BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
MAI LÂM TUẤN
NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN QUY MÔ CÔNG TRÌNH
DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI, NĂM 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
MAI LÂM TUẤN
NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN QUY MÔ CÔNG TRÌNH
DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY
Mã số: 9 58 02 02
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS NGUYỄN QUANG CƯỜNG
2. PGS.TS LÊ VĂN HÙNG
HÀ NỘI, NĂM 2019
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả cam đoan luận án là công trình nghiên cứu của tác giả. Các kết quả nghiên cứu
và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn nào và dưới
bất kỳ hình thức nào. Nguồn tài liệu tham khảo được trích dẫn theo đúng quy định.
Tác giả luận án
Mai Lâm Tuấn
i
LỜI CÁM ƠN
Sau thời gian thực hiện luận án, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình
của tập thể hướng dẫn, các nhà khoa học, luận án tiến sĩ “Nghiên cứu lựa chọn quy mô
công trình dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình thủy lợi thủy điện ở Việt Nam”
được hoàn thành.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Quang Cường; PGS.TS. Lê
Văn Hùng đã dành nhiều công sức giúp đỡ và tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thành
luận án.
Tác giả trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và cán bộ của Trường Đại học Thủy
Lợi, đặc biệt là Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng, Khoa Công trình, Phòng Đào
tạo đại học và sau đại học, các nhà khoa học từ các đơn vị trong và ngoài trường Đại
học Thủy Lợi có nhiều đóng góp quý báu và đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình
nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Tác giả cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện
để tác giả hoàn thành luận án này.
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................. ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ...................................................................................... v DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ ............. viii ...................................................................................................................... 1 MỞ ĐẦU TỔNG QUAN VỀ DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG CHƯƠNG 1 CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN ..................................................................... 6 1.1 Tầm quan trọng của công tác dẫn dòng thi công .................................................... 6 1.2 Lựa chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng và tính toán thủy lực dẫn dòng .................. 8 1.2.1 Tần suất thiết kế dẫn dòng thi công .................................................................. 8 1.2.2 Thời đoạn dẫn dòng thi công .......................................................................... 10 1.2.3 Tính toán thủy lực dẫn dòng ........................................................................... 11 1.3 Dẫn dòng thi công qua cống, đường hầm ............................................................. 12 1.3.1 Dẫn dòng thi công qua cống ........................................................................... 12 1.3.2 Dẫn dòng thi công qua đường hầm ................................................................. 15 1.4 Dẫn dòng thi công qua đập đang xây dựng .......................................................... 17 1.4.1 Dẫn dòng thi công qua đập đá đổ đang xây dựng .......................................... 17 1.4.2 Dẫn dòng thi công qua đập bê tông đang xây dựng ....................................... 22 1.4.3 Dẫn dòng thi công qua đập đất đang xây dựng .............................................. 24 1.4.4 Dẫn dòng thi công đồng thời qua đập đang xây dựng và cống, đường hầm .. 25 1.5 Kết luận chương 1 ................................................................................................. 27 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ DẪN DÒNG THI CÔNG VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG ................................. 29 2.1 Phân tích lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công ........................................ 29 2.1.1 Cơ sở lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công ........................................ 29 2.1.2 Cơ sở khoa học để nâng hoặc hạ cấp tần suất thiết kế dẫn dòng .................... 30 2.2 Xác định thời đoạn dẫn dòng thi công .................................................................. 33 2.2.1 Nhân tố ảnh hưởng đến việc chọn thời đoạn dẫn dòng thi công .................... 33 2.2.2 Điều kiện khí hậu và dòng chảy các vùng của Việt Nam ............................... 34 2.3 Cơ sở lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng ........................................................ 37 2.3.1 Dẫn dòng qua công trình độc lập .................................................................... 37 2.3.2 Dẫn dòng đồng thời qua cống và đập đang xây dựng .................................... 40 2.4 Cơ sở lý thuyết tính toán thủy lực dẫn dòng thi công và điều tiết lũ .................... 41 2.4.1 Tính toán thủy lực qua đập đang xây dựng .................................................... 41 2.4.2 Tính toán thủy lực dẫn dòng qua cống ........................................................... 44 2.4.3 Tính toán thủy lực dẫn dòng đồng thời qua hai hoặc nhiều công trình dẫn dòng ...................................................................................................................... 47
iii
2.4.4 Điều tiết lũ trong dẫn dòng thi công ............................................................... 47 2.5 Tính toán lưu tốc lớn nhất khi dẫn dòng qua đập đá đổ, đá đắp đang xây dựng .. 48 2.6 Kết luận chương 2 ................................................................................................. 51 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH LỰA CHỌN HỢP LÝ QUY MÔ CÔNG CHƯƠNG 3 TRÌNH DẪN DÒNG THI CÔNG ................................................................................. 52 3.1 Nghiên cứu lựa chọn tần suất lưu lượng và thời đoạn thiết kế dẫn dòng ............. 52 3.1.1 Chọn tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng theo tiêu chuẩn các quốc gia ...... 52 3.1.2 Lựa chọn thời đoạn dẫn dòng trong điều kiện khí hậu Việt Nam .................. 55 3.1.3 Xác định lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công .............................................. 58 3.2 Lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công và điều tiết lũ ................ 59 3.2.1 Lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công qua cống .................. 59 3.2.2 Lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công đồng thời qua đập đang xây dựng và cống ...................................................................................................... 64 3.2.3 Lập chương trình tính toán điều tiết lũ ........................................................... 65 3.2.4 Kiểm định chương trình tính toán thủy lực .................................................... 69 3.3 Lựa chọn các thông số khi dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng .................... 70 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công trình đến lưu tốc lớn nhất ............ 70 3.3.2 Gia cố bề mặt đập khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng ............................... 82 3.4 Kết luận chương 3 ................................................................................................. 83 CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM ....................................................... 85 4.1 Phân tích việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng ............................................... 85 4.1.1 Giới thiệu công trình ....................................................................................... 85 4.1.2 Sử dụng công trình chính để dẫn dòng thi công ............................................. 90 4.1.3 Sử dụng công trình chính tham gia dẫn dòng ................................................. 91 4.1.4 Đề xuất chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công ........................................... 92 4.2 Lựa chọn thông số dẫn dòng qua đập xây dựng dở cho công trình hồ chứa nước Cửa Đạt .......................................................................................................................... 93 4.2.1 Số liệu đầu vào................................................................................................ 93 4.2.2 Tính cường độ thi công và chi phí gia cố ....................................................... 95 4.2.3 Kết quả tính toán ............................................................................................. 97 4.2.4 Phân tích lựa chọn thông số dẫn dòng .......................................................... 100 4.2.5 Kiểm chứng bằng phương pháp số tính thủy lực.......................................... 102 4.3 Kết luận chương 4 ............................................................................................... 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 110 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................ 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 114 PHỤ LỤC
iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Công trình thủy điện Sơn La - Mặt cắt dọc cống dẫn dòng .......................... 14 Hình 1.2. Công trình thủy điện Tuyên Quang - Mặt cắt ngang cống dẫn dòng thi công ....................................................................................................................................... 14 Hình 1.3. Công trình thủy điện Bình Điền - Mặt cắt dọc cống dẫn dòng thi công ....... 14 Hình 1.4. Công trình Cửa Đạt - Đường hầm dẫn dòng TN2 ......................................... 15 Hình 1.5. Công trình thủy điện Huội Quảng - Mặt cắt dọc hầm dẫn dòng thi công ..... 16 Hình 1.6. Hồ chứa Mao Gia Thôn - Bố trí kết hợp đường hầm dẫn dòng, đường hầm tháo lũ và đường hầm tháo nước ................................................................................... 16 Hình 1.7. Công trình Toktogunskia - Tháo lũ tràn qua đê quai giai đoạn 1 .................. 18 Hình 1.8. Công trình Ust-Khantaiska - Sơ đồ dẫn dòng tràn qua đê quai giai đoạn 1 và hố móng; tràn qua đập đá đổ đang xây dựng ................................................................. 18 Hình 1.9. Công trình Braunla - Mặt cắt ngang đập ....................................................... 19 Hình 1.10. Đập Ord - Dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng và phương án gia cố .. 20 Hình 1.11. Công trình thủy điện Tuyên Quang - Đê quai thượng lưu được phủ bê tông cốt thép để cho lũ tràn qua trong quá trình thi công ...................................................... 21 Hình 1.12. Công trình thủy điện Hòa Bình - Mặt cắt đập ở vùng kênh thi công trong giai đoạn tháo lũ 1986 .......................................................................................................... 21 Hình 1.13. Công trình Cửa Đạt - Dẫn dòng qua đập đang xây dựng năm 2007 ........... 22 Hình 1.14. Công trình thủy điện Sơn La - Dẫn dòng qua cống và đập đang xây dựng mùa lũ 2009 ............................................................................................................................ 23 Hình 1.15. Công trình Sê San 4 - Chuẩn bị tháo lũ qua đập đang xây dựng 5/2007 .... 23 Hình 1.16. Gia cố đập đất khi cho nước tràn qua .......................................................... 24 Hình 2.1. Tương quan chi phí với kích thước công trình dẫn dòng .............................. 38 Hình 2.2. Các thông số thủy lực của đập tràn ............................................................... 41 Hình 2.3. Đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập và chảy ngập ...................................... 43 Hình 2.4. Đường quan hệ lưu lượng với mực nước thượng lưu của cống .................... 44 Hình 2.5. Sơ đồ các chế độ chảy qua cống .................................................................... 44 Hình 2.6. Sơ đồ tính toán thủy lực dẫn dòng qua kênh ................................................. 45 Hình 2.7. Sơ đồ thủy lực cống chảy có áp ..................................................................... 46 Hình 2.8. Biến thiên năng lượng dòng chảy ổn định khi viết phương trình Bernoulli . 49 Hình 2.9. Sơ đồ tính toán thủy lực qua đập đá đổ đang xây dựng ................................ 50 Hình 3.1. Đường quá trình mực nước thượng lưu và chiều cao đập khi dẫn dòng ....... 57 Hình 3.2. Đắp đập chính theo mặt cắt kinh tế ............................................................... 57 Hình 3.3. Tương quan Q~H khi chuyển tiếp chảy ngập sang chảy không ngập ........... 59 Hình 3.4. Tương quan Q~H0 khi chuyển tiếp chảy không áp sang chảy có áp ............. 60 Hình 3.5. Sơ đồ khối tính thủy lực dẫn dòng qua cống ................................................. 63 Hình 3.6. Sơ đồ khối tính thủy lực dẫn dòng qua đập đang xây dựng và cống ............ 66 Hình 3.7. Sơ đồ khối tính điều tiết lũ ............................................................................ 68
v
Hình 3.8. Đường mặt nước và diễn biến lưu tốc trên bề mặt đập đá đổ đang xây dựng khi dẫn dòng .................................................................................................................. 71 Hình 3.9. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước TH1 .............................. 74 Hình 3.10. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước TH2 ............................ 75 Hình 3.11. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước TH3 ............................ 75 Hình 3.12. Quan hệ Q ~ Vmax trường hợp L = 150m, H2 = 0m ..................................... 76 Hình 3.13. Quan hệ Q ~ Vmax trường hợp m = 8, H2 = 0m ........................................... 77 Hình 3.14. Quan hệ Q ~ Vmax trường hợp m = 8, L = 150m ......................................... 78 Hình 3.15. Ảnh hưởng của thông số m, H2 đến lưu tốc lớn nhất .................................. 79 Hình 3.16. Ảnh hưởng của thông số L, H2 đến lưu tốc lớn nhất ................................... 80 Hình 3.17. Lựa chọn thông số đập đá đổ đang xây dựng phục vụ dẫn dòng ................ 81 Hình 3.18. Bố trí gia cố dốc nước bằng tấm bê tông ..................................................... 82 Hình 3.19. Xác định chiều dày trung bình của tấm bê tông .......................................... 82 Hình 3.20. Gia cố bề mặt cho nước tràn qua đập đá đổ đang xây dựng........................ 83 Hình 4.1. Mặt cắt ngang đập đắp đập vượt lũ giai đoạn 2 ............................................ 95 Hình 4.2. Mặt cắt ngang đập tính khối lượng giai đoạn 1 và giai đoạn 2 ..................... 95 Hình 4.3. Mặt cắt dọc đập tính khối lượng giai đoạn 1 và giai đoạn 2 ......................... 96 Hình 4.4. Lưu tốc lớn nhất các phương án .................................................................. 100 Hình 4.5. Chi phí vật liệu gia cố đập cho các phương án ............................................ 100 Hình 4.6. Khối lượng thi công giai đoạn 1 và giai đoạn 2 các phương án .................. 101 Hình 4.7. Cường độ thi công giai đoạn 1 và giai đoạn 2 các phương án .................... 101 Hình 4.8. Mô hình tính toán dòng chảy trên bề mặt đập đang xây dựng 2 chiều ....... 103 Hình 4.9. Kết quả tính toán 2 chiều dòng chảy trên bề mặt đập đang xây dựng ........ 103 Hình 4.10. Cao trình mực nước thượng lưu tại TT1 ................................................... 104 Hình 4.11. Lưu tốc dòng chảy tại TT1 ........................................................................ 104 Hình 4.12. Lưu tốc dòng chảy tại TT2 ........................................................................ 104 Hình 4.13. Lưu tốc dòng chảy tại TT3 ........................................................................ 104 Hình 4.14. Mô hình dẫn dòng qua đập đang xây dựng và đường hầm ....................... 105 Hình 4.15. Điều kiện ban đầu dẫn dòng qua đập đang xây dựng và đường hầm ........ 105 Hình 4.16. Kết quả phân bố dòng chảy qua đập đang xây dựng và đường hầm ......... 106 Hình 4.17. Kết quả phân bố dòng chảy cắt qua tim đường hầm ................................. 106 Hình 4.18. Lưu tốc dòng chảy tại cửa vào đường hầm ............................................... 107 Hình 4.19. Lưu tốc dòng chảy tại cửa ra đường hầm .................................................. 107 Hình 4.20. Lưu tốc dòng chảy tại TT4 ........................................................................ 107 Hình 4.21. Lưu tốc dòng chảy tại TT7 ........................................................................ 107 Hình 4.22. Lưu tốc dòng chảy tại TT5 ........................................................................ 108 Hình 4.23. Lưu tốc dòng chảy tại TT8 ........................................................................ 108 Hình 4.24. Lưu tốc dòng chảy tại TT6 ........................................................................ 108 Hình 4.25. Lưu tốc dòng chảy tại TT9 ........................................................................ 108
vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Phân chia mùa kiệt và mùa lũ 5 vùng của Việt Nam .................................... 36 Bảng 3.1. Tần suất lưu lượng thiết kế của công trình dẫn dòng .................................... 52 Bảng 3.2. Tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng khi cho nước tràn qua đập đang xây dựng ....................................................................................................................................... 52 Bảng 3.3. Tần suất thiết kế dẫn dòng thi công khi công trình chính tham gia phục vụ dẫn dòng thi công ................................................................................................................. 53 Bảng 3.4. Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất để thiết kế các công trình tạm thời phục vụ công tác dẫn dòng thi công .............................................................................. 54 Bảng 3.5. Bảng tính toán điều tiết lũ ............................................................................. 67 Bảng 3.6. Dẫn dòng thi công qua cống - So sánh kết quả thí nghiệm mô hình với tính toán bằng chương trình .................................................................................................. 69 Bảng 3.7. Dẫn dòng thi công qua đập đang xây dựng và cống - So sánh kết quả thí nghiệm mô hình với tính toán bằng chương trình ......................................................... 70 Bảng 3.8. Thông số đầu vào tính toán Vmax ................................................................... 71 Bảng 3.9. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trên bề mặt đập đá đổ đang xây dựng khi dẫn dòng ............................................................................................................................... 72 Bảng 3.10. Các trường hợp tính kiểm định chương trình.............................................. 74 Bảng 3.11. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp L = 150m, H2 = 0m ................... 76 Bảng 3.12. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp m = 8, H2 = 0m .......................... 77 Bảng 3.13. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp m = 8, L = 150m ....................... 78 Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật của công trình thủy điện Tuyên Quang ........................... 85 Bảng 4.2. Các thông số kỹ thuật công trình Cửa Đạt .................................................... 87 Bảng 4.3. Các thông số kỹ thuật công trình thủy điện Sơn La ...................................... 88 Bảng 4.4. Các thông số kỹ thuật công trình thủy điện Lai Châu................................... 89 Bảng 4.5. Tần suất thiết kế dẫn dòng khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng ................ 90 Bảng 4.6. Tần suất thiết kế dẫn dòng khi công trình chính tham gia dẫn dòng ............ 91 Bảng 4.7. Tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng khi cho nước tràn qua đập đang xây dựng ....................................................................................................................................... 93 Bảng 4.8. Thông số đập đá đổ xây dựng dở .................................................................. 94 Bảng 4.9. Kết quả tính toán thủy lực dẫn dòng kết hợp đập đang xây dựng (tràn) và đường hầm ..................................................................................................................... 98 Bảng 4.10. Kết quả tính toán cường độ thi công và chi phí gia cố các phương án ....... 99
vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ
1. Danh mục các từ viết tắt
Đập đá đổ bản mặt bê tông (Concrete Face Rockfill Dam – CFRD) Lòng sông thu hẹp Lòng sông tự nhiên Mực nước hạ lưu Mực nước thượng lưu Quy chuẩn Quốc gia Việt Nam Bê tông đầm lăn (Roller Compacted Concrete – RCC) Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam Thí nghiệm mô hình Lưu lượng thiết kế dẫn dòng Lưu lượng thiết kế công trình dẫn dòng
CFRD LSTH LSTN MNHL MNTL QCVN RCC TCVN TNMH QP% Qtk
2. Giải thích các thuật ngữ
Công trình dẫn dòng: Gồm công trình dẫn nước và công trình ngăn nước. Công trình dẫn nước có thể là kênh, cống, đường hầm, đập đang xây dựng, tràn đang xây dựng, tràn xả lũ... có nhiệm vụ dẫn nước từ thượng lưu về hạ lưu. Công trình ngăn nước có thể là đê quai, đập tạm, đập chính đang xây dưng, đập chính... có nhiệm vụ chắn nước bảo vệ hố móng, hướng dòng chảy theo công trình dẫn nước về hạ lưu.
Tần suất thiết kế dẫn dòng: Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất để thiết kế các công trình phục vụ dẫn dòng thi công.
Thời đoạn dẫn dòng: Khi thiết kế dẫn dòng, người ta chia quá trình dẫn dòng ra một hoặc nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn có thể chia ra một hoặc nhiều thời đoạn trong toàn bộ thời hạn xây dựng. Một thời đoạn có thể là một vài tháng hay một mùa, một năm hoặc nhiều năm. Khi thiết kế, ở mỗi thời đoạn dẫn dòng thì tần suất thiết kế phải phù hợp tương ứng đối với công trình dẫn dòng.
Lưu lượng thiết kế dẫn dòng (QP%): Lưu lượng dòng chảy lớn nhất trong thời đoạn dẫn dòng ứng với tần suất thiết kế dẫn dòng.
Lưu lượng thiết kế công trình dẫn dòng (Qtk): Lưu lượng dòng chảy qua công trình dẫn dòng để thiết kế công trình dẫn nước. Lưu lượng này dùng để thiết kế cho hạng mục công trình dẫn dòng được xác định trên cơ sở lưu lượng thiết kế dẫn dòng và tính toán cân bằng nước.
viii
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Hầu hết các công trình thủy lợi, thủy điện xây dựng trên sông, suối đều phải dẫn dòng
thi công. Trong quá trình xây dựng, nhiều công trình do lựa chọn qui mô công trình dẫn
dòng chưa hợp lý dẫn đến sự cố như đê quai hoặc đập chính bị vỡ... gây thiệt hại nhiều
mặt, thời hạn thi công bị kéo dài.
Công tác dẫn dòng thi công là một trong những nội dung quan trọng có tính chất quyết
định thành công trong xây dựng các công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện. Ở Việt Nam
đã thực hiện xây dựng thành công nhiều công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện lớn nhỏ
khác nhau. Trong đó, có những công trình điển hình như Thác Bà, Hòa Bình, Tuyên
Quang, Cửa Đạt, Sơn La, Bản Chát, Nậm Chiến… Các phương án dẫn dòng và các
thông số của công trình dẫn dòng đã được lựa chọn và thiết kế hợp lý góp phần xây dựng
công trình đầu mối đúng tiến độ, an toàn và tiết kiệm chi phí.
Việc lựa chọn phương án và quy mô của công trình dẫn dòng gắn liền với các bước thiết
kế. Công tác dẫn dòng có tính chất quyết định đến lựa chọn kết cấu các hạng mục công
trình trong hệ thống, đến trình tự xây dựng, tiến độ, an toàn và chi phí xây dựng. Thông
thường, khi thiết kế cần đề xuất một số phương án và khi lựa chọn phương án hợp lý
phải thông qua phân tích kinh tế - kỹ thuật, trong đó có việc lựa chọn sơ đồ dẫn dòng,
chủng loại và qui mô công trình dẫn dòng thông qua các bước như: chọn lưu lượng thiết
kế, tính toán thủy lực và thí nghiệm mô hình, xác định các thông số cơ bản của công
trình dẫn dòng, tính toán ổn định, thiết kế gia cố…
Quy mô của công trình dẫn dòng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: chi phí xây dựng
công trình dẫn dòng và tiêu năng ở hạ lưu, chi phí đắp đê quai, trình tự và tiến độ thi
công, khối lượng thi công công trình chính và công trình tạm trong các giai đoạn, chi
phí ngập lụt, phòng tránh hay chấp nhận rủi ro... Để có thể xác định quy mô công trình
dẫn dòng và đánh giá hiệu quả công tác dẫn dòng, người thiết kế phải đủ năng lực cũng
như phải tính toán công phu với khối lượng công việc tính toán rất lớn.
1
Việc xác định thông số thủy lực công trình dẫn dòng là một trong những nội dung tốn
nhiều công sức và trí tuệ của kỹ sư thiết kế. Vấn đề đặt ra là làm sao tính toán thủy lực
dẫn dòng thi công được nhanh và thuận tiện giúp cho việc sơ bộ xác định phương án
dẫn dòng hợp lý cùng với quy mô của công trình dẫn dòng trước khi thiết kế chi tiết.
Những bài toán cơ bản về tính toán thủy lực dẫn dòng thi công cũng đã được nhiều tác
giả hoặc tài liệu, hồ sơ thiết kế đề cập nhưng chưa khái quát hóa việc ứng dụng cũng
như quy trình tính toán cụ thể nhằm giúp những người thiết kế sau này thực hiện hiệu
quả hơn.
Ở Việt Nam và trên thế giới đã xây dựng thành công rất nhiều công trình đầu mối thủy
lợi, thủy điện, nhưng công tác tổng kết đúc rút kinh nghiệm cũng như quy trình tính toán
được công bố đối với mỗi công trình cũng chưa thật đầy đủ và toàn diện. Việc xác định
sơ đồ tính và thiết lập chương trình tính toán thủy lực ứng với từng sơ đồ một cách khoa
học lại càng cần thiết.
Khi thiết kế dẫn dòng thi công, việc chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng, đặc biệt là lũ thiết
kế khi công trình chính tham gia dẫn dòng còn nhiều vấn đề cần bàn luận. Mặc dù tiêu
chuẩn của Việt Nam và các nước cũng đề cập khá kỹ, nhưng các qui định hiện tại của
chúng ta vẫn cần phải nghiên cứu làm rõ thêm trong luận án.
Dẫn dòng qua đập đang xây dựng giúp tiết kiệm chi phí cho công trình dẫn dòng vào
mùa lũ, lựa chọn quy mô của công trình dẫn dòng như thế nào, gia cố đập đang xây dựng
như thế nào cần phải có cơ sở tính toán các phương án khác nhau, từ đó lựa chọn ra
phương án có hiệu quả nhất về mặt kinh tế và kỹ thuật.
Đề tài “Nghiên cứu lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng thi công trong xây dựng
công trình thủy lợi thủy điện ở Việt Nam” là rất cần thiết, có ý nghĩa lớn đối với việc
thiết kế và thi công các công trình thủy lợi, thủy điện.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tổng quan các phương án dẫn dòng khi xây dựng công trình đầu mối thủy lợi, thủy
điện, xác định những vấn đề còn tồn tại chưa được nghiên cứu thấu đáo khi lựa chọn qui
mô công trình dẫn dòng xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện;
2
- Bổ sung và hoàn thiện phương pháp lựa chọn tần suất và lưu lượng thiết kế dẫn dòng
trên cơ sở tổng hợp và phân tích có tính kế thừa và cập nhật những thành tựu xây dựng
công trình thủy lợi, thủy điện những năm gần đây ở Việt Nam và trên thế giới;
- Phân tích các yếu tố công trình phục vụ lựa chọn hợp lý quy mô công trình dẫn dòng
qua đập đá đổ, đá đắp đang xây dựng;
- Hoàn thiện phương pháp tính toán và thuật toán phục vụ thiết kế và lựa chọn quy mô
của công trình dẫn dòng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là công tác dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình đầu mối
thủy lợi, thủy điện và trọng tâm là nội dung xác định qui mô công trình dẫn dòng.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Công tác dẫn dòng thi công trong xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện có ứng
dụng nhiều công trình cùng đồng thời tham gia dẫn dòng;
- Phương pháp chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng, tính toán thủy lực dẫn dòng thi công
và lựa chọn quy mô các công trình dẫn dòng. Trong đó, không đi sâu nghiên cứu ảnh
hưởng của thấm rối, mạch động và tiêu năng hạ lưu.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về công tác dẫn dòng thi công các công trình đầu mối thủy lợi,
thủy điện. Phân tích các sơ đồ dẫn dòng, sơ đồ tính toán thủy lực dẫn dòng của những
công trình tiêu biểu trên thế giới và Việt Nam;
- Cơ sở khoa học và thực tiễn về lựa chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công;
- Xây dựng thuật toán và chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng;
- Lựa chọn hợp lý quy mô công trình dẫn dòng qua đập đá đổ đang đang xây dựng.
3
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
5.1. Cách tiếp cận
Trong quá trình nghiên cứu, tác giả sử dụng cách tiếp cận lý thuyết cơ bản về thủy lực
công trình và tiếp cận các ứng dụng thực tế trên thế giới và Việt Nam về phương pháp
dẫn dòng thi công, tiếp cận có chọn lọc kinh nghiệm thực tiễn về thành công và thất bại
trong nước và thế giới.
5.2. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về các phương pháp dẫn dòng thi công cho công trình đầu mối
thủy lợi, thủy điện trên thế giới và Việt Nam;
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán thủy lực công trình ứng dụng trong dẫn dòng thi công;
- Nghiên cứu kế thừa và thực tiễn về chọn lưu lượng lớn nhất thiết kế dẫn dòng thi công;
- Phương pháp thu thập tài liệu và phân tích tổng hợp;
- Ứng dụng tiến bộ về tin học ứng dụng trong tính toán và phân tích.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
6.1. Ý nghĩa khoa học
- Tổng hợp được phương pháp phân tích và tính toán thủy lực cho các phương án dẫn
dòng thi công;
- Đóng góp vào cơ sở khoa học để lựa chọn hợp lý quy mô của công trình dẫn dòng
trong xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công phù hợp với điều kiện làm việc của công
trình.
- Đề xuất trình tự tính toán và lựa chọn quy mô của công trình dẫn dòng thi công, xác định
quy mô công trình dẫn dòng hợp lý về kinh tế và kỹ thuật.
4
7. Cấu trúc luận án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án bao gồm:
Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình thủy
lợi, thủy điện
Chương 2: Cơ sở khoa học lựa chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công và tính toán thủy
lực dẫn dòng
Chương 3: Nghiên cứu phân tích lựa chọn hợp lý quy mô công trình dẫn dòng thi công
Chương 4: Ứng dụng kết quả nghiên cứu cho một số công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt
Nam
5
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN
1.1 Tầm quan trọng của công tác dẫn dòng thi công
Khi xây dựng các công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện phải có những giải pháp để dẫn
nước từ thượng lưu về hạ lưu công trình, đảm bảo hố móng khô ráo để thi công công
trình, được gọi là dẫn dòng thi công [1]. Dẫn dòng thi công nhằm hai mục đích cơ bản
sau đây:
- Ngăn chặn những ảnh hưởng bất lợi của dòng chảy trong quá trình thi công, làm cho
công tác thi công được tiến hành trong môi trường khô ráo một cách thuận lợi.
- Dẫn dòng chảy về hạ lưu để đảm bảo yêu cầu lợi dụng tổng hợp dòng nước trong quá
trình thi công như tưới ruộng, phát điện, nuôi cá, vận tải, nước dùng trong công nghiệp
và sinh hoạt v.v...
Công tác dẫn dòng chịu ảnh hưởng của rất nhiều nhân tố như thủy văn, địa hình, địa
chất, đặc điểm kết cấu và sự bố trí công trình thủy công, điều kiện lợi dụng dòng nước
và điều kiện thi công... Phương án dẫn dòng thi công hợp lý liên quan mật thiết với tiến
độ thi công toàn bộ công trình, thức kết cấu và bố trí công trình thủy công, bố trí mặt
bằng công trường, chi phí xây dựng, an toàn lao động v.v... Thực tiễn xây dựng thủy lợi,
thủy điện của nhiều nước đã cho thấy rằng khi không giải quyết đúng đắn vấn đề dẫn
dòng thi công đã gây nên tình trạng nửa chừng phải thay đổi phương pháp thi công, đảo
lộn thứ tự xây dựng công trình, kéo dài thời gian thi công và tăng chi phí xây dựng.
Thậm chí, gây hư hỏng nghiêm trọng đối với công trình và tăng chi phí rất lớn như công
trình Mammoth [2], đập Short Creek ở Mỹ ; công trình đập Köprü ở Thổ Nhĩ Kỳ [3];
công trình Cửa Đạt [4], Sông Mực, IaKrêl 2 ở Việt Nam.
Khi thiết kế dẫn dòng thi công thường phải thông qua phân tích và lựa chọn sơ bộ một
số phương án dẫn dòng. Sau đó, thông qua tính toán thiết kế định lượng và tìm ra phương
án phù hợp nhất. Thiết kế dẫn dòng thi công gắn liền với nội dung thiết kế ở các bước
thiết kế, từ bước thiết kế cơ sở đến bản vẽ thi công. Thiết kế dẫn dòng thi công phải đảm
bảo các nguyên tắc cơ bản [5] [6]:
6
- Tiến độ thi công toàn bộ hệ thống công trình với thời gian ngắn, giá thành hạ; rút
ngắn thời gian đầu tư ban đầu, phát huy nhanh hiệu quả đầu tư.
- Thi công công trình chính an toàn, cân bằng cường độ thi công, tránh chồng chéo,
bảo đảm tính chủ động trong thi công.
- Công trình dẫn dòng đơn giản, khối lượng công trình nhỏ, giá thành hạ, thi công
thuận tiện, tốc độ nhanh.
- Thỏa mãn yêu cầu các thành phần kinh tế.
Khi chọn phương án dẫn dòng thi công phải xem xét toàn diện tới các điều kiện thủy
văn, khí tượng, địa hình, địa chất, dân sinh kinh tế của vùng xây dựng, sử dụng tổng hợp
dòng sông của các ngành kinh tế khác và hình thức kết cấu, bố trí không gian và khối
lượng công trình xây dựng, năng lực thi công [1], [7], [8]. Nội dung chính của thiết kế
dẫn dòng thi công:
- Chọn được phương pháp dẫn dòng thích hợp trong từng giai đoạn thi công;
- Chọn được tần suất thiết kế và thời đoạn dẫn dòng thi công phù hợp. Từ đó xác
định được lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công;
- Tính toán thủy lực và điều tiết dòng chảy, xác định được quy mô công trình tháo
nước và ngăn nước cho phương án dẫn dòng;
- Xác định trình tự thi công các hạng mục công trình và tiến độ khống chế theo
phương án dẫn dòng đã chọn, đáp ứng đúng thời hạn xây dựng.
Lựa chọn phương án dẫn dòng thi công sẽ ảnh hưởng đến tiến độ thi công, thời gian
ngăn sông, đắp đập vượt lũ. Lựa chọn phương án dẫn dòng thi công hợp lý sẽ giúp tiết
kiệm chi phí, giảm thời gian thi công mà vẫn đảm bảo chất lượng công trình.
Cho đến nay, việc xây dựng đập lớn trên thế giới rất phát triển, nhiều đập cao với hình
thức kết cấu khác nhau đã được xây dựng. Điển hình như đập vòm bê tông Kim Bình -
I của Trung Quốc là đập cao nhất thế giới với chiều cao 305m [9], đập Nurek ở Tat-gi-
kis-tan là đập đất đá cao thứ hai thế giới (cao 300m), đập Grande Dixence ở Thụy sĩ là
đập bê tông trọng lực cao nhất thế giới, với chiều cao 285m [10]. Ngoài ra còn có nhiều
đập cao điển hình khác ở trên thế giới được trình bày trong Phụ lục 1-1. Trong quá trình
7
xây dựng, công tác dẫn dòng thi công được ứng dụng rất đa dạng, sử dụng nhiều dạng
công trình dẫn dòng khác nhau gồm cống, đường hầm, kênh, lòng sông thu hẹp, đập
đang xây dựng, tràn đang xây dựng, tràn xả lũ. Công trình dẫn dòng thi công ở các giai
đoạn của một số công trình tiêu biểu trên thế giới được trình bày ở Phụ lục 1-2 và Phụ
lục 1-3.
Khi thiết kế dẫn dòng thi công, cần phải phân tích các điều kiện cụ thể và đề xuất một
số phương án khả thi nhất, thông qua tính toán kinh tế kỹ thuật của từng phương án và
so sánh lựa chọn phương án tối ưu nhất.
1.2 Lựa chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng và tính toán thủy lực dẫn dòng
1.2.1 Tần suất thiết kế dẫn dòng thi công
Tần suất thiết kế dẫn dòng là thông số đầu tiên cần quan tâm khi giải quyết bài toán thủy
lực dẫn dòng thi công nhằm xác định quy mô của công trình dẫn dòng. Nếu lựa chọn
được tần suất phù hợp, không những đảm bảo an toàn cho công trình trong quá trình thi
công mà còn giúp giảm nhỏ quy mô công trình dẫn dòng, tiết kiệm chi phí cho công tác
dẫn dòng thi công.
Ở Việt Nam cũng có nhiều công trình lớn, thời gian thi công dài như thủy điện Hòa
Bình, thủy điện Tuyên Quang, thủy lợi thủy điện Cửa Đạt, thủy điện Sơn La, thủy điện
Lai Châu, thủy lợi thủy điện Tả Trạch... Phương án dẫn dòng và tần suất thiết kế dẫn
dòng cho các giai đoạn của những công trình này được trình bày trong Phụ lục 2-1 đến
Phụ lục 2-6. Tần suất thiết kế dẫn dòng của các công trình này được lấy khác nhau tùy
từng loại hình công trình dẫn dòng, số năm sử dụng công trình dẫn dòng và thay đổi
theo trình tự xây dựng công trình.
Ở Trung Quốc sử dụng khá nhiều loại hình đập đá đổ chống thấm bằng tường lõi hoặc
chống thấm bằng bản mặt bê tông. Đập đá đổ có khả năng chống xói khi cho nước tràn
qua trong thời kỳ thi công để tiết kiệm thời gian và chi phí cho công trình dẫn dòng nên
đã được ứng dụng khá nhiều.
Đập đá đổ bản mặt bê tông nhà máy thủy điện Thiên Sinh Kiều có chiều cao 178m, sử
dụng đường hầm dẫn dòng về mùa kiệt tần suất 5%, mùa lũ dẫn dòng với tần suất 3,3%
8
với lưu lượng Q = 10.800 m3/s. Năm 1995 tháo lũ qua đê quai, thân đập chưa đắp, lưu
lượng lớn nhất 4.750 m3/s. Năm 1996 mặt đập chừa lại rộng 120m để xả lũ qua đập đang
xây dựng, lưu lượng xả lớn nhất 3.790 m3/s. Năm 1997 sử dụng tần suất 0,33%, năm
1998 sử dụng tần suất 0,2% để thiết kế dẫn dòng.
Phụ lục 2-7 đến Phụ lục 2-9 giới thiệu tần suất dẫn dòng thi công đập đá đổ bản mặt bê
tông công trình hồ Sách Khê có chiều cao đập 132,5m và Bạch Khê có chiều cao đập
124,4m, thủy điện Thủy Bố Á có chiều cao 233m [11]. Ngoài ra còn có các công trình
khác ở Trung Quốc sử dụng hình thức dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng với tần
suất và lưu lượng như Phụ lục 2-10 [11]. Bênh cạnh đó, tần suất lũ thi công của một số
đập đã xây dựng khác ở Trung Quốc được trình bày trong Phụ lục 2-11 [12]. Đặc điểm
chung của các công trình này khi dẫn dòng là sử dụng tần suất thiết kế dẫn dòng thi công
khác nhau cho các giai đoạn thi công khác nhau, tùy thuộc vào mức độ quan trọng của
công trình chính, chiều cao công trình chắn nước và dung tích lòng hồ tại thời điểm dẫn
dòng thi công.
Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng QCVN 04-05:2012/BNN&PTNT [13] và TCVN
9160:2012 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế dẫn dòng trong xây dựng [14] để lựa
chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công. Tuy nhiên các tiêu chuẩn này chưa phản ánh
đúng và đầy đủ tình trạng làm việc của công trình chính khi tham gia vào công tác dẫn
dòng, chưa quy định lựa chọn tần suất dẫn dòng cụ thể như thế nào khi công trình chính
tham gia dẫn dòng (chắn nước) hoặc khi sử dụng công trình chính để dẫn dòng thi công
cho nước tràn qua.
Trong các tài liệu, quy chuẩn, giáo trình, việc chọn tần suất thiết kế dẫn dòng chỉ phụ
thuộc vào cấp công trình, chưa đề cập cụ thể đến chiều cao cột nước, dung tích lòng hồ
khi đang dẫn dòng, nếu xảy ra sự cố thì việc ngập lụt hạ lưu bị ảnh hưởng như thế nào,
thiệt hại về kinh tế sẽ diễn ra như thế nào, việc kiến nghị nâng hạ cấp tần suất là chưa
có cơ sở khoa học rõ ràng.
Khi công trình chính tham gia vào công tác dẫn dòng, đặc biệt là khi cho nước tràn qua
đập đang xây dựng thì chưa có quy định cụ thể. Điều này gây ra khó khăn cho người
thiết kế và phê duyệt thiết kế, chưa xác định đúng tần suất thiết kế dẫn dòng.
9
Trong thực tế dẫn dòng, trường hợp có nhiều công trình cùng tham gia dẫn dòng đồng
thời thì quy mô của từng công trình như thế nào để đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ thuật
là bài toán thường gặp đối với những công trình có lưu lượng dẫn dòng lớn và thi công
trong nhiều năm.
Như vậy việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng ở Việt Nam cần điều chỉnh bổ sung
cho rõ ràng hơn, phù hợp với thực tế thi công. Vấn đề đầu tiên luận án cần nghiên cứu
là công tác lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công, đề xuất điều chỉnh bổ sung vào
tiêu chuẩn của Việt Nam về lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công.
1.2.2 Thời đoạn dẫn dòng thi công
Việt nam là nước có đặc điểm địa lý khí tượng thay đổi mạnh theo các miền. Các đặc
trưng lưu lượng theo mùa kiệt và mùa lũ rất rõ rệt, thời gian diễn ra của các mùa cũng
thay đổi dọc theo các miền và phụ thuộc vào vĩ độ. Khi vận dụng khoa học kỹ thuật của
thế giới vào Việt Nam cũng cần phải phân tích kỹ yếu tố thời gian diễn ra của mùa cũng
như đặc điểm dòng chảy trong các tháng của từng mùa ở từng miền Bắc, Trung, Nam
để chọn được phương án dẫn dòng cũng như thiết kế các thông số cụ thể của công trình
dẫn dòng phù hợp nhất.
Việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng và thời đoạn dẫn dòng quyết định đến lưu lượng
thiết kế dẫn dòng, ảnh hưởng trực tiếp đến quy mô công trình dẫn dòng thi công. Các
công trình ở Việt Nam và trên thế giới mới đưa ra kiến nghị mà chưa lý giải một cách
đầy đủ và toàn diện cơ sở khoa học để nâng hoặc hạ cấp tần suất thiết kế dẫn dòng thi
công. Đây là một trong nhưng nội dung đặt ra cần nghiên cứu để có cơ sở khi áp dụng
vào Việt Nam. Trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay, việc lựa chọn thời đoạn dẫn
dòng sao cho phù hợp với từng khu vực, từng lưu vực sông ở nước ta là những nội dung
trong thực tế đang đặt ra cần được giải quyết.
Luận án tổng hợp các đặc điểm khí tượng thủy văn từng vùng miền của Việt Nam, phân
tích các đặc điểm dòng chảy liên quan đến việc chọn thời đoạn dẫn dòng thi công, đồng
thời đưa ra biện pháp xử lý các trường hợp đặc biệt liên quan đến dòng chảy các vùng
miền ở Việt Nam.
10
1.2.3 Tính toán thủy lực dẫn dòng
Trong các bước thiết kế dẫn dòng thi công, việc chọn phương án dẫn dòng, thời đoạn
dẫn dòng và tần suất thiết kế dẫn dòng thi công liên quan mật thiết với nhau. Kết quả
của việc lựa chọn này là xác định được lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công. Từ đó, tính
toán thủy lực và tính toán điều tiết dòng chảy để xác định mực nước thượng lưu và lưu
tốc dòng chảy qua công trình dẫn dòng.
Karen Fisher và David Ramsbottom hướng dẫn các bước để tính toán dẫn dòng thi công
qua kênh gồm tính toán lưu lượng, lựa chọn và tính toán kết cấu kênh dẫn [15], các nghiên
cứu này chỉ áp dụng cho các công trình nhỏ, chiều cao đập không lớn. Sổ tay tính toán
thủy lực của Nga [16] cũng hướng dẫn tính toán thủy lực qua nhiều dạng công trình khác
nhau, là một tài liệu có giá trị trong tính toán thủy lực dẫn dòng. Tuy nhiên sổ tay này chỉ
hướng dẫn tính toán đối với công trình dẫn dòng độc lập, chưa đề cập cụ thể đến việc tính
toán thủy lực dẫn dòng khi sử dụng đồng thời hai hoặc nhiều công trình dẫn dòng.
