đặt bên vai phải đập chính dẫn nước vào kênh chính 2.
- Cấu tạo: Cống ngầm BTCT dưới thân đập, tháp van điều khiển thượng lưu, hệ thống khớp nối đứng và ngang chống lún/thấm. |
| Hệ thống kênh tưới |
- Kênh chính 1: Chiều dài $2.330\text{ m}$, đảm nhiệm tưới $680\text{ ha}$.
- Kênh chính 2: Chiều dài $6.806\text{ m}$, chạy dọc đường đồng mức $+27,00\text{ m}$, tưới $370\text{ ha}$.
- Tổng chiều dài 2 tuyến kênh: $9.136\text{ m}$, phục vụ trọn vẹn $1.050\text{ ha}$ khu tưới. |
Kiểm tra ổn định và mô phỏng kết cấu
- Xác định cao trình đỉnh đập: Tính toán theo 3 tổ hợp mực nước hồ chứa kết hợp với sóng leo và nước dềnh do gió theo TCVN 8421:2010. Kết quả trường hợp mực nước lũ thiết kế (MNLTK $= +37,29\text{ m}$) với gió tính toán bình quân $V_{50%} = 13,8\text{ m/s}$ (chiều cao sóng leo $h_{sl}' = 1,91\text{ m}$, độ dềnh gió $\Delta h' = 0,0036\text{ m}$, độ vượt cao an toàn $a' = 0,5\text{ m}$) cho cao trình đỉnh đập lớn nhất là $+39,70\text{ m}$ (cao hơn trường hợp mực nước dâng bình thường cho kết quả $+37,79\text{ m}$).
- Tính toán thấm và ổn định mái dập: Phân tích đường bão hòa cho mặt cắt lòng sông và sườn đồi hai vai đập; kiểm tra hệ số ổn định mái đập $[K]$ đáp ứng yêu cầu cấp II ($[K] \ge 1,30$ cho tổ hợp tải trọng cơ bản và $[K] \ge 1,17$ cho tổ hợp tải trọng đặc biệt).
- Mô phỏng tường chắn đất bằng SAP2000 V14: Đồ án thiết lập mô hình PTHH không gian phân tích kết cấu tường chắn đất dạng bản mặt có sườn tăng cường cho các đoạn chiều cao $H = 5\text{ m}$ và $H = 7\text{ m}$. Kết quả xuất biểu đồ phân bố nội lực mômen uốn và lực dọc tại các tiết diện bản đáy, bản mặt và sườn chống, làm cơ sở lựa chọn đường kính và khoảng cách cốt thép chịu lực chính xác, đáp ứng khả năng chịu tải cục bộ.
Nội dung chính theo từng chương
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Chương 1 hệ thống hóa hồ sơ pháp lý, các quyết định đầu tư của UBND tỉnh Ninh Thuận và hợp đồng kinh tế số 16 ngày 15/11/2000 ký kết với Chi nhánh Miền Trung – Công ty TV&CGCN Trường ĐHTL. Tác giả nêu bật bối cảnh dự án do UBND tỉnh Ninh Thuận (Ban quản lý dự án ngành Cơ sở hạ tầng Nông thôn) làm chủ đầu tư, khẳng định tính cấp thiết của việc xây dựng hồ chứa trên suối Tân Sơn nhằm thực hiện quy hoạch thủy lợi tỉnh theo Quyết định số 1032/QĐ/BNN-KH, đáp ứng 5 mục tiêu phát triển hạ tầng và thủy nông lâu dài.
CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN
Trình bày chi tiết đặc điểm địa lý, địa hình, địa mạo, khí hậu và thủy văn vùng dự án:
- Khí hậu: Nhiệt độ, độ ẩm, gió (vận tốc gió trung bình $2,3\text{ m/s}$, gió thiết kế cực đại theo 8 hướng chính), lượng bốc hơi tầng mặt đạt $1.656\text{ mm/năm}$, bốc hơi lưu vực $Z_{olv} = 578\text{ mm}$, bốc hơi mặt hồ $Z_n = 1.821\text{ mm}$, chênh lệch bốc hơi $1.113\text{ mm/năm}$. Lượng mưa bình quân nhiều năm chọn theo trạm Nhị Hà là $X_{olv} = 850\text{ mm}$. Trận mưa ngày lớn nhất ghi nhận đạt $323,2\text{ mm}$ (trạm Nha Hố, năm 1979).
- Thủy văn nguồn nước: Diện tích lưu vực tuyến 3 đạt $F = 86\text{ km²}$, chiều dài suối $L_s = 15,6\text{ km}$. Dòng chảy bình quân nhiều năm đạt lưu lượng $Q_0 = 0,80\text{ m³/s}$ (hệ số dòng chảy chọn an toàn $\alpha_0 = 0,32$). Bùn cát lơ lửng mật độ $\rho = 120\text{ g/m³}$ tương đương $3.500\text{ m³/năm}$, bùn cát di đẩy $350\text{ m³/năm}$, tổng dung tích bùn cát lắng đọng hàng năm là $3.850\text{ m³/năm}$.
- Địa chất công trình và thủy văn: Đất đá vùng đập và lòng hồ gồm đá xâm nhập và đá phun trào (Riôlit, Fenzit) tuổi Jura – Creta cấu tạo khối đặc chắc, ít nứt nẻ, cách nước tốt; tầng phủ mỏng ($< 2,0\text{ m}$), thảm thực vật tương đối ổn định đảm bảo không xảy ra hiện tượng mất nước lòng hồ hay sạt lở bờ nghiêm trọng.
- Dân sinh – kinh tế xã hội: Xã Phước Vinh có diện tích $45,84\text{ km²}$ (70% đồi núi, 30% đồng bằng); dân số $4.830$ lao động; 85% dân tộc Kinh, 15% người RăcLây; tỷ lệ nghèo chiếm 24% (442 hộ); bình quân lương thực đạt $224\text{ kg/người/năm}$.
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI
Phân tích so sánh 3 phương án mặt bằng bố trí cụm công trình đầu mối:
- Phương án Ia/Ib: Chiều dài đập ngắn ($600 - 720\text{ m}$), diện tích lưu vực $F = 80\text{ km²}$, 1 đập phụ. Ưu điểm của tuyến Ib là bố trí gọn, khối lượng đất đắp thấp nhất ($520.000\text{ m³}$), nền đập cắt suối Tân Sơn hẹp nên tầng cuội sỏi nông, giảm chi phí xử lý móng. Nhược điểm là diện tích lưu vực nhỏ ($80\text{ km²}$), tổng lượng nước đến năm thiết kế hạn chế ($14,10 \times 10^6\text{ m³}$).
- Phương án II: Tuyến đập cong dài nhất ($930\text{ m}$), diện tích lưu vực $F = 86\text{ km²}$, cần tới 2 đập phụ; khối lượng đất đắp lớn ($650.000\text{ m³}$), mặt bằng trải dài, vốn đầu tư cao, chỉ số IRR thấp.
- Phương án III: Bố trí tuyến đập chính thẳng dài $620\text{ m}$ kết hợp 2 đập phụ, đón diện tích lưu vực $F = 86\text{ km²}$ (lượng dòng chảy đến năm $P=75%$ đạt $15,17 \times 10^6\text{ m³}$), khối lượng đất đắp vừa phải, tận dụng địa hình đồi đá tự nhiên để bố trí tràn xả lũ bên vai trái.
CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HỒ CHỨA
Chương này thực hiện toàn bộ các bước tính toán thủy lực điều tiết nguồn nước:
- Mực nước chết (MNC): Tính toán theo 2 điều kiện: bùn cát lắng đọng sau 75 năm ($V_{bl} = 272.471\text{ m³} \rightarrow Z_{bc} \approx 25,00\text{ m}$) và điều kiện tưới tự chảy tại đầu kênh ($Z_{min} = Z_{đk} + h_{tt} = 30,00 + 0,50 = 30,50\text{ m}$). Lấy giá trị khống chế lớn hơn, xác định $\text{MNC} = +30,50\text{ m}$, dung tích chết tương ứng $V_{mnc} = 3,925 \times 10^6\text{ m³}$.
- Mực nước dâng bình thường (MNDBT): Lập bảng cân bằng nước theo từng tháng. Lần tính 1 chưa kể tổn thất cho $V_h = 7,423 \times 10^6\text{ m³}$; khi tính tổn thất lần 1 cho $V_h = 9,812 \times 10^6\text{ m³}$ (sai số $24,35% > 5%$). Tác giả thực hiện tính lặp lần 2 có xét tổn thất bốc hơi mặt nước và thấm ($1% V_h$), thu được dung tích hữu ích $V_h = 10,101 \times 10^6\text{ m³}$ với sai số chấp nhận $2,86% \le 5%$. Dung tích hồ chứa bình thường $V_{bt} = V_h + V_c = 14,026 \times 10^6\text{ m³}$, tương ứng cao trình $\text{MNDBT} = +35,53\text{ m}$.
- Điều tiết lũ: Tính toán xả lũ qua tràn với hai trường hợp: Tần suất thiết kế $P = 1%$ (lưu lượng đỉnh lũ đến $Q_{max} = 814,00\text{ m³/s}$, xả cực đại $q_{max} = 563,17\text{ m³/s}$, dung tích hồ $18,96 \times 10^6\text{ m³}$, $\text{MNLTK} = +37,29\text{ m}$, cột nước tràn $H_{tr} = 6,26\text{ m}$); Tần suất kiểm tra $P = 0,2%$ (đỉnh lũ đến $Q_{max} = 1.196,82\text{ m³/s}$, xả cực đại $q_{max} = 756,38\text{ m³/s}$, dung tích hồ $23,14 \times 10^6\text{ m³}$, $\text{MNLKT} = +38,65\text{ m}$, cột nước tràn $H_{tr} = 7,62\text{ m}$).
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ KỸ THUẬT CÁC CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI
Nội dung chương triển khai thiết kế chi tiết các bộ phận công trình:
- Đập đất ngăn sông: Xác định cao trình đỉnh đập $+39,70\text{ m}$, chiều cao đập lớn nhất $H = 24,7\text{ m}$, bề rộng đỉnh $6\text{ m}$, mái thượng lưu $m = 3,0$, mái hạ lưu có cơ rộng $4\text{ m}$ tại cao trình $+25\text{ m}$. Thiết kế chi tiết lăng trụ thoát nước đá hộc (đỉnh $+18,5\text{ m}$) và tầng lọc ngược bảo vệ chân đập sườn đồi.
- Công trình tràn xả lũ: Thiết kế tràn hở tự do, bề rộng tràn $B = 18\text{ m}$, tính toán đường mặt nước trên dốc, kiểm tra mức độ hàm khí của dòng chảy để định chiều cao tường bên, tính toán tiêu năng đáy và kênh dẫn hạ lưu.
- Cống lấy nước: Thiết kế khẩu diện cống dẫn dòng kín bằng BTCT, tính toán thủy lực trạng thái chảy không áp/chảy có áp, xác định vị trí nước nhảy và thiết kế tháp điều khiển van.
CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT: TÍNH TOÁN KẾT CẤU TƯỜNG CHẮN ĐẤT
Sử dụng phần mềm kết cấu SAP2000 V14 xây dựng mô hình phần tử hữu hạn không gian cho tường chắn đất bê tông cốt thép có sườn sừng. Khai báo tải trọng áp lực đất chủ động, áp lực nước thủy tĩnh và tải trọng phụ tải. Phân tích nội lực tập trung tại các mặt cắt điển hình cao $5\text{ m}$ và $7\text{ m}$, từ đó xác định diện tích cốt thép chịu uốn và cắt cho bản mặt tường, bản móng đáy và sườn chống.
