LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Nguyễn Hải Đăng, học viên cao học lớp 23C11, chuyên ngành Kỹ thuật xây
dựng công trình thủy. Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu hiện tượng
thấm của đập tràn hồ chứa Khe Lau - Hà Tĩnh và biện pháp xử lý nhằm vận hành
an toàn công trình” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, tôi không sao chép và kết
quả của luận văn này chưa công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào.

Hà Tĩnh, ngày 24 tháng 2 năm 2017
Tác giả

Nguyễn Hải Đăng

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập, nghiên cứu với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo GS.TS Vũ
Trọng Hồng cùng với sự cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong trường Đại
học Thủy lợi luận văn thạc sĩ với đề tài “ Nghiên cứu hiện tượng thấm của đập tràn
hồ chứa Khe Lau – Hà Tĩnh và biện pháp xử lý nhằm vận hành an toàn công trình”
đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu
trong đề cương được phê duyệt.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo GS.TS Vũ Trọng Hồng người
đã tận tình hướng dẫn, cung cấp thông tin, tài liệu và vạch ra những định hướng khoa
học cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy công, Khoa công
trình, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học cùng toàn thể các thầy cô giáo trong
trường Đại học Thủy lợi đã giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong thời gian tác giả học
tập và nghiên cứu.

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những người

1.6 Biến hình thấm của đất nền và biện pháp xử lý phòng chống.............................21
1.6.1 Xói ngầm cơ học. .........................................................................................21
1.6.2 Xói tiếp xúc ..................................................................................................22
1.6.3 Đẩy trồi đất..................................................................................................23
1.6.4 Đùn đất tiếp xúc...........................................................................................23
1.6.5 Các biến hình thấm đặc biệt ........................................................................24
1.7 Một số sự cố do thấm ..........................................................................................24
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT THẤM VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ THẤM CỦA ĐẬP
TRÀN ............................................................................................................................27
2.1 Cơ sở lý thuyết thấm............................................................................................27
2.2 Các phương pháp tính thấm.................................................................................29

3

3


2.2.1 Phương pháp cơ học chất lỏng ....................................................................29

4

4


2.2.2 Phương pháp hệ số sức kháng.....................................................................30
2.2.3 Phương pháp thủy lực .................................................................................31
2.2.4 Phương pháp phần tử hữu hạn....................................................................31
2.2.5 Phương pháp thực nghiệm...........................................................................32
2.2.6 Tính thấm bằng phương pháp vẽ lưới thấm ................................................33
2.2.7 Phương pháp tỷ lệ đường thẳng ..................................................................34

3.3.5 Đề xuất các biện pháp xử lý.........................................................................63
3.3.6 Đánh giá lựa chọn phương án thấm qua nền ..............................................64
3.3.7 Chống thấm cho bê tông thân đập tràn .......................................................66
3.3.8 Phương án chống thấm hai bên mang tràn .................................................66
3.3.9 Các thông số tính toán và tiêu chuẩn thiết kế..............................................66
3.3.10 Tính toán thiết kế biện pháp chống thấm theo phương án 1 .....................68
3.3.11 Tính toán thiết kế biện pháp sửa chữa theo phương án 2: ........................69
3.3.12 Tính toán thiết kế biện pháp sửa chữa theo phương án 3: ........................70
3.3.13 Đánh giá lựa chọn phương án xử lý sự cố qua nền: .................................71
3.4 Phương án xử lý sự cố thấm qua mang tràn. .......................................................72
3.5 Xử lý sự cố thấm qua thân tràn............................................................................74
3.6 Kết luận................................................................................................................74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................78

6

6


DANH MỤC HÌNH ẢNH
3

Hình 1.1 Hồ chứa nước Đồng Đò huyện Sóc Sơn với dung tích 0,9 triệu m , xây dựng
năm 1998 .........................................................................................................................5
3

Hình 1.2 Hồ Tràng Vinh tỉnh Quảng Ninh dung tích 75 triệu m , xây dựng năm 1999.
.........................................................................................................................................6
Hình 1.3 Hồ Tả Trạch tỉnh Thừa Thiên Huế xây dựng 2013 với dung tích 646 triệu