TCVN 9160:2012 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế dẫn dòng trong xây dựng [14]
đề cập đến tính toán thủy lực qua lòng sông thu hẹp, kênh dẫn, đường hầm và cống, cửa
tràn răng lược, đập đá đổ đang xây dựng. Nhược điểm của tiêu chuẩn này là chưa đề cập
đến phương pháp tính toán thủy lực khi kết hợp dẫn dòng đồng thời qua nhiều công trình
tháo khác nhau mà thực tế xây dựng rất hay gặp như: Dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp
đồng thời với dẫn qua cống/đường hầm; Dẫn dòng qua đập đang xây dựng đồng thời với
dẫn qua cống/đường hầm; Dẫn dòng qua tràn đồng thời với dẫn qua cống/đường hầm…
Hiện nay có các mô hình tính toán thủy lực động lực sông, hệ thống kênh, vận chuyển bùn
cát trên thế giới và Việt Nam như MIKE, HEC-RAS, TELEMAC, VRSAP... tuy nhiên việc
sử dụng các mô hình này khá phức tạp. Bên cạnh đó nội dung thủy lực công trình trong tính
toán dẫn dòng xây dựng dựa trên cơ sở dòng chảy ổn định với 3 phương trình có bản là
phương trình động lượng, phương trình liên tục, phương trình Bernoully, trong khi các phần
mềm kể trên sử dụng hệ phương trình vi phân cơ bản là hệ phương trình Saint Venant gồm
phương trình liên tục và phương trình động lực của dòng chảy một chiều. Các phần mềm
này không phù hợp cho tính toán thủy lực dẫn dòng.
11
Phần mềm tính toán thủy lực Flow 3D tính toán và mô phỏng rất chi tiết chế độ dòng chảy
qua các dạng công trình, để sử dụng phần mềm này cần đưa vào nhiều dữ liệu về điều kiện
biên, yêu cầu cấu hình máy tính cao, mỗi lần tính cho một trường hợp mất nhiều thời gian,
không thực sự phù hợp với việc tính toán để lựa chọn phương án. Phần mềm Flow 3D phù
hợp với việc dùng phương pháp số kiểm chứng lại kết quả tính toán lý thuyết.
Bên cạnh đó có phần mềm tính toán thủy lực Hydraulic Calculator của công ty Bentley
Systems, phần mềm Tính toán thủy lực công trình EHPro của Vũ Đại Nguyên, tuy nhiên
các phần mềm này tính cho công trình độc lập, chưa tính toán thủy lực đồng thời qua
đập đang xây dựng và cống, chưa kết hợp tính toán điều tiết lũ để phục vụ tính toán thủy
lực dẫn dòng. Ngoài ra chương trình tính toán thủy lực qua cống chưa có xử lý chuyển
tiếp giữa chế độ chảy ngập sang không ngập, chảy không áp sang có áp, làm cho kết quả
tính toán có bước nhảy về số học, chưa phù hợp với bài toán tính thử dần khi xả kết hợp
cống và đập đang xây dựng để xả lũ.
Những phân tích trên đặt ra cho luận án cần phải nghiên cứu lập chương trình tính toán
thủy lực dẫn dòng đồng thời qua cống và đập đang xây dựng, xây dựng biểu đồ diễn
biến lưu tốc dọc theo chiều dài dòng chảy qua công trình đập đang xây dựng. Nghiên
cứu của luận án sẽ giúp các kỹ sư tính toán thủy lực nhanh và hiệu quả nhất làm cơ sở
xác định quy mô công trình dẫn dòng và biện pháp gia cố công trình dẫn dòng qua đập
đang xây dựng.
1.3 Dẫn dòng thi công qua cống, đường hầm
Sử dụng cống và đường hầm để dẫn dòng có ưu điểm nổi bật là giao thông được hai bờ,
vừa dẫn dòng vừa thi công được phần đập lòng sông, có khả năng thi công với cường
độ cao, đảm bảo tiến độ thi công.
1.3.1 Dẫn dòng thi công qua cống
Trường hợp phổ biến nhất là lợi dụng cống lâu dài để tháo nước thi công, khi đó công
tác thi công công trình dẫn dòng sẽ đơn giản đi nhiều, tránh được những khó khăn, phức
tạp trong công tác hoành triệt cống, đồng thời giảm bớt được các phí tổn về dẫn dòng
như công trình Núi Cốc (1973), Kẻ Gỗ (1976), Yên Lập (1977), Đầm Hà Động (2005)...
12
Cống dẫn dòng được sử dụng tháo lũ hàng trăm m3/s, trong điều kiện cột nước hàng vài
chục mét như các công trình Sơn La, Lai Châu, Tuyên Quang [17], [18], [19]. Để giảm
bớt khó khăn khi hoành triệt cống và cải thiện điều kiện chịu lực của cống, thường dùng
cống có mặt cắt chữ nhật và các góc lượn cong, đồng thời bố trí cống ở các độ cao khác
nhau. Khi hoành triệt cống thì tiến hành đối với các cống theo trình tự từ thấp lên cao
để giảm bớt khó khăn do cột nước dâng cao ở thượng lưu đập.
Phương pháp dẫn dòng qua cống không cản trở quá trình thi công các hạng mục khác, đặc
biệt đối với việc xây dựng đập cao mà có cống lâu dài thì càng có lợi cả về kỹ thuật và
kinh tế. Dẫn dòng qua cống có khuyết điểm là hoành triệt cống khó khăn, ít nhiều có ảnh
hưởng đến tính hoàn chỉnh của công trình, khi tháo nước dễ bị vật nổi chắn ngang cống.
Công trình thủy điện Sơn La (Hình 1.1) dùng cống kích thước nxbxh = 2x12mx12m,
cao trình đáy cống +108,0m. Cống dẫn dòng được sử dụng để dẫn dòng kết hợp với
kênh dẫn dòng thi công chiều rộng đáy B = 90m, cao trình đáy kênh +110,0m trong năm
thi công thứ 3, 4, 5 với lưu lượng thiết kế dẫn dòng lớn nhất là 14.642 m3/s; dẫn dòng
kết hợp với đập đang xây dựng dở vào mùa lũ năm thi công thứ 6 với lưu lượng thiết kế
dẫn dòng là 16.044 m3/s; dẫn dòng độc lập vào mùa kiệt năm thi công thứ 6 và năm thi
công thứ 7 với lưu lượng dẫn dòng thiết kế là 2.568 m3/s. Công tác dẫn dòng thi công
qua cống của công trình này đã diễn ra an toàn.
Công trình thủy điện Lai Châu sử dụng cống dẫn dòng kích thước nxbxh = 2x10mx16m,
cao độ cửa vào +199,0m. Cũng tương tự như công trình thủy điện Sơn La, cống dẫn
dòng công trình thủy điện Lai Châu được sử dụng dẫn dòng kết hợp với kênh dẫn dòng
thi công có chiều rộng đáy B = 35m, cao trình đáy +200,0m ở năm thứ 3, 4, 5 với lưu
lượng thiết kế dẫn dòng lớn nhất là 10.388 m3/s; dẫn dòng độc lập qua cống dẫn dòng
với lưu lượng thiết kế dẫn dòng là 1.837 m3/s. Thực tế dẫn dòng thi công, lưu lượng đến
lớn nhất trong giai đoạn cống làm việc độc lập là 924 m3/s, dẫn dòng qua cống trong
giai đoạn thi công an toàn.
Công trình thủy điện Bắc Hà sử dụng cống dẫn dòng với kích thước nxbxh = 3x5mx9m
với tần suất 5%, lưu lượng thiết kế dẫn dòng là 1.134 m3/s vào mùa kiệt năm 2006 và
2007. Cống dẫn dòng này cũng được sử dụng để dẫn dòng kết hợp vào mùa lũ năm 2006
13
với tần suất 5% với lưu lượng thiết kế dẫn dòng là 2.530 m3/s. Quá trình dẫn dòng diễn
ra đúng với tính toán thiết kế, dẫn dòng thi công công trình an toàn, hiệu quả.
Ngoài ra còn nhiều công trình khác ở Việt Nam dùng hình thức cống dẫn dòng như
Tuyên Quang (Hình 1.2), Bình Điền (Hình 1.3 [20]), Bản Chát, Bản Vẽ. Ở Trung Quốc
có trạm thủy điện Giá Lâm, Bạch Liên Hà [6].
Hình 1.1. Công trình thủy điện Sơn La - Mặt cắt dọc cống dẫn dòng
Hình 1.2. Công trình thủy điện Tuyên Quang - Mặt cắt ngang cống dẫn dòng thi công
11.00
3.50
3.50
2.70
1.002.00
1.00
®o¹n 3
11.00
18.50
20.00
20.00
®o¹n 1
®o¹n 4
®o¹n 2
®Æt s½n L100x50x8
1.00
6.50
4.50
3.50
15.00
20.00
11.00
58.50
Hình 1.3. Công trình thủy điện Bình Điền - Mặt cắt dọc cống dẫn dòng thi công
14
1.3.2 Dẫn dòng thi công qua đường hầm
Luận án tiến sĩ của Nguyễn Danh Oanh (2003) nghiên cứu lựa chọn hợp lý chế độ thuỷ
lực ở cửa vào đường hầm dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình thuỷ lợi và thuỷ
điện. Luận án đã xây dựng được mô hình lý thuyết để giải bài toán động - động lực học
ở cửa vào đường hầm, tính được các đặc trưng thủy động lực học ở cửa vào đường hầm
với bài toán phẳng. Luận án cũng lập được công thức gần đúng tính hệ số giảm áp dọc
theo trần cửa vào không gian, từ đó đề xuất biện pháp công trình cửa vào có trụ nhô để
giảm chân không trên trần cửa vào đường hầm [21]. Nghiên cứu này góp phần hoàn chỉnh
tính toán thủy lực đường hầm, giúp cho việc dẫn dòng qua đường hầm được ứng dụng rộng
rãi hơn trong thực tế.
Đường hầm dẫn dòng có thể sử dụng để dẫn dòng trong cả mùa lũ và mùa kiệt như công
trình Hòa Bình [22], Cửa Đạt [4]. Trung Quốc có công trình trạm thủy điện Long Dương
Hiệp, Ô Giang Độ, Đông Giang, ở Ấn Độ có công trình Si-li-sa-lam, ở Mỹ có công trình
Devosik, Paoerth (Phụ lục 1-4) [6]. Các đường hầm này có kích thước lớn, với diện tích
mặt cắt từ 28,3 m2 đến 254 m2, dẫn lưu lượng 196 m3/s đến 3.340 m3/s.
Công trình Cửa Đạt dùng đường hầm TN2 dẫn dòng có đường kính trung bình 9m, dài
820m, đáy cửa vào ở cao trình +30,0m (Hình 1.4) để dẫn dòng vào mùa kiệt với lưu
lượng thiết kế dẫn dòng là 1.250 m3/s, đường hầm này cũng dùng để dẫn dòng đồng thời
với đập đang xây dựng vào mùa lũ năm thi công thứ 3, dẫn dòng đồng thời với tràn vào
mùa lũ năm thi công thứ 4. Đường hầm TN2 được hoành triệt sau khi xây dựng xong
đập chính.
tim ®Ëp chÝnh
4a
5a
4b
6
6
5a
5a
7
7
8
5b
6
9
5b
6
7
8
8
5a
9
6
9
8
8
8
4/1/04
7
9
9
9
453.983 m
366.017 m
820.00 m
Hình 1.4. Công trình Cửa Đạt - Đường hầm dẫn dòng TN2
Công trình thủy điện Huội Quảng sử dụng hầm dẫn dòng thi công tiết diện móng ngựa BxH
= (10x10)m, cao độ đáy +286,0m, chiều dài hầm khoảng 250m, kết cấu bê tông cốt thép
15
dày 0,5m (Hình 1.5). Đường hầm dẫn lưu lượng thiết kế 915 m3/s trong mùa kiệt, dẫn dòng
đồng thời với 4 lỗ xả thi công trong thân đập nxbxh = 4x5x6m với lưu lượng thiết kế 3.422
m3/s. Hầm dẫn dòng được hoành triệt sau khi hoàn thành xây dựng đập chính.
Hình 1.5. Công trình thủy điện Huội Quảng - Mặt cắt dọc hầm dẫn dòng thi công
Đường hầm lâu dài thường được lợi dụng để dẫn dòng để tiết kiệm chi phí cho công
trình dẫn dòng. Ở Việt Nam có công trình thủy điện Hòa Bình kết hợp đường hầm tháo
nước sau nhà máy thủy điện làm đường hầm dẫn dòng. Công trình này sử dụng 2 đường
hầm dẫn dòng đường kính 12m dài trên 1000m được sử dụng trong giai đoạn 1986 -
1988, sau đó sau đó tận dụng làm hầm dẫn nước ra sau nhà máy thủy điện [22].
Ở Trung Quốc có hồ chứa nước Mao Gia Thôn sử dụng kết hợp đường hầm dẫn dòng
và đường hầm tháo lũ (Hình 1.6). Ngoài ra còn có rất nhiều công trình khác của Trung
Quốc sử dụng đường hầm lâu dài kết hợp để dẫn dòng (Phụ lục 1-5, [6]).
Hình 1.6. Hồ chứa Mao Gia Thôn - Bố trí kết hợp đường hầm dẫn dòng, đường hầm tháo lũ và đường hầm tháo nước
1. Đường hầm dẫn dòng; 2. Đường hầm tháo nước; 3. Đường hầm tháo lũ
16
1.4 Dẫn dòng thi công qua đập đang xây dựng
Dẫn dòng thi công qua đập đang xây dựng thường được ứng dụng đối với các đập đá đổ,
đập đá đắp đầm nén bản mặt bê tông, đập bê tông, đập tràn xả lũ. Công trình tháo lũ dạng
này có ưu điểm khả năng thoát lũ tốt mà không gây ra dâng nước nhiều ở thượng lưu.
1.4.1 Dẫn dòng thi công qua đập đá đổ đang xây dựng
Henry Olivier xây dựng mối quan hệ giữa lưu lượng đơn vị, độ dốc của mái và đường
kính hòn đá [23]. Phương pháp này áp dụng đối với trường hợp dẫn dòng qua đập đá đổ
đang xây dựng chỉ sử dụng đá có đường kính lớn để gia cố khi dẫn dòng.
Luận án tiến sĩ của Vũ Trọng Hồng (1972) đã nghiên cứu dẫn dòng thi công qua đập đá
đổ đang xây dựng rút ra được kết luận là khi mái hạ lưu đập đá đổ đang xây dựng dốc
hơn mái 1:3 thì phải gia cố đặc biệt mái hạ lưu đập mới cho phép nước tràn qua, loại gia
cố hiệu quả là sử dụng neo với các kết cấu khác nhau [24].
Đề tài cấp nhà nước của Trần Quốc Thưởng (2016) nghiên cứu giải pháp gia cố cho đập
đá đổ khi cho nước tràn qua phục vụ dẫn dòng. Đề tài xác định được kết cấu gia cố bảo
vệ mái đê quai bằng tấm bê tông cốt thép và gia cố mái hạ lưu đập đá đổ bằng các khung
thép bỏ đá [25]. Đây là hình thức gia cố phổ biến đối với việc bảo vệ bề mặt đập đang
xây dựng khi cho nước tràn qua. Sử dụng hình thức gia cố bằng rọ đá hoặc khung thép
bỏ đá giúp giảm chi phí gia cố bề mặt tràn nước, tuy nhiên lưu tốc lớn nhất trên bề mặt
không cao bằng gia cố bằng tấm bê tông kết hợp với neo thép.
Phương pháp dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng được ứng dụng nhiều ở trên thế
giới như đập Toktogunskia, Nurek, Braunla... và ở Việt Nam như công trình Tuyên
Quang, Hòa Bình, Cửa Đạt.
Đập Toktogunskia (1966) xây dựng trên sông Narưn, đê quai cao 45m được chia 2 giai
đoạn, giai đoạn 1 cao 28m và sau đó, giai đoạn 2 tôn cao 45m. Đê quai giai đoạn 1 đã
được xây dựng có đỉnh tràn và dốc nước bằng bê tông (Hình 1.7). Đặc biệt là khối thoát
nước thấm bằng lớp lọc ngược dày 8m ở mái hạ lưu đê quai cùng với phần bê tông cốt thép
gia cố là 20.000 m3. Chiều dài đoạn tràn nước qua đỉnh đê quai là 50m, chiều sâu lớp
nước tràn là 3,5m, lưu tốc 12 m/s. Thời gian tràn nước là 15 ngày, trong đó có 2 ngày
lưu tốc đạt lớn nhất.
17
Hình 1.7. Công trình Toktogunskia - Tháo lũ tràn qua đê quai giai đoạn 1
1. Đất lẫn sỏi sạn hỗn hợp; 2. Bê tông dốc nước; 3. Bể tiêu năng; 4. Đá gia cố; 5. Khối bê tông tetrapod; 6. Sỏi cuội thoát nước có d=40-100mm; 7. Lọc ngược 3 lớp; 8. Màng polyetylen; 9. Đống đá ngăn sông; 10. Đá gia tải; 11. Mặt cắt đê quai thiết kế năm sau.
Khi xây dựng đập Nurek trên sông Vakhs (1966), đê quai cao khoảng 20m được đắp
từ đá đào đường hầm. Kè đá ngăn dòng cao 5,45m, lưu lượng khi ngăn sông 120m3/s.
Đê quai có mái hạ lưu m=10, đắp bằng cát sỏi hỗn hợp và đất lẫn đá sạn, mặt mái đê
quai gia cố bằng tấm bê tông cốt thép 1,5x1,5x0,8m. Độ sâu tràn nước qua đê quai từ
9,0m về 2,0m qua ngưỡng, chế độ chảy là đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, thời gian từ
04/05/1966 đến hết 07/09/1966. Khi lưu lượng tràn qua đê quai là 40m3/s thì chiều sâu
nước trên đỉnh đê quai từ 5m và khi qua ngưỡng là 1m, gia cố mái hạ lưu an toàn.
Hình 1.8. Công trình Ust-Khantaiska - Sơ đồ dẫn dòng tràn qua đê quai giai đoạn 1 và hố móng; tràn qua đập đá đổ đang xây dựng
a) Năm thi công thứ 1; b) Năm thi công thứ 2 1. Chân đanh và khoan phụt xi măng; 2. Đá đổ; 3. Đất chống thấm; 4. Vùng chuyển tiếp; 5. Kết cấu khung gỗ; 6. Tường lõi chống thấm; 7. Aluvi; 8. Đá gốc.
18
Ở công trình đầu mối Ust-Khantaiska, khi xây dựng đã ứng dụng sơ đồ dẫn dòng sau
(Hình 1.8, [26]): Mùa lũ năm 1968 tháo nước qua đường hầm có mặt cắt ngang 10x10m,
đồng thời cho tràn qua đê quai, qua hố móng chân khay và phần khoan phụt xi măng
màn chống thấm; Mùa lũ năm 1969 tháo nước qua đường hầm đồng thời cho tràn qua
mặt đập đá đổ được đầm chặt, phía mái hạ lưu gia cố bằng kết cấu khung giá cao 16m.
Đập Braunla trên sông Sneik (Mỹ) cao 88,5m, dòng chảy mùa kiệt 225 - 565m3/s, dòng
chảy lũ thiết kế 1.400 - 2.000m3/s. Mùa kiệt dẫn dòng qua đường hầm đường kính 11,6m,
mùa lũ dẫn dòng qua đường hầm và tràn qua đập đá đổ đang xây dựng. Bề mặt tràn nước
của đập được gia cố bằng đá đầm nén dày 2,4m, mỗi lớp đầm khoảng 0,9m. Để quyết
định dẫn dòng qua đập, người thiết kế đã phải cân nhắc về kinh tế kỹ thuật với việc đào
thêm đường hầm thứ 2.
Theo tính toán đập cho tràn nước ở cao trình +560,0m nhưng theo tiến độ thực tế đã cho
nước tràn qua vào mùa lũ năm 1957 ở cao trình +552,0m (Hình 1.9, [26]), chiều rộng
tràn nước là 75m, cao trình đắp đập hai phía bờ khi đó là +565,0m, màn chống thấm khi đó thi công đến cao trình +549,0m. Lưu lượng đến lớn nhất thực tế là 2.000m3/s, trong đó chảy qua đập là 1.100 - 1.400 m3/s, lớp nước tràn qua đập là 6,1m. Tiếp sau đó là 4 tháng nước lớn với lưu lượng dao động trong khoảng 850 - 2.000 m3/s. Việc đắp màn
chống thấm thấp hơn ngưỡng tràn qua đập 3m đủ để đập tràn chảy ngập không gây xói
lở bề mặt.
Hình 1.9. Công trình Braunla - Mặt cắt ngang đập
1. Đá đổ; 2. Đê quai; 3. Đắp đá biến chất; 4. Đá tuyển chọn lớn gia cố mái; 6. Đắp đá hỗn hợp; 7. Mặt đất tự nhiên; 8. Màn chống thấm; 9. Lọc 3 lớp; 10. Lọc 2 lớp; 11. Bề mặt xi măng hóa; 12. Màn khoan phụt xi măng; 13. Đá đổ; 14. Bề mặt đầm chặt 24/12/1957; 15. Aluvi; 16. Đá gốc.
19
Công trình đập Ord (Hình 1.10, [16]), có kết cấu là đập đá đổ lõi giữa, chiều cao 98m,
phần gia cố trên đỉnh là bê tông chiều dày 1m, phía dưới là lớp đá dày 1,8m, mái hạ lưu
đã gia cố bằng neo thép 25mm với mật độ 1,3x0,45 m cho 1 neo thép, mắt lưới của rọ
đá là 152 x 152 mm, đặc biệt là phần neo thép gia cố có chỗ lên tới 10m. Công trình này có lưu lượng đơn vị 46 m3/s.m, lưu tốc đạt gần 4,5 m/s, phần gia cố làm việc hiệu quả.
Hình 1.10. Đập Ord - Dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng và phương án gia cố
a) Mặt cắt ngang đập; b) Gia cố mái hạ lưu cho nước tràn qua ở cao trình +48,8m 1. Lõi đập; 2. Vùng chuyển tiếp (lớp lọc); 3. Đá đổ; 4. Bề mặt khi cho nước tràn qua ở cao trình 41,0; 5. Neo thép; 6. Hệ neo trên mái; 7. Vùng khoan phụt xi măng gia cố; 8.Chiều sâu khoan phụt chống thấm; 9. Neo thép dài 4,2m; 10. Neo thép dài 10m.
Công trình thủy điện Tuyên Quang sử dụng phương pháp dẫn dòng qua đê quai và một
phần thân đập đang xây dựng ở cao trình +48,0m có cột nước thấp (4m) và thành công
với đê quai được gia cố bằng bê tông, phần đập đang xây dựng nằm thấp hơn cao trình
đỉnh đê quai thượng lưu và hạ lưu (Hình 1.11) [27]. Lưu lượng thiết kế khi dẫn dòng là 5.036 m3/s ứng với tần suất 5%. Việc dẫn dòng qua đập đang xây dựng ở cao trình thấp
giúp giảm lưu tốc lớn nhất chảy trên bề mặt đập đang xây dựng, giảm yêu cầu về tiêu
năng phía hạ lưu công trình.
20
Hình 1.11. Công trình thủy điện Tuyên Quang - Đê quai thượng lưu được phủ bê tông cốt thép để cho lũ tràn qua trong quá trình thi công
Công trình thủy điện Hòa Bình thành công khi sử dụng phương án dẫn dòng qua đập
đang xây dựng tại cao trình +25,0m có cột nước cao hơn (9,5m), phía hạ lưu gia cố bằng
đập tràn với bể tiêu năng bằng bê tông (Hình 1.12) [22]. Lưu lượng thiết kế dẫn dòng là
14.690 m3/s, lưu lượng đến thực tế lớn nhất trong quá trình thi công là 14.200 m3/s.
Công trình này đã sử dụng đập tràn tạm có ngưỡng ở cao trình +30,0m giúp giảm nhẹ
yêu cầu gia cố bề mặt đập ở cao trình +25,0m vì lưu tốc dòng chảy lớn tập trung chủ
yếu bên trên cao trình +30,0m.
Hình 1.12. Công trình thủy điện Hòa Bình - Mặt cắt đập ở vùng kênh thi công trong giai đoạn tháo lũ 1986
Công trình Cửa Đạt đã gặp thất bại khi chọn cao trình phần chừa lại là +50,0m, chênh
lệch cột nước lớn (17,5m) với gia cố phần tràn nước bằng thảm rọ đá dày 0,5m, gia cố
ở hạ lưu là rọ đá 2x2m và sử dụng đê quai hạ lưu làm tường tiêu năng (Hình 1.13).
21
Nguyên nhân do chủ quan và khách quan, một trong những nguyên nhân là đặt cao trình
tràn qua đập đang xây dựng quá cao, cột nước đổ sau đập lớn. Mặt khác, trong quá trình
thiết kế thiếu chú ý đến thấm rối qua đập đá, thiếu thí nghiệm mô hình thủy lực mà chỉ thí
nghiệm trong máng kính [4], [28].
Gia cố thượng lưu
Gia cố bề mặt
Gia cố hạ lưu
Hình 1.13. Công trình Cửa Đạt - Dẫn dòng qua đập đang xây dựng năm 2007
Dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng là một hình thức giúp tiết kiệm chi phí cho công
tác dẫn dòng vào mùa lũ nhờ khả năng tháo với lưu lượng lớn. Cần áp dụng hình thức
dẫn dòng này đối với các công trình đá đổ, đá đắp, lưu ý chọn cao trình tràn nước và
chiều rộng tràn nước cho phù hợp với điều kiện của từng công trình, từ đó có phương
án gia cố bề mặt tràn nước, đảm bảo công tác dẫn dòng được an toàn, hiệu quả. Khi tính
toán gia cố bằng các tấm bê tông kết hợp neo cần tính thêm lực tác động do mạch động
của lưu tốc dòng chảy [29].
1.4.2 Dẫn dòng thi công qua đập bê tông đang xây dựng
Dẫn dòng thi công qua đập bê tông đang xây dựng được áp dụng nhiều đối với đập bê
tông trọng lực do đặc điểm của bê tông là khả năng chịu mài mòn cao trước lưu tốc lớn
của dòng nước. Ở Trung Quốc có công trình Tam Hiệp, Đơn Giang Khẩu..., ở Việt Nam
có công trình Sơn La, Sê San 4 và nhiều công trình khác đã áp dụng phương pháp này.
Dẫn dòng qua đập bê tông đang xây dựng thường kết hợp với cống dẫn dòng đặt trong
thân đập.
Công trình thủy điện Sơn La dẫn dòng thi công đồng thời qua đập đang xây dựng ở cao
trình +126,0m, chiều rộng tràn Btràn = 98m và cống dẫn dòng kích thước nxbxh =
2x12x12m, lưu lượng thiết kế dẫn dòng với tần suất 3% là 16.044 m3/s (Hình 1.14).
22
Hình 1.14. Công trình thủy điện Sơn La - Dẫn dòng qua cống và đập đang xây dựng mùa lũ 2009
1. Đập tràn đã xây dựng; 2. Phần đập đang xây dựng dùng để dẫn dòng; 3. Cống ngầm dẫn dòng; 4. Nhà máy thủy điện
Đập Sê San 4, đắp đê quai ngăn toàn bộ lòng sông vào đầu mùa kiệt sau khi đã chuẩn bị
cống dẫn dòng thi công bên bờ trái. Toàn bộ móng đập được xây dựng trong mùa kiệt,
đập được chừa lại một phần ở cao trình +166,00m, chiều rộng tràn Btràn = 178m kết hợp
với cống dẫn dòng có kích thước nxbxh = 3x5mx7m (Hình 1.15) để tháo lũ thi công năm 2007 với lưu lượng thiết kế 8.140 m3/s [30]. Qua mùa lũ, đập được tiếp tục xây
dựng đến cao trình thiết kế, mùa lũ năm sau tràn chính làm việc.
Hình 1.15. Công trình Sê San 4 - Chuẩn bị tháo lũ qua đập đang xây dựng 5/2007
1. Phần đập đang xây dựng chừa lại để dẫn dòng; 2. Cống dẫn dòng; 3. Phần đập ở trên cao thi công bình thường trong mùa lũ
23
Khi dẫn dòng qua đập bê tông đang xây dựng, cần chú ý hai vấn đề là đảm bảo bề mặt
đập dùng để dẫn dòng không bị ăn mòn khi do khí thực và tiêu năng ở hạ lưu.
1.4.3 Dẫn dòng thi công qua đập đất đang xây dựng
Khi cho nước tràn qua đập đất có thể gia cố theo sơ đồ Hình 1.16 [16]. Sử dụng đá đổ
có khả năng thấm mạnh nhằm giảm lưu tốc ban đầu trước khi tràn trên mái hạ lưu đập,
mái hạ lưu được gia cố bằng vải địa kỹ thuật để chống xói cho mái. Tuy nhiên hình thức
này áp dụng đối với trường hợp chiều cao đập không lớn lắm và lưu lượng đơn vị chảy
qua đập không lớn.
Hình 1.16. Gia cố đập đất khi cho nước tràn qua
1. Bề mặt gia cố; 2. Đá đổ có khả năng thấm mạnh; 3. Gia cố vải địa kỹ thuật trên mái; 4. Mũi phóng; 5. Đường bão hòa
Trường hợp cần dẫn dòng qua đập đất đang xây dựng với lưu lượng lớn, có thể áp dụng
đối với phần chân khay của công trình. Mùa kiệt năm trước đào móng và đắp chân khay,
xử lý chống thấm cho nền công trình. Kết thúc mùa kiệt tiến hành lấp phủ phần chân khay
đã thi công xong và gia cố bề mặt, sẵn sàng dẫn dòng cho mùa lũ.
Sau khi kết thúc mùa lũ, bóc bỏ bùn đất và lớp phủ bề mặt, tiếp tục thi công đắp đập.
Phương án này giúp đẩy nhanh tiến độ thi công đập của mùa kiệt sau vì thời gian thi công
chân khay và xử lý chống thấm cho nền mất khá nhiều thời gian, nếu chỉ làm trong một
mùa kiệt thì tiến độ đắp đập vượt lũ rất gấp, thậm chí không kịp đắp đập tới cao trình vượt
lũ cho mùa lũ năm sau. Ở Việt Nam có công trình Hà Động và Tả Trạch áp dụng phương
pháp này.
24
1.4.4 Dẫn dòng thi công đồng thời qua đập đang xây dựng và cống, đường hầm
Dẫn dòng thi công đồng thời qua nhiều công trình tháo nước về mùa lũ (còn gọi là dẫn
dòng kết hợp) thường ứng dụng đối với các công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện có
thời gian xây dựng trong nhiều năm [31].
Trong những phương án dẫn dòng kết hợp thì phương án dẫn dòng kết hợp qua cống với
đập bê tông đang xây dựng là một giải pháp rất dễ áp dụng, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Phương pháp này có ưu điểm nổi bật là có thể tháo lũ lớn, mực nước thượng lưu không cao,
ít ảnh hưởng tới công trình chính, giảm ngập lụt thượng lưu. Mùa kiệt, khi lưu lượng nhỏ,
toàn bộ lưu lượng được xả về hạ lưu qua cống. Mùa lũ, một phần lưu lượng được xả qua
cống, lưu lượng chủ yếu được xả qua đập đang xây dựng. Ở Việt Nam có Hoàng Văn Tần
và Lê Bá Sơn đã nghiên cứu về vấn đề thủy lực của dạng công trình này.
Luận án tiến sĩ của Hoàng Văn Tần (1999) nghiên cứu tổng quan về công trình tháo lũ,
nghiên cứu thực nghiệm về khả năng tháo lũ, cơ chế dòng chảy và phương pháp tính
khả năng tháo kết hợp. Luận án tiến hành thí nghiệm trên mô hình vật lý của hai sơ đồ
công trình tháo kết hợp thường dùng là tràn đỉnh rộng và cống đáy và tràn thực dụng và
cống đáy. Theo kết quả nghiên cứu của luận án, cơ chế dòng chảy ở thượng lưu là yếu
tố làm cho khả năng tháo của công trình thay đổi khi tháo kết hợp giữa hai dòng tràn
mặt và tháo sâu. Khả năng tháo của công trình tháo lũ kết hợp tăng hoặc giảm so với
trường hợp coi như hai dòng tháo độc lập là do tương quan về lưu lượng giữa hai dòng
tràn mặt và dòng tháo sâu trong quá trình tháo kết hợp [32].
Luận án tiến sĩ của Lê Bá Sơn (1994) dựa trên cơ sở phân loại dòng xả để đề xuất các
dòng thuộc hình thức xả giữa tràn mặt và tháo sâu, nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng
đến dạng tổn thất năng lượng do sự tương tác dòng phun tự do và dòng tháo sâu tạo ra.
So sánh với dạng xả riêng rẽ, việc sử dụng xả kết hợp giữa dòng phun tự do và dòng
tháo sâu làm xuất hiện thêm một dạng tổn thất năng lượng do sự tương tác giữa hai dòng
tạo ra. Lượng tổn thất này chiếm 20% - 50% tổng tổn thất của dòng xả từ thượng lưu
đến hạ lưu [33].
Hai nghiên cứu trên áp dụng đối với công trình xả hoàn thiện, dòng chảy là dòng phun
tự do, tương tác trực tiếp với dòng tháo đáy, chưa hoàn toàn phù hợp với điều kiện dẫn
dòng thi công của các công trình.
25
Khi có nhiều công trình cùng tham gia dẫn dòng thì xác định lưu lượng thiết kế cho từng
công trình là bao nhiêu m3/s, đây là vấn đề cần nhiều công sức tính toán đối với mỗi
phương án dẫn dòng khác nhau. Bên cạnh đó còn phải xác định lưu tốc dòng chảy tại
các vị trí khác nhau nhằm đề ra biện pháp gia cố phù hợp. Cần có nghiên cứu thêm về
diễn biến lưu tốc trên bề mặt công trình dẫn dòng khi dẫn dòng kết hợp qua đập đang
xây dựng và cống, đường hầm.
Lựa chọn sơ đồ dẫn dòng thi công kết hợp qua cống, đường hầm và công trình đang xây
dựng tiết kiệm đáng kể kinh phí xây dựng công trình dẫn dòng và công trình chính [34].
Tuy nhiên, chế độ thủy lực khi xả lũ thi công qua các công trình trên rất phức tạp, cần tính
toán xem xét các yếu tố thủy lực ảnh hưởng đến công trình và thường thông qua thí nghiệm
mô hình thủy lực để đề xuất những biện pháp hợp lý hạn chế những bất lợi của dòng chảy,
đảm bảo hiệu quả cao nhất của công trình dẫn dòng thi công cũng như an toàn cho công
trình chính.
Ở Việt Nam, chênh lệch dòng chảy về mùa kiệt và mùa lũ rất cao, các công trình dẫn
dòng phải chia ra mỗi mùa một dạng công trình dẫn dòng khác nhau. Với lưu lượng lớn
như vậy, nếu thiết kế công trình dẫn dòng cho cả mùa kiệt và mùa lũ thì chi phí sẽ rất
cao, sau này phải lấp công trình dẫn dòng sẽ rất phức tạp. Vì vậy để đảm bảo điều kiện
kinh tế và kỹ thuật, mùa kiệt sử dụng công trình dẫn dòng với lưu lượng nhỏ, mùa lũ sử
dụng công trình có khả năng tháo lớn để dẫn dòng.
Mùa kiệt ở giai đoạn sau khi ngăn dòng có thể dùng cống hoặc đường hầm để dẫn dòng,
về mùa lũ dùng phương pháp dẫn dòng kết hợp cống hoặc đường hầm với đập đang xây
dựng để tháo nước về hạ lưu. Biện pháp dẫn dòng đồng thời này có thể áp dụng với đập
đá đổ, đá đắp, đập bê tông. Việc xác định hợp lý quy mô công trình dẫn dòng là rất cần
thiết để giảm chi phí dành cho công tác dẫn dòng.
Về cơ bản các công trình của Việt Nam đã xây dựng đã ứng dụng các sơ đồ dẫn dòng
phổ biến trên thế giới, thích ứng và phù hợp với điều kiện tự nhiên và kinh tế kỹ thuật
của Việt Nam qua các thời kỳ. Các công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện lớn ở Việt Nam
như Hòa Bình [22], Tuyên Quang [27], Sông Tranh 2, Bản Chát, Cửa Đạt [4], Sơn La, Lai
Châu... đã sử dụng phương pháp dẫn dòng kết hợp. Chi tiết về phương pháp dẫn dòng
kết hợp của một số công trình đã xây dựng ở Việt Nam xem Phụ lục 1-6 [25].
26
Sử dụng phương án dẫn dòng qua đập đang xây dựng, khi cao trình phần đập chừa lại
thấp, chế độ chảy là chảy ngập, nói chung không phá hoại công trình. Khi cao trình phần
đập chừa lại tương đối cao, chế độ chảy là chảy tự do, lưu tốc dòng chảy lớn, có thể phá
hoại bề mặt đập dùng để dẫn dòng hoặc phá hoại nền móng phía hạ lưu, trường hợp
nguy hiểm có thể làm vỡ đập đang xây dựng.
Trong trường hợp lưu lượng lớn, cao trình đập chừa lại cao so với đáy đập, cần phải tiến
hành thí nghiệm mô hình với các thông số mô hình phù hợp để kiểm chứng lại các thông
số tính toán, đảm bảo dẫn dòng an toàn. Do đó, khi quyết định lựa chọn thông số chừa
lại ở thân đập, cần nghiên cứu, phân tích, so sánh tính toán cụ thể để quyết định.
Đối với đập đá đổ, đá đắp, khả năng đập bị phá hoại của dòng chảy khi dẫn dòng qua
đập đang xây dựng là lớn, việc lựa chọn hợp lý quyết định nhiều đến sự thành công hay
thất bại của công tác dẫn dòng.
Đối với đập bê tông thường, lựa chọn thông số công trình dẫn dòng qua đập đang xây
dựng gặp ít rủi ro hơn so với đập đá đổ, đá đắp do đập có khả năng chịu lực tốt, chỉ cần
quan tâm đến vấn đề khối lượng thi công trước và sau mùa lũ và công tác tiêu năng ở
sau công trình. Đối với đập bê tông đầm lăn thì cần quan tâm đến cường độ của bê tông
trên bề mặt phải đảm bảo bê tông không bị xói khi dẫn dòng qua đập bê tông đầm lăn
đang xây dựng do cường độ chịu kéo ban đầu của bê tông đầm lăn phát triển chậm [35].
Bên cạnh các thông số về mặt thủy lực công trình dẫn dòng, gia cố bề mặt dẫn dòng đối
với sử dụng đập đang xây dựng để dẫn dòng, cần chú ý đến việc cân đối khối lượng và
cường độ thi công giữa giai đoạn trước và sau khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng.
1.5 Kết luận chương 1
Dẫn dòng thi công là công tác quan trọng, xuyên suốt quá trình thi công, có tính chất
quyết định sự thành bại khi xây dựng công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện. Để lựa
chọn được phương án dẫn dòng cũng như quy mô của công trình dẫn dòng phải tuân thủ
theo các nguyên tắc cơ bản, phù hợp với điều kiện tự nhiên, dân sinh, kinh tế và đáp ứng
các nhiệm vụ của dự án.
27
Đối với những công trình lớn, thời gian thi công dài, thường sử dụng nhiều dạng công
trình dẫn dòng và kết hợp nhiều công trình tháo với nhau. Trên thế giới và ở Việt Nam
đã có nhiều thành công cũng như bài học kinh nghiệm về vấn đề này. Tuy vậy, các
nghiên cứu của các tác giả chủ yếu tập trung vào thông số tối ưu về thủy lực công trình
và các giải pháp tiêu năng, gia cố đối với công trình tháo nước thi công nhưng chưa có
đề xuất nào một cách bài bản để giải quyết bài toán thủy lực dẫn dòng thi công tổng quát.
Dẫn dòng thi công qua đập đang xây dựng là giải pháp giúp tháo được lưu lượng lũ lớn,
việc xác định chế độ thủy lực và biện pháp gia cố công trình đập đang xây dựng khi cho
nước tràn qua cần nghiên cứu cụ thể hơn, phục vụ công tác lựa chọn quy mô công trình
dẫn dòng.
Các mô hình tính toán thủy động lực sông, hệ thống kênh tưới không phù hợp với tính
toán thủy lực dẫn dòng, phần mềm Flow 3D cần đưa vào điều kiện biên khá phức tạp, yêu
cầu cấu hình máy tính cao, mỗi lần tính cho một trường hợp mất nhiều thời gian, các
chương trình tính toán thương mại chưa giải quyết triệt để việc tính toán thủy lực dẫn
dòng và điều tiết lũ. Yêu cầu đặt ra cần phải lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng
để phục vụ lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng nhanh chóng, hiệu quả.
Để lựa chọn hợp lý quy mô công trình dẫn dòng, luận án nghiên cứu các nội dung sau:
- Nghiên cứu cơ sở khoa học để lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công, xác định
thời đoạn dẫn dòng thi công trong điều kiện khí hậu Việt Nam để làm cơ sở cho việc lựa
chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công;
- Nghiên cứu mối quan hệ giữa các yếu tố hình dạng công trình dẫn dòng ảnh hưởng
đến chế độ thủy lực khi dẫn dòng qua đập đá đổ, đá đắp đang xây dựng và đề ra biện
pháp gia cố;
- Lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng khi kết hợp hai công trình dẫn dòng đồng
thời phục vụ lựa chọn quy mô của công trình dẫn dòng thi công.
Kết quả nghiên cứu giúp ích cho việc xác định các thông số thủy lực cơ bản phục vụ lựa
chọn phương án dẫn dòng, quy mô công trình dẫn dòng nhằm đảm bảo công tác dẫn
dòng được thực hiện an toàn, hiệu quả, kinh tế.
28
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ DẪN DÒNG THI CÔNG VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG
2.1 Phân tích lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công
2.1.1 Cơ sở lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công
Khi thiết kế dẫn dòng thi công, việc chọn tần suất thiết kế dẫn dòng đóng vai trò quyết
định đến thành công của công tác dẫn dòng. Đối với mỗi phương án được đề xuất trên
cơ sở phân tích định tính các điều kiện thực tế, thông thường quá trình dẫn dòng được
chia ra một số giai đoạn. Mỗi giai đoạn dẫn dòng thiết kế sẽ có các công trình dẫn dòng
cụ thể, quy mô và thời gian dẫn dòng sẽ quyết định đến việc lựa chọn tần suất thiết kế
dẫn dòng [36].
Việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng, thời đoạn dẫn dòng và công trình dẫn dòng có
quan hệ mật thiết qua lại với nhau. Ba nhân tố này là cơ sở quyết định chọn lưu lượng
thiết kế dẫn dòng, thời gian làm việc của mỗi công trình dẫn dòng và sơ đồ tính toán
thủy lực dẫn dòng cũng như việc xác định lưu lượng tháo qua mỗi công trình.
Các giai đoạn dẫn dòng liên quan chặt chẽ với nhau, phải có quy hoạch thống nhất, sắp
xếp toàn diện mới có thể có được phương án dẫn dòng hợp lý về kinh tế, an toàn và đáng
tin cậy. Trong toàn bộ quá trình thi công công trình, phương pháp dẫn dòng chọn cho các
thời kỳ khác nhau có thể khác nhau, từ đó phân chia ra các giai đoạn thi công. Các cấp
của công trình dẫn dòng các giai đoạn thi công có thể xem tầm quan trọng của đối tượng
phục vụ để phân biệt. Các giai đoạn nên lấy tần suất thiết kế dẫn dòng khác nhau.