Kết quả và đóng góp
Tổng hợp thông số kỹ thuật thiết kế của công trình
| Thông số thiết kế |
Ký hiệu / Tần suất |
Trị số thiết kế |
Đơn vị |
| Diện tích lưu vực |
$F$ |
$86,0$ |
$\text{km²}$ |
| Lưu lượng bình quân nhiều năm |
$Q_0$ |
$0,80$ |
$\text{m³/s}$ |
| Cao trình mực nước chết |
$\text{MNC}$ |
$+30,50$ |
$\text{m}$ |
| Dung tích chết |
$V_c$ |
$3,925$ |
$10^6\text{ m³}$ |
| Cao trình mực nước dâng bình thường |
$\text{MNDBT}$ |
$+35,53$ |
$\text{m}$ |
| Dung tích hữu ích |
$V_h$ |
$10,101$ |
$10^6\text{ m³}$ |
| Dung tích toàn bộ ứng với MNDBT |
$V_{bt}$ |
$14,026$ |
$10^6\text{ m³}$ |
| Mực nước lũ thiết kế |
$\text{MNLTK } (P=1%)$ |
$+37,29$ |
$\text{m}$ |
| Lưu lượng xả lũ thiết kế lớn nhất |
$q_{max} (P=1%)$ |
$563,17$ |
$\text{m³/s}$ |
| Mực nước lũ kiểm tra |
$\text{MNLKT } (P=0,2%)$ |
$+38,65$ |
$\text{m}$ |
| Lưu lượng xả lũ kiểm tra lớn nhất |
$q_{max} (P=0,2%)$ |
$756,38$ |
$\text{m³/s}$ |
| Cao trình đỉnh đập chính |
$Z_{đ}$ |
$+39,70$ |
$\text{m}$ |
| Chiều cao đập lớn nhất |
$H_{max}$ |
$24,70$ |
$\text{m}$ |
| Chiều rộng tràn xả lũ |
$B_{tr}$ |
$18,00$ |
$\text{m}$ |
| Diện tích tưới thiết kế |
$F_{t}$ |
$1.050$ |
$\text{ha}$ |
Đóng góp kỹ thuật và giải pháp đề xuất
- Giải pháp bố trí công trình hài hòa địa hình: Tác giả đã phân tích toàn diện ưu nhược điểm giữa các phương án tuyến (Ib, II và III), chọn lọc phương án tuyến đập tận dụng yên ngựa và mỏm đồi tự nhiên, giúp giảm thiểu chiều dài đập chính ($620\text{ m}$) và giảm khối lượng xử lý nền phức tạp trên suối Tân Sơn so với việc đặt tuyến đập cong kéo dài ($930\text{ m}$) tại Phương án II.
- Tính toán điều tiết chính xác theo chu kỳ lặp: Quá trình xác định dung tích hồ chứa không dừng lại ở phép cân bằng nước sơ bộ mà được tác giả tính lặp 2 bước, hiệu chỉnh sai số từ $24,35%$ xuống còn $2,86%$ thông qua việc xét tường minh lượng tổn thất bốc hơi mặt nước và thấm thân đập.