7

7


Hình 3.11 : Trường hợp cừ thép có chiều sâu L cừ = 2m ...............................................69
Hình 3.12 : Trường hợp sân trước có chiều dài L sân = 6 m...........................................71
Hình 3.13 Mặt bằng của đập tràn Khe Lau ...................................................................72
Hình 3.14 Lưới thấm vòng quanh mang đập tràn khi bố trí tường cánh......................73

8

8


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thống kê số lượng hồ đập của một số tỉnh thành............................................3
Bảng 1.2: Thống kê một số hồ đập và hình thức tràn ở Việt Nam [3].........................11
Bảng 1.3 Thống kê các hồ chứa bị hư hỏng tràn...........................................................15
Bảng 2.1 Các công thức suy diễn của bài toán thấm vòng quanh bờ............................36
0

Bảng 3.1 Nhiệt độ không khí ( C).................................................................................49
Bảng 3.2 : Độ ẩm tương đối của không khí (%). .........................................................49
Bảng 3.3 :Lượng bốc hơi trung bình tháng năm (mm). ................................................49
Bảng 3.4. Lượng mưa bình quân năm trong vùng (mm). .............................................50
Bảng 3.5. Phân phối tổn thất bốc hơi hồ Khe Lau . ......................................................51
Bảng 3.6. tốc độ gió trung bình nhiều năm trạm Kỳ Anh.............................................52
Bảng 3.7. Các đặc trưng tốc độ gió lớn nhất thiết kế ....................................................52
Bảng 3.8: Bảng đặc trưng dòng chảy năm thiết kế .......................................................53

Đập tràn Khe Lau được xây dựng từ năm 1979 và được địa phương cải tạo, sữa chữa
nhiều lần, lần gần nhất là năm 2013 sửa chữa phần tràn và gia cố một đoạn mái thượng
lưu dài 90m bằng đá lát khan nhưng do khó khăn về nguồn lực chưa được đầu tư đúng
mức, đồng bộ nên công trình ngày càng bị xuống cấp nghiệm trọng, khả năng giữ nước
kém nên công trình chưa đáp ứng nhiệm vụ tưới ban đầu của nó. Hiện trạng đập tràn
như sau:
Đập tràn: Vị trí ở phía vai trái đập hạ lưu tràn đổ vào lòng khe chính, hình thức tràn tự
do, ngưỡng đỉnh rộng chiều rộng ngưỡng 1,5m, chiều rộng phần tràn nước B = 34,26
m, cao trình ngưỡng +12,45 m, kết cấu lớp mặt ngoài bằng đá xây và bê tông. Đập tràn
được địa phương sửa chữa năm 2013 nhưng do hạn chế về nguồn vốn nên chưa xử lý
được việc mất nước do thấm qua tràn, qua quan sát bằng mắt thường khi mực nước
trong hồ thấp dưới ngưỡng tràn 30 cm đập tràn bị thấm mạnh ở giữa ngưỡng tràn và
thấm hai bên mang tràn (Theo người quản lý mang tràn đã bị xói nhiều lần nước chảy

viii

1
0


thành dòng, thân tràn bị thấm mạnh làm mất nước làm cho địa phương năm nào cũng
thiếu nước phục vụ sản xuất, tuy địa phương đã có những biện pháp xử lý thấm nhưng
do hạn chế về nguồn lực cũng như biện pháp chưa triệt để nên hiện tại tràn vẫn bị thấm
mạnh).
2

Đập tràn Khe Lau có diện tích lưu vực 2,68 Km ; Lượng nước đến hàng năm với tần
3

suất P = 85% là 3,52 triệu m . Do công trình đã đưa vào vận hành khai thác trên 35

thác thủy sản, khai thác thủy điện, phát triển du lịch, ... ngoài ra các hồ chứa còn giữ vị
trí quan trọng trong việc điều hòa sinh thái, bảo vệ môi trường sống của con người.
Trong những năm gần đây khi mà thiên tai diễn biến ngày càng phức tạp, vai trò của
những hồ chứa nước càng trở nên quan trọng hơn.
Tính đến nay chúng ta đã xây dựng được trên 6500 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích
3

trữ nước khoảng 11 tỷ m trong đó có 560 hồ chứa có dung tích trữ nước lớn hơn 3
3