Thực tế cho thấy phân tích kinh tế gặp nhiều khó khăn, ứng với từng công trình sẽ khác
nhau, vì vậy lấy thời gian làm việc của công trình dẫn dòng, chiều cao công trình chắn
nước, dung tích lòng hồ lớn nhất tương ứng với từng giai đoạn dẫn dòng làm chỉ tiêu cơ
bản của lựa chọn tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng sẽ tiện cho việc sử dụng khi thiết
kế dẫn dòng và thuận tiện cho phân tích rủi ro của phương án dẫn dòng.
Việc chọn tần suất thiết kế dẫn dòng càng nhỏ thì lưu lượng thiết kế dẫn dòng càng lớn,
tăng mức độ an toàn cho công trình dẫn dòng và thi công công trình chính, nhưng sẽ
làm tăng chi phí dẫn dòng thi công. Ngược lại, nếu chọn tần suất thiết kế lớn thì chi phí
29
dẫn dòng thấp nhưng rủi ro cao. Đây là vấn đề không đơn giản khi chọn tần suất thiết
kế, nó đòi hỏi phân tích toàn diện và kinh nghiệm của người thiết kế. Mặt khác, chúng
ta ngay nay đang đối mặt với biến đổi khí hậu toàn cầu thì phân tích vấn đề càng khó
khăn hơn. Do đó, lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng phù hợp với đặc điểm làm việc của
công trình khi dẫn dòng một cách hợp lý sẽ vừa đảm bảo thi công đúng tiến độ, an toàn
vừa tiết kiệm được chi phí.
Khi đề xuất phương án dẫn dòng đã phải đồng thời đề xuất phương án kết cấu, loại hình
công trình chính và loại hình công trình tạm. Vấn đề này cũng đã được đề cập trong
QCVN 04-05:2012, đồng thời thiết kế dẫn dòng thi công luôn là nội dung chính trong
thiết kế cơ sở của hồ sơ thiết kế giai đoạn nghiên cứu khả thi. Đối với công trình bê tông
có thể cho nước tràn qua mà không bị phá hoại, đối với công trình đất, đá đổ, đá đắp,
khi nước tràn qua có thể phá hoại đập, gây thiệt hại cho công trình và ở hạ du nếu không
có giải pháp công trình thích đáng.
2.1.2 Cơ sở khoa học để nâng hoặc hạ cấp tần suất thiết kế dẫn dòng
Khi thiết kế công trình thủy lợi, thủy điện, khái niệm chọn tần suất luôn gắn liền với lựa
chọn loại hình công trình, loại kết cấu áp dụng, qui mô công trình. Chọn tần suất càng
nhỏ thì lưu lượng thiết kế càng lớn. Đối với công trình dẫn dòng là loại công trình chỉ
sử dụng trong quá trình thi công, vấn đề tiết kiệm chi phí luôn mâu thuẫn với khả năng
xảy ra rủi ro.
Về mặt quản lý rủi ro, có bốn khả năng: Chấp nhận rủi ro; Giảm thiểu rủi ro; Phòng
tránh rủi ro; Loại trừ rủi ro. Như vậy, phương pháp chọn tần suất thiết kế chính là chấp
nhận rủi ro khi lưu lượng vượt thiết kế. Phương pháp thiết kế chọn tần suất dẫn đến cho
chúng ta hàng loạt các bài toán xác định thiệt hại do lũ vượt thiết kế: Vỡ đập, tràn qua
đê quai và hố móng, hư hỏng công trình chính và công trình tạm trong quá trình thi công,
ảnh hưởng hạ du nếu có sự cố...
Về mặt lựa chọn phương án kỹ thuật phù hợp với mỗi tần suất thì cho ra luận chứng
kinh tế kỹ thuật. Từ đó so chọn phương án an toàn cho công trình chính và những thiệt
hại nếu có rủi ro để quyết định việc nâng hạ tần suất như chú thích 6 của bảng 7 trong
QCVN 04-05:2012. Nhưng trong chú thích này có một số điểm rất khó vận dụng, đặc
biệt là dẫn dòng qua đập đang xây dựng.
30
Với phạm vi nghiên cứu của luận án sẽ không đề cập chi tiết các nội dung trên khi xảy
ra sự cố do lũ vượt thiết kế, dưới đây chỉ đề cập một số vấn đề chính.
2.1.2.1 Nâng hoặc hạ tần suất thiết kế dẫn dòng
Thực tế xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện hiện nay, việc chọn tần suất lưu lượng
thiết kế dẫn dòng được qui định cụ thể trong hệ thống tiêu chuẩn, qui chuẩn quốc gia.
Tuy nhiên, trong tiêu chuẩn, qui chuẩn luôn có nội dung về nâng hạ tần suất thiết kế dẫn
dòng. Việc nâng hạ tần suất cần phải có luận chứng kinh tế kỹ thuật để quyết định. Như
vậy sẽ không bao giờ có mức tăng giảm cụ thể mà phải dựa vào phân tích cụ thể cho
từng công trình và cuối cùng là quyết định của chủ đầu tư. Chấp nhận rủi ro đến mức độ
nào và vấn đề khó khăn nhất khi ra quyết định.
Thông thường vẫn là bài toán chi phí và chấp nhận mức độ rủi ro trong quá trình phân
tích phương án và lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng. Thay đổi tần suất thiết kế luôn
phải bảo đảm nguyên tắc thi công an toàn đúng tiến độ và bảo đảm chất lượng. Khi thay
đổi tần suất thiết kế có hai khả năng xảy ra: Lưu lượng thiết kế tăng dẫn đến chi phí dẫn
dòng tăng, rủi ro thấp đi và ngược lại lưu lượng thiết kế giảm thì chi phí dẫn dòng giảm
nhưng rủi ro cao.
Như vậy, khi sử dụng công trình chính làm công trình dẫn dòng cần phải chọn tần suất
thiết kế dẫn dòng như tần suất đối với công trình tạm hay như đối với công trình chính.
Hầu hết các công trình có sử dụng đập (không phải đập bê tông) tham gia chắn hoặc cho
nước tràn qua đều chọn tần suất thiết kế dẫn dòng nhỏ hơn tần suất thiết kế công trình
tạm và lớn hơn tần suất thiết kế công trình chính (đập), cá biệt có công trình lấy bằng
tần suất thiết kế đập.
2.1.2.2 Trường hợp cho nước tràn qua đê quai và hố móng về mùa lũ
Khi đề xuất phương án dẫn dòng cho một số công trình ở miền núi, lũ tập trung nhanh,
cột nước tăng cao, trong điều kiện đập không thể thi công vượt lũ thì đê quai bảo vệ hố
móng trong trường hợp này sẽ rất cao, có thể chấp nhận cho nước tràn qua đê quai và
hố móng đang thi công vào mùa lũ. Việc tính toán phí tổn để so sánh có thể theo trình
tự sau:
31
Phí tổn trực tiếp gồm: Chi phí bơm nước, nạo vét hố móng, di chuyển các thiết bị, sửa
chữa đê quai và các công trình khác bị hư hỏng, thi công lại đập phần bị hư hỏng...
Phí tổn gián tiếp gồm: chi phí lương cho công nhân chờ việc và chi phí về các công trình
phục vụ phải tăng thêm sau ngập lụt, chậm tiến độ thi công, chậm thời gian hoàn thành
công trình...
Chi phí bơm nước: Thể tích nước cần bơm được xác định từ phạm vi hố móng giữa đê
quai thượng lưu và hạ lưu, ứng với mực nước hạ lưu khi sau lũ. Từ đó tính số ca máy
bơm nước và chi phi bơm nước.
Chi phí nạo vét hố móng: Xác định lượng bùn đất nằm trong phạm vi đê quai thượng lưu
và hạ lưu, tính toán máy móc thi công nạo vét, từ đó tính chi phí cho việc nạo vét hố móng.
Chi phí di chuyển các thiết bị: Tại thời điểm thi công dự kiến, từ cường độ thi công yêu
cầu, tính toán số lượng máy móc đang làm việc, khi sự cố xảy ra, cần di chuyển số máy
móc đó ra khu vực an toàn. Từ định mức tiêu hao nhiên liệu cho các máy móc, xác định
chi phí cho công tác này.
Chi phí sửa chữa đê quai: Giả thiết phần đê quai bị hư hỏng, tính khối lượng đê quai cần
thi công lại, xác định chi phí cho phần đê quai cần sửa chữa.
Chi phí thi công lại đập phần bị hư hỏng: tùy theo địa hình, phần đập hư hỏng thường là
khu vực lòng sông, tính toán khối lượng tương ứng với phần lòng sông và cao trình đập
đã thi công, từ đó tính chi phí thi công lại phần đập hư hỏng.
Chi phí lương cho công nhân chờ việc: Tại thời điểm thi công, từ cường độ thi công dự
kiến, xác định số công nhân đang làm việc, giả thiết số ngày phải nghỉ thi công, tính
toán chi phí lương cho số công nhân phải chờ việc do mưa lũ.
Chi phí chi phí về các công trình phục vụ phải tăng thêm sau ngập lụt: Sau ngập lụt phải
tăng cường công nhân máy móc làm việc để hoàn thành công trình theo tiến độ. Do đó
cơ sở lán trại phục vụ cũng sẽ tăng thêm và tăng chi phí cho các hạng mục này.
Chi phí chậm thời gian hoàn thành công trình: Từ bảng tính toán kính tế của dự án, xác
định mức độ thiệt hại do việc chậm tiến độ hoàn thành công trình.
32
Kết quả so sánh trên cũng làm cơ sở cho việc nếu chấp nhận cho lũ tràn qua đê quai và
hố móng. Khi chấp nhận cho nước tràn qua hố móng thì khả năng chọn lưu lượng thiết
kế dẫn dòng nhỏ đi có thể giảm chi phí công trình dẫn dòng mà rủi ro thấp.
2.2 Xác định thời đoạn dẫn dòng thi công
2.2.1 Nhân tố ảnh hưởng đến việc chọn thời đoạn dẫn dòng thi công
Thời đoạn dẫn dòng là khoảng thời gian làm việc của công trình ngăn nước như đê quai
hoặc đập chính và công trình dẫn nước như kênh, cống, tràn. Việc chọn thời đoạn dẫn
dòng thi công ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công. Lựa chọn
thời đoạn dẫn dòng hợp lý sẽ làm giảm chi phí cho công tác dẫn dòng mà vẫn đảm bảo
công tác thi công an toàn.
Thời đoạn dẫn dòng phụ thuộc điều kiện thủy văn, đặc điểm kết cấu công trình, công
trình dẫn dòng, khả năng thi công vượt lũ. Cần phân tích một cách toàn diện các yếu tố
trên, từ đó lựa chọn thời đoạn dẫn dòng hợp lý, đảm bảo hoàn thành công trình đúng
thời hạn với chất lượng cao và giá thành rẻ.
Đặc điểm khí tượng thủy văn: trong điều kiện khí hậu Việt Nam, chia làm hai mùa rõ
rệt là mùa kiệt và mùa lũ. Trong mùa kiệt lưu lượng dòng chảy nhỏ hơn rất nhiều so với
mùa lũ, đối với công trình có thời gian thi công dài cần chia ra hai thời đoạn mùa kiệt
và mùa lũ. Đối với dòng chảy trong mùa kiệt biến động nhiều theo các tháng, có thể
chọn thời đoạn ngắn trong một số tháng kiệt nhất để công trình dẫn dòng có qui mô
không lớn và tổ chức thi công cho phù hợp. Thời đoạn dẫn dòng phụ thuộc nhiều vào
điều kiện thủy văn dòng chảy từng vùng miền được trình bày kỹ hơn ở mục 3.1.2 .
Đặc điểm kết cấu công trình: đối với công trình bê tông, đá đổ, đá đắp có thể cho nước
tràn qua mà ít ảnh hưởng đến phần công trình đã xây dựng. Đối với công trình đất, không
được cho nước tràn qua vì sẽ làm hỏng phần đập đã đắp. Như vậy đối với công trình bê
tông, đá đổ đá đắp có hố móng không phức tạp, có thể chọn thời đoạn dẫn dòng dài hơn,
chấp nhận cho nước tràn qua đê quai và hố móng khi lưu lượng đến vượt quá lưu lượng
thiết kế dẫn dòng.
Khả năng thi công: Đây là một trong những yếu tố quyết định đến việc lựa chọn phương án
dẫn dòng và thời đoạn dẫn dòng. Các phương án dẫn dòng đưa ra đều phải trên cơ sở khả thi
33
về tiến độ, đảm bảo sự ổn định của công trình. Khi đã quyết định lựa chọn phương án dẫn
dòng thì phải lựa chọn đơn vị thi công có năng lực đáp ứng được yêu cầu tiến độ đề ra.
2.2.2 Điều kiện khí hậu và dòng chảy các vùng của Việt Nam
Ở Việt Nam, do điều kiện khí hậu thủy văn các vùng khác nhau nên thời đoạn mùa kiệt
của các vùng cũng khác nhau, chia làm 5 khu vực: Trung du và miền núi phía Bắc, Bắc
Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ.
2.2.2.1 Khu vực Trung du và miền núi phía Bắc.
Các tỉnh Trung du và miền núi phía Bắc mùa kiệt thường từ tháng 12 năm trước đến
tháng 4 năm sau (Phụ lục 2-14), mùa lũ từ tháng 5 đến tháng 11. Phân phối dòng chảy
các tháng có đặc điểm là đối với những lưu vực lớn, dòng chảy nhỏ nhất tập trung vào
các tháng 1 đến tháng 3 nhưng nhỏ hơn không nhiều so với các tháng còn lại của mùa
kiệt. Đối với những lưu vực nhỏ, dòng chảy nhỏ nhất tập trung vào các tháng 12 đến
tháng 4 và có giá trị nhỏ hơn nhiều lần so với lưu lượng tháng 4.
Trên sông Đà, mùa lũ bắt đầu sớm hơn và kết thúc sớm hơn. Lượng mưa tháng 6, tháng
7 thường lớn hơn lượng mưa tháng 8. Ngược lại trên sông Lô, sông Hồng tháng 8 thường
có lượng mưa lớn nhất trong năm.
2.2.2.2 Khu vực Bắc Trung bộ
Khu vực bắc Trung Bộ bao gồm các tỉnh từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế, mang
kiểu khí hậu chuyển tiếp từ khí hậu miền Bắc sang kiểu khí hậu miền Đông Trường Sơn.
Đặc điểm khí hậu nổi bật ở vùng này là sự sai lệch so với qui luật vùng nhiệt đới gió
mùa, đó là mùa lũ ẩm dịch lệch về các tháng mùa đông.
Lượng mưa đầu mùa hè rất thấp, chẳng những không theo qui luật chung, mà thậm chí
lại tạo ra tình trạng khô hạn cục bộ rất đặc trưng. Cho tới giữa mùa hè, khi vùng hoạt
động của bão và dải hội tụ nhiệt đới dịch chuyển từ phía đồng bằng Bắc Bộ xuống, thì
lúc đó mới bắt đầu mùa lũ ở vùng này và kéo dài tới các tháng đầu mùa đông. Lượng
mưa thường tăng dần từ tháng 8, tăng vọt trong tháng 9, đạt cực đại vào tháng 9 - 10
(lượng mưa gấp 3 - 4 lần các tháng khác). Bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động chủ yếu
vào tháng 9, tháng 10, muộn hơn 1-2 tháng so với khu vực Bắc Bộ.
34
Các tỉnh Bắc Trung bộ mùa kiệt thường ngắn hơn, phân phối dòng chảy các tháng có đặc
điểm: Do địa hình dốc, dòng chảy nhỏ nhất cũng tập trung vào các tháng 1 đến tháng 4
(Phụ lục 2-15) nhưng nhỏ hơn nhiều lần so với các tháng trước và sau mùa kiệt.
2.2.2.3 Khu vực Nam Trung bộ
Bao gồm các tỉnh từ Đà Nẵng đến Bình Thuận, mang đặc trưng của kiểu khí hậu Đông
Trường Sơn. Mùa lũ ở đây lệch hẳn so với các vùng khác ở nước ta, nó được bắt đầu từ
giữa mùa hạ và kéo dài đến giữa mùa đông, có khi tới tháng 1 năm sau. Nguyên do trong
nửa đầu mùa hạ, gió Tây Nam khi qua dãy Trường Sơn đã đem lại cho sườn đông và
vùng duyên hải một kiểu thời tiết khô nóng đặc trưng cùng với chế độ mưa ẩm thấp nhất
trong năm.
Mùa lũ bắt đầu khi bước vào mùa hoạt động của các nhiễu động khí quyển trên khu vực
Biển Đông - Tây Thái Bình Dương. Ở vùng này mùa lũ ngắn, chỉ khoảng 4 - 5 tháng.
Cũng vì sự sai lệch mùa lũ, nên đầu mùa đông ở đây là thời kỳ mưa nhiều, có độ ẩm cao
nhất trong năm (trong khi các miền khác là mùa kiệt).
Mùa kiệt của khu vực này bắt đầu từ tháng 1 đến tháng 8 (Phụ lục 2-16). Trong mùa kiệt
khu vực Nam Trung bộ thường có lũ tiểu mãn xuất hiện trong tháng 5 hoặc tháng 6 tuỳ
từng tỉnh từ Đà Nẵng tới Bình Thuận.
2.2.2.4 Khu vực Tây Nguyên
Khu vực Tây Nguyên gồm 5 tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk, Đăk Nông, Lâm Đồng
có đặc điểm khí tượng, thuỷ văn của khu vực Tây Trường Sơn. Khí hậu Tây Nguyên có
hai mùa rõ rệt mùa kiệt và mùa lũ. Mùa kiệt nóng hạn, thiếu nước trầm trọng, mùa lũ
nóng ẩm, tập trung 85-90% lượng mưa của cả năm. Mùa lũ từ tháng 7 đến hết tháng 12
và mùa kiệt từ tháng 1 đến tháng 6, trong đó tháng 3 và tháng 4 là hai tháng nóng và khô
nhất (Phụ lục 2-17). Khu vực này cũng có lũ tiểu mãn, nhưng xuất hiện vào đầu mùa lũ.
2.2.2.5 Khu vực Đông Nam bộ
Khu vực Đông Nam Bộ mang đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa: nóng ẩm và mưa
nhiều, hàng năm khí hậu phân hóa thành 2 mùa rõ rệt, mùa lũ và mùa kiệt. Mùa lũ từ
tháng 5 đến tháng 10: ảnh hưởng chủ yếu là gió mùa Tây Nam mang nhiêu hơi ẩm gây
ra mưa nhiều. Lượng mưa mùa này chiếm tỷ lệ 85 - 90% lượng mưa cả năm. Đây cũng
35
là thời kỳ có những đợt mưa lớn do hoạt động của các dải hội tụ nhiệt đới, các vùng khí
áp thấp và ảnh hưởng của bão Biển Đông. Mùa kiệt từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau
chịu sự chi phối của gió mùa Đông khô, hanh. Lượng mưa trong mùa này chỉ chiếm 10-
15% lượng mưa cả năm. Thời tiết trong mùa này chủ yếu là nắng nóng, nhất là các tháng
cuối mùa (tháng 3, tháng 4).
Đối với công trình Sông Ray, mùa lũ từ tháng 7 đến tháng 11, lượng nước dồi dào, hay
xuất hiện lũ gây ngập lụt, mùa kiệt từ tháng 12 đến tháng 6 năm sau, dòng chảy được
lưu vực điều tiết trong mùa lũ chảy ra và giảm dần. Thường các tháng 3, tháng 4 là thời
kỳ kiệt nhất trong mùa.
2.2.2.6 Nhận xét chung
Thời kỳ nước lớn nhất trong năm kéo dài 3 tháng liên tục, xuất hiện lần lượt từ Bắc
xuống Nam theo các hệ thống sông: sông Đà vào tháng 6-7, sông Hồng, sông Lô tháng
7-8, sông Mã vào tháng 7-9, sông Chu và sông Cả tháng 8-10, từ sông La đến sông
Thạch Hãn vào tháng 9-11, khu vực sông Hương đến sông Cái Nha Trang từ tháng 10-
12. Các sông từ Quảng Ngãi đến Bình Định lũ có thể xảy ra nhiều đợt. Phân chia các
tháng mùa kiệt và mùa lũ các khu vực của Việt Nam được tổng hợp như Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Phân chia mùa kiệt và mùa lũ 5 vùng của Việt Nam
Trung du và Bắc Trung Nam Tây Đông Nam Khu vực miền núi bộ Trung bộ Nguyên bộ [37] phía Bắc
Tháng mùa kiệt 12 - 4 1 - 5 1 - 8 1 - 6 12 - 5
Các yếu tố trên ảnh hưởng đến việc lựa chọn thời đoạn thi công theo các vùng miền của
Việt Nam. Đặc biệt cần có phương án chống lũ tiểu mãn vào thời điểm cuối mùa kiệt
của các công trình. Việc lựa chọn thời đoạn dẫn dòng và chống lũ tiểu mãn được trình
bày trong mục 3.1.2 .
36
Tháng mùa lũ 5 - 11 6 - 12 9 - 12 7 - 12 6 - 11
2.3 Cơ sở lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng
2.3.1 Dẫn dòng qua công trình độc lập
Công trình dẫn dòng độc lập là trong thời đoạn dẫn dòng, chỉ sử dụng duy nhất một công
trình để dẫn nước từ thượng lưu về hạ lưu, phục vụ thi công công trình chính. Các công
trình dẫn dòng độc lập thường là cống/đường hầm, kênh, tràn xả lũ.
2.3.1.1 Cơ sở lựa chọn quy mô của cống/đường hầm
Tùy theo đặc điểm của từng công trình, có thể sử dụng cống hoặc đường hầm để dẫn
dòng thi công. Việc lựa chọn quy mô và tính toán thủy lực cho cống và đường hầm
tương tự nhau nên luận án chỉ trình bày cho cống. Đối với đường hầm có thể quy đổi
diện tích mặt cắt ngang cống sang diện tích mặt cắt ngang của đường hầm có đường
kính tương đương.
Quy mô của công trình dẫn dòng qua cống gồm: Cao trình đáy cống, chiều rộng cống,
chiều cao cống, số khoang cống, chiều dài cống. Ngoài ra còn có thông số độ dốc cống
và độ nhám cống.
Cao trình đáy cống, chiều rộng và chiều cao cống ảnh hưởng đến khả năng tháo của
cống, chi phí dành cho xây dựng cống và đắp đê quai.
Công việc đầu tiên khi thiết kế cống dẫn dòng là lựa chọn tuyến cống. Cần chọn tuyến
cống đảm bảo cho dòng chảy vào được xuôi thuận, hạn chế khối lượng đào, cống được
đặt trên nền đào, cửa vào và cửa ra cần được gia cố đảm bảo không bị xói khi dẫn nước.
Chọn cao trình đáy cống cần dựa vào đặc điểm kết cấu công trình và điều kiện địa hình,
cao trình đáy cống nên đặt thấp, như vậy sẽ hạn chế khối lượng đắp đê quai. Chiều rộng
cống càng lớn thì khả năng tháo càng tốt, nhưng sẽ làm tăng khối lượng đào móng, khối
lượng bê tông cống, sau khi sử dụng xong thì hoành triệt cống cũng là vấn đề cần chú ý
đến. Tuy nhiên có trường hợp mực nước hạ lưu cao, đặt cao trình đáy cống thấp dẫn đến
khả năng tháo của cống bị giảm.
Chiều cao cống ảnh hưởng lớn đến khả năng tháo và chế độ chảy trong cống. Khi chiều
cao cống lớn thì khả năng tháo của cống cao hơn. Về mặt kết cấu thì chiều cao cống lớn
không ảnh hưởng đến ứng suất thân đập, nhưng chọn chiều cao cống lớn không có lợi
về mặt thủy lực và bố trí kênh thượng lưu, hạ lưu, vì vậy không nên chọn kích thước
cống có chiều cao lớn hơn tổng chiều rộng các khoang.
37
Số lượng khoang cống quyết định bởi tổng chiều rộng cống và khả năng cung cấp lắp
đặt cửa van. Đối với công trình có tổng chiều rộng cống >5m có thể dùng nhiều khoang
cống, như vậy sẽ làm giảm khối lượng cửa van và thiết bị đóng mở, đồng thời cũng đảm
bảo an toàn hơn cho công trình.
Các thông số trên ảnh hưởng đến khối lượng bê tông, khối lượng đào móng cống, khối
lượng đắp đê quai. Cần đề xuất một số phương án cao trình đáy cống, chiều rộng cống
để tính toán so sánh về mặt kinh tế. Chiều cao cống và số khoang cống có thể cố định
một phương án để dễ so sánh. Sau khi tính toán được chi phí cho cống dẫn dòng và đê
quai, lập biểu đồ đường cong chi phí rồi phân tích lựa chọn phương án sử dụng.
Các thông số khác như chiều dài cống, độ dốc cống và độ nhám cống có ảnh hưởng
không nhiều đến việc lựa chọn các thông số cống. Chiều dài cống phụ thuộc vào chiều
rộng đáy đập tại vị trí đặt cống và cửa vào, cửa ra của cống. Độ dốc cống có thể lấy
trong khoảng 0 ÷ 0,01, độ nhám bê tông n = 0,014 ÷ 0,017.
Việc chọn kích thước cống hợp lý tập trung chủ yếu vào giai đoạn sau khi ngăn dòng, cống
dẫn dòng làm việc độc lập, còn khi dẫn dòng kết hợp, khả năng tháo của cống nhỏ hơn
nhiều so với khả năng tháo của các công trình kết hợp khác như kênh, đập đang xây dựng.
Hình 2.1. Tương quan chi phí với kích thước công trình dẫn dòng
1. Đường diễn biến chi phí đê quai của các phương án; 2. Đường diễn biến chi phí cống của các phương án; 3. Đường diễn biến tổng chi phí của các phương án; 4. Giá trị chi phí phương án 1; 5. Giá trị chi phí phương án 2; 6. Giá trị chi phí phương án 3
38
Khi đề xuất một số phương án tương đối hợp lý về định tính, có thể xây dựng tương quan
chi phí công trình tháo là cống với chi phí đê quai (có thể bao gồm một số hạng mục liên
quan). Trên Hình 2.1 ta có thể xác định phương án hợp lý về chi phí là phương án 2.
2.3.1.2 Cơ sở lựa chọn quy mô của đập đang xây dựng để dẫn dòng
Quy mô của công trình dẫn dòng qua đập đang xây dựng gồm: Cao trình cửa vào, chiều
rộng tràn nước, chiều dài tràn nước. Ngoài ra còn thông số độ dốc đáy, hệ số mái.
Khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng, việc đầu tiên là chọn vị trí đập đang xây dựng để
dẫn dòng. Nên ưu tiên khu vực lòng sông hoặc vị trí tràn xả lũ, khi đó việc tiêu năng sẽ
thuận lợi hơn, đồng thời lòng sông ở vị trí đó có địa chất tốt hơn.
Cao trình tràn nước qua đập đang xây dựng liên quan mật thiết với công tác tiêu năng
sau tràn và tiến độ thi công. Nếu chọn cao trình này thấp thì rất thuận lợi cho công tác
tiêu năng vì chênh lệch cột nước thượng lưu, hạ lưu nhỏ, nhưng khối lượng và cường độ
thi công của giai đoạn sau sẽ lớn. Nếu chọn cao trình tràn nước cao thì tiêu năng phức
tạp, khối lượng và cường độ thi công giai đoạn đầu sẽ lớn hơn giai đoạn sau. Khi chọn
cao trình tràn nước qua đập đang xây dựng cần cân đối hai yếu tố tiêu năng và cường độ
thi công để lựa chọn phương án cho đạt hiệu quả cao nhất.
Chiều rộng tràn nước càng lớn thì lưu lượng đơn vị qua đập đang xây dựng càng nhỏ,
thuận lợi cho công tác tiêu năng ở hạ lưu, lưu tốc giảm và yêu cầu gia cố bề mặt tràn
nước cũng giảm. Việc chọn chiều rộng cũng chịu ảnh hưởng bởi tiến độ thi công của
giai đoạn sau. Nếu chọn chiều rộng lớn thì khối lượng thi công của giai đoạn sau lớn,
cường độ thi công căng thẳng, cần tính toán tiến độ thi công một cách cụ thể, đảm bảo
thi công vượt lũ an toàn.
Bên cạnh đó đối với đập bê tông trọng lực, chiều rộng tràn nước còn bị chi phối bởi đặc
điểm kết cấu và phân đoạn đập. Thường chọn chiều rộng tràn nước theo chiều rộng phân
đoạn đập, đảm bảo tính chỉnh thể của đập sau khi hoàn thành.
Với thiết bị và kỹ thuật thi công như hiện nay, có thể thi công đập ở giai đoạn sau khi
dẫn dòng qua đập đang xây dựng với cường độ cao. Khi lựa chọn cao trình và chiều rộng
phần đập chừa lại để dẫn dòng nên ưu tiên chọn cao trình đáy thấp và chiều rộng lớn để
39
giảm chi phí cho công tác tiêu năng hạ lưu. Tuy nhiên, cần có biện pháp thi công hợp lý
và lựa chọn nhà thầu thi công đủ năng lực để đảm bảo thi công vượt lũ ở giai đoạn sau.
Các thông số khác của đập đang xây dựng như hệ số mái, chiều dài tràn nước, độ dốc
đáy ảnh hưởng không nhiều. Đối với đập bê tông trọng lực, hệ số mái m = 0, đối với
đập đá đổ, đá đắp, hệ số mái tràn phải đảm bảo ổn định của phần khối đắp phía trên hai
bên vai đập, thường chọn m = 1,5 - 2. Chiều dài tràn nước tính theo mặt cắt đập và phụ
thuộc vào cao trình đáy tràn.
2.3.2 Dẫn dòng đồng thời qua cống và đập đang xây dựng
2.3.2.1 Xác định lưu lượng thiết kế công trình dẫn dòng
Lưu lượng thiết kế dẫn dòng là lưu lượng đến sẽ được dẫn qua một hoặc một số công
trình tháo nước và một phần tích lại ở thượng lưu. Lưu lượng tháo qua mỗi công trình
được gọi là lưu lượng thiết kế công trình tháo nước. Lưu lượng này phụ thuộc vào quy
mô của công trình dẫn dòng như kích thước hình học, cao trình bố trí, hình thức kết
cấu... Việc xác định giá trị lưu lượng thỏa mãn phương trình cân bằng nước:
(2-1)
QP% = Qa + QI + QII + … + Qi
Trong đó:
QP%: Lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công
Qa: Lưu lượng trữ lại ở hồ
QI, QII, ..., Qi: Lưu lượng thiết kế dẫn dòng qua các công trình I, II, ..., i.
Những nhân tố ảnh hưởng đến Qi gồm: Lưu lượng thiết kế dẫn dòng (QP%), quy mô các
công trình dẫn dòng cùng phối hợp, khả năng điều tiết của hồ (Qa).
Như vậy để xác định được quy mô công trình dẫn dòng cần phải lựa chọn được tần suất
thiết kế dẫn dòng, thời đoạn dẫn dòng, lưu lượng thiết kế dẫn dòng, các công trình đồng
thời tham gia tháo nước, cuối cùng là xác định lưu lượng thiết kế công trình dẫn dòng
và quy mô của công trình dẫn dòng.
40
2.3.2.2 Cơ sở lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng khi đồng thời qua đập đang xây dựng và cống
Khi sử dụng đập đang xây dựng và cống để tháo nước thi công, các thông số về đập
đang xây dựng và cống như đối với sử dụng từng công trình độc lập để dẫn dòng. Các
thông số quan trọng là cao trình đáy cống, chiều rộng và chiều cao cống, cao trình tràn
nước và chiều rộng đập đang xây dựng. Việc lựa chọn các thông số này giống như đối
với từng công trình riêng lẻ. Bên cạnh đó cần chú ý một số vấn đề sau:
Khi sử dụng hình thức dẫn dòng kết hợp này, cần ưu tiên lựa chọn vị trí tuyến cống và
đập đang xây dựng tách xa nhau, khi đó dòng chảy qua tràn sẽ không ảnh hưởng nhiều
đến dòng chảy qua cống, chế độ thủy lực ở hạ lưu không phức tạp. Trường hợp hai tuyến
công trình này bố trí gần nhau, cần phải thí nghiệm mô hình để xem xét hết các yếu tố
thủy lực trong quá trình dẫn dòng, đồng thời có biện pháp gia cố vị trí xói lở nếu cần thiết.
Lựa chọn cao trình tràn nước qua đập đang xây dựng cần chú ý đến chế độ làm việc của
cống, cần khống chế lưu tốc trong cống để bê tông không bị hỏng do lưu tốc lớn.
2.4 Cơ sở lý thuyết tính toán thủy lực dẫn dòng thi công và điều tiết lũ
2.4.1 Tính toán thủy lực qua đập đang xây dựng
Dẫn dòng thi công qua đập tràn trong thực tế rất đa dạng: dẫn dòng qua móng đập tràn,
dẫn dòng qua ngưỡng tràn đang xây dựng, dẫn dòng qua đập bê tông hoặc đập đá đổ
đang xây dựng, dẫn dòng qua tràn lâu dài đã xây xong.
Hình 2.2. Các thông số thủy lực của đập tràn
Về mặt thủy lực công trình, có ba loại đập tràn sau: đập tràn thành mỏng, đập tràn thực
dụng, đập tràn đỉnh rộng. Việc phân loại đập tràn tham khảo [38]. Đập tràn thành mỏng
ít gặp trong thực tế dẫn dòng, trong luận án này không đề cập đến.
41
Công thức tổng quát tính thủy lực đập tràn:
(2-2)
(cid:2871)/(cid:2870)
Q = mb (cid:3493)2g H(cid:2868)
(2-3)
Với H(cid:2868) = H +
(cid:3118) (cid:2932)(cid:3116) (cid:2870)(cid:2917)
Trong đó: m - hệ số lưu lượng không thứ nguyên phụ thuộc vào loại đập tràn và điều
kiện thủy lực (độ co hẹp bên, dạng cửa vào thuận hay không thuận, chiều cao ngưỡng
PB so với cột nước H, độ ngập ở hạ lưu ...); b - chiều rộng tràn (theo phương vuông góc
với dòng chảy); g - hệ số gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2; H - cột nước trước tràn;
V0 - lưu tốc tới gần (Hình 2.2).
Trường hợp vận tốc đến không đáng kể v0 < (0,75÷1) m/s có thể coi H0 = H (theo
Kixeliev) [39]. Khi đó công thức tính lưu lượng như sau:
(2-4)
Q = mb (cid:3493)2g H(cid:2871)/(cid:2870)
2.4.1.2 Tính toán thủy lực qua đập tràn thực dụng
a. Tính toán thủy lực đập tràn thực dụng chảy không ngập
Công thức tính toán lưu lượng Q tính theo công thức (2-2).
(cid:2871)/(cid:2870)
Q = mb (cid:3493)2g H(cid:2868)
b. Tính toán thủy lực đập tràn thực dụng chảy ngập
Điều kiện chảy ngập khi thỏa mãn hai điều kiện sau:
Mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập: hh > P
Dòng chảy ngay sau đập là dòng chảy êm, ngập đỉnh đập, nối tiếp với hạ lưu bằng
nước nhảy ngập hoặc không có nước nhảy: (z/P) < (z/P)pg 0,75.
Lưu lượng xác định theo công thức sau:
(2-5)
(cid:2871)/(cid:2870)
Q = mσ(cid:2924)(cid:2917)b (cid:3493)2g H(cid:2868)
Trong đó: σng - hệ số ảnh hưởng ngập, chọn theo [39].
42
2.4.1.3 Tính toán thủy lực đập tràn đỉnh rộng
Đập tràn đỉnh rộng có 2 chế độ chảy là chảy không ngập và chảy ngập (Hình 2.3).
Hình 2.3. Đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập và chảy ngập
a. Tính toán thủy lực đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập
Theo Kixeliev điều kiện đập tràn chảy không ngập khi hng ≤ 1,25hk và đập tràn chảy
ngập khi hng > 1,25hk.
Công thức tính lưu lượng như sau:
(2-6)
(cid:2871)/(cid:2870)
Q = mb (cid:3493)2g H(cid:2868)
(cid:2870)
(cid:3119)
(cid:4673)
, α = (1,0 ÷ 1,1) - hệ số Coriolis, gần đúng
Trong đó: hk - độ sâu phân giới h(cid:2921) = (cid:3495)(cid:2961)
(cid:4672)(cid:2901) (cid:2912)
(cid:2917)
lấy α=1; hng - chiều sâu ngập phía hạ lưu so với đỉnh tràn.
b. Tính toán thủy lực đập tràn đỉnh rộng chảy ngập
(2-7)
Q = bh(cid:2924)(cid:2917) (cid:3495)2g(cid:3435)H(cid:2868) − h(cid:2924)(cid:2917)(cid:3439) = bh(cid:2924)(cid:2917) (cid:3493)2gz(cid:2868)
Trong đó: - hệ số lưu tốc; hng - chiều sâu ngập phía hạ lưu so với đỉnh tràn; z0 - chênh
lệch mực nước thượng hạ lưu.
Hệ số lưu lượng m và hệ số lưu tốc đối với đập tràn đỉnh rộng chọn theo [39].
43
2.4.2 Tính toán thủy lực dẫn dòng qua cống
2.4.2.1 Các chế độ chảy qua cống
Khi tháo nước qua cống, đường quan hệ lưu lượng với mực nước thượng lưu của cống
như Hình 2.4, mực nước các trường hợp chảy qua cống như Hình 2.5 [40].
Hình 2.4. Đường quan hệ lưu lượng với mực nước thượng lưu của cống
1. Chảy không áp; 2. Chảy bán áp; 3. Chảy có áp.
Hình 2.5. Sơ đồ các chế độ chảy qua cống
1-1. chảy không áp; 2-2. chảy bán áp; 3-3. chảy có áp, cửa ra chảy tự do; 4-4. chảy có áp, cửa ra ngập.
Trường hợp 1: Chảy không áp khi H0 ≤ (1,2÷1,4)Hc, mặt nước thượng lưu hạ thấp khi
vào cống và không chạm trần miệng cống, đồng thời mực nước hạ lưu tại cửa ra của
cống thấp hơn trần cống, dòng chảy qua cống như qua kênh hở (đường 1-1, Hình 2.5).
Sơ đồ này có thể xem thêm ở Hình 2.6.
Trường hợp 2: Khi H0 > (1,2÷1,4)Hc, mực nước thượng lưu chạm trần miệng cống, có
hai khả năng xảy ra:
44
2a) Mặt nước trong cống không chạm trần cống, ta có chế độ chảy bán áp, sơ đồ
thủy lực tính như chảy dưới tấm chắn cửa cống (đường 2-2, Hình 2.5);
2b) Mặt nước trong cống chạm trần cống, ta có chế độ chảy có áp, sơ đồ tính toán
thủy lực là cống chảy có áp (đường 3-4, 4-4, Hình 2.5).
Trong nội dung trên H0, Hc như ở Hình 2.5. Trị số (1,2÷1,4)Hc được chọn như sau: Cửa
vào rất thuận thì chọn 1,4Hc; không thuận chọn 1,2Hc; nếu khác thì chọn trong khoảng
(1,2÷1,4)Hc [41].
2.4.2.2 Tính toán thủy lực dẫn dòng qua cống
a. Chảy không áp
Việc tính toán thủy lực theo sơ đồ đập tràn đỉnh rộng nối tiếp với kênh (Hình 2.6).
z
H
V0
V
k h
k ® h
i (%)
L=(8-10)H
Hình 2.6. Sơ đồ tính toán thủy lực dẫn dòng qua kênh
H. Cột nước đầu kênh; z. Chênh lệch mực nước tại cửa vào kênh; hng. độ ngập sâu của mực nước hạ lưu tại cửa ra; hk. độ sâu phân giới trong kênh; i. độ dốc kênh; V0. lưu tốc tới gần; V. lưu tốc trong kênh
Sử dụng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước từ cuối kênh lên đầu kênh
có được hđk.
Đoạn đầu kênh tính như đập tràn đỉnh rộng:
(cid:2871)/(cid:2870)
(2-6)
Chảy không ngập: Q = mb (cid:3493)2g H(cid:2868)
Q
H(g2
Chảy ngập:
(2-7)
n
)h đk
o
Mực nước thượng lưu được tính theo công thức sau:
(2-8)
Ztl = Zđk+H0
Trong đó: Ztl - mực nước thượng lưu; Zđk - cao trình đáy cửa vào kênh; H0 - cột nước trước kênh.
45
b. Chảy bán áp.
Để khẳng định chảy bán áp hay có áp, thường phải tính và vẽ đường mặt nước như kênh
hở (coi như không có trần cống để tính). Nếu có nước nhảy trong cống và độ sâu liên
hiệp sau nước nhảy cao hơn trần cống thì khẳng định chảy có áp. Nếu là nước nhảy
phóng xa ra khỏi cống thì khẳng định chảy bán áp [38].
Cống chảy bán áp được tính thủy lực như chảy dưới cửa cống.
Cống dẫn dòng thường khá dài, cống chảy bán áp diễn ra trong khoảng biến thiên của
cột nước thượng lưu H không nhiều (Hình 2.4). Trong tính toán dẫn dòng thường bỏ qua
chế độ này và tính coi như chảy có áp và chấp nhận sai số nhất định [36].
c. Chảy có áp
Hình 2.7. Sơ đồ thủy lực cống chảy có áp
Lưu lượng chảy qua cống có áp được tính theo công thức 2-12 [38]:
(2-9)
Q = μω(cid:3493)2gz(cid:2868)
(2-10)
z(cid:2868) = z +
(cid:2870) αv(cid:2868) 2g
Trong đó: - hệ số lưu lượng chảy có áp của cống tính theo công thức (2-10); ω - diện
tích mặt cắt cống; z - chênh lệch mực nước thượng hạ lưu khi mực nước hạ lưu cao hơn
46
tim mặt cắt cửa ra của cống (Hình 2.7-a) hoặc chênh lệch mực nước thượng lưu so với
tim mặt cắt cửa của ra cống khi mực nước hạ lưu thấp hơn tim cửa ra cống (Hình 2.7-b).
(cid:2869)
(cid:2869)
=
μ =
(2-11)
(cid:3495)(cid:2961)(cid:2878)(cid:2954)(cid:2974)(cid:3161)(cid:2878)
(cid:3495)(cid:2961)(cid:2878)(cid:2954)(cid:2974)(cid:3161)(cid:2878)
(cid:3219)(cid:3144) (cid:3120)(cid:3150)
(cid:3118)(cid:3165)(cid:3144) (cid:3135)(cid:3118)(cid:3150)
α - hệ số sửa chữa động năng lấy giá trị (1,05÷1,10);
- tổng hệ số tổn thất dọc đường;
(cid:2870)(cid:2917)(cid:2896) (cid:2887)(cid:3118)(cid:2902)
Σξc - tổng hệ số tổn thất cục bộ [38].