- Ứng dụng mô hình số PTHH hiện đại: Thay vì dùng các công thức gần đúng bán kinh nghiệm để phân bố mômen phẳng, tác giả đã ứng dụng phần mềm SAP2000 V14 mô hình hóa 3D kết cấu tường chắn đất bản có sườn, phản ánh sát thực tế sự làm việc đồng thời của bản mặt và hệ sườn chống, tối ưu hóa lượng thép bố trí.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế được ghi nhận từ phạm vi đề tài:
- Chuỗi số liệu đo đạc dòng chảy trực tiếp trên suối Tân Sơn chưa có trạm quan trắc dài hạn chuyên biệt, đồ án phải sử dụng phương pháp lưu vực tương tự (trạm Tân Giang) và phương trình tương quan mưa – dòng chảy để thu phóng chuỗi số liệu;
- Lượng bùn cát bồi lắng lòng hồ mới được tính toán tổng lượng theo công thức bán kinh nghiệm 1 chiều (tỷ lệ $10%$ bùn cát di đẩy), chưa mô phỏng phân bố bồi lắng không gian 2D/3D trong lòng hồ;
- Bảng dự toán chi phí xây dựng công trình mới được tổng hợp theo đơn giá gốc ở thời điểm lập đồ án, chưa phân tích đánh giá độ nhạy kinh tế chi tiết khi có biến động giá nguyên vật liệu xây dựng.
- Hướng phát triển tiếp:
- Tiếp tục quan trắc bổ sung số liệu thủy văn thực đo sau khi dự án đi vào vận hành để hiệu chỉnh quy trình điều tiết cấp nước và xả lũ trong điều kiện biến đổi khí hậu;
- Nghiên cứu mô phỏng tương tác động đất – kết cấu đập đất theo tiêu chuẩn hiện hành cho các đới đứt gãy khu vực Nam Trung Bộ.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật công trình thủy, Thủy lợi – Thủy điện, Kỹ thuật tài nguyên nước và các kỹ sư tư vấn thiết kế công trình đầu mối:
- Cung cấp tài liệu mẫu mực về trình tự các bước xác định thông số hồ chứa (tính toán dung tích chết từ cao trình tưới tự chảy và bồi lắng bùn cát; tính toán dung tích hữu ích có xét đến tổn thất thấm và bốc hơi);
- Minh họa phương pháp tính toán chiều cao sóng dềnh và sóng leo tác động lên mái dốc theo TCVN 8421:2010 để xác lập cao trình đỉnh đập đất đầm nén;
- Cung cấp ví dụ thực hành tính toán kết cấu tường chắn đất thủy công có sườn tăng cường bằng phần mềm SAP2000 V14 hoàn chỉnh từ bước sơ đồ tải trọng, nội lực đến bố trí cốt thép.
Câu hỏi thường gặp
1. Mực nước chết (MNC) của hồ Tân Sơn được xác định dựa trên nguyên tắc nào và có cao trình là bao nhiêu?
Mực nước chết được xác định dựa trên hai điều kiện: (1) Dung tích chết phải lớn hơn tổng lượng bùn cát lắng đọng trong 75 năm ($V_{bl} = 272.471\text{ m³} \rightarrow Z_{bc} \approx 25,00\text{ m}$); (2) Đảm bảo yêu cầu cấp nước tưới tự chảy ở đầu kênh ($Z_{min} = Z_{đk} + h_{tt} = 30,00 + 0,50 = 30,50\text{ m}$). So sánh hai giá trị, tác giả chọn giá trị lớn hơn để khống chế, do đó cao trình mực nước chết đạt $\text{MNC} = +30,50\text{ m}$ (dung tích chết $V_c = 3,925 \times 10^6\text{ m³}$).
2. Vì sao tác giả phải thực hiện tính toán dung tích hồ chứa khi kể đến tổn thất lặp lại lần thứ hai?
Trong lần tính thứ nhất có xét tổn thất thấm và bốc hơi, dung tích hữu ích đạt được là $V_h = 9,812 \times 10^6\text{ m³}$. Khi so sánh với dung tích ban đầu ($7,423 \times 10^6\text{ m³}$), sai số tính toán lên tới $24,35%$, vượt quá giới hạn sai số cho phép ($5%$). Do đó, tác giả bắt buộc phải tính lặp lần thứ hai; kết quả lần hai cho $V_h = 10,101 \times 10^6\text{ m³}$ với sai số giảm xuống còn $2,86%$ (thỏa mãn điều kiện $\le 5%$).