3

triệu m hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ có dung tích từ 0,2 triệu đến 3 triệu m nước,
3

còn lại là những hồ đập nhỏ có dung tích dưới 0,2 triệu m nước.
Bảng 1.1 Thống kê số lượng hồ đập của một số tỉnh thành
S
TS
T
ỉ ố
1N
6
g
2
2T
6
ha 1
3H
5



Quá trình xây dựng và phát triển ngành thủy lợi nói chung và việc xây dựng các hồ
chứa nói riêng cũng có những quá trình gắn liền với bối cảnh lịch sử của đất nước.
Giai đoạn 1960 ÷ 1975:
3

Chúng ta đã xây dựng nhiều hồ chứa có dung tích trữ nước từ 10 ÷ 50 triệu m như:
Đại Lải (Vĩnh Phúc); Suối Hai, Đồng Mô (Hà Nội); Khuôn Thần (Bắc Giang); Thượng
Tuy, Khe Lang (Hà Tĩnh); Rào Nan, Cẩm Ly (Quảng Bình); đặc biệt hồ Cấm Sơn
3

(Lạng Sơn) có dung tích 248 triệu m nước với chiều cao đập đất 40m (đập đất cao
nhất lúc bấy giờ).
Giai đoạn 1975 ÷ 2000:
Sau khi đất nước thống nhất chúng ta đã xây dựng được hàng ngàn hồ chứa trong đó
có nhiều hồ chứa nước lớn như: Núi Cốc (Thái Nguyên); Kè Gỗ (Hà Tĩnh); Yên Lập
(Quảng Ninh); Sông Mực (Thanh Hóa); Phú Ninh (Quảng nam); Yazun hạ (Gia Lai);
3

Dầu Tiếng (Tây Ninh) … trong đó hồ Dầu Tiếng có dung tích lớn nhất 1,58 tỷ m .
Các địa phương trên cả nước đã xây dựng trên 700 hồ chứa có dung tích từ 1÷10 triệu
3

m . Đặc biệt trong giai đoạn này các huyện, xã, hợp tác xã, nông trường đã xây dựng
3

hàng ngàn hồ chứa có dung tích trên dưới 0,2 triệu m .
Giai đoạn từ năm 2000 đến nay:
Bằng nhiều nguồn vốn đặc biệt là nguồn vốn trái phiếu chính phủ, Bộ NN&PTNT đã

Hình ảnh về một số hồ chứa ở Việt Nam: [3]

3

Hình 1.1 Hồ chứa nước Đồng Đò huyện Sóc Sơn với dung tích 0,9 triệu m ,
xây dựng năm 1998

5

5


3

Hình 1.2 Hồ Tràng Vinh tỉnh Quảng Ninh dung tích 75 triệu m , xây dựng năm 1999.

6


Hình 1.3 Hồ Tả Trạch tỉnh Thừa Thiên Huế xây dựng 2013 với dung tích 646 triệu
3

m.