2.4.3 Tính toán thủy lực dẫn dòng đồng thời qua hai hoặc nhiều công trình dẫn dòng
Các công trình thường được sử dụng đồng thời để dẫn dòng như kênh, cống, đường hầm, tràn
tạm, tràn chính, tràn đang xây dựng, đập bê tông hoặc đập đá đổ đang xây dựng... Tùy từng
công trình có điều kiện cụ thể mà người ta có thể ứng dụng kết hợp một số công trình dẫn
dòng đồng thời. Khi tính toán, cần phải xác định các điều kiện biên của bài toán là:
- Lưu lượng tháo qua các công trình phải có điều kiện mực nước thượng lưu (Ztl) và hạ
lưu (Zhl) như nhau.
- Lưu lượng xả về hạ lưu bằng tổng lưu lượng xả qua các công trình tháo nước.
(2-12)
Q = Q1 + Q2 + ... + Qn
Trong đó:
Q: Lưu lượng xả về hạ lưu
Q1, Q2, ..., Qn: Lưu lượng xả qua các công trình tháo nước
Như vậy, chúng ta phải tính đúng dần hoặc đồ giải trên cơ sở xây dựng quan hệ lưu
lượng và mực nước thượng lưu (Q ~ Ztl) của các công trình tháo nước. Để xây dựng
được biểu đồ này, việc tính toán thủ công tốn rất nhiều thời gian và công sức. Ngày nay,
với sự trợ giúp của máy tính và thuật toán phù hợp có thể giải quyết bài toán này một
cách nhanh hơn nhiều.
2.4.4 Điều tiết lũ trong dẫn dòng thi công
Thông thường, khi mực nước ở dưới thấp, bụng hồ rất nhỏ hoặc chưa hình thành thì
trong tính toán thiết kế dẫn dòng không xem xét đến điều tiết lũ. Nhưng khi công trình
47
chắn nước lên cao và lòng hồ đủ lớn sẽ có tác dụng điều tiết lũ. Việc tính toán điều tiết
lũ dựa trên cơ sở phương trình cân bằng nước:
(2-13)
∗ ∆t −
∗ ∆t
V(cid:2870) = V(cid:2869) +
(Q(cid:2869) + Q(cid:2870)) 2
(q(cid:2869) + q(cid:2870)) 2
Để tính toán điều tiết lũ cần các tài liệu đầu vào như sau:
+ Khả năng xả của công trình tháo nước Q ~ Ztl
+ Quan hệ mực nước và dung tích lòng hồ Z ~ Vhồ
+ Đường quá trình lũ ứng với tần suất thiết kế Qlũ ~ t
Tính toán điều tiết lũ thường được thực hiện theo hai phương pháp: phương pháp giải
tích (phương pháp lặp trực tiếp) và phương pháp đồ giải (phương pháp Potapop) [42].
Ngoài ra có thể tính toán theo phương pháp đơn giản hóa (Kotrerin). Luận án sử dụng
phương pháp lặp giải tích để tính toán.
2.5 Tính toán lưu tốc lớn nhất khi dẫn dòng qua đập đá đổ, đá đắp đang xây dựng
Sau khi xác định được lưu lượng tháo qua đập đang xây dựng, việc xác định diễn biến
lưu tốc dọc theo dòng chảy và lưu tốc lớn nhất rất cần thiết đề có biện pháp gia cố đối
với đập đá đổ để đảm bảo dẫn dòng qua đập đang xây dựng được an toàn. Các giá trị lưu
tốc ở đây được tính toán trung bình cho toàn bộ mặt cắt, khái niệm lưu tốc lớn nhất được
dùng ở đây cũng được hiểu là lưu tốc trung bình lớn nhất.
Để tính toán được lưu tốc tại vị trí mặt cắt cuối dốc nước và mái hạ lưu đập, sử dụng
phương trình Bernoulli cho dòng nguyên tố chất lỏng thực chảy ổn định Hình 2.8 [38].
(2-14)
+
+
z(cid:2869) + h(cid:2869). cosθ +
= z(cid:2870) + h(cid:2870). cosθ +
+ h(cid:2933)
p(cid:2869) γ
(cid:2870) v(cid:2869) 2g
p(cid:2870) γ
(cid:2870) v(cid:2870) 2g
Giá trị p1 và p2 gần như nhau, nên phương trình Bernoulli được viết lại như sau:
(2-15)
z(cid:2869) + h(cid:2869). cosθ +
= z(cid:2870) + h(cid:2870). cosθ +
+ h(cid:2933)
(cid:2870) v(cid:2869) 2g
(cid:2870) v(cid:2870) 2g
48
Hình 2.8. Biến thiên năng lượng dòng chảy ổn định khi viết phương trình Bernoulli
Trong đó: z1, z2. Chênh cao từ mặt cơ sở đến đáy mặt cắt 1-1 và 2-2; h1, h2. Độ sâu dòng chảy tại mặt cắt 1-1 và 2-2; p1, p2. Áp suất tại mặt cắt 1-1 và 2-2; v1, v2. Lưu tốc tại mặt cắt 1-1 và 2-2; . góc giữa phương thẳng đứng và phương vuông góc với dốc nước; hw. tổn thất dọc đường
Lưu tốc v2 được xác định theo phương pháp vẽ đường mặt nước bằng phương pháp sai
phân theo phương trình (2-16)
(2-16)
= i − j(cid:2930)(cid:2912)
∆E ∆l
Trong đó:
l: Khoảng cách giữa hai mặt cắt i và i+1
E: Chênh lệch tỷ năng giữa 2 mặt cắt i và i+1
(2-17)
(cid:4679)
∆E = E(cid:2919)(cid:2878)(cid:2869) − E(cid:2919) = (cid:4678)h(cid:2919)(cid:2878)(cid:2869). cosθ +
(cid:4679) − (cid:4678)h(cid:2919). cosθ +
(cid:2870) v(cid:2919)(cid:2878)(cid:2869) 2g
(cid:2870) v(cid:2919) 2g
i: độ dốc của mặt tràn
jtb: giá trị trung bình của độ dốc ma sát trong đoạn i và i+1
(2-18)
(cid:4678)
(cid:4679)
+
j(cid:2930)(cid:2912) =
1 2
(cid:2870) v(cid:2919) (cid:2870)R(cid:2919) C(cid:2919)
(cid:2870) v(cid:2919)(cid:2878)(cid:2869) (cid:2870) R(cid:2919)(cid:2878)(cid:2869) C(cid:2919)(cid:2878)(cid:2869)
49
Giả thiết các giá trị hi+1 < hi, ta tìm được khoảng cách l giữa hai mặt cắt i và i +1, tiếp
tục tính toán đến khi ∑ l(cid:2919) bằng chiều dài dốc nước.
Khi dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng, các thông số ảnh hưởng lớn đến lưu tốc lớn
nhất Vmax là lưu lượng đơn vị chảy qua đập đang xây dựng (q), chiều dài dốc nước (L)
tính từ sau ngưỡng tràn, hệ số mái dốc của dốc nước (m), chênh lệch độ cao cuối dốc
nước so với mực nước hạ lưu (H2). Sơ đồ tính toán như Hình 2.9.
Hình 2.9. Sơ đồ tính toán thủy lực qua đập đá đổ đang xây dựng
Đối với dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng, tỷ lệ chiều rộng so với chiều sâu dòng
chảy ≥ 10 lần nên tính toán thủy lực quy về bài toán phẳng.
Giá trị cột nước đầu dốc nước lấy bằng hk khi chảy từ đỉnh đập tràn xuống dốc nước.
(cid:3119)
(2-19)
h(cid:2921) = (cid:3496)
α. q(cid:2870) g
Từ đó tính được lưu tốc đầu dốc nước
(2-20)
v =
q h(cid:2921)
Chia dốc nước ra thanh 20 đoạn, chia phần mái hạ lưu thành 5 đoạn để tính toán. Từ lưu
tốc và cột nước tại đầu dốc nước, vẽ đường mặt nước và tìm giá trị lưu tốc lớn nhất Vmax
ở mái hạ lưu.
Luận án lập chương trình tính toán lưu tốc lớn nhất khi dẫn dòng qua đập đá đổ đang
xây dựng, chi tiết được trình bày ở mục 3.3.1 .
50
2.6 Kết luận chương 2
Thiết kế dẫn dòng thi công là nội dung quan trọng, nó được thể hiện xuyên suốt trong
các bước thiết kế, từ thiết kế cơ sở đến bản vẽ thi công. Nói cách khác, thiết kế dẫn dòng
thi công gắn liền với quá trình thiết kế đầu mối công trình thủy lợi, thủy điện.
Chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công liên quan mật thiết với chọn tần suất thiết kế,
chọn phương án dẫn dòng trong đó có chọn thời đoạn dẫn dòng thiết kế. Ràng buộc với
chúng là qui mô, kết cấu công trình chính và điều kiện tự nhiên nơi xây dựng. Cùng với
các công tác trên là tính toán thủy lực nhằm xác định qui mô công trình dẫn dòng.
Hiện nay, kinh nghiệm cũng như cơ sở khoa học về các nội dung này khá đầy đủ và
phong phú. Các qui định hay khuyên dùng trong các tiêu chuẩn, qui chuẩn, tài liệu khoa
học đề cập khá đầy đủ và chi tiết. Tuy vậy, vẫn còn những thách thức trong việc chọn
tần suất thiết kế và vấn đề chấp nhận rủi ro thiên tai, nhất là trong điều kiện biến đổi khí
hậu hiện nay. Đặc biệt là vấn đề tranh cãi nhiều nhất khi chọn tần suất thiết kế dẫn dòng
qua công trình chính của hầu hết các chuyên gia trong và ngoài nước.
Qui mô công trình dẫn dòng được xác định phụ thuộc vào tổng hợp nhiều yếu tố: qui
mô công trình chính, điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế - xã hội, năng lực thi công,
thời hạn xây dựng, phương án dẫn dòng... Phải thông qua tính toán so sánh kinh tế kỹ
thuật phù hợp với điều kiện cụ thể của từng phương án để lựa chọn qui mô công trình
dẫn dòng hợp lý.
Thời đoạn dẫn dòng thi công chịu ảnh hưởng nhiều của điều kiện khí tượng thủy văn,
đặc điểm kết cấu công trình, công trình dẫn dòng, năng lực thi công. Việc chọn thời
đoạn dẫn dòng hợp lý giúp giảm chi phí cho công tác dẫn dòng, thi công công trình an
toàn, đúng tiến độ.
Một trong những nội dung khó trong tính toán thiết kế dẫn dòng thi công là các bài toán
thủy lực dẫn dòng. Nội dung này cần được cụ thể và chi tiết các bước nhằm giúp cho
người thiết kế ít mắc sai lầm và tính toán nhanh đối với những công trình có khối lượng
tính đồ sộ. Trong đó, trọng tâm là các thông số thủy lực công trình bao gồm như: Lưu
lượng, mực nước, lưu tốc, các thông số hình học... đối với công trình tham gia dẫn dòng
thi công.
51
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH LỰA CHỌN HỢP LÝ QUY MÔ CÔNG TRÌNH DẪN DÒNG THI CÔNG
3.1 Nghiên cứu lựa chọn tần suất lưu lượng và thời đoạn thiết kế dẫn dòng
3.1.1 Chọn tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng theo tiêu chuẩn các quốc gia
3.1.1.1 Tiêu chuẩn của Trung Quốc
Theo Quy phạm thiết kế tổ chức thi công công trình thủy lợi thủy điện SDJ 388-89 của
Trung Quốc, công trình dẫn dòng bao gồm công trình ngăn nước và xả nước, cấp của hai
công trình này là như nhau. Việc phân cấp công trình dẫn dòng được thực hiện theo Phụ
lục 2-12 [43]. Khi lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng được thực hiện theo Bảng 3.1 [43].
Bảng 3.1. Tần suất lưu lượng thiết kế của công trình dẫn dòng
Cấp công trình dẫn dòng
Loại công trình ngăn
nước
III
IV
V
Đất đá
2% - 5%
5% - 10%
10% - 20%
Bê tông
5% - 10%
10% - 20%
20% - 33%
Trường hợp sử dụng đập đang xây dựng để cho nước tràn qua mà không có đê quai bảo
vệ, tần suất thiết kế dẫn dòng cần căn cứ vào loại hình đập và dung tích trữ lũ trước đập
khi dẫn dòng theo Bảng 3.2 [43].
Bảng 3.2. Tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng khi cho nước tràn qua đập đang xây dựng
Dung tích ngăn lũ (106m3)
Loại hình đập cho
nước tràn qua
> 100
100 - 10
< 10
Đất đá
< 1%
1% - 2%
2% - 5%
Bê tông
< 2%
2% - 5%
5% - 10%
Theo Phụ lục 2-12, việc phân cấp công trình dẫn dòng phụ thuộc vào cấp công trình
chính, mức độ ảnh hưởng khi xảy ra sự cố, số năm sử dụng công trình dẫn dòng và quy
mô công trình đê quai, việc tách 2 trường hợp công trình chính tham gia chắn nước
(Bảng 3.1) và công trình chính xả nước qua thân đập đang xây dựng (Bảng 3.2) là phù
hợp với điều kiện làm việc của công trình chính tham gia dẫn dòng.
52
3.1.1.2 Tiêu chuẩn của Nga
Theo Snhip 2.06.01-86 (CHИП 2.06.01-86), khi thiết kế công trình dẫn dòng cần phải
chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công. Trước hết cần phải biết yêu cầu về an toàn
của công trình dẫn dòng phụ thuộc vào qui mô cấp bậc của công trình dẫn dòng [44].
Thông thường cấp của công trình dẫn dòng tùy thuộc vào cấp của công trình chính. Nếu
công trình dẫn dòng thi công là công trình tạm thì lấy thấp hơn cấp của công trình chính
ít nhất 1 cấp. Nếu sử dụng công trình chính đang xây dựng phục vụ dẫn dòng thì không
lấy theo cấp công trình tạm. Tùy theo mức độ quan trọng và hậu quả nếu sự cố công
trình dẫn dòng để đề xuất chọn tần suất thỏa đáng. Việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn
dòng theo Bảng 3.3 [44].
Bảng 3.3. Tần suất thiết kế dẫn dòng thi công khi công trình chính tham gia phục vụ
dẫn dòng thi công
Tần suất theo cấp công trình chính (P)%
Thời gian sử dụng công trình
chính vào dẫn dòng (năm)
I
II
III
1
1
3
3
2
0,5
3
3
3
0,3
3
3
5
0,2
2
3
10
0,1
1
3
Theo Bảng 3.3, việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng phụ thuộc vào cấp của công
trình chính và thời gian sử dụng công trình chính vào dẫn dòng, tuy nhiên chưa nói rõ
công trình chính sử dụng vào việc chắn nước hay cho nước tràn qua.
3.1.1.3 Tiêu chuẩn của Việt Nam
Hiện nay việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng của Việt Nam được thực hiện theo
QCVN 04-05:2012/BNN&PTNT. Việc lựa chọn phụ thuộc vào cấp của công trình chính
và thời gian sử dụng công trình dẫn dòng (Bảng 3.4 [13]).
53
Bảng 3.4. Tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất để thiết kế các công trình tạm thời phục vụ công tác dẫn dòng thi công
Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để thiết kế công trình tạm thời phục vụ dẫn dòng thi công, không lớn hơn, %
Cấp công trình
Đặc biệt
Dẫn dòng trong một mùa kiệt 5
Dẫn dòng từ hai mùa kiệt trở lên 2
I
10
5
II, III, IV
10
10
Trong Bảng 3.4 còn có chú thích số 2 và số 4 kèm theo:
2) Những công trình phải dẫn dòng thi công từ hai năm trở lên, khi có luận cứ chắc chắn
nếu thiết kế xây dựng công trình tạm thời dẫn dòng thi công với tần suất quy định trong
bảng trên khi xảy ra sự cố có thể gây thiệt hại cho phần công trình chính đã xây dựng,
làm chậm tiến độ, gây tổn thất cho hạ lưu... lớn hơn nhiều so với đầu tư thêm cho công
trình dẫn dòng thì cơ quan tư vấn thiết kế phải kiến nghị tăng mức bảo đảm an toàn
tương ứng cho công trình này.
4) Khi bố trí tràn tạm xả lũ thi công qua thân đập đá đắp đang thi công phải có biện pháp
bảo đảm an toàn cho đập và công trình hồ chứa nước. Tần suất thiết kế tràn tạm trong
trường hợp này bằng tần suất thiết kế công trình.
Theo Bảng 3.4, việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng không đề cập đến việc công
trình chính có tham gia chắn nước hay không, việc lựa chọn tần suất này trong mùa lũ
chưa nói đến.
Chú thích số 2 của Bảng 3.4 không quy định rõ việc nâng cấp tần suất như thế nào. Tùy
theo mức độ quan trọng và hậu quả nếu sự cố công trình dẫn dòng để đề xuất chọn tần
suất thỏa đáng sẽ gây khó khăn cho người thiết kế và người phê duyệt thiết kế.
Chú thích số 4 của Bảng 3.4 đề cập đến vấn đề khi sử dụng thân đập đang xây dựng làm
tràn tạm. Theo chú thích này, tần suất thiết kế tràn tạm là quá an toàn, chưa phản ánh đúng
tình trạng làm việc của công trình dẫn dòng khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng ở cao
trình thấp, dung tích lòng hồ không lớn. Có thể hiểu khi tháo nước qua đập đang xây dựng
phải chọn tần suất thiết kế theo cấp bậc thiết kế đập chính, điều này chưa hợp lý.
54
Ngoài ra, các chú thích khác của Bảng 3.4 cũng không nêu rõ ảnh hưởng của dung tích
hồ tương ứng với chiều cao đập đang xây dựng. Các nội dung trên không đề cập đến
ảnh hưởng của chiều cao thực tế dẫn dòng của đập đang xây dựng cũng như dung tích
hồ tương ứng với chiều cao đó. Đây chính là cơ sở quan trọng để người thiết kế và chủ
đầu tư đánh giá rủi ro cũng như hiệu ích kinh tế kỹ thuật và xã hội.
So sánh việc phân cấp công trình hồ đập như Bảng 1 của QCVN 04-05:2012 (Phụ lục
2-13); Bảng phân cấp công trình hồ đập của Nga Snhip 2.06.01-86 và của Trung Quốc
SDJ 388-89 (Phụ lục 2-12). Về cơ bản cấp bậc công trình là tương đồng, vì vậy khi so
sánh qui định chọn tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng của các tiêu chuẩn ta thấy:
Snhip 2.06.01-86 qui định cụ thể hơn QCVN 04-05:2012 về sử dụng công trình chính
tham gia dẫn dòng;
SDJ 388-89 Qui định cụ thể hơn QCVN 04-05:2012 và Snhip 2.06.01-86 về sử dụng công
trình chính tham gia dẫn dòng. Đồng thời, SDJ 388-89 qui định phân biệt rõ công trình
chính tham gia dẫn dòng là chắn nước hay cho nước tràn qua khi đang xây dựng và độ
lớn của dung tích hồ khi đang dẫn dòng.
Trên đây là vấn đề lớn liên quan đến an toàn đập khi dẫn dòng thi công. Như vậy việc lựa
chọn tần suất thiết kế dẫn dòng theo tiêu chuẩn Việt Nam cần xem xét điều chỉnh bổ sung
cho rõ ràng hơn, phù hợp với thực tế thi công. Các phân tích chi tiết, dẫn chứng các công
trình thực tế ở các nước và Việt Nam, những đề xuất thay đổi được trình bày kỹ thêm
trong mục 4.1.4 .
3.1.2 Lựa chọn thời đoạn dẫn dòng trong điều kiện khí hậu Việt Nam
Đối với công trình có thời gian thi công lớn hơn 1 năm, cần chia làm thời đoạn mùa kiệt
và mùa lũ. Thời đoạn dẫn dòng mùa kiệt có thể không trùng với thời gian mùa kiệt của
tài liệu thủy văn. Việc lựa chọn thời đoạn mùa kiệt cần dựa vào giá trị lưu lượng lớn
nhất các tháng ứng với tần suất thiết kế, khối lượng công việc cần thực hiện, năng lực
thi công của đơn vị thi công, điều kiện tối thiểu để đảm bảo ổn định cho công trình trong
quá trình thi công.
55
Mùa lũ thường dùng công trình có khả năng tháo lớn, dùng để tháo nước trong cả mùa
lũ. Khi chọn thời đoạn, chú ý chọn thời đoạn mùa kiệt sao cho phù hợp, thời gian còn
lại trong năm sẽ là mùa lũ.
Thông thường dựa vào tài liệu thủy văn, người thiết kế sẽ chọn được thời đoạn mùa kiệt,
lưu lượng dẫn dòng thiết kế mùa kiệt là giá trị lưu lượng lớn nhất trong thời đoạn đó
ứng với tần suất thiết kế. Nếu chọn thời đoạn mùa kiệt dài, thời gian thi công sẽ nhiều,
nhưng lưu lượng thiết kế dẫn dòng sẽ lớn. Ngược lại, chọn thời đoạn mùa kiệt ngắn sẽ
cho lưu lượng thiết kế dẫn dòng nhỏ nhưng thời gian thi công mùa kiệt ít, trong khi đó
khối lượng công việc cho xử lý nền và thi công đập phần lòng sông rất lớn. Vì vậy khi
lựa chọn thời đoạn dẫn dòng mùa kiệt cần cân đối khả năng thi công và lưu lượng dẫn
dòng thiết kế mùa kiệt sao cho kinh tế nhất.
Bên cạnh đó giai đoạn gần cuối mùa kiệt thường có lũ tiểu mãn. Tùy thuộc vào từng khu
vực, có trường hợp lưu lượng lớn nhất trong tháng có lũ tiểu mãn có thể gấp 2 - 3 lần
lưu lượng lớn nhất các tháng mùa kiệt khác. Khi chọn thời đoạn dẫn dòng cần chú ý
những tháng có lũ tiểu mãn. VD: Thủy điện Hương Sơn - Hà Tĩnh, Thủy điện Bình Điền
- Thừa Thiên Huế (Phụ lục 2-15). Có 2 phương án đưa ra để xử lý trường hợp này:
Phương án 1: Lựa chọn lưu lượng lớn nhất của tháng có lũ tiểu mãn ứng với tần suất
thiết kế làm lưu lượng thiết kế dẫn dòng cho mùa kiệt. Phương án này có nhược điểm là
công trình dẫn dòng cho mùa kiệt lớn, đê quai cao, chi phí cho công tác dẫn dòng sẽ
tăng lên nhiều. Ưu điểm của phương án này là có thời gian mùa kiệt dài để thi công đập,
cường độ thi công không quá căng thẳng.
Phương án 2: Chia mùa kiệt làm 2 thời đoạn trước và sau lũ tiểu mãn. Giai đoạn 1 - Từ đầu
mùa kiệt đến trước lũ tiểu mãn chọn lưu lượng thiết kế là lớn nhất trong các tháng đó, sử
dụng để thiết kế công trình dẫn dòng. Giai đoạn 2 - Từ tháng có lũ tiểu mãn đến cuối mùa
kiệt chọn lưu lượng lớn nhất của tháng có lũ tiểu mãn làm lưu lượng thiết kế dẫn dòng.
Trong giai đoạn 2 sử dụng công trình dẫn dòng khác giai đoạn 1 (công trình dẫn nước khác,
hoặc công trình ngăn nước khác), có thể tháo được lưu lượng lớn hơn (Hình 3.1).
56
Hình 3.1. Đường quá trình mực nước thượng lưu và chiều cao đập khi dẫn dòng
Giai đoạn đầu (T1), khi lưu lượng đến nhỏ, dùng đê quai để chắn nước, giai đoạn sau
(T2) lưu lượng đến lớn thì dùng đập để chắn nước. Tiến độ thi công đập phải đảm bảo
cao hơn mực nước thượng lưu khi dùng đập chắn nước.
Phương án 2 có ưu điểm là tiết kiệm được chi phí cho công tác dẫn dòng, cống dẫn dòng
và đê quai cho giai đoạn 1 sẽ nhỏ hơn phương án 1. Nhược điểm của phương án 2 là đến
đầu giai đoạn 2 cần thi công đập đến một cao trình nhất định (sử dụng đập để chắn nước),
đảm bảo nước không tràn qua đập, việc này sẽ dẫn tới thi công đập trong giai đoạn 1
cần cường độ cao. Đối với đập có điều kiện địa chất phức tạp, khối lượng thi công trong
giai đoạn 1 nhiều thì khó có thể áp dụng phương án này.
Đối với phương án 2 có thể dùng đập chính có mặt cắt kinh tế (khi khả năng thi công
không đáp ứng được khối lượng để đạt được cao trình chống lũ thì người ta đắp một
phần đập phía thượng lưu đáp ứng yêu cầu chống lũ, phần còn lại sẽ được thi công vào
giai đoạn sau). Trường hợp này thường ứng dụng để chống lũ tiểu mãn (Hình 3.2).
Hình 3.2. Đắp đập chính theo mặt cắt kinh tế
1. Đê quai thượng lưu giai đoạn 1; 2. Đập chính chắn nước giai đoạn 2 theo dạng mặt cắt kinh tế; 3. Đê quai hạ lưu giai đoạn 1
57
Với phương án sử dụng đập chính chắn nước theo dạng mặt cắt kinh tế sẽ tiết kiệm chi
phí cho công trình dẫn dòng rất nhiều, đồng thời giảm được cường độ thi công đập ở
giai đoạn 1 của mùa kiệt khi ngăn dòng, thi công phần đập lòng sông.
Trường hợp khối lượng xử lý nền quá lớn, khối lượng đập thi công lớn, không kịp đắp đập
đến cao trình chống lũ trong một mùa kiệt thì có thể đắp phần đập lòng sông trong hai mùa
kiệt. Ở công trình Đầm Hà Động, phương án dẫn dòng không theo lối mòn dẫn dòng trong
một mùa kiệt mà thi công phần đập lòng sông trong hai mùa kiệt. Mùa kiệt năm trước tiến
hành ngăn dòng, đắp đê quai thượng hạ lưu, đào móng đập, đổ bê tông chân khay, xử lý
chống thấm, đắp đập đến cao trình lòng sông cũ, gia cố tạm bề mặt. Mùa lũ cho nước chảy
qua phần đập lòng sông đã thi công. Mùa kiệt năm sau lại đắp đê quai thượng hạ lưu, bóc
bỏ lớp gia cố bề mặt, thi công đập đến cao trình chống lũ cho năm đó.
Trường hợp này, nếu thi công trong 1 mùa kiệt dẫn đến cường độ thi công vượt lũ rất
căng thẳng, sẽ khó thực hiện hoặc không an toàn. Phương án dùng hai mùa kiệt để thi
công phần đập lòng sông giúp giảm cường độ thi công đắp đập, đồng thời chọn thời
đoạn dẫn dòng mùa kiệt ngắn hơn, vào những tháng có lưu lượng đến nhỏ, giúp tiết kiệm
rất nhiều chi phí dành cho công trình dẫn dòng.
Qua các phân tích ở trên cho thấy chế độ dòng chảy mùa kiệt ở Việt Nam theo các khu
vực vùng miền là khác nhau. Có thể sử dụng phương án chia mùa kiệt thành các thời
đoạn nhỏ, sử dụng cùng một công trình dẫn nước và giải quyết yêu cầu về công trình
chắn nước, cũng có thể dùng phương án thi công phần đập lòng sông trong hai mùa kiệt
như công trình Hà Động. Lựa chọn thời đoạn dẫn dòng hợp lý sẽ giúp tiết kiệm rất nhiều
chi phí dành cho công trình dẫn dòng mà vẫn đảm bảo thi công công trình an toàn, hiệu
quả.
3.1.3 Xác định lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công
Lưu lượng thiết kế dẫn dòng là lưu lượng lớn nhất trong thời đoạn dẫn dòng thi công
ứng với tần suất thiết kế dẫn dòng. Như ở Chương 2 đã phân tích, mỗi thời đoạn dẫn
dòng thi công sử dụng một sơ đồ dẫn dòng và qui mô công trình dẫn dòng. Do đó, mỗi
thời đoạn phải chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng. Đối với phương án dẫn dòng cho công
trình từ khi khởi công đến khi hoàn thành trong nhiều năm sẽ trải qua nhiều thời đoạn
58
dẫn dòng thi công. Lưu lượng thiết kế dẫn dòng, trong các thời đoạn cơ bản là khác
nhau, là cơ sở để xác định qui mô cũng như thiết kế các hạng mục công trình dẫn dòng.
Lưu lượng thiết kế dẫn dòng được xác định phụ thuộc vào tần suất thiết kế dẫn dòng và
thời đoạn dẫn dòng.
(3-1)
QP = f(P, T)
3.2 Lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công và điều tiết lũ
3.2.1 Lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công qua cống
Trong quá trình lập chương trình tính toán thủy lực, ứng với các chế độ chảy khác nhau
của công trình tháo sẽ sử dụng công thức tính lưu lượng khác nhau. Về bản chất thủy
lực thì dòng chảy không thay đổi chế độ đột ngột, trong khi đó, các công thức bán thực
nghiệm áp dụng tại các điểm chuyển tiếp cột nước sẽ cho hai kết quả khác nhau về giá
trị lưu lượng. Vì vậy cần xử lý về mặt thuật toán tại những vị trí này nhằm thuận lợi cho
tính toán nhưng không gây sai khác lớn đến kết quả [45]. Việc xử lý này đặc biệt cần
thiết phục vụ cho tính toán thử dần khi dẫn dòng đồng thời qua nhiều công trình tháo.
3.2.1.1 Xử lý thuật toán chuyển tiếp chảy ngập và chảy không ngập
Hình 3.3. Tương quan Q~H khi chuyển tiếp chảy ngập sang chảy không ngập
59
Sau khi vẽ đường mặt nước từ hạ lưu cống lên, tính được chiều sâu cột nước sau cửa
vào cống hđc. Theo [38] khi hđc ≥ 1,25hk, cống chảy ngập, khi hđc < 1,25hk cống chảy
không ngập. Trong khi tính toán cần có phạm vi chuyển tiếp giữa hai chế độ này (Hình
3.3).
Trong chương trình tính toán, chọn các chế độ chảy như sau:
hđc ≥ 1,3hk: chảy ngập.
1,2 hk < hđc < 1,3hk: chảy chuyển tiếp ngập
hđc ≤ 1,2hk: chảy không ngập
Khi cống chảy ở chế độ chuyển tiếp, lưu lượng và cột nước được tính nội suy với 2 điểm
A (HA, QA), B (HB, QB). Trong đó HA, QA được tính với công thức chảy ngập ứng với
trường hợp hđk = 1,3hk; HB, QB được tính với công thức chảy không ngập ứng với trường
hợp hđk = 1,2hk.
3.2.1.2 Xử lý thuật toán chuyển tiếp chảy không áp sang có áp
Hình 3.4. Tương quan Q~H0 khi chuyển tiếp chảy không áp sang chảy có áp
60
Theo mục 2.4.2.1 , khi H0 ≤ (1,2 ÷ 1,4)Hc cống chảy không áp (trong đó Hc là chiều cao
của cống), lựa chọn trị số 1,2 ÷ 1,4 tùy thuộc vào độ thuận của cửa vào. Khi cửa vào
không thuận chọn 1,2, khi cửa vào rất thuận chọn 1,4. Khi H0 ≥ (1,2 ÷ 1,4)Hc cống chảy
bán áp hoặc có áp, việc cống chảy bán áp hoặc có áp phụ thuộc vào độ dài của cống và
cột nước thượng lưu cống.
Đối với dẫn dòng thi công, phạm vi chảy bán áp của cống không lớn, trong tính toán có thể
bỏ qua giai đoạn chảy bán áp. Trong khi tính toán cần có phạm vi chuyển tiếp giữa hai chế
độ chảy không áp và có áp để đảm bảo tính liên tục của quan hệ Q~H0.
Giả sử chọn trị số 1,25Hc (Hình 3.4), khi H0 ≤ 1,25Hc lưu lượng chảy qua cống được tính
với chảy không áp (điểm D), khi H0 > 1,25Hc lưu lượng chảy qua cống được tính với chảy
có áp (điểm F). Như vậy có sự thay đổi lớn về lưu lượng khi cột nước H0 > 1,25Hc.
Tác giả đề xuất chọn vị trí giao nhau giữa biểu đồ cống chảy không áp và chảy có áp
(điểm E) làm giới hạn tính chuyển tiếp. Cách tính như sau:
Khi H0 ≤ (1,2 ÷ 1,4)Hc tính theo công thức chảy không áp. Việc chọn giá trị 1,2 ÷ 1,4
phụ thuộc vào độ thuận của cửa vào.
Khi HD < H0 < HE tính nội suy Q~H0 theo HD, QD, HE, QE
Khi H0 > HE tính theo công thức chảy có áp.
Về mặt lý thuyết, khi tính theo cách này chưa phù hợp với lý thuyết của Hứa Hạnh Đào,
tuy nhiên việc xử lý chuyển tiếp như thế này làm cho quan hệ Q~H0 được thay đổi liên
tục, thuận lợi cho tính toán thử dần bằng chương trình tính toán. Bên cạnh đó, trong
đoạn chuyển tiếp (DE), cột nước tính toán sẽ lớn hơn cột nước theo công thức tính chảy
có áp, như vậy sẽ an toàn hơn cho công tác dẫn dòng.
3.2.1.3 Tính thủy lực qua cống
Số liệu đầu vào:
c (m)
+ Quan hệ Q~Zhl
+ Cao trình cửa vào cống Zcv
dd (m3/s)
+ Lưu lượng thiết kế dẫn dòng Qtk
+ Chiều dài cống Lc (m)
61
+ Chiều rộng cống Bc (m)
+ Độ dốc cống ic
+ Chiều cao cống Hc (m)
+ Hệ số nhám cống nc
Các bước tính toán:
c
+ Tính cao trình cửa ra cống Zcr
dd;
+ Tính các giá trị lưu lượng chảy qua cống Q(i): 0,1Qtk
dd; 0,2Qtk
dd; …; Qtk
dd; 1,1Qtk
1,2Qtk
dd. (Việc tính các giá trị như thế này giúp vẽ được đường quan hệ Q(i) ~ Ztl(i) của
cống, phục vụ thuận tiện cho việc tra cứu sử dụng kết quả tính toán).
+ Ứng với mỗi giá trị Q(i), thực hiện các bước sau:
- Tìm phạm vi chảy ngập, chuyển tiếp ngập, không áp, chuyển tiếp có áp, có áp
- Nội suy mực nước hạ lưu ứng với từng lưu lượng (Zhl), từ đó tính độ sâu mực
nước hạ lưu so với đáy cửa ra cống (hn)
- Vẽ đường mặt nước từ cuối cống lên đầu cống
- Xác định chế độ chảy trong cống ứng với từng giá trị Qi, tính cột nước trước cống:
Chảy ngập: Dùng công thức tính lưu lượng chảy qua đập tràn đỉnh rộng chảy ngập (2-7)
Chuyển tiếp chảy ngập: nội suy tìm cột nước trong phạm vi chảy chuyển tiếp ngập.
Chảy không áp: Dùng công thức tính lưu lượng chảy qua đập tràn đỉnh rộng (2-6)
Chuyển tiếp có áp: nội suy tìm cột nước trong phạm vi chảy chuyển tiếp có áp
Chảy có áp: Dùng công thức tính lưu lượng chảy qua cống có áp (2-9)
- Tính mực nước thượng lưu Ztl(i) = Zcv
c + H0.
+ Xuất kết quả Q(i) ~ Ztl(i)
Sơ đồ khối tính toán thủy lực dẫn dòng qua cống như Hình 3.5. Giao diện của chương
trình tính trình bày trong Phụ lục 4-1.
62
Hình 3.5. Sơ đồ khối tính thủy lực dẫn dòng qua cống
63
3.2.2 Lập chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công đồng thời qua đập đang xây dựng và cống
Số liệu đầu vào:
+ Quan hệ Q~Zhl
+ Chiều rộng cống Bc (m)
dd (m3/s)
+ Lưu lượng thiết kế dẫn dòng Qtk
+ Chiều cao cống Hc (m)
+ Chiều rộng tràn Btr (m)
c (m)
+ Cao trình cửa vào cống Zcv
tr (m)
+ Cao trình ngưỡng tràn Zcv
+ Chiều dài cống Lc (m)
+ Độ dốc tràn itr
+ Độ dốc cống ic
+ Chiều dài tràn Ltr (m)
+ Hệ số nhám cống nc
Các bước tính toán:
+ Tính cao trình cửa ra của đập đang xây dựng (tràn), cao trình cửa ra của cống
dd;
+ Tính các giá trị lưu lượng chảy qua tràn và cống Q(i): 0,1Qtk
dd; 0,2Qtk
dd; …; Qtk
1,1Qtk
dd; 1,2Qtk
dd. (Việc tính các giá trị như thế này giúp vẽ được đường quan hệ Q(i) ~ Ztl(i),
phục vụ thuận tiện cho việc tra cứu sử dụng kết quả tính toán)
+ Ứng với mỗi giá trị Q(i), thực hiện các bước sau:
- Nội suy mực nước hạ lưu Zhl, từ đó tính độ sâu mực nước hạ lưu so với đáy cửa
tr
ra cống, tràn hn
c, hn
- Tìm khoảng chảy ngập, chuyển tiếp ngập, không áp, chuyển tiếp có áp, có áp của cống.
gt, kiểm tra chế độ chảy của cống, tính lưu
- Giả thiết mực nước thượng lưu Ztl
lượng chảy qua cống Qc:
Chảy ngập: Dùng công thức tính lưu lượng chảy qua đập tràn đỉnh rộng chảy ngập (2-7)
Chuyển tiếp chảy ngập: nội suy tìm cột nước trong phạm vi chảy chuyển tiếp ngập.
Chảy không áp: Dùng công thức tính lưu lượng chảy qua đập tràn đỉnh rộng (2-6)
64
Chuyển tiếp có áp: nội suy tìm cột nước trong phạm vi chảy chuyển tiếp có áp
Chảy có áp: Dùng công thức tính lưu lượng chảy qua cống có áp (2-9)
(Khi lưu lượng nhỏ, cống đủ dẫn hết lưu lượng mà mực nước thượng lưu chưa
dâng lên đến cao trình đáy tràn thì lưu lượng qua tràn = 0. Khi lưu lượng lớn, mực
nước thượng lưu cống dâng lên đến cao trình đáy tràn thì tràn bắt đầu làm việc).
tr và kiểm tra chế độ chảy ngập hay không ngập
- Tính độ sâu phân giới của tràn hk
của tràn.
- Tính lưu lượng chảy qua tràn Qtr:
Đập tràn thực dụng chảy không ngập: Tính theo công thức (2-4)
Đập tràn thực dụng chảy ngập: Tính theo công thức (2-5)
Đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập: Tính theo công thức (2-6)
Đập tràn đỉnh rộng chảy ngập: Tính theo công thức (2-7)
- Tính thử dần cho đến khi Qc + Qtr Q(i) thì dừng lại.
gt
- Mực nước thượng lưu Ztl(i) = Ztl
+ Xuất kết quả Q(i) ~ Ztl(i)
Sơ đồ khối tính toán thủy lực dẫn dòng qua đập đang xây dựng và cống như Hình 3.6. Giao
diện của chương trình tính trình bày trong Phụ lục 4-2.
3.2.3 Lập chương trình tính toán điều tiết lũ
Số liệu đầu vào:
+ Đường quan hệ lũ đến (Q~t)
+ Đường quan hệ Cao trình ~ Dung tích lòng hồ (Z~V)
+ Đường quan hệ Lưu lượng xả kết hợp ~ Mực nước thượng lưu (Qi~Ztl)
+ Cao trình ngưỡng cống, ngưỡng tràn.
65
Hình 3.6. Sơ đồ khối tính thủy lực dẫn dòng qua đập đang xây dựng và cống
66
Các bước tính toán:
Lập bảng tính như Bảng 3.5
+ Xác định thời đoạn tính toán (cột 2)
+ Xác định giá trị lũ đến bằng cách nội suy quan hệ Q~t (cột 3)
+ Giả thiết giá trị qgt2 (cột 4)
+ Tính giá trị dung tích hồ (cột 5) theo công thức:
∗ ∆t −
∗ ∆t
V(cid:2870) = V(cid:2869) +
(Q(cid:2869) + Q(cid:2870)) 2
(q(cid:2869) + q(cid:2870)) 2
+ Tìm mực nước thượng lưu bằng cách nội suy quan hệ Z~V hồ (cột 6)
+ Tìm lưu lượng xả qtt2 bằng cách nội suy quan hệ Qi~Ztl (cột 7)
+ Tính thử dần đến khi qgt2 qtt2 (sai số 0) (cột 8)
Lặp lại các bước trên đến khi tính toán hết các thời đoạn tính toán.
Chú ý: Thời đoạn đầu tiên có thông số dung tích và cao trình ứng với giá trị nhỏ nhất
của cao trình đáy cống (Zđáy cống) và cao trình đáy tràn (Zđáy tràn).
Từ bảng tính toán điều tiết xác định được Qmax, qmax, Vkh, Ztl
Bảng 3.5. Bảng tính toán điều tiết lũ
t Q V Z qgt qtt TT Sai số (h) (m3/s) (m3/s) (106 m3) (m) (m3/s)
( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) ( 8 )
0 0,00 0,00 0,00 3,01 222,00 0,00 0,00
1 2,50 10,32 0,61 3,06 222,03 0,61 0,00
2 5,00 26,86 2,73 3,21 222,16 2,73 0,00
Sơ đồ khối tính toán điều tiết lũ như Hình 3.7. Giao diện của chương trình tính trình bày
trong Phụ lục 4-4. Mã code chương trình tính trình bày trong Phụ lục 4-5.
67
… … … … … … … …
Hình 3.7. Sơ đồ khối tính điều tiết lũ
68
3.2.4 Kiểm định chương trình tính toán thủy lực
Với chương trình tính toán thủy lực lập được, tiến hành tính toán cho công trình thủy
điện Lai Châu, so sánh với kết quả thí nghiệm mô hình được lập bởi Viện Năng Lượng
[46] để kiểm định chương trình tính toán thủy lực.
3.2.4.1 Kiểm định chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công qua cống
Luận án tính toán với các thông số công trình như Phụ lục 3-1, n = 0,95; mc= 0,34; c=
0,81, kết quả tính toán như Bảng 3.6.
Bảng 3.6. Dẫn dòng thi công qua cống - So sánh kết quả thí nghiệm mô hình với tính toán bằng chương trình
TNMH
TT
TT
TNMH Ztl
TNMH
TNMH Tính toán Ztl TT - Q TT Ký hiệu Ztl Chế độ (m3/s) Zhl Zhl Ztl chảy
1 DD-C1-194 400 201,57 205,22 201,57 205,06 Không áp -0,16
2 DD-C2-194 1.500 202,02 213,47 202,02 213,57 Không áp 0,10
3 DD-C3-194 3.000 206,11 221,86 206,11 221,83 Ch. tiếp -0,03
4 DD-C4-194 4.500 209,38 229,34 209,38 229,09 Ch. tiếp -0,25
Kết quả tính toán bằng chương trình tính toán thủy lực sai khác không nhiều so với kết
quả thí nghiệm mô hình.