3. Cao trình đỉnh đập chính $+39,70\text{ m}$ được xác lập dựa trên điều kiện mực nước hồ và vận tốc gió nào?
Cao trình đỉnh đập được xác định bởi điều kiện mực nước lũ thiết kế $\text{MNLTK} = +37,29\text{ m}$ ($P = 1%$) kết hợp với gió bình quân lớn nhất tần suất $P = 50%$ ($V_{50%} = 13,8\text{ m/s}$). Khi đó, chiều cao sóng leo là $h_{sl}' = 1,91\text{ m}$, nước dềnh do gió $\Delta h' = 0,0036\text{ m}$ và độ vượt cao an toàn $a' = 0,5\text{ m}$ (theo TCVN 8216-2009 cho công trình cấp II), tổng hợp tạo nên cao trình đỉnh đập $Z_2 = 37,29 + 0,0036 + 1,91 + 0,5 = 39,70\text{ m}$ (lớn hơn trường hợp kiểm tra theo MNDBT chỉ cho kết quả $+37,79\text{ m}$).
4. Khẩu độ và giải pháp kết cấu của công trình tràn xả lũ được lựa chọn như thế nào?
Tràn xả lũ được bố trí tại vai trái đập chính với hình thức tràn hở tự do, ngưỡng thực dụng, bề rộng tràn nước nông $B_{tr} = 18,00\text{ m}$. Công trình được thiết kế để xả an toàn lưu lượng lũ thiết kế $q_{max} = 563,17\text{ m³/s}$ (ứng với tần suất $P = 1%$, cột nước tràn $6,26\text{ m}$) và lưu lượng lũ kiểm tra $q_{max} = 756,38\text{ m³/s}$ (ứng với tần suất $P = 0,2%$, cột nước tràn $7,62\text{ m}$).
5. Mái thượng lưu và hạ lưu của đập đất ngăn sông được bảo vệ bằng các giải pháp kết cấu cụ thể nào?
Mái thượng lưu được lát bằng các tấm bê tông đổ tại chỗ kích thước $3 \times 3\text{ m}$, dày $8\text{ cm}$, có đục lỗ thoát nước, đặt trên tầng lọc ngược gồm dăm sỏi dày $20\text{ cm}$ và cát lọc dày $15\text{ cm}$, phạm vi lát từ đỉnh đập xuống cao trình $+28,00\text{ m}$. Mái hạ lưu được bảo vệ bằng lớp đất màu dày $10\text{ cm}$ trồng cỏ trong các ô $5 \times 5\text{ m}$, kết hợp hệ thống rãnh gom nước mưa xây đá M100 kích thước $20 \times 20\text{ cm}$ bố trí nghiêng $45^\circ$ nối về phía chân đập.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hồ chứa nước Tân Sơn – Phương án 3" của sinh viên Nguyễn Văn Tuấn đã hoàn thành toàn diện nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật cụm công trình đầu mối hồ chứa cấp II phục vụ tưới cho 1.050 ha và cắt giảm lũ hạ du tại huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận. Các thông số cơ bản của hồ chứa được xác lập chính xác thông qua các bước tính toán điều tiết chu kỳ năm có xét đến tổn thất thấm và bốc hơi, đạt cao trình mực nước dâng bình thường $+35,53\text{ m}$ (dung tích toàn bộ $14,026 \times 10^6\text{ m³}$) và cao trình mực nước chết $+30,50\text{ m}$. Các công trình đầu mối gồm đập đất cao $24,7\text{ m}$, tràn xả lũ rộng $18\text{ m}$, cống lấy nước và tường chắn đất phân tích qua SAP2000 V14 đều được thiết kế tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn, tiêu chuẩn ngành, tạo nên một giải pháp công trình hoàn chỉnh, khả thi về mặt kỹ thuật và mang lại giá trị thực tiễn kinh tế – xã hội sâu sắc cho địa phương.