7

7


3



Công trình tháo lũ kiểu xả sâu có thể đặt ở dưới đáy đập trên nền (cống ngầm), qua
thân đập bê tông ( đường ống), có thể đặt ở trong bờ ( đường hầm) khi điều kiện địa
hình địa chất cho phép. Với loại này có thể tháo được nước trong hồ ở bất kỳ mực
nước nào, thậm chí có thể tháo cạn hồ chứa. Loại này không những để tháo lũ mà còn
tuỳ cao trình, vị trí và mục đích sử dụng có thể dẫn dòng thi công lúc xây dựng, tháo
bùn cát lắng đọng trong hồ chứa hoặc lấy nước tưới, phát điện…
Tuỳ điều kiện cụ thể mà có thể kết hợp nhiều mục đích khác nhau trong một công trình
tháo nước dưới sâu.
Công trình tháo lũ trên mặt thường đặt ở cao trình tương đối cao. Do cao trình của
ngưỡng tràn cao, nên nó chỉ có thể dùng để tháo dung tích phòng lũ của hồ chứa. Công
trình tháo lũ trên mặt bao gồm các kiểu sau đây:
Đập tràn;
Đường tràn dọc;
Đường tràn ngang;
Xi phông tháo lũ;
Giếng tháo lũ;
Đường tràn kiểu gáo.
Công trình tháo lũ trên mặt có thể phân thành:
Công trình tháo lũ trong thân đập( đập tràn, xi phông tháo lũ, cống ngầm, đường
ống…) và công trình tháo lũ ngoài thân đập( đường tràn ngang, đường tràn dọc, giếng
tháo lũ, đường hầm…);
Công trình tháo lũ cột nước cao và công trình tháo lũ cột nước thấp. Cột nước cao khi
lớn hơn 60m.[4]
Thu thập thống kê công trình tháo lũ của các hồ chứa đã xây dựng thấy được công
trình tháo lũ được thiết kế đa dạng về chủng loại, quy mô, kích thước.

10


ồ 76
H
ồ 19
ch 87
ứa
H
ồ 19
ch 93
ứa
H
ồ
H 19
ồ 90
H
ồ 19
ch 90
ứa
H
ồ
ch
ứa
H
ồ 19
ch 78
ứa
H
ồ 19
ch 92
ứa
H 19

.8 àn
dố
B
A 20 ê
tô
n
A 27 Tr
.5 àn
A 29 Tr
.6 àn
Tr
A 25 àn
tự
do
A 40 Tr
àn
tự
A 32 Tr
.5 àn
xả
A 28 Tr
.7 àn
có
A 36 Tr
àn

11


N

ứa
H 20
ồ 02
H 20
ồ 06
H 20
ồ 06
H 20
ồ 06
H 20
ồ 06
H 20
ồ 03
H 20
ồ 04
H 20
ồ 06
H 20
ồ 06
T
hủ

C
L
Hình
oạ hi
thức
i ề
đ u ph
un

ng
A 27 cố
Tr
àn
A 33 Tr
àn
A 32 Tr
àn
A 38 C
ó
A 35 C
ó
D 50
C 11 D
8. ốc
D 72
A 56
E

T
T 19 B 12
hủ 79
8 r
y à

12


N
Tă

T 20
Đ 05

C
L
Hình
oạ hi
thức
i ề
đ u
A 40
Đậ
p
69 Tr
àn
B 46 Có
cử
B 70
A 31 Ti
êu
A 28 Có
cử
B 93 D
.5 ốc
B 80 Tr
àn
B 54 Có
cử
D
D 72 Có

không quá bất thường. Phần lớn các hồ có dung tích (10 ÷ 100) triệu m đã được Bộ

13

13


NN&PTNT, các tỉnh đầu tư sửa chữa, nâng cấp các công trình đầu mối, các hồ này về
cơ bản có đủ khả năng đảm bảo an toàn. Tuy nhiên, hiện vẫn có hư hỏng công trình
đầu mối ở một số công trình cần được theo dõi sát hoặc sửa chữa ngay, đa phần là ở
đập vật liệu địa phương.
Đối với đập đất, các hiện tượng hư hỏng gồm:
Thấm qua thân đập và thấm nền, thấm vòng qua hai vai đập;
Xói lở mái hạ lưu và hư hỏng lớp gia cố mái thượng lưu;
Mối xâm hại thân đập đất gây sụt lún trong thân đập, mái đập và làm thấm mất nước;
Cống lấy nước: bê tông thân cống bị xâm thực, thấm hai bên mang cống;
Tràn không đủ năng lực xả, thấm qua mang tràn và xói lở bể, sân tiêu năng…
3