3.2.4.2 Kiểm định chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng thi công qua đập đang xây dựng và cống
Luận án tính toán với các thông số công trình như Phụ lục 3-3, mc = 0,34; c= 0,81; nc
= 0,95; mtr = 0,32; tr = 0,90, kết quả tính toán như Bảng 3.7.
Kết quả tính toán bằng chương trình tính toán thủy lực sai khác không nhiều so với kết
quả thí nghiệm mô hình.
Chương trình tính toán thủy lực được lập có độ chính xác cao, có thể sử dụng để tính
toán ứng với các thông số khác của công trình nhằm xác định quan hệ Q ~ Ztl khi dẫn
dòng qua cống, đập đang xây dựng và cống, đồng thời xác định được lưu lượng tháo
qua từng công trình.
69
5 DD-C5-194 5.500 209,57 237,73 209,57 238,00 Có áp 0,27
Bảng 3.7. Dẫn dòng thi công qua đập đang xây dựng và cống - So sánh kết quả thí nghiệm mô hình với tính toán bằng chương trình
TT -
TT
TT
TNMH Ztl
TNMH Zhl
TT Qcống
TT QTràn
TNMH
Ztl TNMH Tính toán Q Ký hiệu Ztl TT (m3/s) Zhl Ztl
1 DD1-TR+C1-194 10.196 216,35 236,58 216,35 236,25 4.666 5.571 -0,33
2 DD1-TR+C2-194 10.690 216,54 236,80 216,54 237,03 4.735 5.977 0,23
3 DD1-TR+C3-215 10.196 217,31 236,62 217,31 236,62 4.540 5.760 0,00
3.3 Lựa chọn các thông số khi dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng
Đối với đập đá đổ đang xây dựng dở được sử dụng để tháo nước thi công, những nhân
tố chính đã được trình bày trong mục 2.3.2 gồm lưu lượng thiết kế công trình dẫn dòng,
cao trình cửa vào, chiều rộng tràn nước, chiều dài dốc nước, hệ số mái dốc của dốc nước,
chênh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu và lưu lượng thiết kế công
trình dẫn dòng.
Để lựa chọn các thông số khi dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng, cần xác định mối
liên hệ giữa lưu lượng đơn vị, chiều dài dốc nước, hệ số mái dốc của dốc nước, chênh
lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu với lưu tốc lớn nhất trên bề mặt đập
đang xây dựng.
3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công trình đến lưu tốc lớn nhất
3.3.1.1 Xác định lưu tốc trên bề mặt đập đá đổ đang xây dựng khi dẫn dòng
Tính toán vận tốc lớn nhất trên bề mặt của đập đá đổ đang xây dựng khi dẫn dòng ứng
với các giá trị lưu lượng đơn vị (q), hệ số mái dốc của dốc nước (m, chiều dài dốc nước
(L) và chênh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu (H2) như Bảng 3.8.
Các thông số khác được lấy như sau:
Hệ số mái hai bên dốc nước: mxd = 1,5
Độ nhám thủy lực của đá đổ:
n = 0,031
Chiều rộng tràn nước của đập: B = 100m
70
4 DD1-TR+C4-215 10.690 217,31 237,22 217,31 237,32 4.622 6.130 0,10
Bảng 3.8. Thông số đầu vào tính toán Vmax
q L H2 STT m (m3/s.m) (m) (m)
10 16 50 0 1
15 14 100 5 2
20 12 150 10 3
25 10 200 15 4
30 8 5
35 6 6
Tính toán mẫu cho trường hợp q = 30m3/s.m, m = 8, L = 100m, H2 = 5m. Kết quả tính
toán như Bảng 3.9 và Hình 3.8.
Hình 3.8. Đường mặt nước và diễn biến lưu tốc trên bề mặt đập đá đổ đang xây dựng khi dẫn dòng
71
40 4 7
Bảng 3.9. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trên bề mặt đập đá đổ đang xây dựng khi dẫn dòng
TT h R V V2/2g E C J L Jtb i - Jtb E L
(m) ( m2) (m) (m) ( m/s) (m) (m) (m) (m) (m)
0 4,51 451,02 109,02 4,14 6,65 2,26 6,77 40,87 0,00640 0,00
1 3,42 342,42 106,85 3,20 8,76 3,91 7,34 39,17 0,01561 0,01101 0,11399 0,57127 5,01 5,01
2 3,10 310,22 106,20 2,92 9,67 4,77 7,87 38,57 0,02153 0,01857 0,10643 0,53235 5,00 10,01
3 2,89 289,32 105,79 2,73 10,37 5,48 8,37 38,15 0,02702 0,02427 0,10073 0,50456 5,01 15,02
4 2,74 273,92 105,48 2,60 10,95 6,11 8,85 37,82 0,03229 0,02966 0,09534 0,47954 5,03 20,05
5 2,62 261,92 105,24 2,49 11,45 6,69 9,31 37,55 0,03738 0,03484 0,09016 0,45306 5,02 25,08
6 2,52 252,22 105,04 2,40 11,89 7,21 9,73 37,33 0,04229 0,03984 0,08516 0,42723 5,02 30,09
7 2,44 244,12 104,88 2,33 12,29 7,70 10,14 37,14 0,04705 0,04467 0,08033 0,40548 5,05 35,14
8 2,37 237,32 104,75 2,27 12,64 8,15 10,52 36,97 0,05161 0,04933 0,07567 0,37945 5,01 40,16
9 2,31 231,42 104,63 2,21 12,96 8,57 10,88 36,82 0,05604 0,05383 0,07117 0,36161 5,08 45,24
10 2,26 226,32 104,53 2,17 13,26 8,96 11,22 36,69 0,06029 0,05817 0,06683 0,33940 5,08 50,31
11 2,22 221,92 104,44 2,12 13,52 9,31 11,53 36,58 0,06429 0,06229 0,06271 0,31467 5,02 55,33
12 2,18 218,02 104,36 2,09 13,76 9,65 11,83 36,47 0,06814 0,06621 0,05879 0,29724 5,06 60,39
13 2,15 214,52 104,29 2,06 13,99 9,97 12,11 36,38 0,07185 0,06999 0,05501 0,28250 5,14 65,52
14 2,11 211,42 104,23 2,03 14,19 10,26 12,38 36,29 0,07536 0,07361 0,05139 0,26348 5,13 70,65
72
15 2,09 208,72 104,17 2,00 14,37 10,53 12,62 36,22 0,07861 0,07699 0,04801 0,24025 5,00 75,66
TT h R V V2/2g E C J L Jtb i - Jtb E L
(m) ( m2) (m) (m) ( m/s) (m) (m) (m) (m) (m)
16 2,06 206,22 104,12 1,98 14,55 10,79 12,85 36,15 0,08178 0,08019 0,04481 0,23187 5,17 80,83
17 2,04 204,02 104,08 1,96 14,70 11,02 13,06 36,09 0,08471 0,08324 0,04176 0,21190 5,07 85,90
18 2,02 202,02 104,04 1,94 14,85 11,24 13,26 36,03 0,08749 0,08610 0,03890 0,19930 5,12 91,03
19 2,00 200,22 104,00 1,93 14,98 11,44 13,45 35,98 0,09010 0,08879 0,03621 0,18502 5,11 96,14
20 1,99 198,62 103,97 1,91 15,10 11,63 13,61 35,93 0,09250 0,09130 0,03370 0,16911 101,16 5,02
21 1,91 191,12 103,82 1,84 15,70 12,56 14,47 35,71 0,10496 0,09873 0,56793 0,85558 1,51 102,66
22 1,85 184,62 103,69 1,78 16,25 13,46 15,31 35,51 0,11760 0,11128 0,55539 0,83493 1,50 104,17
23 1,79 178,92 103,58 1,73 16,77 14,33 16,12 35,33 0,13037 0,12398 0,54268 0,81422 1,50 105,67
24 1,74 173,82 103,48 1,68 17,26 15,18 16,92 35,17 0,14337 0,13687 0,52980 0,80227 1,51 107,18
Giá trị lưu tốc lớn nhất là 17,73 m/s.
73
25 1,69 169,22 103,38 1,64 17,71 35,02 0,15659 0,14998 0,51668 0,79072 1,53 108,71 17,73 16,02
3.3.1.2 Kiểm định chương trình tính lưu tốc lớn nhất trên bề mặt đập đá đổ đang xây dựng khi dẫn dòng
Tính toán so sánh kết quả của chương trình tính lưu tốc trên dốc nước với phần mềm
Flow 3D với 3 trường hợp như Bảng 3.10.
Bảng 3.10. Các trường hợp tính kiểm định chương trình
q L H2 TH m (m3/s.m) (m) (m)
TH1 25 4 100 15
TH2 30 8 150 0
Kết quả tính toán được trình bày trong Phụ lục 5-13, Phụ lục 5-14, Phụ lục 5-15. Tổng
hợp kết quả tính như Hình 3.9, Hình 3.10, Hình 3.11. Kết quả của chương trình tính lưu
tốc trên dốc nước sai khác so với tính toán bằng phần mềm Flow 3D nhỏ hơn 4% là chấp
nhận được. Chương trình tính đủ tin cậy để tính toán lưu tốc lớn nhất trên bề mặt đập đá
đổ đang xây dựng khi dẫn dòng.
Hình 3.9. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước - TH1
74
TH3 35 10 200 5
Hình 3.10. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước - TH2
Hình 3.11. Kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước - TH3
75
3.3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số mái dốc của dốc nước đến lưu tốc lớn nhất
Chọn chiều dài dốc nước L = 150m, chênh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước
hạ lưu H2 = 0m, thay đổi giá trị lưu lượng đơn vị (q), hệ số mái dốc của dốc nước (m
như Bảng 3.8, được kết quả tính toán như Bảng 3.11 và Hình 3.12.
Bảng 3.11. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp L = 150m, H2 = 0m
16 14 12 10 8 6 4 m q (m3/s.m)
8,7 9,1 9,5 10,1 10,8 11,8 13,4 10
10,1 10,6 11,1 11,7 12,6 13,7 15,6 15
11,2 11,7 12,2 13,0 13,9 15,2 17,3 20
12,1 12,6 13,2 14,0 15,0 16,5 18,8 25
12,8 13,3 14,0 14,8 15,9 17,5 20,0 30
13,4 13,9 14,6 15,5 16,7 18,3 21,0 35
Hình 3.12. Quan hệ Q ~ Vmax trường hợp L = 150m, H2 = 0m
76
13,9 14,5 15,2 16,1 17,3 19,1 21,8 40
Nhận xét: Khi thay đổi hệ số mái của dốc nước, lưu tốc lớn nhất tăng lên và tăng nhanh
khi m = 4. Với xu hướng tăng mạnh như vậy, đối với dốc nước có chiều dài lớn cần hạn
chế dùng hệ số mái của dốc nước nhỏ để hạn chế lưu tốc lớn nhất xuất hiện trên dốc nước.
3.3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài dốc nước đến lưu tốc lớn nhất
Chọn hệ số mái dốc của dốc nước m, chênh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực
nước hạ lưu H2 = 0m, thay đổi giá trị lưu lượng đơn vị (q), chiều dài dốc nước (L) như
Bảng 3.8, được kết quả tính toán như Bảng 3.12 và Hình 3.13.
Bảng 3.12. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp m = 8, H2 = 0m
L (m) 50 100 150 200 q (m3/s.m)
10,1 10,7 10,8 10,9 10
11,3 12,3 12,6 12,6 15
12,1 13,5 13,9 14,1 20
12,8 14,4 15,0 15,3 25
13,3 15,1 15,9 16,3 30
13,7 15,7 16,7 17,1 35
Hình 3.13. Quan hệ Q ~ Vmax trường hợp m = 8, H2 = 0m
77
14,1 16,2 17,3 17,9 40
Nhận xét: Khi lưu lượng đơn vị nhỏ, việc thay đổi chiều dài dốc nước ít ảnh hưởng đến
lưu tốc lớn nhất. Khi lưu lượng đơn vị lớn, chiều dài dốc nước ảnh hưởng nhiều hơn đến
lưu tốc lớn nhất. Việc kéo dài dốc nước có thể áp dụng với lưu lượng đơn vị q < 25 m3/s.m, với lưu lượng đơn vị lớn hơn nên mở rộng chiều rộng tràn nước để giảm lưu tốc
lớn nhất ở trên dốc nước.
3.3.1.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của chênh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu đến lưu tốc lớn nhất
Chọn hệ số mái dốc của dốc nước m, chiều dài dốc nước L = 150, thay đổi giá trị
lưu lượng đơn vị (q), chênh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu (H2) như
Bảng 3.8, được kết quả tính toán như Bảng 3.13 và Hình 3.14.
Bảng 3.13. Kết quả tính lưu tốc lớn nhất trường hợp m = 8, L = 150m
H2 (m) 0 5 10 15 q (m3/s.m)
10,8 13,7 15,4 16,4 10
12,6 15,3 17,1 18,3 15
13,9 16,5 18,4 19,7 20
15,0 17,5 19,4 20,7 25
15,9 18,3 20,2 21,6 30
16,7 19,0 20,9 22,3 35
Hình 3.14. Quan hệ Q ~ Vmax trường hợp m = 8, L = 150m
78
17,3 19,6 21,5 23,0 40
Nhận xét: Khi chênh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu tăng lên thì lưu
tốc lớn nhất tăng lên với mức độ tương tự nhau ở cả cấp lưu lượng đơn vị nhỏ và cấp
lưu lượng đơn vị lớn. Cần giảm nhỏ chênh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước
hạ lưu để hạn chế độ tăng thêm của lưu tốc lớn nhất.
3.3.1.6 Nhận xét chung
Khi lưu lượng đơn vị (q) tăng, lưu tốc lớn nhất (Vmax) trên mặt đập cũng tăng. Khi lưu
lượng đơn vị q tăng 5m3/s.m từ 5 m3/s.m lên đến 10 m3/s.m, mức độ thay đổi lưu tốc lớn
hơn so với các mức tăng 5m3/s.m ở các cấp sau. Nguyên nhân do ma sát giữa dòng chảy
với bề mặt của dốc nước ở cấp lưu lượng nhỏ thay đổi nhiều hơn ở cấp lưu lượng lớn.
a) L = 50m; H2 = 0m
b) L = 200m; H2 = 0m
c) L = 50m; H2 = 15m
d) L = 200m; H2 = 15m
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thông số m, H2 đến lưu tốc lớn nhất
79
Với cùng một chiều dài dốc nước, lưu lượng đơn vị, lưu tốc lớn nhất Vmax phụ thuộc vào
hệ số mái dốc của dốc nước. Hệ số mái dốc của dốc nước càng nhỏ thì lưu tốc Vmax càng
lớn Hình 3.15 (a), (b). Khi m < 6, H2 = 0m, đường quan hệ lưu tốc lớn nhất với lưu
lượng đơn vị nằm tách hẳn so với các trường hợp khác. Vì vậy cần hạn chế sử dụng hệ
số mái dốc của dốc nước m < 6.
Xem xét mức độ ảnh hưởng của chiều cao H2 trên Hình 3.15 nhận thấy khi chiều dài
dốc nước nhỏ (L = 50m), chiều cao H2 ảnh hưởng rõ rệt đến lưu tốc lớn nhất (trường
hợp (a) Vmax = 17,5 m/s, trường hợp (c) Vmax = 23,1 m/s). Khi chiều dài dốc nước lớn
(L = 200m) thì chiều cao H2 ảnh hưởng ít hơn đối với lưu tốc lớn nhất (trường hợp (b)
Vmax = 22,4 m/s, trường hợp (d) Vmax = 25,9 m/s).
a) m = 16; H2 = 0m
b) m = 16; H2 = 0m
c) m = 4; H2 = 15m
d) m = 4; H2 = 15m
Hình 3.16. Ảnh hưởng của thông số L, H2 đến lưu tốc lớn nhất
80
Trong hình Hình 3.16, thông số chiều dài dốc nước ảnh hưởng tới lưu tốc lớn nhất khi H2 = 0 (trường hợp (a) Vmax ứng với q = 40 m3/s.m là 11,7 m/s; 14,3 m/s; trường hợp (b) Vmax ứng với q = 40 m3/s.m là 17,5 m/s; 22,4 m/s). Tuy nhiên khi H2 = 15m, chiều dài
này ảnh hưởng rất ít đến sự thay đổi của lưu tốc lớn nhất (trường hợp (c) Vmax ứng với q = 40 m3/s.m là 20,4 m/s; 21,5 m/s; trường hợp (d) Vmax ứng với q = 40 m3/s.m là 23,1
m/s; 25,9 m/s).
Từ Hình 3.15 và Hình 3.16 nhận thấy chiều cao H2 có ảnh hưởng mạnh đến lưu tốc lớn
nhất trên dốc nước, vì vậy khi lựa chọn thông số công trình đập đang xây dựng để dẫn
dòng cần hạn chế tăng cao H2, thậm chí để H2 < 0 (cửa ra của dốc nước thấp hơn mực
nước hạ lưu) như Hình 3.17 để thuận lợi cho nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu đập đá đổ
đang xây dựng phục vụ dẫn dòng.
Hình 3.17. Lựa chọn thông số đập đá đổ đang xây dựng phục vụ dẫn dòng
Qua Hình 3.15 và Hình 3.16, lựa chọn thông số lưu lượng đơn vị (q) nhỏ sẽ thuận lợi cho
việc gia cố vì lưu tốc lớn nhất không cao, tuy nhiên lựa chọn q nhỏ sẽ làm tăng chiều rộng công trình đập đang xây dựng lên rất nhiều. Tác giả đề xuất lựa chọn q = (20 - 35) m3/s.m
để từ đó lựa chọn chiều rộng công trình đập đang xây dựng để dẫn dòng cho phù hợp.
3.3.1.7 Tổng hợp các phương án tính toán lưu tốc lớn nhất
Với các số liệu trong Bảng 3.8, tính toán lần lượt các giá trị lưu tốc Vmax với chiều cao
H2 lần lượt từ 0m đến 15m, thay đổi chiều dài L từ 50m đến 200m, thay đổi các thông
sốm từ 16 đến 4, thay đổi thông số q từ 10 m3/s.m đến 40 m3/s.m.
Các kết quả tính lưu tốc lớn nhất được trình bày trong các bảng từ Phụ lục 5-1 đến Phụ
lục 5-4. Từ kết quả có được, vẽ biểu đồ quan hệ q ~ Vmax theo góc nghiêng ứng với
các trường hợp H2 = 0m, 5m, 10m, 15m (Phụ lục 5-5 - Phụ lục 5-8)
Từ bảng kết quả tính toán lưu tốc Vmax, vẽ biểu đồ quan hệ q ~ Vmax theo chiều dài dốc
nước ứng với các trường hợp H2 = 0m, 5m, 10m, 15m (Phụ lục 5-9 - Phụ lục 5-12).
81
3.3.1.8 Sử dụng kết quả nghiên cứu
Kết quả này giúp người thiết kế xả lũ qua đập đá đổ để dẫn dòng thi công có thể tra cứu
Vmax, từ đó xác định được phương án phù hợp khi cho nước tràn qua, giảm chi phí gia
cố, giảm công sức tính toán và thí nghiệm mô hình.
Đối với trường hợp cần xác định lưu tốc Vmax, cần định trước lưu lượng đơn vị (q), hệ số
mái dốc của dốc nước (m, chiều dài dốc nước (L), chênh lệch độ cao cuối dốc nước so
với mực nước hạ lưu (H2) từ đó dùng các biểu đồ trên để tra lưu tốc Vmax. Ngoài ra cũng
có thể xác định 1 yếu tố từ việc định trước 4 thông số còn lại và tra bảng tính hoặc đồ thị.
3.3.2 Gia cố bề mặt đập khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng
Có nhiều phương án gia cố bề mặt đập đang xây dựng để dẫn dòng như rọ đá, các tấm
bê tông. Luận án sử dụng phương án gia cố mặt đập bằng các tấm bê tông cốt thép như
Hình 3.18 [16].
Hình 3.18. Bố trí gia cố dốc nước bằng tấm bê tông
Hình 3.19. Xác định chiều dày trung bình của tấm bê tông
Trong đó li = (3,5 - 5).ttb; bi = (0,7 - 1,0).li; = (0,15 - 0,2).li
Các tấm bê tông gia cố dốc nước có chiều dày ttb phụ thuộc vào lưu lượng đơn vị (q) và
độ dốc (i) của dốc nước, được lấy theo đồ thị Hình 3.19 [16].
82
Các tấm bê tông gia cố phần đỉnh tràn nằm ngang có chiều dày t = ttb. Hai bên mái dốc
nước và phần thân đập nằm ngang cũng được bảo vệ bằng các tấm bê tông chiều dày t
= ttb. Các tấm bê tông này được nối bằng khớp nối chống thấm, ngăn không cho nước
thấm vào thân đập đá đổ như Hình 3.20.
Hình 3.20. Gia cố bề mặt cho nước tràn qua đập đá đổ đang xây dựng
1. Thân đập đang xây dựng; 2. Lớp vữa bảo vệ mái thượng lưu; 3, 4. Lớp đệm chuyển tiếp; 5. Gia cố phần đỉnh tràn nằm ngang; 6. Gia cố dốc nước
So với phương án gia cố bằng rọ đá, phương án gia cố bằng tấm bê tông cốt thép như
trên tốn kém hơn, nhưng không có dòng thấm rối qua thân đập, sẽ bảo vệ được lớp đệm
chuyển tiếp không bị dòng nước phá hủy, đồng thời không có thấm rối ở hạ lưu, hạn chế
xói rỗng phần đá dưới các tấm bê tông, an toàn hơn cho các tấm bê tông gia cố dốc nước
mà không cần phải sử dụng neo thép.
3.4 Kết luận chương 3
Việc lựa chọn tần suất lưu lượng thiết kế công trình dẫn dòng cũng như cấp bậc các công
trình dẫn dòng đóng vai trò quyết định chi phí cũng như mức độ chấp nhận rủi ro trong
xây dựng công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện.
Snhip 2.06.01-86 qui định cụ thể hơn QCVN 04-05:2012 về sử dụng công trình chính
tham gia dẫn dòng. SDJ 388-89 qui định cụ thể hơn QCVN 04-05:2012 và Snhip
2.06.01-86 về sử dụng công trình chính tham gia dẫn dòng. SDJ 388-89 qui định phân
biệt rõ công trình chính tham gia dẫn dòng là chắn nước hay cho nước tràn qua khi đang
xây dựng có xét tới độ lớn của dung tích hồ khi đang dẫn dòng.
Điều kiện dòng chảy mùa kiệt và mùa lũ ở Việt Nam khác nhau rất nhiều, thời gian mùa
kiệt và mùa lũ thay đổi theo vùng miền từ Bắc vào Nam. Cần phải lựa chọn thời đoạn
và phương án công trình dẫn dòng phù hợp với từng khu vực khác nhau, đặc biệt phải
xử lý được thời đoạn có lũ tiểu mãn, nhằm giảm chi phí dành cho công trình dẫn dòng.
83
Khi xây dựng chương trình tính toán, kết quả nghiên cứu đã xử lý thuật toán chuyển tiếp
chảy ngập sang không ngập, chuyển tiếp chảy không áp sang có áp đối với cống. Đây là
xử lý cần thiết để đảm bảo tính liên tục của đường quan hệ lưu lượng và mực nước, tránh
được các lỗi xảy ra trong quá trình tính toán thủy lực của chương trình tính. Kết quả tính
toán chấp nhận được trong tính toán xác định các thông số thủy lực cơ bản.
Chương trình tính toán thủy lực lập được trên nền ứng dụng Microsoft Excel kết hợp
với Visual Basic Application đã được tính toán kiểm nghiệm với nhiều trường hợp khác
nhau của lưu lượng và thông số công trình thủy điện Lai Châu. Kết quả tính toán phù
hợp với kết quả tính toán của đơn vị thiết kế và thí nghiệm mô hình.
Các nhân tố chính ảnh hưởng đến việc lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng qua đập đá
đổ đang xây dựng gồm lưu lượng đơn vị, chiều dài dốc nước, hệ số mái dốc của dốc
nước, chênh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu. Đề xuất lựa chọn lưu lượng đơn vị trong khoảng (20 - 35) m3/s.m giúp giảm nhỏ chiều rộng đập dùng để dẫn
dòng. Cần hạn chế tăng cao chênh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu,
thậm chí bố trí cửa ra của dốc nước thấp hơn mực nước hạ lưu để thuận lợi cho nối tiếp
và tiêu năng.
Với kết quả nghiên cứu có được, người thiết kế có thể đưa ra nhiều phương án quy mô
công trình khác nhau để dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng, từ đó xác định lưu tốc
lớn nhất và hình thức gia cố. Phân tích trên cơ sở lưu tốc lớn nhất, chi phí cho công tác
gia cố, khối lượng đắp đập giai đoạn mùa kiệt trước mùa lũ và giai đoạn mùa kiệt năm
sau để lựa chọn phương án tối ưu nhất.
Phương án gia cố dùng tấm bê tông cốt thép cho toàn bộ mặt đập tốn kém hơn phương
án gia cố bằng rọ đá, tuy nhiên phương án này có ưu điểm nổi bật là không có dòng
thấm rối qua thân đập, dòng nước sẽ không phá hủy lớp đệm của bản mặt bê tông, hạn
chế xói rỗng đá dưới các tấm bê tông, an toàn hơn cho các tấm bê tông gia cố dốc nước
mà không cần phải sử dụng neo thép.
84
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM
4.1 Phân tích việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng
4.1.1 Giới thiệu công trình
4.1.1.1 Công trình thủy điện Tuyên Quang
Công trình thủy điện Tuyên Quang là một trong ba đập CFRD do chuyên gia Việt Nam
thiết kế và tổ chức thi công (cùng với đập Rào Quán - Quảng Trị, đập Cửa Đạt - Thanh
Hóa [27]). Đập cao 92m, hồ chứa dung tích hơn 2,2 tỷ m3, trong đó dung tích hữu ích là
1,6 tỷ m3, nhà máy thủy điện có công suất 342 MW. Hồ chứa có nhiệm vụ điều tiết nước
để chống lũ cho hạ du, phát điện và tạo nguồn cấp nước cho hạ du vào mùa kiệt. Thông
số kỹ thuật của công trình như Bảng 4.1.
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật của công trình thủy điện Tuyên Quang
Thông số Đơn vị Số lượng TT
I Hồ chứa
Diện tích lưu vực km2 14.972
Mực nước dâng bình thường m +120,0
Mực nước lũ 0,02% m +122,55
Dung tích toàn bộ 106m3 2.260
Dung tích hữu ích 106m3 1.699
II Đập đá đổ đầm nén bản mặt bê tông
Cao trình đỉnh tường chắn sóng m +125,7
Cao trình đỉnh đập m +124,5
Chiều rộng đỉnh đập m 10,0
Chiều cao lớn nhất m 92,2
Chiều dài theo đỉnh m 717,9
Độ dốc mái thượng lưu 1,4
Độ dốc mái hạ lưu 1,5
III Nhà máy thủy điện
Số tổ máy Tổ 3
85
Công suất lắp máy MW 432
Công trình thủy điện Tuyên Quang được khởi công xây dựng ngày 22/12/2002, ngăn
dòng lấp sông Gâm ngày 27/11/2003, đóng cống dẫn dòng vào ngày 15/05/2006, phát
điện tổ máy cuối cùng vào 15/12/2008.
Mùa lũ năm 2004 dẫn dòng qua cống dẫn dòng và qua phần thân đập đá đổ ở cao trình
+48,0m, lưu lượng dẫn dòng mùa lũ thiết kế với tần suất P = 5% có giá trị Q = 5.036
m3/s. Mùa lũ năm 2005 dẫn dòng qua cống dẫn dòng và các lỗ xả sâu của công trình tràn
xây dở tại cao trình +79,0m với tần suất P = 1%, lưu lượng Q = 6.960 m3/s.
Chi tiết phương án dẫn dòng thi công công trình thủy điện Tuyên Quang xem Phụ lục
2-2.
4.1.1.2 Công trình thủy lợi thủy điện Cửa Đạt
Công trình thủy lợi thủy điện Cửa Đạt là đập CFRD cao nhất Việt Nam có chiều cao
115,5m. Hồ chứa có dung tích toàn bộ 1,45 tỷ m3, đập tràn có 5 khoang, kích thước mỗi
cửa xả là 11x17m, có thể xả lũ lớn nhất tần suất P = 0,01% với lưu lượng Q = 11.594
m3/s. Nhà máy thủy điện gồm 2 tổ máy với tổng công suất 97MW. Thông số chính của
công trình Cửa Đạt như Bảng 4.2 [4].
Công trình thủy lợi thủy điện Cửa Đạt được xây dựng trong khoảng thời gian 2005-
2009, chặn dòng vào đầu tháng 12/2006, hoành triệt đường hầm dẫn dòng TN2 vào cuối
tháng 11/2009.
Mùa lũ năm 2007 dẫn dòng qua đường hầm TN2 và đoạn đập chính phần lòng sông đắp
dở đến cao trình +50,0m, chiều rộng B = 210m. Tuy nhiên trận lũ đặc biệt lớn trên sông
Chu từ ngày 04/10/2007 đến 05/10/2007 đã gây phá hủy một đoạn đập tràn tạm phần
lòng sông.
Mùa kiệt năm 2008 đã chặn dòng, khôi phục lại đê quai thượng lưu và hạ lưu, dẫn dòng
qua đường hầm TN2, tiến hành các công tác xử lý sự cố vỡ đập và đẩy nhanh tiến độ thi
công, đắp đập đến cao trình +100,0m để chống lũ năm 2008. Mùa lũ năm 2008 dẫn dòng
qua đường hầm TN2 và bản đáy tràn thi công dở đến cao trình +85,0m.
Chi tiết phương án dẫn dòng thi công công trình thủy lợi thủy điện Cửa Đạt xem Phụ
lục 2-3.
86
Bảng 4.2. Các thông số kỹ thuật công trình Cửa Đạt
Thông số Đơn vị Số lượng TT
I Hồ chứa
Diện tích lưu vực km2 5.938
Mực nước dâng bình thường m +110,0
Mực nước lũ 0,02% m +121,33
Dung tích toàn bộ 106m3 1.450
Dung tích hữu ích 106m3 793,7
II Đập đá đổ đầm nén bản mặt bê tông
Cao trình đỉnh tường chắn sóng m +122,5
Cao trình đỉnh đập m +121,3
Chiều rộng đỉnh đập m 10,0
Chiều cao lớn nhất m 115,5
Chiều dài theo đỉnh m 1.012
Độ dốc mái thượng lưu 1,4
Độ dốc mái hạ lưu 1,5
III Nhà máy thủy điện
Số tổ máy Tổ 2
4.1.1.3 Công trình thủy điện Sơn La
Công trình thủy điện Sơn La là đập bê tông đầm lăn, có chiều cao 138,1m, là đập bê
tông đầm lăn có chiều cao lớn nhất Việt Nam, dung tích hồ chứa 9,2 tỷ m3. Công trình
xả lũ vận hành gồm 12 cửa xả đáy 6x10m, 6 cửa xả mặt 15x13m. Các thông số kỹ thuật
của công trình thủy điện Sơn La xem Bảng 4.3. Công trình thủy điện Sơn La được khởi
công xây dựng đầu năm 2004, tháo nước vào cống dẫn dòng tháng 11/2005, phát điện
tổ máy cuối cùng vào cuối năm 2012.
Trong 2 năm 2004 và 2005 dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp bởi đê quây giai đoạn I, xây
dựng kênh thi công và cống dẫn dòng. Trong các năm 2006, 2007 dẫn dòng thi công
đồng thời qua kênh và cống dẫn dòng. Tháng 01/2008 lấp kênh dẫn dòng, dẫn dòng thi
công qua cống dẫn dòng.
87
Công suất lắp máy MW 97
Bảng 4.3. Các thông số kỹ thuật công trình thủy điện Sơn La
TT Thông số Đơn vị Số lượng
I Hồ chứa
Mực nước dâng bình thường m +215,0
Dung tích toàn bộ 106m3 9.260
Dung tích hữu ích 106m3 6.504
II Đập bê tông đầm lăn
Cao trình đỉnh đập m +228,1
Chiều rộng đỉnh đập m 10,0
Chiều cao lớn nhất m 138,1
Chiều dài theo đỉnh m 961,57
Độ dốc mái thượng lưu 0
Độ dốc mái hạ lưu 0,7275
III Nhà máy thủy điện
Số tổ máy Tổ 6
Mùa lũ năm 2008 dẫn dòng qua đập bê tông xây dở ở cao trình +126,0m và cống dẫn dòng
với tần suất P = 3%, Q = 16.044 m3/s. Mùa lũ năm 2009, sau khi nút các lỗ cống dẫn
dòng, dẫn dòng thi công qua 12 lỗ xả sau của tràn xả lũ vận hành với tần suất P = 0,5%,
Q = 21.947 m3/s, mùa lũ năm 2010 dẫn dòng thi công được xả theo chế độ vận hành.
Chi tiết phương án dẫn dòng thi công công trình thủy điện Sơn La xem Phụ lục 2-4.
4.1.1.4 Công trình thủy điện Lai Châu
Thủy điện Lai Châu là bậc thang trên cùng của dòng chính sông Đà, bậc trên của thủy
điện Sơn La, là đập bê tông đầm lăn có chiều cao 117,0m, dung tích hồ chứa 1,2 tỷ m3,
tràn xả lũ gồm 5 khoang kích thước 17,5x20m. Các thông số kỹ thuật của công trình
thủy điện Lai Châu xem Bảng 4.4.
Thủy điện Lai Châu được khởi công xây dựng năm 2010, ngăn sông Đà đợt 1 và 2 vào
ngày 24/04/2012 và 15/10/2014, phát điện tổ máy cuối cùng vào tháng 11/2016. Phương
án dẫn dòng thực tế được thực hiện qua 4 giai đoạn như sau:
88
Công suất lắp máy MW 2.400
Bảng 4.4. Các thông số kỹ thuật công trình thủy điện Lai Châu
Thông số Đơn vị Số lượng TT
I Hồ chứa
Diện tích lưu vực km2 26.000
Mực nước dâng bình thường m +295,0
Mực nước lũ 0,01% m +297,9
Dung tích toàn bộ 106m3 1.215
Dung tích hữu ích 106m3 799,7
II Đập bê tông đầm lăn
Cao trình đỉnh đập m +303,0
Chiều rộng đỉnh đập m 12,0
Chiều cao lớn nhất m 117,0
Chiều dài theo đỉnh m 498,5
Độ dốc mái thượng lưu 0
Độ dốc mái hạ lưu 0,75
III Nhà máy thủy điện
Số tổ máy Tổ 3
- Giai đoạn I (Năm 2010 đến tháng 04/2012): Năm 2010 dẫn dòng qua lòng sông tự
nhiên. Tháng 12/2010, đắp đê quây giai đoạn I dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp bên bờ
phải có đào mở rộng một phần bờ trái. Thi công đào hố móng công trình dẫn dòng và
đổ bê tông cống dẫn dòng, tường thượng, hạ lưu và bê tông kênh.
- Giai đoạn II (Tháng 04/2012 đến tháng 10/2014): Dẫn dòng thi công giai đoạn II được
kéo dài đến tháng 10 năm 2014, dẫn dòng thi công đồng thời qua cống và kênh dẫn dòng
bờ phải. 24/04/2012 tiến hành ngăn sông Đà đợt 1 bằng đê quây giai đoạn II, dẫn nước
qua kênh và cống dẫn dòng bờ phải. Thi công công trình chính gồm tuyến năng lượng
và đập dâng, đập tràn lòng sông.
- Giai đoạn III (Từ tháng 10/2014 đến giữa tháng 06/2015): Dẫn dòng qua cống dẫn
dòng thi công. 15/10/2014, tiến hành ngăn sông Đà lần 2 - ngăn kênh dẫn dòng bằng đê
quây giai đoạn III. Thi công đập dâng RCC bờ phải đoạn nằm trên kênh dẫn dòng đến
cao trình thiết kế.
89
Công suất lắp máy MW 1.200
- Giai đoạn IV (06/2015 – 2017): 20/06/2015 tiến hành đóng cống dẫn dòng sau đó đắp
đê quây giai đoạn IV và hoành triệt các lỗ cống dẫn dòng. Mùa lũ năm 2015 nước được
dẫn qua công trình xả vận hành. Cuối mùa lũ năm 2015 tích nước đến cao trình +275,0m.
Vận hành tổ máy số 1, 2, 3 vào 14/12/2015, 20/06/2016, 09/11/2016, đến năm 2017
hoàn thành công trình.
Chi tiết phương án dẫn dòng thi công công trình thủy điện Lai Châu xem Phụ lục 2-5.
4.1.2 Sử dụng công trình chính để dẫn dòng thi công
Bảng 4.5 tổng hợp tần suất thiết kế dẫn dòng của bốn công trình ở Việt Nam khi dẫn
dòng qua đập đang xây dựng [4], [27], [45].
Bảng 4.5. Tần suất thiết kế dẫn dòng khi dẫn dòng qua đập đang xây dựng
Cao
Đánh giá sự phù hợp
Tần
trình đập
Dung
với tiêu chuẩn
Tên
Năm
suất
Lưu
đang
tích lòng
Kết
STT
công
Loại hình đập
dẫn
LL lớn
lượng
xây
hồ (triệu
quả
Việt
Trung
trình
dòng
nhất
(m3/s)
Nga
dựng
m3)
Nam
Quốc
TKDD
(m)
Tuyên
Đập đá đắp Bản
Thành
2004
+48,0
3,1
5%
5.036
1
x
x
Quang
mặt bê tông
công
Cửa
Đập đá đắp Bản
Thất
2007
+50,0
67,8
5%
5.050
2
x
Đạt
mặt bê tông
bại
Đập bê tông
Thành
3
Sơn La
2009 +126,0
75,1
3%
16.044
x
x
trọng lực RCC
công
Lai
Đập bê tông
2014
4
+220
23,9
3%
10.388
x
x
Châu
trọng lực RCC
(*)
Ghi chú: (*) Phương án thiết kế trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật.
Nhận xét: Các công trình trên đều có tần suất thiết kế dẫn dòng lớn hơn tiêu chuẩn của
Nga. Như vậy tiêu chuẩn của Nga là an toàn hơn so với Việt Nam và Trung Quốc.
Công trình Cửa Đạt khi dẫn dòng với tần suất 5% đã gặp sự cố [28], đối với công trình
này theo tiêu chuẩn của Trung Quốc (Bảng 3.2) cần chọn tần suất thiết kế dẫn dòng là
(1 ÷ 2)% hoặc nhỏ hơn để đảm bảo an toàn cho công trình.
90
4.1.3 Sử dụng công trình chính tham gia dẫn dòng
Bảng 4.6 tổng hợp tần suất thiết kế dẫn dòng của bốn công trình ở Việt Nam khi công
trình chính tham gia dẫn dòng (chắn nước) [4], [27].
Bảng 4.6. Tần suất thiết kế dẫn dòng khi công trình chính tham gia dẫn dòng
Đánh giá sự phù hợp với tiêu chuẩn
STT
Loại hình đập
Kết quả
Tên công trình
Năm dẫn dòng
Cột nước trước đập (m)
Lưu lượng (m3/s)
Nga
Tần suất LL lớn nhất TKDD
Việt Nam
Trung Quốc
Cao trình tràn nước (m)
Đập đá đắp
Thành
Tuyên
Bản mặt bê
2005
+79,0
~62
1%
9.060
x
x
x
1
công
Quang
tông
Đập đá đắp
Thành
Cửa
2
Bản mặt bê
2008
+85,0
~65
1%
7.520
x
x
x
công
Đạt
tông
Đập bê tông
Thành
3
Sơn La
trọng lực
2010 +145,0
~75
0,5%
21.947
x
x
x
công
RCC
Đập bê tông
Thành
Lai
4
trọng lực
2015
+275
~ 80
0,5%
13.105
x
x
x
công
Châu
RCC
Nhận xét: Đối với các giai đoạn sau khi thi công công trình, các tần suất này không theo
các bảng Bảng 3.1 và Bảng 3.4 vì đơn vị thiết kế đã chủ động kiến nghị nâng cấp tần
suất để tăng mức bảo đảm an toàn cho công trình. Các tần suất này đã phù hợp với tiêu
chuẩn của Nga (theo Bảng 3.3).
Bản chất của vấn đề là mức độ thiệt hại khi xảy ra sự cố vỡ đập đang xây dựng hay vỡ
đập đang vận hành phụ thuộc vào hai yếu tố là chiều cao đập (cột nước) và dung tích hồ
tại thời điểm vỡ đập. Sẽ là thiếu sót nếu không xem xét đến hai yếu tố trên một cách
đúng đắn. Như đã phân tích ở trên, các tiêu chuẩn quy phạm của Việt Nam về lựa chọn
tần suất thiết kế dẫn dòng đều không đề cập rõ ràng đến vấn đề này.
Việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công phù hợp giúp cho công tác thi công
công trình được an toàn, thuận lợi, đồng thời tiết kiệm được chi phí dành cho công tác
dẫn dòng. Ở Việt Nam, các công trình lớn có thời gian thi công dài đã có sự chủ động
trong việc điều chỉnh tần suất trong quá trình thi công.
91
Công trình thủy điện Hòa Bình, trong 5 năm đầu sử dụng tần suất 10%, 3 năm tiếp theo
dùng tần suất 1% và 0,2%, những năm cuối khi đập đã hoàn thiện, dẫn dòng qua các cửa
xả và tổ máy thì dùng tần suất thiết kế 0,1% (Phụ lục 2-1).
Công trình thủy điện Tuyên Quang, trong 2 năm đầu khi cột nước thấp sử dụng tần suất
10% và 5% để dẫn dòng. Giai đoạn cuối, khi đập đã lên cao thì dùng tần suất 1% và
0,1% (Phụ lục 2-2).
Công trình thủy lợi thủy điện Cửa Đạt sử dụng tần suất 5% cho 3 năm đầu, tuy nhiên
mùa lũ năm thứ 3 khi đập đã ở cao trình +50,0m (cao 26m) vẫn dùng tần suất 5% nên
đã gặp thất bại. Mùa lũ năm sau dẫn dòng với tần suất 1% thì thành công (Phụ lục 2-3).
Công trình thủy điện Sơn La và Lai Châu có khác nhau khi dẫn dòng qua cống dẫn dòng
và kênh với tần suất tương ứng là 5% và 3%, tuy nhiên khi đập đã lên cao, dẫn dòng qua
lỗ xả sâu cùng với tần suất 0,5% (Phụ lục 2-4, Phụ lục 2-5).