Các hồ có dung tích từ (3 ÷ 10) triệu m , theo báo cáo của các địa phương, một số hồ
bị hư hỏng công trình đầu mối tương đối nặng. Hiện tượng hư hỏng như đã nêu ở trên
nhưng mức độ trầm trọng hơn. Thậm chí có hồ tràn bằng đất không được gia cố, rò rỉ
cửa van nặng ở cống và tràn… Nói chung, ngoài các công trình đã được sửa chữa,
nâng cấp, các hồ còn lại đều không đảm bảo khả năng chống lũ theo tiêu chuẩn hiện
hành nên mức độ đảm bảo an toàn trong mùa mưa lũ rất hạn chế.
1.3 Đập tràn tháo lũ của các hồ chứa nhỏ và các sự cố thường gặp
Đập tràn là công trình tháo lũ trên mặt và là một trong những công trình chủ yếu và
quan trọng của hồ chứa, dùng để tháo lượng nước thừa trong mùa lũ để đảm bảo an
toàn cho công trình đầu mối, thường được gọi là tràn xả lũ. Đập tràn tháo lũ chiếm một
vị trí quan trọng trong các loại công trình tháo lũ. Lúc có điều kiện sử dụng thì đây là

quá mỏng đối với sự ổn định, do việc lún của những kết cấu chính, thấm qua những
đập chính và đập phụ, và thấm vòng quanh chỗ tiếp xúc với công trình, sự biến dạng
của mái thượng lưu và hạ lưu đập, chức năng của đập tràn không đảm bảo. và những
thiết bị đo về sự ổn định còn thiếu và sử dụng không hiệu quả…”
Bảng 1.3 Thống kê các hồ chứa bị hư hỏng tràn
S S
L
ố ố T
T
T oạ hồ h ổn
i cầ ồ g
1 W 10 1 79
tr
0
W
20 2 66
2
tr
1
W
16 11 44
3
tr 2 8 2
4 W 57 4 13
tr 2 5 70
Trong thời gian gần đây, ở nước ta cũng đã có một số hồ quy mô vừa (dung tích 2 ÷ 5
3

triệu m ) và nhỏ bị vỡ gây thiệt hại đáng kể về người và tài sản. Vì vậy, để phát huy
mặt lợi và đề phòng các diễn biến bất lợi, công tác đảm bảo an toàn hồ chứa phải được


32,9 C. Nhiệt độ cao nhất có thể lên tới 38,5÷40 C;
Mùa mưa kéo dài từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, nhiệt độ trung bình tháng từ 18,3
o

o

đến 21,8 C, ở một số khu vực có nhiệt độ dưới 7 C;
Bão thường xuất hiện bắt đầu từ tháng 8 và kết thúc vào tháng 11,12. Bình quân mỗi
năm có từ 2 ÷ 3 cơn bão có ảnh hưởng trực tiếp đến Hà Tĩnh;
Hà Tĩnh có lượng mưa khá lớn, trung bình trên 2.000 mm/năm, cá biệt có nơi lên đến
3.300 mm/năm. Lượng mưa tập trung nhiều vào tháng 9 đến tháng 12 hàng năm.
Chiếm 85% lượng mưa cả năm. Mưa lớn thường gây ngập lụt, sạt lở đất, lũ quét;
Hệ thống sông ngòi khá dày đặc, chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, sông ngắn và
dốc, tốc độ dòng chảy lớn, nhất là về mùa mưa lũ. Sự phân bố dòng chảy theo mùa rõ
rệt. Những vùng thấp trũng ở hạ lưu đất thường bị nhiễm mặn do chế độ thủy triều;
Toàn tỉnh có trên 30 con sông lớn nhỏ với tổng chiều dài trên 400 km, trữ lượng
3

2

khoảng 11-13 tỷ m /năm. Tổng lưu vực của các con sông khoảng 5.436 km , trong đó
2

sông La do 2 con sông Ngàn Sâu và Ngàn Phố hợp thành, diện tích lưu vực 3.221 km
là con sông lớn nhất Hà Tĩnh.
16

16