Công trình thủy lợi thủy điện Tả Trạch đã rất linh động trong việc lựa chọn tần suất,
mùa kiệt dẫn dòng với tần suất 5%, các mùa lũ đã có sự thay đổi về tần suất 1%, 0,5%
(Phụ lục 2-6).
Như vậy việc lựa chọn tần suất phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho công
trình, mặc dù tiêu chuẩn của Việt Nam chưa quy định cụ thể về vấn đề này nhưng các
công trình thực tế ở Việt Nam đã chủ động lựa chọn các tần suất thiết kế dẫn dòng khác
nhau trong các giai đoạn khác nhau.
4.1.4 Đề xuất chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công
Ở Việt Nam, các công trình lớn, thời gian thi công dài đã sử dụng tần suất lưu lượng
thiết kế dẫn dòng của các giai đoạn dẫn dòng là khác nhau, dựa trên cơ sở vật liệu của
công trình chắn nước, chiều cao công trình chắn nước và dung tích lòng hồ ở thượng
lưu tương ứng.
Qua phân tích tiêu chuẩn về thiết kế dẫn dòng của các nước và thực tế dẫn dòng của một
số công trình điển hình của Trung Quốc và Việt Nam, luận án đề xuất việc lựa chọn tần
suất thiết kế dẫn dòng của các thời đoạn cần phải căn cứ vào mức độ quan trọng của
công trình chính, thời gian sử dụng công trình tháo nước để dẫn dòng, chiều cao công
trình chắn nước và dung tích hồ chứa tương ứng.
92
Hiện nay các nghiên cứu ở Việt Nam về lựa chọn tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng
khi cho nước tràn qua đập đang xây dựng còn hạn chế, nội dung này đã được trình bày
chi tiết trong quy phạm thiết kế tổ chức thi công công trình thủy lợi thủy điện SDJ 388-
89. Vì vậy, tác giả kiến nghị bổ sung nội dung này vào QCVN 04-05:2012/BNN&PTNT.
Khi sửa đổi QCVN 04-05:2012/BNN&PTNT cần bổ sung, điều chỉnh mục 5.2.8, bảng 7,
chú thích 4 “Khi bố trí tràn tạm xả lũ thi công qua thân đập đá đắp xây dở phải có biện
pháp bảo đảm an toàn cho đập và công trình hồ chứa nước. Tần suất thiết kế tràn tạm
trong trường hợp này bằng tần suất thiết kế công trình;” như sau:
“Khi xả lũ thi công qua thân đập đá đắp đang xây dựng phải có biện pháp công trình bảo
đảm an toàn cho đập và hồ chứa. Tần suất lưu lượng lũ thiết kế dẫn dòng thi công trong
trường hợp này phải căn cứ vào mức độ rủi ro phụ thuộc vào dung tích hồ ứng với mực
nước tháo lũ và thiệt hại ở hạ du nếu xảy ra sự cố vỡ đập;”. Cụ thể như bảng 4.7.
Bảng 4.7. Tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng khi cho nước tràn qua đập đang xây dựng
Dung tích ngăn lũ (106m3)
Loại hình đập cho
nước tràn qua
> 100
100 - 10
< 10
Đất đá
< 1%
1% - 2%
2% - 5%
Bê tông
< 2%
2% - 5%
5% - 10%
4.2 Lựa chọn thông số dẫn dòng qua đập xây dựng dở cho công trình hồ chứa
nước Cửa Đạt
4.2.1 Số liệu đầu vào
4.2.1.1 Tần suất thiết kế và thời đoạn dẫn dòng
Vào mùa lũ năm 2007, phương án thiết kế là dẫn dòng là qua đập đá đổ đang xây dựng
và đường hầm dẫn dòng với tần suất P = 5%, lưu lượng thiết kế dẫn dòng Q = 5.050
m3/s, tuy nhiên trong quá trình dẫn dòng đã xảy ra sự cố vỡ đập. Luận án dựa trên cơ sở
cao trình và dung tích lòng hồ tương ứng, tham khảo tiêu chuẩn dẫn dòng của Trung
Quốc [43] lựa chọn phương án dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng và đường hầm
dẫn dòng với tần suất P = 2%, thời đoạn dẫn dòng là mùa lũ năm 2007, lưu lượng thiết
kế dẫn dòng Q = 6.660 m3/s, đường quá trình lũ như Phụ lục 6-1.
93
4.2.1.2 Hệ số chảy có áp của đường hầm
Xác định hệ số chảy có áp của đường hầm theo công thức (2-11):
1
1
1
μ =
=
=
(4-1)
α + Σξ(cid:2913) +
(cid:2872)/(cid:2871)
(cid:3495)α + Σξ(cid:2913) +
(cid:3495)α + Σξ(cid:2913) +
(cid:3496)
λL 4R
2g. L C(cid:2870). R
(cid:4673)
(cid:4672)
. (cid:4672)
2g. L (cid:2870) D 4
1 (cid:4673) n
Trong đó:
α - hệ số Coriolis (sửa chữa động năng) lấy giá trị = 1,05; Σξc - tổng hệ số tổn thất
- tổng hệ số tổn thất dọc đường trong cống; g - gia tốc trọng
cục bộ (Σξc = 0,25);
(cid:2870)(cid:2917)(cid:2896) (cid:2887)(cid:3118)(cid:2902)
trường (g = 9,81m/s2); L - chiều dài đường hầm (L = 820m); n - hệ số nhám của đường
hầm (n = 0,014); D - đường kính đường hầm (D = 9m).
Thay các số trên vào công thức (4-1) được:
1
μ =
= 0,65
(4-2)
1,05 + 0,25 +
(cid:2872)/(cid:2871)
(cid:3497)
(cid:4673)
(cid:4672)
. (cid:4672)
2.9,81.820 (cid:2870) 9 1 (cid:4673) 4 0,014
4.2.1.3 Các thông số khác
Cao trình đáy cửa vào Zcv = +30, độ dốc i = 0,001, độ nhám n = 0,014.
Hệ số mái hai bên ngưỡng và dốc nước mmái = 1,5, độ dốc ngưỡng i = 0.
Luận án tính toán với các thông số đập xây dựng dở như Bảng 4.8.
Bảng 4.8. Thông số đập đá đổ xây dựng dở
Cao trình ngưỡng Chiều rộng tràn nước Hệ số mái dốc nước STT Zng (m) m B (m)
1 +30,0 12 180
2 +40,0 8 210
Giai đoạn 2 thi công đập tới cao trình chống lũ theo dạng mặt cắt kinh tế như Hình 4.1.
94
3 +50,0 6 240
140
140
130
130
120
120
tim tuyÕn ®Ëp
110
110
100
100
93.00
90
90
1:1.50
80
80
1:1.4 0
70
70
60.00
60
60
50.00
50
50
40.00
40
40
30.00
30
30
24.00
20
20
10
10
5 1 v-
v-4
7 iv-
6 v-
i
i
5 v-
0
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
Hình 4.1. Mặt cắt ngang đập đắp đập vượt lũ giai đoạn 2
Thời gian thi công mùa kiệt là 6 tháng, từ tháng 12 năm trước đến hết tháng 5 năm sau,
thời gian thi công mùa lũ là 6 tháng, từ tháng 7 đến hết tháng 11.
Đơn giá bê tông cốt thép M200 tạm tính là 0,8 triệu/m3 bê tông gia cố.
4.2.2 Tính cường độ thi công và chi phí gia cố
Cường độ thi công giữa các giai đoạn và chi phí gia cố của các phương án được tính
toán theo các công thức từ (4-3) đến (4-15). Cường độ và chi phí gia cố được tính toán
tự động bằng chương trình tính do tác giả lập. Người sử dụng có thể thay đổi thông số
đầu vào để tính toán cho các công trình khác nhau và các phương án khác nhau.
4.2.2.1 Tính cường độ thi công
Tính toán khối lượng thi công của giai đoạn 1 (trước khi xả lũ) và giai đoạn 2 (sau khi
xả lũ) được tính toán như Hình 4.2 và Hình 4.3.
Hình 4.2. Mặt cắt ngang đập tính khối lượng giai đoạn 1 và giai đoạn 2
95
Hình 4.3. Mặt cắt dọc đập tính khối lượng giai đoạn 1 và giai đoạn 2
Khối lượng thi công của giai đoạn 1 (V1) và giai đoạn 2 (V2) được tính theo các công
thức từ (4-3) đến (4-9).
V(cid:2869)(cid:2885) = (cid:3428)B(cid:2888) + (m(cid:2930)(cid:2922) + m(cid:2918)(cid:2922)). (cid:3436)Z(cid:2888) −
(cid:3440)(cid:3432) . (Z(cid:2886) − Z(cid:2885)). [(Z(cid:2887) − Z(cid:2886)). 2. m(cid:2934)(cid:2914)
Z(cid:2885) + Z(cid:2886) 2
(4-3)
+ B]
V(cid:2869)(cid:2886) = 2. (cid:3420)
. [(Z(cid:2887) − Z(cid:2886)). m(cid:2934)(cid:2914). (Z(cid:2887) − Z(cid:2886))]. [(Z(cid:2888) − Z(cid:2887)). (m(cid:2930)(cid:2922) + m(cid:2918)(cid:2922)) + B(cid:2888)]
1 2
(4-4)
+
. [(Z(cid:2887) − Z(cid:2886)). (m(cid:2930)(cid:2922) + m(cid:2918)(cid:2922)). (Z(cid:2887) − Z(cid:2886)). m(cid:2934)(cid:2914). (Z(cid:2887) − Z(cid:2886))](cid:3424)
1 3
− V(cid:2869)(cid:2887)
V(cid:2869)(cid:2887) = 2. (cid:3420)
. [(Z(cid:2887) − Z(cid:2886)(cid:4593)). m(cid:2934)(cid:2914). (Z(cid:2887) − Z(cid:2886)(cid:4593))]. [(Z(cid:2888) − Z(cid:2887)). (m(cid:2930)(cid:2922) + m(cid:2918)(cid:2922)) + B(cid:2888)]
1 2
(4-5)
+
. [(Z(cid:2887) − Z(cid:2886)(cid:4593)). (m(cid:2930)(cid:2922) + m(cid:2918)(cid:2922)). (Z(cid:2887) − Z(cid:2886)(cid:4593)). m(cid:2934)(cid:2914). (Z(cid:2887) − Z(cid:2886)(cid:4593))](cid:3424)
1 3
(4-6)
V(cid:2869) = V(cid:2869)(cid:2885) + V(cid:2869)(cid:2886) − V(cid:2888)(cid:2898)
V(cid:2895)(cid:2904) = [(Z(cid:2887) − Z(cid:2886)). m(cid:2934)(cid:2914) + B]. [(Z(cid:2888) − Z(cid:2887)). (m(cid:2930)(cid:2922) + m(cid:2918)(cid:2922)) + B(cid:2888) − B(cid:2888)(cid:2895)(cid:2904)]. (Z(cid:2887)
(4-7)
− Z(cid:2887)(cid:4593))
(4-8)
V(cid:2888)(cid:2898) =
[(Z(cid:2886) − Z(cid:2887)(cid:2902)). (Z(cid:2886) − Z(cid:2887)(cid:2902)). (m − m(cid:2918)(cid:2922))]. (cid:3428)B + 2.
. (Z(cid:2886) − Z(cid:2887)(cid:2902)). m(cid:2934)(cid:2914)(cid:3432)
1 2
2 3
V(cid:2870) = (cid:3428)B(cid:2888) + (m(cid:2930)(cid:2922) + m(cid:2918)(cid:2922)). (cid:3436)Z(cid:2888) −
(cid:3440)(cid:3432) . (Z(cid:2887) − Z(cid:2886)). [(Z(cid:2887) − Z(cid:2886)). 2. m(cid:2934)(cid:2914)
Z(cid:2886) + Z(cid:2887) 2
(4-9)
+ B] − V(cid:2869)(cid:2886) − V(cid:2895)(cid:2904) + V(cid:2888)(cid:2898)
96
Cường độ thi công của hai giai đoạn tính theo công thức (4-10) và (4-11)
(4-10)
Q(cid:2869) =
𝑉(cid:2869) 𝑇(cid:2869)
(4-11)
Q(cid:2870) =
𝑉(cid:2870) 𝑇(cid:2870)
Trong đó:
T1: thời gian thi công giai đoạn 1 (tháng)
T2: thời gian thi công giai đoạn 2 (tháng)
Khối lượng thi công giữa các giai đoạn tính toán đã được kiểm chứng bằng khối lượng
vẽ cho 1 trường hợp trong AutoCad 3D. Kết quả tính là chính xác.
4.2.2.2 Tính toán chi phí gia cố
(4-12)
L(cid:2869) = [(Z(cid:2888) − Z(cid:2886)). (m(cid:2930)(cid:2922) + m(cid:2918)(cid:2922)) + B(cid:2888) + (Z(cid:2886) − Z(cid:2887)(cid:2902)). m(cid:2918)(cid:2922)] − (Z(cid:2886) − Z(cid:2887)(cid:2902)). m
(4-13)
L(cid:2870) = (Z(cid:2886) − Z(cid:2887)(cid:2902))(cid:3493)1 + m(cid:2870)
(4-14)
(cid:2870) (cid:4679)
V(cid:2886)(cid:2904) = t(cid:2930)(cid:2912). (L(cid:2869) + L(cid:2870)). (cid:4678)B + 2. h. (cid:3495)1 + m(cid:2934)(cid:2914)
(4-15)
CP = V(cid:2886)(cid:2904). DG
Trong đó: DG là đơn giá tính cho 1 m3 bê tông cốt thép gia cố bề mặt.
ttb: chiều dày bê tông trung bình, xác định theo Hình 3.19. Trường hợp Zng = +30,0m
chọn ttb = 0,15m, trường hợp Zng = +40,0m; +50,0m chọn ttb = 0,20m. Kích thước tấm
bê tông cốt thép li x bi = 1x1m.
4.2.3 Kết quả tính toán
Kết quả tính toán thủy lực dẫn dòng kết hợp và điều tiết lũ như Bảng 4.9.
Các phương án ứng với cao trình ngưỡng Zng = +30,0m đều cho kết quả chảy qua đập
đang xây dựng là chảy ngập, tính toán với phương án bề mặt đập xây dựng dở nằm
ngang. Mặt cắt ngang đập xem Phụ lục 6-3.
97
Bảng 4.9. Kết quả tính toán thủy lực dẫn dòng kết hợp đập đang xây dựng (tràn) và đường hầm
Ký
hiệu Zng Btr Ztl H0 đh Htràn Qa Q đh Q tràn Q tổng phươn Chế độ chảy của tràn g án
Chế độ chảy của đường hầm (m) (m) (m) (m) (m) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s)
Chảy TH1-1 30 180 39,90 9,90 Có áp 9,90 96 179 6.385 6.660 ngập
Chảy TH1-2 30 210 39,66 9,66 Có áp 9,66 95 153 6.412 6.660 ngập
Chảy TH1-3 30 240 39,49 9,49 Có áp 9,49 93 135 6.432 6.660 ngập
Không TH2-1 40 180 48,18 18,18 Có áp 8,18 142 557 5.961 6.660 ngập
Không TH2-2 40 210 47,41 17,41 Có áp 7,41 125 533 6.002 6.660 ngập
Không TH2-3 40 240 46,80 16,80 Có áp 6,80 109 514 6.037 6.660 ngập
Không TH3-1 50 180 57,79 27,79 Có áp 7,79 311 800 5.549 6.660 ngập
Không TH3-2 50 210 57,09 27,09 Có áp 7,09 263 783 5.614 6.660 ngập
Các phương án ứng với cao trình ngưỡng Zng = +40,0m và Zng = +50,0m tính toán với
các phương án m = 12, 8, 6. Mặt cắt ngang đập xem từ Phụ lục 6-4 đến Phụ lục 6-9.
Phương án gia cố này chỉ tập trung cho phần đập đang xây dựng để dẫn dòng, không
tính toán đến gia cố đê quai và tiêu năng phía sau đập.
Tính toán khối lượng và cường độ thi công cho các phương án, chi phí vật liệu cho công
tác gia cố bề mặt đập đang xây dựng để xả lũ như Bảng 4.10.
98
Không TH3-3 50 240 56,52 26,52 Có áp 6,52 229 770 5.661 6.660 ngập
Bảng 4.10. Kết quả tính toán cường độ thi công và chi phí gia cố các phương án
Đắp đập GĐ1
Đắp đập GĐ2 (m3) theo mặt cắt chống lũ (*)
Zng (m) B (m) Vmax (m/s) Ký hiệu phương án Hệ số mái dốc nước Thành tiền (tr đồng)
Lưu lượng đơn vị q (m3/s. m) Khối lượng (m3) Khối lượng (m3) Cường độ (m3/ tháng) Cường độ (m3/ tháng)
TH1-1 +30,0 180 35,5 7,1 7.648 1.589.184 264.864 3.424.379 570.730
TH1-2 +30,0 210 30,5 6,7 8.710 1.678.494 279.749 3.720.944 620.157
TH1-3 +30,0 240 26,8 6,4 9.772 1.767.804 294.634 4.017.509 669.585
Nằm ngang Nằm ngang Nằm ngang 12 TH2-1-1 +40,0 180 33,1 14,1 9.495 2.000.322 333.387 2.598.116 433.019
TH2-1-2 +40,0 180 33,1 15,0 9.506 2.108.866 351.478 2.489.572 414.929 8
TH2-1-3 +40,0 180 33,1 15,5 9.518 2.163.138 360.523 2.435.300 405.883 6
TH2-2-1 +40,0 210 12 28,6 13,5 10.813 2.128.002 354.667 2.856.311 476.052
TH2-2-2 +40,0 210 28,6 14,5 10.826 2.251.906 375.318 2.732.407 455.401 8
TH2-2-3 +40,0 210 28,6 15,0 10.839 2.313.858 385.643 2.670.455 445.076 6
TH2-3-1 +40,0 240 12 25,2 13,0 12.132 2.255.682 375.947 3.114.506 519.084
TH2-3-2 +40,0 240 25,2 14,0 12.146 2.394.946 399.158 2.975.242 495.874 8
TH2-3-3 +40,0 240 25,2 14,6 12.161 2.464.578 410.763 2.905.610 484.268 6
TH3-1-1 +50,0 180 12 30,8 14,7 8.991 1.927.632 321.272 2.255.681 375.947
TH3-1-2 +50,0 180 30,8 16,3 9.009 2.241.296 373.549 1.942.017 323.669 8
TH3-1-3 +50,0 180 30,8 17,3 9.028 2.398.128 399.688 1.785.185 297.531 6
TH3-2-1 +50,0 210 12 26,7 14,0 10.239 2.059.662 343.277 2.509.526 418.254
TH3-2-2 +50,0 210 26,7 15,5 10.260 2.413.886 402.314 2.155.302 359.217 8
TH3-2-3 +50,0 210 26,7 16,6 10.281 2.590.998 431.833 1.978.190 329.698 6
TH3-3-1 +50,0 240 12 23,6 13,4 11.488 2.191.692 365.282 2.763.371 460.562
TH3-3-2 +50,0 240 23,6 14,9 11.511 2.586.476 431.079 2.368.587 394.764 8
Ghi chú: (*) Đắp đập chống lũ thượng lưu cao trình +93, hạ lưu +60. Chi tiết mặt cắt
đập chống lũ xem Hình 4.1.
99
TH3-3-3 +50,0 240 23,6 16,0 11.535 2.783.868 463.978 2.171.195 361.866 6
4.2.4 Phân tích lựa chọn thông số dẫn dòng
Từ kết quả ở Bảng 4.10, vẽ được biểu đồ lưu tốc lớn nhất (Hình 4.4) và chi phí vật liệu
gia cố cho các phương án (Hình 4.5), khối lượng thi công giai đoạn 1 và giai đoạn 2
(Hình 4.6), cường độ thi công giai đoạn 1 và giai đoạn 2 (Hình 4.7).
Hình 4.4. Lưu tốc lớn nhất các phương án
Hình 4.5. Chi phí vật liệu gia cố đập cho các phương án
100
Từ Hình 4.4 nhận thấy khi thay đổi cao trình ngưỡng thì lưu tốc lớn nhất Vmax thay đổi
đáng kể. Với Zng = +30,0m, lưu tốc thay đổi 7,1m/s, 6,7m/s, 6,4m/s tương ứng với chiều
rộng tràn nước B = 180m, 210m, 240m. Với Zng = +40,0m, lưu tốc Vmax nằm trong
khoảng 13,0m/s đến 15,5 m/s; với Zng = +50,0m lưu tốc Vmax nằm trong khoảng 13,4m/s
đến 17,3 m/s.
Hình 4.6. Khối lượng thi công giai đoạn 1 và giai đoạn 2 các phương án
Hình 4.7. Cường độ thi công giai đoạn 1 và giai đoạn 2 các phương án
101
Kết quả từ Hình 4.5 cho thấy lựa chọn phương án chiều rộng tràn nước càng lớn thì chi
phí càng cao, ảnh hưởng rõ rệt đến chi phí vật liệu gia cố, hệ số mái dốc của dốc nước
cũng ảnh hưởng đến chi phí vật liệu nhưng không rõ ràng. Cao trình Zng = +50,0m cho
chi phí nhỏ hơn Zng = +40,0m khoảng 0,5 tỷ đối với các phương án có cùng thông số
chiều rộng tràn nước, hệ số mái dốc nước.
Từ Hình 4.6 và Hình 4.7 nhận thấy với 3 phương án cao trình ngưỡng Zng = +30,0m;
+40,0m, +50,0m cho ra tổng khối lượng thi công đập giai đoạn 1 và giai đoạn 2 khác
nhau.
Phương án Zng = +30,0m có cường độ đắp của giai đoạn sau rất cao, xấp xỉ 600.000
m3/tháng, để thi công được với cường độ này cần phải đảm bảo chuẩn bị đầy đủ về
phương tiện vận chuyển, đường thi công, thiết bị san, đầm trên mặt đập.
Phương án Zng = +40,0m cho khối lượng thi công đập của giai đoạn 1 và giai đoạn 2
tương đối đều nhau, cường độ khoảng 350.000 m3/tháng cho giai đoạn 1 và 410.000
m3/tháng cho giai đoạn 2. Với cường độ thi công như này hoàn toàn có thể đáp ứng được
yêu cầu thi công đắp đập vượt lũ.
Phương án Zng = +50,0m có giai đoạn đầu cường độ thi công khá cao, khoảng 400.000
m3/tháng, trong khi giai đoạn sau cường độ thi công lại nhỏ.
Dựa trên cơ sở phân tích lưu tốc lớn nhất, chi phí vật liệu gia cố, cân đối khối lượng thi
công giai đoạn 1 và giai đoạn 2, tác giả lựa chọn phương án TH2-1-3 có các thông số
Zng = +40,0, chiều rộng tràn nước B = 180m, hệ số mái dốc của dốc nước m = 6 để làm
phương án dẫn dòng thi công qua đập đang xây dựng và đường hầm.
4.2.5 Kiểm chứng bằng phương pháp số tính thủy lực
4.2.5.1 Giới thiệu phần mềm Flow3D
Việc thí nghiệm mô hình đối với thủy lực dẫn dòng nói riêng và thủy lực công trình nói
chung trong thực tế rất hạn chế do đòi hỏi chi phí cao và công sức dành cho thí nghiệm
mô hình thủy lực là nhiều.
Gần đây với sự phát triển của các phương pháp số, đặc biệt là sự ra đời của CFD
(Computiational Fluid Dynamic) - phương pháp số được sử dụng kết hợp với công nghệ
102
mô phỏng trên máy tính để giải quyết các bài toán về cơ học và môi trường, đã giúp các
nghiên cứu về dòng chảy qua công trình đạt được kết quả đáng kể.
Flow-3D là phần mềm thương mại mô phỏng dòng chảy, là công cụ hữu hiệu giúp cho
việc mô phỏng dòng chảy qua công trình tháo được chi tiết và chính xác hơn. Phần mềm
được phát triển bởi công ty Flow Science, Mỹ.
4.2.5.2 Mô hình 2 chiều dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng
Hình 4.8. Mô hình tính toán dòng chảy trên bề mặt đập đang xây dựng 2 chiều
1. Thượng lưu; 2. Hạ lưu; TT1, TT2, TT3. Vị trí các thủy trực 1, 2, 3
Tính toán cho dòng chảy có chiều rộng B = 1m; Lưu lượng đơn vị q = 33 m3/s.m; Cao
trình ngưỡng Zng = +40,0m; Mực nước hạ lưu Zhl = +39,0m. Điều kiện ban đầu: Mực
nước thượng lưu Ztl = +45,0m;
Hình 4.9. Kết quả tính toán 2 chiều dòng chảy trên bề mặt đập đang xây dựng
103
Hình 4.11. Lưu tốc dòng chảy tại TT1
Hình 4.10. Cao trình mực nước thượng lưu tại TT1
Hình 4.13. Lưu tốc dòng chảy tại TT3
Hình 4.12. Lưu tốc dòng chảy tại TT2
Phạm vi dòng chảy ổn định từ mốc thời gian 112 (s) trở đi (đường A-A). Lưu tốc lớn
nhất tại cuối dốc nước Vmax 15,0m/s. Kết quả tính toán mô hình 2 chiều phù hợp với
kết quả tính toán lý thuyết. Tuy nhiên lưu tốc ở cuối dốc nước có mạch động rất lớn, cần
tăng cường gia cố ở khu vực này.
104
4.2.5.3 Mô hình 3 chiều dẫn dòng qua đập đang xây dựng và đường hầm
Hình 4.14. Mô hình dẫn dòng qua đập đang xây dựng và đường hầm
1. Thượng lưu; 2. Hạ lưu; 3. Đập đá đổ đang xây dựng; 4. Đường hầm; TT4, TT5, TT6, TT7, TT8, TT9. Vị trí các thủy trực 4, 5, 6, 7, 8, 9
Hình 4.15. Điều kiện ban đầu dẫn dòng qua đập đang xây dựng và đường hầm
1. Mực nước thượng lưu; 2. Mực nước hạ lưu; 3. Đập đá đổ đang xây dựng; 4. Đường hầm
105
Tính toán với thông số mô hình: Lưu lượng Q = 6.518 m3/s; Cao trình ngưỡng Zng =
+40,0m; Chiều rộng tràn nước B = 180m; Cao trình cửa vào đường hầm Zcvđh = +30,0m;
Đường kính đường hầm D = 9,0m; Mực nước hạ lưu Zhl = +39,0m; Điều kiện ban đầu
Mực nước thượng lưu Ztl = +45,0m.
Hình 4.16. Kết quả phân bố dòng chảy qua đập đang xây dựng và đường hầm
1. Thượng lưu; 2. Hạ lưu
Hình 4.17. Kết quả phân bố dòng chảy cắt qua tim đường hầm
1. Thượng lưu; 2. Hạ lưu
106
Theo kết quả tính toán bằng phần mềm Flow 3D tính toán cho mô hình 3 chiều, dòng
chảy có sự xáo trộn theo phương ngang ở trên mặt đập đang xây dựng (Hình 4.16), tập
trung hơn ở hai bên dốc nước. Lưu tốc tại vào và cửa ra đường hầm khoảng 15 m/s, cao
hơn so với tính toán lý thuyết (Hình 4.18, Hình 4.19).
Hình 4.18. Lưu tốc dòng chảy tại cửa vào đường hầm
Hình 4.19. Lưu tốc dòng chảy tại cửa ra đường hầm
Lưu tốc dòng chảy tại các thủy trực TT4 đến TT9 như Hình 4.20 đến Hình 4.25
Hình 4.20. Lưu tốc dòng chảy tại TT4
Hình 4.21. Lưu tốc dòng chảy tại TT7
107
Hình 4.22. Lưu tốc dòng chảy tại TT5
Hình 4.23. Lưu tốc dòng chảy tại TT8
Hình 4.24. Lưu tốc dòng chảy tại TT6
Hình 4.25. Lưu tốc dòng chảy tại TT9
Phạm vi dòng chảy ổn định từ mốc thời gian 186 (s) trở đi (đường B-B). Ở khu vực giữa
dốc nước (thủy trực TT4, TT5, TT6), dòng chảy tập trung hơn ở hai bên, làm cho lưu
tốc tại khu vực này tăng lên 15,5 m/s, cao hơn khu vực ở giữa. Kết quả tính toán này
phù hợp với kết quả tính toán lý thuyết.
108
Cuối dốc nước (thủy trực TT7, TT8, TT9) do tác động của mực nước hạ lưu, dòng chảy
có lưu tốc nhỏ hơn giữa dốc nước nhưng mạch động lưu tốc khá lớn, cần chú ý tăng
cường gia cố ở khu vực này.
4.3 Kết luận chương 4
Khi sử dụng công trình chính để dẫn dòng, các công trình ở Việt Nam đều sử dụng tần
suất thiết kế dẫn dòng lớn hơn tiêu chuẩn của Nga. Tiêu chuẩn của Nga là an toàn hơn
so với Việt Nam và Trung Quốc.
Khi công trình chính tham gia dẫn dòng (chắn nước) ở giai đoạn sau, các công trình lớn
ở Việt Nam đã có sự chủ động trong việc điều chỉnh tần suất để đảm bảo an toàn cho
công trình trong quá trình thi công. Các tần suất này đã phù hợp với tiêu chuẩn của
Trung Quốc, Nga và Việt Nam.
Lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng của các giai đoạn cần phải dựa vào tầm quan trọng
của công trình chính, thời gian sử dụng công trình tháo để dẫn dòng, chiều cao và loại
hình công trình chắn nước công trình tháo nước, dung tích hồ chứa tương ứng với chiều
cao công trình chắn nước nhằm bảo đảm an toàn thi công và ít thiệt hại hạ du nếu sự cố
vỡ đập trong quá trình thi công.
Các giai đoạn dẫn dòng khác nhau cần phải chọn tần suất thiết kế dẫn dòng tương ứng
để giảm chi phí cho công trình dẫn dòng và an toàn trong thi công. Kết quả nghiên cứu
đã làm rõ một số điểm cần chú ý về lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng và đề xuất bổ
sung, điều chỉnh QCVN 04-05:2012/BNN&PTNT như mục 4.1.4 .
Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào công trình Cửa Đạt, dựa trên phân tích về lưu tốc lớn
nhất, chi phí dành cho gia cố bề mặt đập, cân đối khối lượng thi công giai đoạn trước
mùa lũ và sau mùa lũ, tác giả đề xuất lựa chọn phương án thông số đập đang xây dựng
để dẫn dòng: Zng = +40,0m, B = 180m, m = 6. Kết quả tính toán thủy lực cho phương
án này được kiểm chứng bằng phần mềm Flow3D, kết quả tính toán là phù hợp với
chương trình tính toán của luận án.
Đối với công trình lớn và quan trọng, việc sử dụng đập đang xây dựng để dẫn dòng thi
công vào mùa lũ cần phải được tính toán kỹ lưỡng và tiến hành thí nghiệm mô hình để
xác định chế độ chảy, phân bố lưu tốc, mạch động để có biện pháp gia cố thích hợp.
109
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết quả đạt được của luận án
Luận án đã tổng quan được các vấn đề về lựa chọn quy mô của công trình dẫn dòng
cũng như những thành tựu của công tác dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình
thủy lợi, thủy điện trên thế giới và Việt Nam.
Luận án trình bày cơ sở lý thuyết cơ bản trong việc lựa chọn thông số thiết kế các công
trình dẫn dòng thi công và các phương pháp tính toán thủy lực dẫn dòng phục vụ cho
lựa chọn các thông số đó.
Việc chọn tần suất thiết kế dẫn dòng qua các giai đoạn nên chọn phụ thuộc vào tầm quan
trọng của công trình chính, thời gian sử dụng công trình tháo vào dẫn dòng, chiều cao
công trình chắn nước và dung tích hồ chứa tương ứng chiều cao đó nhằm bảo đảm an
toàn thi công và ít thiệt hại hạ du nếu sự cố vỡ đập đang xây dựng. Đề xuất sửa đổi tần
suất thiết kế dẫn dòng trong QCVN 04-05:2012/BNN&PTNT đối với trường hợp xả lũ
thi công qua thân đập đá đắp đang xây dựng.
Trong điều kiện khí hậu Việt Nam, cần lựa chọn thời đoạn dẫn dòng theo từng vùng
miền khác nhau, nên phân chia thành mùa kiệt và mùa lũ, đặc biệt chú ý xử lý chống lũ
tiểu mãn vào cuối mùa kiệt.
Luận án đã xây dựng được sơ đồ khối và chương trình tính toán thủy lực dẫn dòng cho
các dạng công trình tháo nước khác nhau. Chương trình tính toán đã được kiểm chứng
thông qua kết quả thí nghiệm mô hình và số liệu thực đo của công trình thủy điện Lai
Châu. Chương trình tính toán có độ tin cậy cao, có thể sử dụng phục vụ tính toán thủy
lực dẫn dòng thi công.
Các nhân tố chính ảnh hưởng đến việc lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng qua đập đá
đổ, đá đắp đang xây dựng gồm lưu lượng đơn vị, chiều dài dốc nước, hệ số mái dốc của
dốc nước, chênh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu. Đề xuất lựa chọn
lưu lượng đơn vị trong khoảng (20 - 35) m3/s.m giúp giảm nhỏ chiều rộng đập dùng để
dẫn dòng. Cần hạn chế tăng cao chênh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ
lưu, thậm chí bố trí cửa ra của dốc nước thấp hơn mực nước hạ lưu để thuận lợi cho nối
tiếp và tiêu năng.
110
Người thiết kế có thể đưa ra nhiều phương án công trình khác nhau để dẫn dòng qua đập
đá đổ đang xây dựng, từ đó xác định lưu tốc lớn nhất và hình thức gia cố. Phân tích trên
cơ sở lưu tốc lớn nhất, chi phí cho công tác gia cố, khối lượng đắp đập giai đoạn mùa
kiệt trước mùa lũ và giai đoạn mùa kiệt năm sau để lựa chọn phương án tối ưu nhất.
Đối với công trình Cửa Đạt, tác giả đề xuất lựa chọn phương án thông số đập đang xây
dựng để dẫn dòng: Zng = +40,0m, B = 180m, m = 6. Kết quả tính toán thủy lực cho
phương án này được kiểm chứng bằng phần mềm Flow3D, kết quả tính toán là phù hợp
với chương trình tính toán của luận án.
2. Những đóng góp mới của luận án
1) Đề xuất luận cứ khoa học để xác định lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công ứng với
tần suất và thời đoạn dẫn dòng là hợp lý;
2) Xây dựng quan hệ giữa hình dạng, kích thước của công trình đập đá đổ, đá đắp với
chế độ thủy lực khi cho nước tràn qua;
3) Xây dựng chương trình tính toán lựa chọn quy mô công trình dẫn dòng thi công khi
dẫn dòng đồng thời qua nhiều công trình dẫn dòng.
3. Những tồn tại và kiến nghị
3.1. Tồn tại
Chương trình tính toán phù hợp với sơ đồ tính chưa kể đến tổn thất thủy lực của kênh
dẫn vào, tác động qua lại ở cửa cống và đập đang xây dựng khi dẫn dòng. Ứng dụng
chương trình để xác định các thông số về mực nước và lưu lượng, xác định quy mô của
công trình dẫn dòng. Sau đó cần tính toán chi tiết cho một vài trường hợp có kể đến kênh
dẫn vào, kênh dẫn ra để hiệu chỉnh thông số công trình trước khi thí nghiệm mô hình.
Luận án không đề cập đến vấn đề tiêu năng ở hạ lưu công trình dẫn dòng. Khi áp dụng
vào thực tế, cần tính toán tiêu năng cho phương án chọn để có được phương án dẫn dòng
hoàn chỉnh.
111
3.2. Kiến nghị
Kết quả tính toán của luận án nhằm xác định nhanh quy mô của công trình dẫn dòng khi
đưa ra các phương án và so sánh ưu nhược điểm của các phương án. Sau khi lựa chọn
được quy mô công trình, cần tính toán chi tiết và đề xuất biện pháp gia cố bề mặt đập
phục vụ công tác dẫn dòng qua đập đang xây dựng.
Hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án là xem xét bài toán không gian của các công
trình dẫn dòng, ảnh hưởng qua lại khi các công trình dẫn dòng cùng làm việc đồng thời,
diễn biến mạch động lưu tốc và áp suất trên dốc nước.
112
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
1. Mai Lâm Tuấn, "Lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dòng thi công khi công trình chính
tham gia dẫn dòng", Tạp chí Khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi trường, no. 60, pp. 89-
93, 2018.
2. Mai Lâm Tuấn, "Xác định quan hệ mực nước và lưu lượng khi dẫn dòng thi công qua
đập xây dựng dở và cống", Tạp chí Khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi trường, no. 60,
pp. 83-88, 2018.
3. Mai Lâm Tuấn, "Dẫn dòng thi công qua đập xây dựng dở khi xây dựng công trình
thủy lợi - thủy điện", Hội nghị khoa học Thủy lợi toàn quốc, pp. 7-9, 2017.
4. Mai Lâm Tuấn, Lê Văn Hùng, "Dẫn dòng thi công Công trình Cửa Đạt 2005-2009 và
sự cố vỡ đập 04-10-2007", Tạp chí Khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi trường, no. 48,
pp. 77-84, 2015.
113
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bộ môn Thi Công, Thi công công trình thủy lợi tập 1, Hà Nội: NXB Xây dựng,
2004.
[2] State Engineer, "Report on the failure of the Mammoth Dam," Utah, 1917.
[3] Haberler, "Cover Kozan Dam Explosion," 2012.
[4] Hoàng Xuân Hồng và nnk, Thiết kế và thi công đập Cửa Đạt, Hà Nội: NXB Dân
trí, 2015.
[5] Vũ Trọng Hồng, Lê Đăng Nhàn, Tống Văn Hăng, Các sơ đồ dẫn dòng thi công và
nội dung tính toán, Hà Nội: Trường Đại học Thủy Lợi, 1975.
[6] Nguyễn Đức Khoan, Dẫn dòng thi công công trình thủy lợi thủy điện - Tài liệu
dịch, Hà Nội: NXB Xây dựng, 2009.
[7] Vũ Trọng Hồng, Công tác dẫn dòng thi công khi xây dựng các công trình thủy lợi,
Hà Nội: Trường Đại học Thủy Lợi, 1974.
[8] Vũ Trọng Hồng, Thủy lực trong xây dựng công trình thủy lợi, Hà Nội: Trường Đại
học Thủy Lợi, 1975.
[9] JIA Jinsheng, "Dam statistics, Progresses and concerned issues," Chinese National
Committee on Large Dams, 2006.
[10] Ljubomir Tanchev, Dams and Appurtenant Hydraulic Structures, CRC Press,
2014.
[11] 王柏乐, 中国当代土石坝工程 - 面板堆石坝, 水利水电出版社, 2004.
[12] 潘家铮 何璟 , 中国大坝 50 年, 中国水利水电出版社, 2000.
[13] QCVN 04-05:2012, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia - Công trình thủy lợi - các quy
định Chủ yếu về thiết kế, Hà Nội: BNN&PTNT, 2012.
[14] TCVN 9160-2012: Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế dẫn dòng trong xây dựng,
2012.
[15] Karen Fisher, David Ramsbottom, River Diversions: A Design Guide, London:
Thomas Telford, 2001.
114
[16] Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений,
Москва: Энергоатомиздат, 1988.
[17] Công ty Cổ phần tư vấn xây dựng điện 1, Tài liệu thiết kế công trình thủy điện Lai
Châu, Hà Nội, 2010.
[18] Công ty Cổ phần tư vấn xây dựng điện 1, Tài liệu thiết kế công trình thủy điện Sơn
La, Hà Nội, 2005.
[19] Công ty Cổ phần tư vấn xây dựng điện 1, Tài liệu thiết kế công trình thủy điện
Tuyên Quang, Hà Nội, 2002.
[20] Công ty tư vấn Sông Đà, Hồ sơ bản vẽ thiết kế thi công nút cống dẫn dòng - Công
trình thuỷ điện Bình Điền, Hà Nội, 2009.
[21] Nguyễn Danh Oanh, Nghiên cứu lựa chọn hợp lý chế độ thuỷ lực ở cửa vào tuy
nen dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình thuỷ lợi và thuỷ điện, Hà Nội:
Luận án tiến sĩ - Trường Đại học Thủy Lợi, 2003.
[22] Phan Đình Đại, Thi công đập thủy điện Hòa Bình, Hà Nội: NXB Xây dựng, 1992.
[23] Henry Olivier, "Through and Overflow Rockfill Dams," in Proceedings of the
Institution of Civil Engineers; Volume 36 Issue 3, 1967.
[24] Ву Чонг Хонг, Исследование Условий Пропуска Сгроимьшх Раcодов Через
Недостроенные Каменно-Набросные Длотины, Mockba, 1972.
[25] Trần Quốc Thưởng, Nghiên cứu các giải pháp xả lũ thi công qua đập đang thi công,
phục vụ cho xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện, Hà Nội: Đề tài NCKH cấp
nhà nước, 2016.
[26] Moixeev, Каменно-Землярные И Каменнонабросные Плотины, Основы
Проектирования И Строительства, Москва: Энергия, 1970.
[27] Phan Đình Đại, Xây dựng đập đá đổ đầm nén bản mặt bê tông Tuyên Quang, Hà
Nội: NXB Xây dựng, 2011.
[28] Mai Lâm Tuấn, Lê Văn Hùng, "Dẫn dòng thi công Công trình Cửa Đạt 2005-2009
và sự cố vỡ đập 04-10-2007," Tạp chí Khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi trường,
no. 48, pp. 77-84, 2015.
115
[29] Динамический расчет специальных инженерных сооружений и конструкций
- Справочник проектировщика, Москва: Стройиздат, 1986.
[30] Dương Đức Tiến, "Nghiên cứu thực nghiệm dẫn dòng qua đập bê tông đang thi
công Công trình thủy điện Sê San 4," Tạp chí Khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi
trường, vol. Số 41, pp. 128-133, 06/2013.
[31] Nguyễn Hữu Huế, "Dẫn dòng thi công về mùa lũ trong xây dựng các công trình
thủy lợi, thủy điện," Tạp chí Khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi trường, no. 30, pp.
40-46, 2010.
[32] Hoàng Văn Tần, Nghiên cứu chế độ thủy lực thượng lưu công trình tháo lũ kết
hợp, Hà Nội: Luận án tiến sĩ - Đại học Xây dựng, 1999.
[33] Lê Bá Sơn, Nghiên cứu chế độ thủy lực hạ lưu công trình xả kết hợp, Hà Nội: Luận
án tiến sĩ khoa học kỹ thuật - Đại học Xây dựng, 1994.
[34] Giang Thư, Tô Vĩnh Cường, "Xả lũ thi công qua công trình xây dựng dở dang
trong xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện," Tạp chí Khoa học và Công
nghệ Thủy lợi, no. 4, 2011.
[35] Vũ Thanh Te, Nguyễn Quốc Toàn, "Một số kết quả nghiên cứu các chỉ tiêu ban
đầu của bê tông đầm lăn," Tuyển tập hội nghị khoa học thường niên, 2014.
[36] Lê Văn Hùng, Dẫn dòng thi công và tiêu nước hố móng, Bộ môn Công nghệ và
Quản lý xây dựng, Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội: NXB Bách Khoa, 2017.
[37] Trần Thanh Xuân, Đặc điểm thủy văn và nguồn nước sông Việt Nam, Hà Nội:
NXB Nông Nghiệp, 2007.
[38] Nguyễn Cảnh Cầm và nnk, Giáo trình thủy lực tập 1, Hà Nội: NXB Đại học và
Trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1987.
[39] Kixêliev, Sổ tay tính toán thủy lực (Nguyễn Tài và Lưu Công Đào dịch), 1984.
[40] Nguyễn Văn Cung, Lê Hòa Xướng, Sổ tay kỹ thuật thủy lợi tập 4, Hà Nội: NXB
Nông nghiệp Hà Nội, 1986.
[41] Lê Văn Hùng, Sổ tay thiết kế công trình tháo nước của hồ chứa loại vừa và nhỏ,
Hà Nội: NXB Xây dựng, 2008.
116
[42] Bộ môn Thủy văn công trình, Giáo trình Thủy văn công trình, Hà Nội: NXB Khoa
học tự nhiên và công nghệ, 2008.
[43] 原水利电力部成都勘测设计院, SDJ 338-89《水利水电工程施工组织 设计规
范》, 中华人民共和国能源部, 水利部, 1990.
[44] Снип 2.06.01-86, Основные положения проектирования, Национальный
комитет по стандартизации Советского Союза, 1988.
[45] Mai Lâm Tuấn, "Dẫn dòng thi công qua đập xây dựng dở khi xây dựng công trình
thủy lợi - thủy điện," Hội nghị khoa học thủy lợi toàn quốc, pp. 7-9, 2017.
[46] Viện năng lượng, Báo cáo kết quả thí nghiệm mô hình dẫn dòng thi công Công
trình thủy điện Lai Châu, Hà Nội, 2010.
117
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1. PHƯƠNG ÁN DẪN DÒNG THI CÔNG Ở MỘT SỐ ĐẬP TRÊN THẾ
GIỚI VÀ VIỆT NAM
PHỤ LỤC 2. TẦN SUẤT THIẾT KẾ VÀ LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ DẪN DÒNG THI
CÔNG
PHỤ LỤC 3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG THI CÔNG THỦY ĐIỆN LAI
CHÂU
PHỤ LỤC 4. CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG THI CÔNG
PHỤ LỤC 5. ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG TRÌNH ĐẾN LƯU TỐC LỚN
NHẤT KHI DẪN DÒNG QUA ĐẬP ĐÁ ĐỔ ĐANG XÂY DỰNG
PHỤ LỤC 6. LỰA CHỌN QUY MÔ CÔNG TRÌNH DẪN DÒNG QUA ĐẬP ĐANG
XÂY DỰNG CHO CÔNG TRÌNH CỬA ĐẠT
PHỤ LỤC 1. PHƯƠNG ÁN DẪN DÒNG THI CÔNG Ở MỘT SỐ ĐẬP
TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
Phụ lục 1-1: Một số đập cao điển hình trên thế giới
STT Tên đập Loại đập Tên nước Sông Chiều cao (m) Năm xây dựng
Đập vòm bê 1 Kim Bình - I 305 Trung Quốc Á Long 2005-2012 tông
2 Nurek 300,0 m Đập đất đá Tát-gi-kis-tan Vakhsh 1961-1980
3 Tiểu Loan 292,0 m Đập vòm bê Trung Quốc Lan Thương 2002-2010 tông
4 Xiluodu 285,5 m Đập vòm bê Jinsha Jiang 2005-2014 Trung Quốc tông
Đập bê tông 5 Grande Dixence 285,0 m Thụy sĩ Dixence 1950-1964 trọng lực
6 Inguri 271,5 m Đập vòm bê Georgia Inguri 1961-1987 tông
7 Vajont 261,6 m Đập vòm bê Italy Vajont 1957-1960 tông
Manuel Moreno 8 261,0 m Đập đất đá Mexico Grijalva 1974-1980 Torres
9 Nọa Trát Độ 261,0 m Đập đất đá Trung Quốc Lan Thương 2004-2012
PL-2
Hoàn thành 10 Tehri 260.5 m Đập đất đá Ấn Độ Bhagirathi 2006
Phụ lục 1-2: Phương pháp dẫn dòng một số công trình trên thế giới
Lưu lượng Ngày bắt Quốc khi dẫn Công trình Trên sông Phương pháp dẫn dòng đầu dẫn gia dòng dòng (m3/s)
Xả qua lỗ xả đáy của đập Sviaskaia Svia Nga 6/1933 850 tràn
Xả qua 3 lỗ xả đáy của đập Vưbinskaia Vonga Nga 6/1940 500 tràn
Pharơkhátskaia Aradaria Nga 1/1944 350 Xả qua đỉnh đập tràn
Kaklopskaia Đơniốp Nga 8/1955 1.600 Xả qua đỉnh đập tràn
Xả qua các khoang chưa
Kairaskuraskaia Xưađaria Nga 4/1956 610 xây dựng xong của nhà
máy thủy điện
Xả qua các khoang chưa
Lairokutskaia Angara Nga 6/1956 1.830 xây dựng xong của nhà
máy thủy điện
Nôvôsibierskaia Obi Nga 10/1956 1.500 Xả qua đỉnh đập tràn
Xả qua lỗ xả đáy của đập Gratskaia Angara Nga 6/1959 3.200 tràn
Kratsaiaskaia Enixay Nga 3/1963 540 Xả qua đỉnh đập tràn
Xả qua 4 lỗ xả của nhà
Bonnhevin Columbia Mỹ 7/1936 2.200 máy và đỉnh đập tràn thời
kỳ đầu
Xả qua đập tràn bê tông David Colorado Mỹ 6/1948 510 chưa xây dựng xong
Xả qua đập tràn bê tông Mc Neri Columbia Mỹ 12/1950 3.920 chưa xây dựng xong
PL-3
Onbennhizone Pangomay Mỹ 3/1954 270 Xả qua đỉnh đập tràn
Lưu lượng Ngày bắt Quốc khi dẫn Công trình Trên sông Phương pháp dẫn dòng đầu dẫn gia dòng dòng (m3/s)
Xả qua 6 tổ máy chưa xây
Dabet Columbia Mỹ 10/1956 3.090 dựng xong của nhà máy
thủy điện
Xả qua các khoang chưa
Sông Sen Rôna Pháp 12/1948 1.200 xây dựng xong của nhà
máy thủy điện
PL-4
Xả qua 6 đường hầm dẫn Ai Atxuan Nin 5/1964 800 dòng và nhà máy thủy điện Cập chưa xây dựng xong
Phụ lục 1-3: Phương án dẫn dòng một số đập lớn ở Brazil
Chiều Thời gian Dẫn dòng thi công STT Tên đập Loại đập Trên sông cao xây dựng giai đoạn 2
1 Emborcacao 158 Paranaiba 1977- 1982 Đập đá đổ, lõi sét nghiêng
2 Foz do Areia 160 Iguacu 1975- 1980
Đập đá đổ bản mặt bê tông
3 Ilha Solteira 71 Parana 1969- 1974
Đập đất đá đổ và bê tông trọng lực
4 Itaipu 196 Parana Đập trọng lực rỗng 1975- 1984
5 Itumbiara 110 Paranaiba Đập đá đổ lõi đất 1974- 1980
6 Novaponte 142 Araguari Đập đất và đá đổ 1987- 1994
7 Salto Caxias 67 Iguacu 1995- 1998 Đập bê tông trọng lực
8 80 Iguacu Salto Santiago Đập đá đổ lõi đất 1976- 1980
9 Sao Simao 127 Paranaiba 1973- 1979
PL-5
Đập bê tông/Đất đổ và đá đổ 2 đường hầm hình móng ngựa, đường kính 14m Qxả = 5.000 m3/s 4 đường hầm hình món ngựa, đường kính mỗi hầm 12m. Qxả = 7.700 m3/s Các cửa của cống lấy nước và 16 tổ máy của nhà máy thủy điện Qxả = 23.000 m3/s Đào kênh dẫn dòng và xây dựng công trình kiểm soát dẫn dòng bằng đập trọng lực Qxả = 35.000 m3/s 8 hành lang xả đáy cao 7,7m, rộng 5,0m Qxả = 13.000 m3/s 2 đường hầm trong đá, đường kính 9,7m và 8,1m Qxả = 2.790 m3/s Dẫn qua 15 hành lang xả đáy 4,35x10,0m Qxả = 2.000 m3/s 4 đường hầm hình móng ngựa không lát đường kính 13,4m, dài 220m Qxả = 12.000 m3/s Kênh dẫn đào trong đá tới 8 hành lang xả đáy 13,4x4,9m Qxả = 14.000 m3/s
Chiều Thời gian Dẫn dòng thi công STT Tên đập Loại đập Trên sông cao xây dựng giai đoạn 2
10 Segredo 145 Iguacu 1987- 1992
Đập đá đổ bản mặt bê tông Dẫn dòng 1 giai đoạn qua 3 đường hầm đường kính 13,5m Qxả = 5.800 m3/s
11 154 Tocantins 1987- 1995 Serra Da Mesa 2 đường hầm rộng 12m, cao 18m Qxả = 6.350 m3/s Đập đá đổ lõi không thấm
12 Tucurui 95 Tocantins 1975- 1984 Đập đất đá đổ
Dẫn dòng qua 40 hành lang xả đáy 6,5x13m Qxả = 68.000 m3/s
13 Xingo 151 Sao Francisco 1987- 1994 4 đường hầm đường kính 16m
14 Ita 125 Uruguai 1995- 2000
Đập đá đổ bản mặt bê tông Đập đá đổ bản mặt bê tông
15 Itapebi 106 Jequitinhonha 1999- 2003
Đập đá đổ bản mặt bê tông
16 Machadinho 126 Pelotas 1998- 2002
PL-6
Đập đá đổ bản mặt bê tông 5 đường hầm móng ngựa không lát Qxả = 39.000 m3/s 3 đường hầm móng ngựa không lát kích thước 16x14m Qxả = 9.300 m3/s 4 đường hầm hình chữ nhật có vòm rộng 14m, cao 16m Qxả = 14.100 m3/s
Phụ lục 1-4: Thiết kế đường hầm của một số công trình
Lưu Kích thước mặt cắt Số Chiều dài Hình dạng lượng thứ Quốc gia Tên công trình đường Kích thước Diện tích mặt cắt thiết kế tự hầm (m) (m) (m2) (m3/s)
Móng 1 Trung Quốc Quan Ninh 502,1 8x8 50,3 350 ngựa
Thượng Do 2 Trung Quốc 209,5 Hình tròn D=7 38,5 300 Giang
3 Trung Quốc Mai Sơn Hình tròn D=6 295 28,3 670
4 Trung Quốc Lưu Khê Hà Hình tròn D=6,5 193 33,2 196
5 Trung Quốc Thăng Chung 532,5 Cổng vòm 5,5x10,5 55 199
6 Trung Quốc Giá Khê 436 Cổng vòm 13,6x12,0 164 850
7 Trung Quốc Kiến Khê 488,7 Cổng vòm 17x17 254 4.810
8 Trung Quốc Ô Giang Độ Cổng vòm 10x10 501 86 1.320
9 Trung Quốc Lưu Gia Hiệp Cổng vòm 13x13,5 683 174 1.610
10 Trung Quốc Bích Khẩu Cổng vòm 13x11,5 613 145 2.840
Long Dương 11 Trung Quốc 661 Cổng vòm 15x18 152÷199 3.340 Hiệp
12 Ấn Độ Si-li-sa-lam 686 Hình tròn D=9,14 65,6 849
Móng 13 Mỹ Devosik 525 12,2x12,2 118 1.930 ngựa
14 Mỹ Paoerth 4.940 Hình tròn D=15,2 118,5 2.500
PL-7
15 Nga Tuakturkul 796 Cổng vòm 11,6x4 150 2.200
Phụ lục 1-5: Kết hợp đường hầm dẫn dòng và đường hầm lâu dài của một số công
trình của Trung Quốc
Đường hầm dẫn dòng
Tình hình sửa đổi
Mực
Loại hình đập
Tên
Thứ
nước
công
tự
hồ
trình
Đập cao (m)
(m)
Chiều dài (m)
Dạng mặt cắt và kích thước (m)
Mục đích xây sửa đổi
Dạng mặt cắt và kích thước (m)
Cao trình đáy (m)
Cao trình cửa vào (m)
Chiều dài đoạn sử dụng (m)
Đập trọng
Lưu
Cổng vòm
Cổng vòm
lực
1.735,0 1.616,0 638
Tháo lũ 1.675,0
336
Gia
1
13 × 13,5
13×13,5
Hiệp
147
Đập đất đá
Cổng vòm
Cổng vòm
Bích
2
704,0
618,5
613
Tháo lũ 647,0
427
13 × 11,5
13 × 11,5
Khẩu
101
Thạch
Đập đất đá
Cổng vòm
Cổng vòm
3
Đầu
798,0
703,0
658
Tháo lũ 735,0
357
7,2 × 8,35
7,2 × 8,35
105
Hà
Đập đất đá
Cổng vòm
Cổng vòm
Lỗ Bố
4
1.130,0 1.052,0 795
Tháo lũ 1.080,0
169
12x15,47
12x15,47
Cách
97
Đá đổ
Đập vòm
Hình tròn
Nam
5
220,0
144,0
689
Tháo lũ 170,0
494
7 x9,6
D = 5,0
Thủy
80,2
Mao
Đập đất
Tháo lũ
Đập vòm
2.215,0
Cổng vòm
6
Gia
2.227,0 2.154,0 590
Tháo
489
7 x10,5
2.170,0
7 x 10,5
80,5
Thôn
nước
Trọng lực
Hướng
Hình tròn
Hình tròn
vòm
7
Hồng
139,1
73,0
314
Tháo lũ
93,0
266
D = 7,0
D = 7,0
Điện
87,5
Đá đổ
Phát
Hồng
Hình tròn
Hình tròn
450
điện
8
1.240,0 1.198,0 180
1.198,0
Cương
D = 5,0
Tháo
D = 5,0
180
52,5
cạn
Đập vòm
Thạch
Hình tròn
Hình tròn
Phát
9
618,0
540,0
306
590,0
280
Môn
D = 6,5
D = 6,5
điện
88
PL-8
Phụ lục 1-6: Phương án dẫn dòng kết hợp của một số công trình ở Việt Nam
Lưu lượng thi công Chênh Q (m3/s) TT Tên công trình Phương án xả lũ thi công lệch Mùa Mùa lũ (lần) kiệt
3,29 405 1 Đa M’Bri Cống DD + tràn đang xây dựng 1.331
10,76 581 2 Sông Tranh 2 Cống DD + tràn đang xây dựng 6.250
Cống DD + tràn đang xây dựng 14,98 333 3 Bản Chát 5.000
(PA hiệu chỉnh) Cống DD + đê quai + đập đá đổ 4 Tuyên Quang 5.036 938 5,37 đang xây dựng
5 Sơn La Cống DD + đập đang xây dựng 15.600 4.690 3,33
Đường hầm + đập đá đổ đang 6 Cửa Đạt 5.050 361 13,99 xây dựng
7 Khe Bố Cống DD + tràn đang xây dựng 4.674 769 6,08
8 Sông Bung 4 Cống DD + tràn đang xây dựng 5.450 558 9,77
Cống DD + đập đang xây dựng 9 Bản Vẽ 3.297 384 8,59
10 ĐakMi2 (PA hiệu chỉnh) Cống DD + tràn đang xây dựng 4.290 621 6,91
11 Sông Bung 4A Cống DD + tràn đang xây dựng 5.256 1.067 4,93
12 Serepok 3 Cống DD + tràn đang xây dựng 3.810 784 4,86
13 A Lưới Cống DD + tràn đang xây dựng 2.473 661 3,74
14 Đồng Nai 4 Cống DD + tràn đang xây dựng 2.670 521 5,12
15 Đaktih Cống DD + tràn đang xây dựng 1.190 200 5,95
16 Sê San 4 Cống DD + tràn đang xây dựng 8.140 1.019 7,99
PL-9
17 Hạ Sê San 2 Cống DD + đập đang xây dựng 18.720 6.298 2,97
PHỤ LỤC 2. TẦN SUẤT THIẾT KẾ VÀ LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ DẪN
DÒNG THI CÔNG
Phụ lục 2-1: Phương án dẫn dòng công trình Thủy điện Hòa Bình
Đặc tính thủy văn Thời
TT gian Hình thức dẫn dòng Qtk Qthực tế Mùa P% (năm) (m3/s) (m3/s)
1 1981 Lòng sông tự nhiên Kiệt 10 2.040 Chênh lệch mực nước (m)
Lòng sông thu hẹp Lũ 10 14.690 7.330 3 2 1982 Lòng sông thu hẹp Kiệt 10 2.040 0,8
Ngăn sông Đà 3 1/1983 Kiệt 10 2.040 1.580 2,3 Dẫn dòng qua kênh
Kênh dẫn dòng Lũ 10 14.690 14.200 9,5 5/1983 - 4 12/1985 Kênh dẫn dòng Kiệt 10 2.040 2,3
1/1986 - Ngăn kênh thi công 5 Kiệt 10 1.600 14,2 5/1986 Dẫn dòng qua đường hầm
5/1986 - Dẫn dòng qua 2 đường 6 Lũ 1 18.600 13.600 23,7 11/1986 hầm
6/1987 - Dẫn dòng qua 2 đường hầm Lũ 0,2 23.400 54,6 12/1987 và các cửa xả đáy tràn 7
12/1987 Ngăn đường hầm số 1
5/1988 - Dẫn dòng qua 1 đường hầm 8 Lũ 0,2 23.400 11.000 67,9 9/1988 và các cửa xả đáy tràn
9 0,1
10/1988 - 12/1988
Ngăn đường hầm số 2 và tích nước đến cao trình +82 để chạy máy I Dẫn dòng qua cửa xả đáy 10 0,1 và tổ máy I
12/1988 - 10/1989 Từ Dẫn dòng qua 2 tổ máy và 11 0,1 11/1989 tràn vận hành
Đắp đập đến cao trình
12 6/1990 thiết kế +123, xả lũ qua 0,1
PL-10
đập tràn và các tổ máy
Phụ lục 2-2: Phương án dẫn dòng thi công công trình thủy điện Tuyên Quang
Lưu lượng tính toán Giai Năm Công trình xả đoạn XD Mùa P% Q(m3/s)
Xả qua lòng sông tự nhiên Kiệt 10% 780
Xả qua lòng sông tự nhiên Lũ 10% 4.205
1+2 I Lấp sông, xả nước qua 3 cống dẫn dòng thi công Kiệt 5% 251 nxbxh = 3x6,0x6,5m cao trình +42,0m
Xả nước qua 3 cống dẫn dòng thi công nxbxh = Kiệt 5% 1.042 3x6,0x6,5m cao trình +42,0m. 3
Xả qua đập đang xây dựng cao trình +48,0m, II Lũ 5% 5.036 B= 127,5m
Xả nước qua 3 cống dẫn dòng thi công nxbxh = Kiệt 5% 1.042 3x6,0x6,5m cao trình +42,0m.
4 Xả qua 8 lỗ xả sâu bxh = 4,5x6,0m cao trình
+79,0m và 60m tràn mặt của công trình xả vận Lũ 1% 6.960
hành, cuối lũ tích nước phát điện tổ máy số 1. III
PL-11
Xả nước qua công trình xả vận hành Kiệt 1% 3.888 5 Xả nước qua công trình xả vận hành Lũ 0,1% 11.985
Phụ lục 2-3: Phương án dẫn dòng thi công công trình thủy lợi thủy điện Cửa Đạt
Lưu lượng Cao trình Thời đoạn Tần suất thiết kế dẫn Công trình mực nước thiết kế dẫn Năm dẫn dòng trước đập dòng dòng Dẫn dòng Lấp dòng m3/s
Kiệt 1.250 33,13 5% Thứ nhất
Lũ 5.050 38,38 5% (2005-2006) LSTH Kiệt 1.250 32,97 5% Thứ hai
Lũ 5.050 38,38 5% (2006-2007)
Kiệt Tháng 12 1.250 43,20 TN2 5% Thứ ba
Lũ 5.050 TN2+đập 55,34 5% (2007-2008)
Kiệt 1.250 TN2 43,20 5% Thứ tư
Lũ 7.520 TN2+tràn 90,60 1% (2008-2009)
Kiệt 1.250 TN1 43,20 5% Thứ năm
PL-12
0.1% 13.200 Tràn 119,05 (2009-2010)
Phụ lục 2-4: Phương án dẫn dòng thi công công trình thủy điện Sơn La
Lưu lượng Thời đoạn Cao trình Tần suất thiết kế dẫn Công trình mực nước thiết kế dẫn dẫn dòng Năm dòng trước đập Dẫn dòng Lấp dòng dòng (m3/s) (m)
Kiệt 5.400 10% 119,68 Thứ nhất LSTN (2004) Lũ 12.713 10% 124,7
Kiệt 5.400 10% 120,26 Thứ hai LSTH (2004-2005) Lũ 12.713 10% 126,28
Kiệt 12/2005 6.400 5% 122,52 Thứ ba Cống dẫn
(2005-2006) Lũ 14.642 5% 131,15 dòng
Kiệt 5% 6.400 122,52 Thứ tư nxbxh =
(2006-2007) 2x12x12 + Lũ 5% 14.642 131,15
Kênh Kiệt 6.400 5% 122,52 Thứ năm
B=90m (2007-2008) Lũ 14.642 5% 131,15
Kiệt 1.888 5% Cống 122,8 Thứ sáu Cống + (2008-2009) Lũ 16.044 3% 143,08 Đập XD dở
Kiệt 01/2009 5% 2.568 Cống 125,27 Thứ bảy
(2009-2010) 183,6 Lũ 0,5% 21.947 12 lỗ xả
sâu 190,0 (2010-2011) Kiệt 5% 6.400
PL-13
Tràn vận 215,0 (2011-2013) hành
Phụ lục 2-5: Phương án dẫn dòng thi công công trình thủy điện Lai Châu
Lưu lượng Thời đoạn Cao trình Tần suất thiết kế dẫn Công trình mực nước thiết kế dẫn dẫn dòng Năm dòng trước đập Dẫn dòng Lấp dòng dòng (m3/s) (m)
Kiệt 4.345 208,79 10% Thứ nhất LSTN (2010) Lũ 8.597 214,26 10%
Kiệt 1.837 204,77 10% Thứ hai LSTH (2010-2011) Lũ 8.597 216,60 10%
Kiệt 04/2012 5.026 218,36 3% Thứ ba
(2011-2012) Lũ 10.388 225,53 3% Cống dẫn Kiệt 2.883 216,23 3% Thứ tư dòng + (2012-2013) Lũ 10.388 225,53 3% Kênh Kiệt 2.883 216,23 3% Thứ năm
(2013-2014) Lũ 10.388 225,53 3%
Thứ sáu Kiệt 11/2014 1.837 Cống DD 217,37 10%
(2014-2015) Lũ 13.105 291,92 0,5% 2 lỗ xả sâu
+ Tràn Thứ bảy Kiệt 5.279 282,42 5%
(2015-2016) Lũ 21.719 295,00 0,01% Công trình
Thứ tám Kiệt 21.719 xả vận 295,00 0,01%
PL-14
(2016-2017) hành Lũ 21.719 295,00 0,01%
Phụ lục 2-6: Phương án dẫn dòng thi công công trình thủy lợi thủy điện Tả Trạch
Thời đoạn
Năm Công trình dẫn dòng
Tần suất thiết kế dẫn dòng Lưu lượng thiết kế dẫn dòng (m3/s) Cao trình mực nước thượng lưu (m) Cao trình mực nước hạ lưu (m) Lấp dòng
5% 11,71 10,46 2.813
Thứ nhất 5% 17,13 15,85 7.550
5% 11,71 10,46 2.813
Thứ hai 1% 10.000 21,17 17,06
5% 10,94 3,31 858 Giữa tháng 01
Thứ ba 5% 11,38 9,28 2.813
0,5% 11.200 21,99 17,79 Lòng sông tự nhiên Lòng sông tự nhiên Lòng sông tự nhiên Lòng sông thu hẹp Đường hầm (*) Đường hầm và LSTH Đường hầm và LSTH
5% 858 Đường hầm 10,94 3,31 Dẫn dòng Kiệt (01-08) Lũ (09-12) Kiệt (01-08) Lũ (09-12) Kiệt (01-04) Kiệt (05-08) Lũ (09-12) Kiệt (01-04) Giữa tháng 01
1% 4.270 23,31 8,23 Kiệt (05-08) Thứ tư
1% 10.000 32,10 13,35 Lũ (09-12)
Đường hầm và Tràn đang xây dựng (**) Đường hầm và Tràn đang xây dựng
5% 858 Đường hầm 10,94 3,31
1% 4.270 Lỗ xả sâu 34,10 5,47 Thứ năm
Ghi chú:
(*) Cửa vào 2x3,5x4,5m, cao trình +5,0m; đường hầm đường kính D = 7m, cao trình
+2,0m; xả lưu lượng Q =150,1 m3/s.
(**) Tràn đang xây dựng cao trình ngưỡng +16,0m, Qxả = 2.213,1 m3/s, QTN=391,6 m3/s,
Qtràn = 1.821,5 m3/s.
PL-15
0,5% 11.200 Kiệt (01-04) Kiệt (05-08) Lũ (09-12) Tràn chính và lỗ xả sâu
Phụ lục 2-7: Tần suất dẫn dòng thi công công trình hồ Sách Khê
Mực nước (m) Cao trình Tần Lưu Thời đoạn thân đập suất lượng Ghi chú Thượng (tháng - năm) vượt lũ Hạ lưu (%) (m3/s) lưu (m)
Đê quai chắn nước Tháng 11/1997 - 10 1.100 61,65 49,10 dẫn dòng qua đường tháng 4/1998 hầm dẫn dòng số l
Nước chảy qua đê
quai. Đê quai, đập Tháng 5/1998 - 5 7.790 69,10 55,30 50,0 chính, hầm dẫn dòng tháng 9/1998 cả năm số 1 liên hợp dẫn
dòng vượt lũ
Tháng 5/1999 - 1 Đập chính chắn 4.890 80,80 51,04 82,5 tháng 6/1999 mùa lũ nước. Hầm dẫn dòng
số 1 và số 2 liên hợp Tháng 7/1999 - 1 11.500 101,16 51,93 102,5 dẫn dòng vượt lũ tháng 4/2000 Cả năm
Hầm dẫn dòng số 1
đóng cửa van tích Tháng 5/2000 - 1 16.700 127,65 50,08 129,0 nước. Hầm dẫn dòng tháng 4/2001 Cả năm số 2 khống chế mực
PL-16
nước hồ
Phụ lục 2-8: Tần suất lũ thiết kế các công trình dẫn dòng hồ chứa nước Bạch Khê
V - Dung tích hồ chứa (x 106 m3) Công trình chắn Thời đoạn nước V < 10 10 < V <1000 V > 1000
Hai năm mùa
Đê quai thuợng kiệt (16-10 năm P=10%
lưu trước đến 15-5 Q = 349 m3/s
năm sau)
Mặt cắt chắn P = 2% P = 0,5% nước tạm của Cả năm Q = 2.840 m3/s Q = 13.750 m3/s thân đập
Phụ lục 2-9: Tần suất dẫn dòng thủy điện Thủy Bố Á
P = 2% Thời gian lũ thứ Qvàohồ = 2.840 m3/s nhất Qxả = 1.605 m3/s Đê quai hạ lưu P = 0,5% Thời gian lũ thứ Qvàohồ = 3.750 m3/s hai Qxả = 1.831 m3/s
Lưu lượng STT Năm Mùa Tần suất Ghi chú (m3/s)
Dẫn dòng qua thân 3,3% 11.600 1 2003 Lũ đập đang xây dựng
0,5% 14.900 2 2004 Lũ
3 Lũ 2005-2006 0,33% 15.500
4 2006-2007 Kiệt 5% 6.030
5 2007 Lũ 0,2% 16.500
Phụ lục 2-10: Tần suất và lưu lượng thiết kế dẫn dòng thi công của một số công trình
đập đá đổ bản mặt bê tông của Trung Quốc
PL-17
6 2008 Lũ Tích nước bình thường
Lưu Chiều Công trình Công TT cao đập Mùa Năm Tần suất lượng chắn nước trình (m3/s) (m)
3.370 Kiệt 5% Tam Bản Thứ nhất 12.600 185,5 1 Lũ 1% Khê Thứ hai 0,5% 14.300
Đê quai 10% 1.260 Kiệt
Thứ nhất, Hồng Gia 179,5 Lũ Thân đập 1% 5.210 2 thứ hai Độ
Thứ ba Thân đập 0,2% 6.550
Kiệt Đê quai 10% 318 Điểu Ngư 133 3 Lũ 1998 Thân đập 1.510 2% Oa Lũ 1999 Thân đập 1.690 1%
Lũ 2002 Thân đập 5.780 2% Dẫn Tử 129,5 4 Độ Lũ 2003 Thân đập 6.390 1%
Kiệt Đê quai 10% 190 Đồng 68,25 5 Bách Lũ 2003 Thân đập 256 2%
PL-18
Kiệt Đê quai 46,5 5% Thái An 100,5 6 Lũ Thân đập 58,3 2%
Phụ lục 2-11: Tần suất thiết kế dẫn dòng thi công của một số đập điển hình ở Trung
Quốc
Đê quai thượng lưu
Tần suất
TT
Tên đập
Loại
Năm hoàn thành
Chiều cao (m)
Dung tích hồ (106m3)
Đường hầm dẫn dòng
Chiều cao (m)
Giai đoạn
Năm thứ hai sau khi chăn dòng
1
Guanmenshan
1988
58,5
81
6,5x6,5
7
Không tràn
Năm đầu tiên sau khi chặn dòng Cao 2m (tràn qua)
Kiệt 5% Lũ 2%
2
Chengpin
1989
74,6
52
10x10
10-12
Cao 6m Cao 25
Kiệt 5%
Bê tông vòm (tràn qua) Đất đá (không tràn)
3
20
Xibeikou
1990
95
210
8,8x13,2
Kiệt 5%
>100 Không tràn
Đất đá (không tràn)
23
4
Zhushaqiao
1990
78
278
Kiệt 5%
D5 & D5,2
>300 Không tràn
Đất đá (không tràn)
5
Xiaogangou
1990
55
10,1
4x4
5
Bê tông vòm (tràn qua)
Cao 31,5m tràn qua 20 Cao 61m không tràn 100 Tường không tràn
6
Huashan
1994
80,8
63
4,5x6,5
12,2
Lũ 2%
Không tràn 50
7
20
Wananxi
1995
93,8
228
9,4x11,6
Kiệt 5%
>100 Không tràn 50 Không tràn
Bê tông vòm (tràn qua) Đất đá (không tràn)
8
16
Dongjing
1995
85,5
798
D6
Kiệt 5%
>200 Không tràn
Đất đá (không tràn)
Cao 8m Không tràn 100 Cao 56,7m, không tràn 100
9
Baiyun
1998
120
3.600
7,5x9,2
20,5
Lũ 5%
Cao 3m tràn qua
Đất đá (tràn qua)
16
10
Tianhua
1997
71,8
4.180
2x12x14
Đất đá (tràn qua)
Cao 17m Tràn qua 30
100 Không tràn Cao 300 Không tràn
20
11
Tianshengqiao
178
10.260
2x13,5x1 3,5
Đất đá (tràn qua)
30 Tràn qua
300 Không tràn
Kiệt 5% Lũ 10% Kiệt 5% Lũ 10%
12
Gudongkou
121
138
8x12
38,5
Lũ 10%
Chỉ cao hơn mặt đất
Đất đá (không tràn)
Cao 90m Không tràn
PL-19
Phụ lục 2-12: Phân cấp công trình dẫn dòng theo tiêu chuẩn của Trung Quốc
Quy mô công trình ngăn nước Đối tượng Hạng Hậu quả khi xảy ra sự cố bảo vệ mục Số năm sử dụng Chiều cao Dung tích hồ (106m3)
(1) (2) (3) (4) Cấp
Ngập các thành phố, thị trấn
quan trọng, xí nghiệp hầm mỏ, Công trình đường trục giao thông chính cấp I có III hoặc làm lùi tổng tiến độ thi >3 >50 >100 yêu cầu công hoặc làm chậm thời gian đặc biệt tổ máy số 1, tạo ra thủy tai
nghiêm trọng và tổn thất to lớn
Ngập thành phố thị trấn bình
thường, nhà máy hầm mỏ, ảnh Công trình IV hưởng tổng tiến độ thi công và 1,5-3 15-50 10-100 cấp I, II tổ máy phát điện số 1 dẫn đến
tổn thất kinh tế tương đối lớn
Ngập móng, nhưng ảnh hưởng
Công trình không lớn tới tổng tiến độ thi V <1,5 <15 <10 cấp III, IV công và tổ máy số 1, tổn thất
PL-20
kinh tế nhỏ
Phụ lục 2-13: Phân cấp công trình thủy lợi theo QCVN 04-05:2012/BNN&PTNT
Cấp công trình Loại công trình và Loại Đặc năng lực phục vụ nền I II III IV biệt
1. Diện tích được tưới hoặc diện - > 50 >10 50 >2 10 2 tích tự nhiên khu tiêu, 103 ha
2. Hồ chứa nước có dung tích >200 >20 >1000 3 20 < 3 ứng với MNDBT, 106 m3 1000 200
3. Công trình cấp nguồn nước
chưa xử lý cho các ngành sử > 20 - >10 20 >2 10 2 dụng nước khác có lưu lượng,
m3/s
A > 100 >70 100 >25 70 >10 25 10 4. Đập vật liệu đất, đất - đá có B - > 35 75 >15 35 >8 15 8 chiều cao lớn nhất, m C - - >15 25 >5 15 5
A > 100 >60 100 >25 60 >10 25 10 5. Đập bê tông, bê tông cốt thép
B - các loại và các công trình thủy >25 50 >10 25 >5 10 5
lợi chịu áp khác có chiều cao, m C - - >10 20 >5 10 5
A - >25 40 >15 25 >8 15 8
6. Tường chắn có chiều cao, m B - - >12 20 >5 12 5
CHÚ THÍCH:
1) Đất nền chia thành 3 nhóm điển hình:
- Nhóm A: nền là đá ;
- Nhóm B: nền là đất cát, đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng và nửa cứng;
- Nhóm C: nền là đất sét bão hòa nước ở trạng thái dẻo;
2) Chiều cao công trình được tính như sau:
- Với đập vật liệu đất, đất – đá: chiều cao tính từ mặt nền thấp nhất sau khi dọn móng (không kể phần chiều cao chân khay)
đến đỉnh đập;
- Với đập bê tông các loại và các công trình xây đúc chịu áp khác: chiều cao tính từ đáy chân khay thấp nhất đến đỉnh công
trình.
PL-21
C - - >10 15 >4 10 4
Phụ lục 2-14: Lưu lượng mùa kiệt của một số công trình khu vực trung du và miền núi
phía Bắc
Tháng Tần Công trình Tỉnh suất X XI XII I II III IV V
5315 2412 1325 915 958 939 4928 Q3% Thủy điện Lai 4443 2019 1117 969 941 976 4157 Q5% Lai Châu Châu 3385 1545 982 941 922 951 3187 Q10%
1061 914 341 306 219 329 717 2158 Q5% Thủy điện Lai
Huội Quảng Châu 841 597 233 198 164 209 539 1644 Q10%
Thủy điện Lai Q10% 102.5 51.24 30.10 18.04 14.23 17.02 35.25 150.8 Nậm Củm 4 Châu
288 134 86.7 57.1 88.5 114 436 255 Q5% Thủy điện Điện
Long Tạo Biên 192 96.2 66.3 48.3 67.1 89.9 314 208 Q10%
419 112 66.6 79.4 232 233 649 667 Q5% Thủy điện Hà
Nho Quế 1 Giang 487 289 82 51.4 58.5 144 159 502 Q10%
623,7 166,8 82,1 171,8 237,3 301,1 942,0 Q5% Thủy điện Lào Cai Bắc Hà 441,6 135,2 70,4 125,9 170,2 226,0 691,7 Q10%
PL-22
Đầm Hà Quảng 362 9,30 2,59 13,0 2,48 8,65 38,7 259 Q10% Động Ninh
Phụ lục 2-15: Lưu lượng mùa kiệt của một số công trình khu vực Bắc Trung Bộ
Tháng
Tần
Công trình
Tỉnh
suất
XI XII
I
II
III
IV
V
VI VII VIII
Hồ chứa nước
Thanh
Q5%
1680 211
110 87.4 196
377 1200 1210
Cửa Đạt
Hóa
Q5% 712.8 269.0 238.0 225.7 255.0 298.1 595.3
Thủy điện Hồi
Thanh
Xuân
Hóa
Q10% 569.0 230.6 198.4 187.2 211.4 247.1 489.6
Q5%
142
114
114
216
192
677
Hồ chứa nước
Nghệ
Bản Mồng
An
Q10%
121
97
97
144
161
534
Q5%
262 83,2 64,4 78,9 218
297 1137 987
Hồ chứa nước
Hà
Ngàn Trươi
Tĩnh
Q10%
203 71,0 49,4 62,3 140
218 532
572
Q5%
14,4 10,8 43,9 60,8 156,9 51,8 106,4
Thủy điện
Hà
Hương Sơn
Tĩnh
Q10%
11,64 8,71 32,3 38,69 102,8 35,03 70,72
Q3%
110
64
104
239
893 922
691 740
Thừa
Thủy điện
Thiên
Q5%
98
57
87
204
763 785
588 630
Bình Điền
- Huế
Q10%
82
46
66
156
585 569
426 479
Thừa
Q5%
1680 175
155
769
476 1870 2100 1510 2050
Hồ chứa nước
Thiên
Tả Trạch
Q10%
1220 144
110
458
338 1290 1450 962 1340
- Huế
PL-23
Phụ lục 2-16: Lưu lượng mùa kiệt của một số công trình khu vực Nam Trung Bộ
Tháng Công trình Tỉnh Tần suất I II III IV V VI VII VIII
Thủy điện Quảng Q10% 208 86 84,3 73 218 160 80,5 139 Đăk Di4 Nam
Phụ lục 2-17: Lưu lượng mùa kiệt của một số công trình khu vực Tây Nguyên
Tháng
Tần
Công trình
Tỉnh
suất
XII
I
II
III
IV
V
VI
VII
Thủy điện Ayun
Gia
31.2
14.0
16.1
26.6
153.7 160.4 97.5
Q10%
Thượng 1A
Lai
14.52 12.43 10.43
83.6
168.3 218.9
Q5%
Hồ chứa nước
Đăk
Krông Buk Hạ
Lăk
12.87
9.56
8.29
57.09 129.8 151.8
Q10%
361
115
67
61
139
284
672
Q5%
Thủy điện Đồng
Lâm
Nai 2
Đồng
95
56
51
105
228
554
Q10% 286
PL-24
Hồ chứa Ninh Q10% 2.14 0.95 1.52 0.76 37.1 23.5 nước Bà Thuận Râu
PHỤ LỤC 3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG THI CÔNG THỦY
ĐIỆN LAI CHÂU
Phụ lục 3-1: Số liệu tính toán thủy lực qua cống
dd
5.000 m3/s Lưu lượng thiết kế dẫn dòng Qtk
Chiều rộng cống 18 m Bc
Chiều cao cống 16 m Hc
Độ dốc cống 0 ic
0,014 Độ nhám cống nc
Chiều dài cống 335 m Lc
c Zcv
Cao trình cửa vào 199 m
Hệ số kiểm tra (1,2-1,4)Hc HS 1,25
Hệ số lưu lượng chảy ngập 0,9 n
Hệ số lưu lượng chảy không áp 0,35 mc
Phụ lục 3-2: Kết quả tính toán thủy lực qua cống
Hệ số lưu lượng chảy có áp 0,8 c
TT Qi Zhl hn H0 Ztl Chế độ chảy
(m3/s) (m) (m) (m) (m)
1 500 200,18 1,18 Không áp 6,85 205,85
2 1.000 202,11 3,11 Không áp 10,87 209,87
3 1.500 203,53 4,53 Không áp 14,24 213,24
4 2.000 204,70 5,70 Không áp 17,25 216,25
5 2.500 205,78 6,78 Chuyển tiếp 20,02 219,02
6 3.000 206,66 7,66 Chuyển tiếp 22,38 221,38
7 3.500 207,53 8,53 Chuyển tiếp 24,75 223,75
8 4.000 208,34 9,34 Chuyển tiếp 27,16 226,16
9 4.500 209,09 10,09 Chuyển tiếp 29,62 228,62
10 5.000 209,80 10,80 Có áp 34,81 233,81
11 5.500 210,49 11,49 Có áp 40,53 239,53
PL-25
12 6.000 211,13 12,13 Có áp 46,69 245,69
Phụ lục 3-3: Số liệu tính toán thủy lực qua đập đang xây dựng và cống
Q 12.000 m3/s Lưu lượng thiết kế dẫn dòng
THÔNG SỐ CỐNG
Bc
18 Chiều rộng cống m
Hc
16 Chiều cao cống m
ic
0 Độ dốc cống
nc
0,014 Độ nhám cống
Lc
335 Chiều dài cống m
c
Zcv
199 Cao trình cửa vào m
THÔNG SỐ ĐẬP ĐANG XÂY DỰNG
tr
60 Chiều rộng tràn m Btr
220 Cao trình ngưỡng tràn m Zcv
CÁC HỆ SỐ TÍNH TOÁN
1,25 Hệ số kiểm tra (1,2-1,4)D HS
nc 0,95 Hệ số lưu tốc chảy ngập cống
0,32 Hệ số lưu lượng đập tràn đỉnh rộng của cống mc
0,80 Hệ số lưu lượng chảy có áp cống
tr 0,92 Hệ số lưu tốc chảy ngập tràn
0,32 Hệ số lưu lượng đập tràn đỉnh rộng của tràn mtr
PL-26
g 9,81
Phụ lục 3-4: Kết quả tính toán thủy lực qua đập đang xây dựng và cống
Chế độ
Chế độ
TT
chảy của
chảy của
Qi
Zhl
Ztl H0 cống
Q cống Htràn
Q tràn
Q tổng
Q
cống
tràn
(m3/s)
(m)
(m)
(m)
(m3/s)
(m)
(m3/s)
(m3/s)
(m3/s)
1
1.200 202,72 212,03 13,03 Kh.áp
1.200
-7,97
0
1.200
0
2
2.400 205,58 219,62 20,62 Ch.tiếp 2.406
-0,38
0
2.406
-6
3
3.600 207,70 223,20 24,20 Ch.tiếp 3.119
3,20 Kh.ngập
486
3.605
-5
4
4.800 209,52 225,81 26,81 Ch.tiếp 3.620
5,81 Kh.ngập 1.190
4.810
-10
5
6.000 211,13 228,11 29,11 Ch.tiếp 4.044
8,11 Kh.ngập 1.963
6.007
-7
6
7.200 212,69 230,52 31,52 Có áp
4.308 10,52 Kh.ngập 2.900
7.208
-8
7
8.400 214,15 232,99 33,99 Có áp
4.430 12,99 Kh.ngập 3.982
8.412
-12
8
9.600 215,46 235,25 36,25 Có áp
4.540 15,25 Kh.ngập 5.064
9.604
-4
9 10.800 216,74 237,40 38,40 Có áp
4.639 17,40 Kh.ngập 6.173
10.812
-12
10 12.000 217,94 239,41 40,41 Có áp
4.729 19,41 Kh.ngập 7.273
12.003
-3
11 13.200 219,05 241,34 42,34 Có áp
4.818 21,34 Kh.ngập 8.385
13.203
-3
12 14.400 220,16 243,21 44,21 Có áp
4.900 23,21 Kh.ngập 9.512
14.412
-12
Phụ lục 3-5: Quan hệ Q ~ Zhl công trình thủy điện Lai Châu
STT Q(m3/s) STT Q(m3/s) Zhl(m) Zhl(m)
1 197,00 0,00 11 208,90 4.364,40
2 198,40 175,40 12 210,30 5.351,20
3 199,90 432,50 13 211,80 6.530,50
4 201,30 775,30 14 213,30 7.653,00
5 202,40 1.082,10 15 214,70 8.890,00
6 203,40 1.447,80 16 217,40 11.420,10
7 204,30 1.821,20 17 220,80 15.088,90
8 205,70 2.452,00 18 224,20 19.098,80
9 206,80 3.080,50 19 227,40 23.885,20
PL-27
10 208,00 3.774,40 20 231,20 30.160,20
PHỤ LỤC 4. CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY LỰC DẪN DÒNG
THI CÔNG
Phụ lục 4-1: Giao diện chương trình tính toán thủy lực qua cống
Phụ lục 4-2: Giao diện chương trình tính toán thủy lực qua đập đang xây dựng và cống
PL-28
Phụ lục 4-3: Biểu đồ quan hệ Q~Ztl tính toán thủy lực qua đập đang xây dựng và cống
Phụ lục 4-4: Giao diện chương trình tính điều tiết lũ
PL-29
Phụ lục 4-5: Mã chương trình Visual Basic Application tính toán thủy lực dẫn dòng
Option Explicit Dim i As Integer Dim j As Integer Dim e As Integer Dim Sai_so As Double Dim Delta As Double 'Tinh thuy luc cong (Sheet2) Sub RunClick_Tinh_thu_luc_cong() Sai_so = 0.002 Delta = 0.001 For i = 1 To Sheet2.Range("B11") Step 1 If Sheet2.Range("E" & i + 12) < Sheet2.Range("B4") Then Sheet2.Range("T" & i + 12) = Sheet2.Range("S" & i + 12) + Delta j = 0 Do Until Sheet2.Range("Z" & i + 12) < Sai_so j = j + 1 Sheet2.Range("T" & i + 12) = Sheet2.Range("T" & i + 12) + j * Delta Loop End If Next End Sub 'Tinh thuy luc tran + cong (Sheet6) Sub RunClick_Tinh_thuy_luc_tran_va_cong() Sai_so = 0.002 Delta = 0.0001 For i = 1 To Sheet6.Range("B17") Step 1 Sheet6.Range("E" & i + 18) = Application.Max(Sheet6.Range("E" & i + 17), Sheet6.Range("D" & i + 18)) If (Sheet6.Range("F" & i + 18) < Sheet6.Range("B4")) Then Sheet6.Range("T" & i + 18) = Sheet6.Range("S" & i + 18) + Delta j = 0 Do Until Sheet6.Range("Z" & i + 18) < Sai_so j = j + 1 Sheet6.Range("T" & i + 18) = Sheet6.Range("T" & i + 18) + j * Delta Loop End If j = 0 Do Until Sheet6.Range("Q" & i + 18) < Sai_so j = j + 1 Sheet6.Range("E" & i + 18) = Sheet6.Range("E" & i + 18) + j * Delta Loop Next End Sub
PL-30
'Tinh dieu tiet lu thu dan (Sheet8) Sub RunClick_dieu_tiet_lu_thu_dan() Dim i As Integer Dim dem As Integer dem = Sheet8.Range("A1") For i = 1 To Sheet8.Range("H1") Step 1 Sheet8.Range("J" & 5 + i).Formula = "=noisuy(I" & 5 + i & ",$A$3:$A$" & dem & ",$B$3:$B$" & dem & ")" Sheet8.Range("K" & i + 5) = Sheet8.Range("J" & i + 5) / 2 j = 0 Do Until Sheet8.Range("O" & i + 5) < 1 j = j + 1 Sheet8.Range("K" & i + 5) = (Sheet8.Range("K" & i + 5) + Sheet8.Range("N" & i + 5)) / 2 Loop Next End Sub 'Chuong trinh tinh noi suy Public Function noisuy(x As Double, xb As Range, yb As Range) Dim y1 As Double Dim y2 As Double Dim hang As Double Dim cot As Double Dim demx As Double Dim demy As Double demx = 0 demy = 0 hang = xb.Rows.Count cot = xb.Columns.Count Dim i As Double Dim j As Double Dim n As Double Dim b1 As Double Dim b2 As Double ' Noi suy theo cot If cot = 1 Then For j = 1 To hang Step 1 If x = xb(1, 1) Then y1 = xb(j, 1) y2 = xb(j + 1, 1) b1 = yb(j, 1) b2 = yb(j, 1) Exit For End If If x <= xb(j, 1) Then y1 = xb(j - 1, 1)
PL-31
y2 = xb(j, 1) b1 = yb(j - 1, 1) b2 = yb(j, 1) Exit For End If Next If ((x < xb(1, 1)) Or (x > xb(hang, 1))) Then noisuy = 0 Else n = b1 + (b2 - b1) * ((x - y1) / (y2 - y1)) noisuy = n End If End If ' Noi suy theo hang If hang = 1 Then For i = 1 To cot Step 1 If x = xb(1, 1) Then y1 = xb(i, 1) y2 = xb(1, i + 1) b1 = yb(i, 1) b2 = yb(i, 1) Exit For End If If x <= xb(1, i) Then y1 = xb(1, i - 1) y2 = xb(1, i) b1 = yb(1, i - 1) b2 = yb(1, i) Exit For End If Next If ((x < xb(1, 1)) Or (x > xb(1, cot))) Then noisuy = 0 Else n = b1 + (b2 - b1) * ((x - y1) / (y2 - y1)) noisuy = n End If If x = xb(1, 1) Then noisuy = yb(1, 1) End If End If End Function
PL-32
PHỤ LỤC 5. ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG TRÌNH ĐẾN LƯU
TỐC LỚN NHẤT KHI DẪN DÒNG QUA ĐẬP ĐÁ ĐỔ ĐANG XÂY DỰNG
Phụ lục 5-1: Kết quả tính toán lưu tốc lớn nhất (H2 = 0m)
L=50m
L=100m
16
14
12
10
8
6
4
16
14
12
10
8
6
4
m q
m q 10
8,2
8,5
8,9
9,4
10,1
11,1
12,7
10
8,6
9,0
9,4
10,0
10,7
11,7
13,2
15
9,2
9,5
10,0
10,6
11,3
12,4
14,2
15
9,9
10,3
10,8
11,5
12,3
13,5
15,4
20
9,9
10,3
10,7
11,3
12,1
13,3
15,3
20
10,8
11,3
11,8
12,5
13,5
14,8
16,9
25
10,5
10,8
11,3
11,9
12,8
14,0
16,0
25
11,6
12,0
12,6
13,4
14,4
15,8
18,1
30
10,9
11,3
11,8
12,4
13,3
14,5
16,6
30
12,2
12,7
13,3
14,1
15,1
16,6
19,1
35
11,3
11,7
12,2
12,8
13,7
15,0
17,1
35
12,7
13,2
13,8
14,6
15,7
17,3
19,8
40
11,7
12,1
12,6
13,2
14,1
15,3
17,5
40
13,1
13,6
14,3
15,1
16,2
17,8
20,5
L=150m
L=200m
16
14
12
10
8
6
4
16
14
12
10
8
6
4
m q
m q 10
8,7
9,1
9,5
10,1
10,8
11,8
13,4
10
8,7
9,1
9,5
10,1
10,9
12,1
13,4
15
10,1
10,6
11,1
11,7
12,6
13,7
15,6
15
10,2
10,6
11,1
11,8
12,6
13,8
15,7
20
11,2
11,7
12,2
13,0
13,9
15,2
17,3
20
11,4
11,8
12,4
13,1
14,1
15,4
17,4
25
12,1
12,6
13,2
14,0
15,0
16,5
18,8
25
12,3
12,8
13,5
14,2
15,3
16,7
19,0
30
12,8
13,3
14,0
14,8
15,9
17,5
20,0
30
13,1
13,6
14,3
15,2
16,3
17,8
20,3
35
13,4
13,9
14,6
15,5
16,7
18,3
21,0
35
13,8
14,3
15,1
16,0
17,1
18,8
21,4
40
13,9
14,5
15,2
16,1
17,3
19,1
21,8
40
14,3
15,0
15,7
16,6
17,9
19,6
22,4
Phụ lục 5-2: Kết quả tính toán lưu tốc lớn nhất (H2 = 5m)
L=50m
L=100m
16
14
12
10
8
6
4
16
14
12
10
8
6
4
m q
m q
10
12,5
12,6
12,8
13,1
13,4
13,9
14,9
10
12,7
12,8
13,1
13,3
13,7
14,2
15,1
15
13,4
13,5
13,8
14,1
14,6
15,2
16,4
15
13,7
14,0
14,3
14,6
15,2
15,9
17,2
20
14,0
14,2
14,5
14,8
15,3
16,1
17,5
20
14,5
14,8
15,2
15,6
16,2
17,1
18,7
25
14,5
14,7
15,0
15,4
15,9
16,8
18,2
25
15,2
15,5
15,9
16,4
17,1
18,1
19,8
30
14,9
15,2
15,5
15,9
16,4
17,3
18,9
30
15,7
16,0
16,4
17,0
17,7
18,9
20,8
35
15,3
15,6
15,9
16,3
16,8
17,7
19,4
35
16,1
16,5
16,9
17,5
18,3
19,5
21,5
40
15,7
15,9
16,2
16,6
17,2
18,1
19,8
40
16,5
16,9
17,3
17,9
18,8
20,1
22,2
L=150m
L=200m
16
14
12
10
8
6
4
16
14
12
10
8
6
4
m q
m q
10
12,7
12,9
13,1
13,4
13,7
14,3
15,2
10
12,7
12,9
13,1
13,4
13,8
14,5
15,1
15
13,9
14,1
14,4
14,8
15,3
16,1
17,3
15
13,9
14,1
14,4
14,8
15,3
16,1
17,4
20
14,8
15,0
15,4
15,9
16,5
17,5
19,0
20
14,8
15,1
15,5
16,0
16,6
17,5
19,0
25
15,5
15,8
16,2
16,8
17,5
18,6
20,3
25
15,6
16,0
16,4
16,9
17,7
18,8
20,5
30
16,1
16,5
16,9
17,5
18,3
19,5
21,5
30
16,3
16,7
17,2
17,8
18,6
19,8
21,8
35
16,6
17,0
17,5
18,1
19,0
20,3
22,5
35
16,9
17,3
17,8
18,5
19,4
20,7
22,8
40
17,1
17,5
18,0
18,7
19,6
21,0
23,3
40
17,4
17,8
18,4
19,1
20,1
21,5
23,8
PL-33
Phụ lục 5-3: Kết quả tính toán lưu tốc lớn nhất (H2 = 10m)
L=50m
L=100m
16
14
12
10
8
6
4
16
14
12
10
8
6
4
m q
m q
10
14,7 14,8 14,9
15,0
15,2
15,5
10
16,1
14,8 14,9
15,0
15,2
15,4
15,7
16,3
15
15,8 15,9 16,1
16,3
16,6
17,0
15
17,8
16,1 16,2
16,4
16,6
17,0
17,5
18,4
20
16,6 16,7 16,9
17,1
17,5
18,1
20
19,0
16,9 17,1
17,4
17,7
18,1
18,8
19,9
25
17,1 17,3 17,5
17,8
18,2
18,8
25
19,9
17,6 17,8
18,1
18,5
19,0
19,8
21,1
30
17,6 17,8 18,0
18,3
18,7
19,4
30
20,6
18,1 18,4
18,7
19,1
19,7
20,6
22,1
35
18,0 18,2 18,4
18,7
19,2
19,8
35
21,1
18,6 18,9
19,2
19,7
20,3
21,3
22,9
40
18,3 18,5 18,8
19,1
19,5
20,3
40
21,6
19,0 19,3
19,6
20,1
20,8
21,8
23,6
L=150m
L=200m
16
14
12
10
8
6
4
16
14
12
10
8
6
4
m q
m q
10
14,8 14,9 15,0
15,2
15,4
15,7
10
16,3
14,8 14,9
15,0
15,2
15,5
15,8
16,3
15
16,1 16,3 16,5
16,7
17,1
17,6
15
18,4
16,2 16,3
16,5
16,8
17,1
17,6
18,5
20
17,1 17,3 17,5
17,9
18,4
19,0
20
20,1
17,2 17,4
17,6
18,0
18,4
19,1
20,2
25
17,8 18,1 18,4
18,8
19,4
20,2
25
21,5
17,9 18,2
18,5
18,9
19,5
20,3
21,6
30
18,4 18,7 19,1
19,5
20,2
21,1
30
22,7
18,6 18,9
19,3
19,7
20,4
21,4
22,9
35
19,0 19,3 19,7
20,2
20,9
21,9
35
23,6
19,2 19,5
19,9
20,4
21,2
22,2
24,0
40
19,4 19,8 20,2
20,7
21,5
22,6
40
24,5
19,7 20,0
20,5
21,0
21,8
23,0
24,9
Phụ lục 5-4: Kết quả tính toán lưu tốc lớn nhất (H2 = 15m)
L=50m
L=100m
16
14
12
10
8
6
4
16
14
12
10
8
6
4
m q
m q
10
16,0
16,0
16,1
16,2
16,3
16,5
10
16,8
16,0
16,1
16,1
16,3
16,4
16,6
16,9
15
17,4
17,5
17,6
17,7
18,0
18,3
15
18,8
17,6
17,7
17,8
18,0
18,2
18,6
19,2
20
18,4
18,5
18,6
18,8
19,0
19,5
20
20,2
18,6
18,8
19,0
19,2
19,5
20,0
20,8
25
19,1
19,2
19,3
19,5
19,9
20,3
25
21,2
19,4
19,6
19,8
20,1
20,5
21,1
22,1
30
19,6
19,7
19,9
20,1
20,4
21,0
30
22,0
20,0
20,2
20,5
20,8
21,3
22,0
23,1
35
20,1
20,2
20,4
20,6
21,0
21,5
35
22,6
20,5
20,7
21,0
21,4
21,9
22,7
24,0
40
20,4
20,6
20,8
21,0
21,4
22,0
40
23,1
21,0
21,2
21,5
21,9
22,4
23,3
24,7
L=150m
L=200m
16
14
12
10
8
6
4
16
14
12
10
8
6
4
m q
m q
10
16,0
16,1
16,2
16,3
16,4
16,6
10
16,9
16,0
16,1
16,2
16,3
16,4
16,7
17,0
15
17,7
17,7
17,9
18,0
18,3
18,6
15
19,2
17,7
17,8
17,9
18,1
18,3
18,7
19,3
20
18,7
18,9
19,1
19,3
19,7
20,2
20
21,0
18,8
19,0
19,1
19,4
19,7
20,2
21,0
25
19,6
19,8
20,0
20,3
20,7
21,4
25
22,4
19,7
19,9
20,1
20,4
20,9
21,5
22,5
30
20,3
20,5
20,8
21,1
21,6
22,4
30
23,6
20,4
20,6
20,9
21,3
21,8
22,6
23,8
35
20,8
21,1
21,4
21,8
22,3
23,2
35
24,6
21,0
21,2
21,6
22,0
22,6
23,5
24,9
40
21,3
21,6
21,9
22,4
23,0
23,9
40
25,5
21,5
21,8
22,2
22,6
23,3
24,3
25,9
PL-34
Phụ lục 5-5: Tương quan q ~ Vmax theo mái dốc m (trường hợp H2 = 0m)
Phụ lục 5-6: Tương quan q ~ Vmax theo mái dốc m (trường hợp H2 = 5m)
PL-35
Phụ lục 5-7: Tương quan q ~ Vmax theo mái dốc m (trường hợp H2 = 10m)
Phụ lục 5-8: Tương quan q ~ Vmax theo mái dốc m (trường hợp H2 = 15m)
PL-36
Phụ lục 5-9: Tương quan q ~ Vmax theo chiều dài dốc nước (trường hợp H2 = 0m)
Phụ lục 5-10: Tương quan q ~ Vmax theo chiều dài dốc nước (trường hợp H2 = 5m)
PL-37
Phụ lục 5-11: Tương quan q ~ Vmax theo chiều dài dốc nước (trường hợp H2 = 10m)
Phụ lục 5-12: Tương quan q ~ Vmax theo chiều dài dốc nước (trường hợp H2 = 15m)
PL-38
Phụ lục 5-13: Tính toán kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước - TH1
Lưu tốc (m/s)
STT L (m) Sai số Chương Flow 3D trình tính
1 0 6,26
2 20 12,73 0,9% 12,84
3 40 15,13 2,0% 15,44
4 60 16,85 1,2% 17,06
5 80 17,88 1,3% 18,12
6 100 18,80 0,1% 18,83
7 107,5 20,74 2,8% 20,16
8 115 22,42 3,8% 21,58
Phụ lục 5-14: Tính toán kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước - TH2
9 122,5 23,41 3,1% 22,69
Lưu tốc (m/s)
STT L (m) Sai số Chương Flow 3D trình tính
1 0 6,65
2 20 11,16 0,7% 11,09
3 40 13,06 0,6% 12,97
4 60 14,28 0,2% 14,31
5 80 15,30 0,0% 15,30
6 100 16,09 0,1% 16,07
7 120 16,71 0,3% 16,67
8 140 17,01 0,7% 17,13
PL-39
9 150 17,46 0,8% 17,33
Phụ lục 5-15: Tính toán kiểm định chương trình tính lưu tốc trên dốc nước - TH3
Lưu tốc (m/s)
STT L (m) Sai số Chương Flow 3D trình tính
1 0 7,00
2 20 10,91 10,97 0,6%
3 40 12,56 12,65 0,7%
4 60 13,76 13,88 0,8%
5 80 14,69 14,88 1,3%
6 100 15,43 15,69 1,7%
7 120 16,02 16,33 1,9%
8 140 16,51 16,61 0,6%
9 160 16,90 17,04 0,8%
10 180 17,23 17,35 0,7%
11 200 17,49 18,05 3,1%
PL-40
12 207,5 19,11 19,69 2,9%
Phụ lục 5-16: Tính toán lưu tốc trên dốc nước bằng chương trình tính - TH1
TT
h
R
V
V2/2g
E
Jtb
i - Jtb
L
C
J
E
L
(m)
( m2)
(m)
(m)
( m/s)
(m)
(m)
(m)
(m)
(m)
0
3,99
399,40
107,99
3,70
6,26
2,00
5,99
44,41
0,00537
0,00
1
2,65
265,30
105,31
2,52
9,42
4,53
7,18
41,66
0,02031
0,01284
0,23716
1,18807
5,01
5,01
2
2,30
230,50
104,61
2,20
10,85
6,00
8,30
40,74
0,03217
0,02624
0,22376
1,12185
5,01
10,02
3
2,09
209,30
104,19
2,01
11,94
7,27
9,37
40,12
0,04413
0,03815
0,21185
1,06419
5,02
15,05
4
1,94
194,50
103,89
1,87
12,85
8,42
10,37
39,65
0,05614
0,05013
0,19987
1,00083
5,01
20,05
5
1,83
183,30
103,67
1,77
13,64
9,48
11,31
39,27
0,06821
0,06218
0,18782
0,94853
5,05
25,10
6
1,75
174,60
103,49
1,69
14,32
10,45
12,20
38,97
0,08004
0,07413
0,17587
0,88145
5,01
30,12
7
1,68
167,60
103,35
1,62
14,92
11,34
13,02
38,71
0,09157
0,08580
0,16420
0,82116
5,00
35,12
8
1,62
161,80
103,24
1,57
15,45
12,17
13,79
38,49
0,10282
0,09719
0,15281
0,76967
5,04
40,15
9
1,57
156,90
103,14
1,52
15,93
12,94
14,51
38,30
0,11378
0,10830
0,14170
0,72295
5,10
45,26
10
1,53
152,80
103,06
1,48
16,36
13,64
15,17
38,14
0,12414
0,11896
0,13104
0,66280
5,06
50,31
11
1,49
149,30
102,99
1,45
16,75
14,29
15,78
37,99
0,13399
0,12907
0,12093
0,61224
5,06
55,38
12
1,46
146,30
102,93
1,42
17,09
14,88
16,35
37,87
0,14326
0,13862
0,11138
0,56215
5,05
60,42
13
1,44
143,70
102,87
1,40
17,40
15,43
16,86
37,76
0,15198
0,14762
0,10238
0,51748
5,05
65,48
14
1,41
141,40
102,83
1,38
17,68
15,93
17,35
37,66
0,16028
0,15613
0,09387
0,48298
5,15
70,62
15
1,39
139,40
102,79
1,36
17,93
16,39
17,79
37,57
0,16799
0,16414
0,08586
0,44049
5,13
75,75
16
1,38
137,60
102,75
1,34
18,17
16,83
18,20
37,50
0,17535
0,17167
0,07833
0,41373
5,28
81,04
17
1,36
136,10
102,72
1,32
18,37
17,20
18,56
37,43
0,18180
0,17857
0,07143
0,35793
5,01
86,05
18
1,35
134,70
102,69
1,31
18,56
17,56
18,90
37,37
0,18811
0,18495
0,06505
0,34537
5,31
91,36
19
1,33
133,50
102,67
1,30
18,73
17,87
19,21
37,31
0,19374
0,19093
0,05907
0,30508
5,16
96,52
20
1,32
132,40
102,65
1,29
18,88
18,17
19,50
37,26
0,19910
0,19642
0,05358
0,28726
5,36
101,88
21
1,25
125,30
102,51
1,22
19,95
20,29
21,54
36,93
0,23882
0,21896
0,44770
2,04695
4,57
106,45
22
1,20
119,80
102,40
1,17
20,87
22,20
23,40
36,66
0,27697
0,25789
0,40877
1,85096
4,53
110,98
23
1,15
115,40
102,31
1,13
21,66
23,92
25,08
36,44
0,31341
0,29519
0,37148
1,68101
4,53
115,51
24
1,12
111,80
102,24
1,09
22,36
25,49
26,61
36,25
0,34800
0,33070
0,33596
1,52946
4,55
120,06
25
1,09
108,80
102,18
1,06
22,98
26,91
28,00
36,09
0,38073
0,36437
0,30230
1,39500
4,61
124,67
PL-41
Phụ lục 5-17: Tính toán lưu tốc trên dốc nước bằng chương trình tính - TH2
TT
h
R
V
V2/2g
E
Jtb
i - Jtb
L
C
J
E
L
(m)
( m2)
(m)
(m)
( m/s)
(m)
(m)
(m)
(m)
(m)
0
4,51
451,02
109,02
4,14
6,65
2,26
6,77
50,68
0,00416
0,00
1
3,22
322,12
106,44
3,03
9,31
4,42
7,64
48,11
0,01239
0,00827
0,11673
0,87693
7,51
7,51
2
2,86
286,02
105,72
2,71
10,49
5,61
8,47
47,22
0,01824
0,01531
0,10969
0,82544
7,53
15,04
3
2,63
263,32
105,27
2,50
11,39
6,62
9,25
46,60
0,02389
0,02107
0,10393
0,78149
7,52
22,56
4
2,47
247,02
104,94
2,35
12,15
7,52
9,99
46,13
0,02944
0,02667
0,09833
0,73895
7,51
30,07
5
2,35
234,52
104,69
2,24
12,79
8,34
10,69
45,75
0,03489
0,03217
0,09283
0,69779
7,52
37,59
6
2,25
224,52
104,49
2,15
13,36
9,10
11,35
45,44
0,04025
0,03757
0,08743
0,65954
7,54
45,13
7
2,16
216,32
104,33
2,07
13,87
9,80
11,97
45,17
0,04547
0,04286
0,08214
0,62101
7,56
52,69
8
2,10
209,52
104,19
2,01
14,32
10,45
12,55
44,94
0,05049
0,04798
0,07702
0,57867
7,51
60,21
9
2,04
203,72
104,07
1,96
14,73
11,05
13,09
44,74
0,05536
0,05292
0,07208
0,54551
7,57
67,77
10
1,99
198,72
103,97
1,91
15,10
11,62
13,60
44,56
0,06006
0,05771
0,06729
0,51324
7,63
75,40
11
1,94
194,42
103,89
1,87
15,43
12,14
14,08
44,40
0,06453
0,06230
0,06270
0,47655
7,60
83,00
12
1,91
190,72
103,81
1,84
15,73
12,61
14,52
44,27
0,06874
0,06663
0,05837
0,43847
7,51
90,51
13
1,87
187,42
103,75
1,81
16,01
13,06
14,93
44,14
0,07279
0,07076
0,05424
0,41504
7,65
98,17
14
1,85
184,52
103,69
1,78
16,26
13,47
15,32
44,03
0,07662
0,07470
0,05030
0,38474
7,65
105,82
15
1,82
181,92
103,64
1,76
16,49
13,86
15,68
43,93
0,08028
0,07845
0,04655
0,36189
7,77
113,59
16
1,80
179,62
103,59
1,73
16,70
14,22
16,01
43,84
0,08370
0,08199
0,04301
0,33427
7,77
121,36
17
1,78
177,62
103,55
1,72
16,89
14,54
16,32
43,76
0,08684
0,08527
0,03973
0,30201
7,60
128,96
18
1,76
175,82
103,52
1,70
17,06
14,84
16,60
43,69
0,08980
0,08832
0,03668
0,28126
7,67
136,63
19
1,74
174,22
103,48
1,68
17,22
15,11
16,86
43,63
0,09254
0,09117
0,03383
0,25783
7,62
144,25
20
1,73
172,72
103,45
1,67
17,37
15,38
17,10
43,57
0,09521
0,09388
0,03112
0,24866
7,99
152,24
21
1,73
172,72
103,45
1,67
17,37
15,38
17,10
43,57
0,09521
0,09521
0,57146
0,00000
0,00
152,24
22
1,73
172,72
103,45
1,67
17,37
15,38
17,10
43,57
0,09521
0,09521
0,57146
0,00000
0,00
152,24
23
1,73
172,72
103,45
1,67
17,37
15,38
17,10
43,57
0,09521
0,09521
0,57146
0,00000
0,00
152,24
24
1,73
172,72
103,45
1,67
17,37
15,38
17,10
43,57
0,09521
0,09521
0,57146
0,00000
0,00
152,24
25
1,73
172,72
103,45
1,67
17,37
15,38
17,10
43,57
0,09521
0,09521
0,57146
0,00000
0,00
152,24
PL-42
Phụ lục 5-18: Tính toán lưu tốc trên dốc nước bằng chương trình tính - TH3
TT
h
R
V
V2/2g
E
Jtb
i - Jtb
L
C
J
E
L
(m)
( m2)
(m)
(m)
( m/s)
(m)
(m)
(m)
(m)
(m)
0
5,00
499,83
110,00
4,54
7,00
2,50
7,50
51,48
0,00407
0,00
1
3,60
359,93
107,20
3,36
9,72
4,82
8,42
48,95
0,01175
0,00791
0,09209
0,92134
10,01
10,01
2
3,21
320,73
106,41
3,01
10,91
6,07
9,28
48,07
0,01710
0,01443
0,08557
0,85808
10,03
20,03
3
2,96
296,13
105,92
2,80
11,82
7,12
10,08
47,48
0,02217
0,01963
0,08037
0,80430
10,01
30,04
4
2,78
278,43
105,57
2,64
12,57
8,05
10,84
47,02
0,02710
0,02464
0,07536
0,75700
10,04
40,08
5
2,65
264,93
105,30
2,52
13,21
8,90
11,54
46,65
0,03188
0,02949
0,07051
0,70671
10,02
50,11
6
2,54
254,13
105,08
2,42
13,77
9,67
12,21
46,34
0,03652
0,03420
0,06580
0,66415
10,09
60,20
7
2,45
245,33
104,91
2,34
14,27
10,37
12,83
46,08
0,04098
0,03875
0,06125
0,61800
10,09
70,29
8
2,38
238,03
104,76
2,27
14,70
11,02
13,40
45,86
0,04524
0,04311
0,05689
0,57305
10,07
80,36
9
2,32
231,83
104,64
2,22
15,10
11,62
13,94
45,67
0,04932
0,04728
0,05272
0,53530
10,15
90,52
10
2,27
226,53
104,53
2,17
15,45
12,17
14,43
45,50
0,05320
0,05126
0,04874
0,49696
10,20
100,71
11
2,22
222,03
104,44
2,13
15,76
12,67
14,89
45,36
0,05682
0,05501
0,04499
0,45319
10,07
110,79
12
2,18
218,13
104,36
2,09
16,05
13,12
15,30
45,23
0,06021
0,05851
0,04149
0,41794
10,07
120,86
13
2,15
214,73
104,29
2,06
16,30
13,54
15,69
45,12
0,06340
0,06180
0,03820
0,38484
10,08
130,94
14
2,12
211,73
104,23
2,03
16,53
13,93
16,04
45,01
0,06639
0,06489
0,03511
0,35644
10,15
141,09
15
2,09
209,13
104,18
2,01
16,74
14,28
16,37
44,93
0,06913
0,06776
0,03224
0,32246
10,00
151,09
16
2,07
206,83
104,14
1,99
16,92
14,60
16,66
44,85
0,07169
0,07041
0,02959
0,29627
10,01
161,10
17
2,05
204,73
104,09
1,97
17,10
14,90
16,94
44,77
0,07413
0,07291
0,02709
0,27995
10,33
171,44
18
2,03
202,83
104,06
1,95
17,26
15,18
17,20
44,71
0,07643
0,07528
0,02472
0,26138
10,57
182,01
19
2,01
201,23
104,02
1,93
17,39
15,42
17,43
44,65
0,07844
0,07744
0,02256
0,22630
10,03
192,04
20
2,00
199,73
103,99
1,92
17,52
15,65
17,65
44,60
0,08039
0,07942
0,02058
0,21746
10,57
202,61
21
1,94
194,03
103,88
1,87
18,04
16,58
18,52
44,39
0,08841
0,08440
0,58227
0,87608
1,50
204,11
22
1,89
188,83
103,78
1,82
18,54
17,51
19,40
44,20
0,09666
0,09253
0,57413
0,87398
1,52
205,63
23
1,84
184,13
103,68
1,78
19,01
18,42
20,26
44,02
0,10500
0,10083
0,56583
0,85833
1,52
207,15
24
1,80
179,83
103,60
1,74
19,46
19,31
21,11
43,85
0,11348
0,10924
0,55742
0,84822
1,52
208,67
25
1,76
175,93
103,52
1,70
19,89
20,17
21,93
43,70
0,12197
0,11773
0,54894
0,82647
1,51
210,18
PL-43
Phụ lục 5-19: Tính toán lưu tốc trên dốc nước bằng phần mềm Flow 3D - TH1
Phụ lục 5-20: Tính toán lưu tốc trên dốc nước bằng phần mềm Flow 3D - TH2
Phụ lục 5-21: Tính toán lưu tốc trên dốc nước bằng phần mềm Flow 3D - TH3
PL-44
Phụ lục 5-22: Kết quả tính toán lưu tốc trên dốc nước bằng phần mềm Flow 3D - TH1
Time
TT1
TT2
TT3
TT4
TT5
TT6
TTD1
TTD2
TTD3
1,410E+02 8,572E+00 1,273E+01 1,514E+01 1,685E+01 1,788E+01 1,880E+01 2,068E+01 2,243E+01 2,337E+01
1,425E+02 8,577E+00 1,273E+01 1,513E+01 1,685E+01 1,789E+01 1,880E+01 2,074E+01 2,241E+01 2,348E+01
1,440E+02 8,579E+00 1,273E+01 1,513E+01 1,685E+01 1,788E+01 1,881E+01 2,074E+01 2,242E+01 2,336E+01
1,455E+02 8,570E+00 1,273E+01 1,514E+01 1,685E+01 1,788E+01 1,880E+01 2,074E+01 2,242E+01 2,337E+01
1,470E+02 8,570E+00 1,273E+01 1,513E+01 1,685E+01 1,789E+01 1,880E+01 2,075E+01 2,242E+01 2,337E+01
1,485E+02 8,579E+00 1,273E+01 1,513E+01 1,685E+01 1,789E+01 1,881E+01 2,075E+01 2,241E+01 2,349E+01
1,500E+02 8,579E+00 1,273E+01 1,513E+01 1,684E+01 1,788E+01 1,880E+01 2,074E+01 2,242E+01 2,345E+01
8,575E+00 1,273E+01 1,513E+01 1,685E+01 1,788E+01 1,880E+01 2,074E+01 2,242E+01 2,341E+01
TRUNG BÌNH
Phụ lục 5-23: Kết quả tính toán lưu tốc trên dốc nước bằng phần mềm Flow 3D - TH2
Time
TT1
TT2
TT3
TT4
TT5
TT6
TT7
TT8
TT9
1,410E+02 8,452E+00 1,116E+01 1,305E+01 1,428E+01 1,530E+01 1,609E+01 1,671E+01 1,702E+01 1,746E+01
1,425E+02 8,445E+00 1,116E+01 1,306E+01 1,427E+01 1,529E+01 1,609E+01 1,671E+01 1,701E+01 1,746E+01
1,440E+02 8,448E+00 1,116E+01 1,306E+01 1,428E+01 1,529E+01 1,609E+01 1,671E+01 1,702E+01 1,746E+01
1,455E+02 8,447E+00 1,116E+01 1,306E+01 1,428E+01 1,530E+01 1,609E+01 1,671E+01 1,701E+01 1,746E+01
1,470E+02 8,445E+00 1,116E+01 1,306E+01 1,428E+01 1,529E+01 1,609E+01 1,671E+01 1,701E+01 1,746E+01
1,485E+02 8,449E+00 1,116E+01 1,305E+01 1,428E+01 1,530E+01 1,609E+01 1,671E+01 1,702E+01 1,747E+01
1,500E+02 8,447E+00 1,116E+01 1,305E+01 1,427E+01 1,529E+01 1,609E+01 1,671E+01 1,701E+01 1,747E+01
8,447E+00 1,116E+01 1,306E+01 1,428E+01 1,530E+01 1,609E+01 1,671E+01 1,701E+01 1,746E+01
TRUNG BÌNH
PL-45
Phụ lục 5-24: Kết quả tính toán lưu tốc trên dốc nước bằng phần mềm Flow 3D - TH3
Time
TT1
TT2
TT3
TT4
TT5
TT6
TT7
TT8
TT9
TT10
TT11
TTD1
1,410E+02 8,659E+00 1,097E+01 1,265E+01 1,388E+01 1,488E+01 1,569E+01 1,633E+01 1,661E+01 1,703E+01
1,805E+01
1,420E+02 8,652E+00 1,097E+01 1,265E+01 1,388E+01 1,488E+01 1,569E+01 1,633E+01 1,661E+01 1,703E+01
1,805E+01
1,430E+02 8,647E+00 1,097E+01 1,265E+01 1,388E+01 1,488E+01 1,569E+01 1,633E+01 1,661E+01 1,704E+01
1,805E+01
1,440E+02 8,656E+00 1,096E+01 1,265E+01 1,388E+01 1,488E+01 1,569E+01 1,633E+01 1,661E+01 1,704E+01 1,735E+01 1,803E+01 1,967E+01
1,450E+02 8,665E+00 1,097E+01 1,264E+01 1,388E+01 1,488E+01 1,569E+01 1,633E+01 1,661E+01 1,704E+01 1,735E+01 1,805E+01 1,968E+01
1,460E+02 8,667E+00 1,098E+01 1,264E+01 1,387E+01 1,488E+01 1,569E+01 1,633E+01 1,661E+01 1,704E+01 1,735E+01 1,805E+01 1,969E+01
1,470E+02 8,663E+00 1,098E+01 1,265E+01 1,387E+01 1,487E+01 1,569E+01 1,633E+01 1,661E+01 1,704E+01 1,736E+01 1,805E+01 1,963E+01
1,480E+02 8,662E+00 1,097E+01 1,265E+01 1,388E+01 1,487E+01 1,568E+01 1,633E+01 1,661E+01 1,704E+01 1,736E+01 1,805E+01 1,968E+01
1,490E+02 8,663E+00 1,097E+01 1,266E+01 1,388E+01 1,488E+01 1,568E+01 1,633E+01 1,661E+01 1,704E+01 1,735E+01 1,804E+01 1,969E+01
1,500E+02 8,659E+00 1,097E+01 1,265E+01 1,388E+01 1,488E+01 1,569E+01 1,632E+01 1,661E+01 1,704E+01 1,736E+01 1,804E+01 1,980E+01
8,659E+00 1,097E+01 1,265E+01 1,388E+01 1,488E+01 1,569E+01 1,633E+01 1,661E+01 1,704E+01 1,735E+01 1,805E+01 1,969E+01
TRUNG BÌNH
PL-46
PHỤ LỤC 6. LỰA CHỌN QUY MÔ CÔNG TRÌNH DẪN DÒNG QUA
ĐẬP ĐANG XÂY DỰNG CHO CÔNG TRÌNH CỬA ĐẠT
Phụ lục 6-1: Đường quá trình lũ ứng với tần suất 2%
Thời gian Lưu lượng Thời gian Lưu lượng Thời gian Lưu lượng
(giờ) (m3/s) (giờ) (m3/s) (giờ) (m3/s)
1 1.111 2.720 25 3.585 49
2 1.175 2.583 26 3.483 50
3 1.259 2.397 27 3.972 51
4 1.344 2.317 28 4.344 52
5 1.373 2.263 29 4.646 53
6 1.394 2.209 30 5.008 54
7 1.463 2.164 31 5.293 55
8 1.524 2.112 32 5.564 56
9 1.614 2.064 33 5.906 57
10 1.675 2.008 34 6.229 58
11 1.688 1.980 35 6.524 59
12 1.705 1.951 36 6.660 60
13 1.722 1.921 37 6.501 61
14 1.744 1.893 38 6.145 62
15 1.759 1.865 39 5.639 63
16 1.779 1.835 40 5.275 64
17 1.798 1.808 41 4.952 65
18 1.831 1.779 42 4.523 66
19 1.871 1.751 43 4.220 67
20 2.040 1.724 44 3.957 68
21 2.751 1.692 45 3.618 69
22 4.042 1.666 46 3.241 70
23 3.859 1.641 47 3.013 71
PL-47
24 3.717 1.615 48 2.848 72
Phụ lục 6-2: Quan hệ Q ~ Zhl công trình Cửa Đạt
STT Q(m3/s) STT Q(m3/s) Zhl(m) Zhl(m)
1 26,5 0 11 35,5 3.500
2 29,0 334 12 36,0 3.891
3 30,0 577 13 36,5 4.306
4 31,0 915 14 37,0 4.733
5 32,0 1.351 15 37,5 5.174
6 33,0 1.859 16 38,0 5.637
7 33,5 2.147 17 38,5 6.122
8 34,0 2.453 18 39,0 6.615
9 34,5 2.780 19 39,5 7.124
Phụ lục 6-3: Mặt cắt ngang đập dẫn dòng qua cao trình +30,0m
140
140
130
130
120
120
tim tuyÕn ®Ëp
110
110
100
100
90
90
1:1.50
80
80
1:1.4 0
70
70
60
60
50
50
40
40
30.00
30
30
24.00
20
20
10
10
7 - iv
-6 v
-4 iv
5 1 iv-
-5 v
0
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
PL-48
10 35,0 3.130 20 41,0 8.660
Phụ lục 6-4: Mặt cắt ngang đập giai đoạn 1 dẫn dòng qua cao trình +40,0m; m = 12
140
140
130
130
120
120
tim tuyÕn ®Ëp
110
110
100
100
90
90
1:1.50
80
80
1:1.4 0
70
70
60
60
50
50
40.00
153
120
40
40
m = 12
30
30
24.00
20
20
10
10
7 - iv
6 - v
4 - iv
5 1 - iv
5 - v
0
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
Phụ lục 6-5: Mặt cắt ngang đập giai đoạn 1 dẫn dòng qua cao trình +40,0m; m = 8
140
140
130
130
120
120
tim tuyÕn ®Ëp
110
110
100
100
90
90
1:1.50
80
80
1:1.4 0
70
70
60
60
50
50
40.00
193
81
40
40
m = 8
30
30
24.00
20
20
10
10
-7 v i
6 - v
4 - iv
5 1 - iv
5 - v
0
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
Phụ lục 6-6: Mặt cắt ngang đập giai đoạn 1 dẫn dòng qua cao trình +40,0m; m = 6
140
140
130
130
120
120
tim tuyÕn ®Ëp
110
110
100
100
90
90
1:1.50
80
80
1:1.4 0
70
70
60
60
50
50
40.00
213
61
40
40
m = 6
30
30
24.00
20
20
10
10
7 v-
i
6 - v
4 - iv
5 1 - iv
5 - v
0
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
PL-49
Phụ lục 6-7: Mặt cắt ngang đập giai đoạn 1 dẫn dòng qua cao trình +50,0m; m = 12
140
140
130
130
120
120
tim tuyÕn ®Ëp
110
110
100
100
90
90
1:1.50
80
80
1:1.4 0
70
70
60
60
19
50.00
50
50
241
40
40
m = 12
30
30
24.00
20
20
10
10
4 v-
5 1 v-
-7 iv
6 v-
i
i
-5 v
0
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
Phụ lục 6-8: Mặt cắt ngang đập giai đoạn 1 dẫn dòng qua cao trình +50,0m; m = 8
140
140
130
130
120
120
tim tuyÕn ®Ëp
110
110
100
100
90
90
1:1.50
80
80
1:1.4 0
70
70
60
60
50.00
99
50
50
161
40
40
m = 8
30
30
24.00
20
20
10
10
7 - iv
6 - v
4 - iv
5 1 - iv
5 - v
0
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
Phụ lục 6-9: Mặt cắt ngang đập giai đoạn 1 dẫn dòng qua cao trình +50,0m; m = 6
140
140
130
130
120
120
tim tuyÕn ®Ëp
110
110
100
100
90
90
1:1.50
80
80
1:1.4 0
70
70
60
60
50.00
139
50
50
122
40
40
m = 6
30
30
24.00
20
20
10
10
-6 v
-7 iv
5 -1 iv
-4 iv
5 - v
0
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
PL-50