Thạc Sĩ Nghiên cứu sự xuất hiện xói hạ lưu đập dâng tràn tỉnh Sơn La và giải pháp khắc phục

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NĂM 2014

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

MỤC LỤC

Mở đầu 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XÓI Ở HẠ LƯU ĐẬP DÂNG TRÀN 3
1.1 Tổng quan về đập dâng tràn 3
1.1.1 Khái quát về đập dâng tràn 3
1.1.2 Phân loại đập dâng tràn . 3
1.1.3 Tình hình xây dựng đập dâng tràn hiện nay ở Việt Nam . 6
1.2 Tiêu năng sau đập dâng tràn 7
1.2.1 Khái quát chung về tiêu năng . 7
1.2.2 Các hình thức tiêu năng . 7
1.2.3 Đoạn sau sân tiêu năng 14
1.2.4 Với các đập không có thiết bị tiêu năng . 16
1.3 Xói sau đập dâng tràn 16
1.3.1 Khái niệm . 16
1.3.2 Quá trình xói có thể chia làm ba giai đoạn 17
1.3.3 Nguyên nhân xói sau đập dâng tràn 17
1.4 Những kết quả nghiên cứu về xói ở trong nước và ở ngoài nước . 19
1.4.1 Những kết quả nghiên cứu về xói ngoài nước . 19
1.4.2 Những kết quả nghiên cứu về xói trong nước . 24
1.4.3 Đánh giá và nhận xét chung về tính hình nghiên cứu xói . 26
CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG ĐẬP DÂNG TRÀN VÀ XÓI HẠ LƯU ĐẬP DÂNG
TRÀN Ở TỈNH SƠN LA 28
2.1 Điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế xã hội tỉnh Sơn La 28
2.1.1 Vị trí địa lý . 28
2.1.2 Đặc điểm địa hình 28
2.1.3 Đặc điểm địa chất 29
2.1.4 Thảm phủ thực vật . 29
2.1.5 Đặc điểm khí hậu . 29
2.1.6 Đặc điểm thủy văn . 31
2.1.7 Điều kiện dân sinh kinh tế . 32
2.2 Hiện trạng thuỷ lợi và đập dâng tràn 33
Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

2.2.1 Hiện trạng thủy lợi . 33
2.2.2 Hiện trạng đập dâng 35
2.3 Phân loại hình thức xói sau đập dâng tràn . 36
2.4 Sự xuất hiện xói sau đập dâng tràn . 38
2.5 Đánh giá xói sau đập dâng tràn . 40
2.5.1. Về ảnh hưởng của xói đến hiệu quả sử dụng 40
2.5.2. Về ảnh hưởng của xói đến an toàn đập 41
2.5.3 Các sự cố điển hình . 43
2.5.4 Đánh giá về nguyên nhân, giải pháp khắc phục và hiệu quả, các vấn đề còn
tồn tại 49
CHƯƠNG 3. BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG KHẮC PHỤC XÓI SAU ĐẬP DÂNG
TRÀN 51
3.1 Các vấn đề đặt ra 51
3.2 Tính toán, đánh giá khả năng xuất hiện xói theo các yếu tố khác nhau 52
3.2.1 Khả năng xuất hiện xói từ các yếu tố địa hình 52
3.2.2 Khả năng xuất hiện xói từ các yếu tố thủy văn . 53
3.2.3 Khả năng xuất hiện xói từ các yếu tố thủy lực 53
3.2.4 Khả năng xuất hiện xói từ yếu tố địa chất nền 54
3.2.5 Khả năng xuất hiện xói từ biện pháp công trình 55
3.3 Nguyên tắc chung của các giải pháp phòng xói . 56
3.4 Các giải pháp phòng chống xói 57
3.4.1 Giải pháp giảm chênh lệch mực nước thượng hạ lưu 57
3.4.2 Sử dụng các bậc nước tự nhiên để nối tiếp và tiêu năng phòng xói . 63
3.4.3 Gia cố cứng hóa sân sau tăng khả năng phòng xói của nền . 66
3.4.4 Kéo dài tường bên phòng xói cho hình thức tràn qua cả vai đập 68
3.4.5 Tăng cường quan trắc và quản lý công trình 71
CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ XÓI VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC XÓI SAU ĐẬP
DÂNG TRÀN NÀ NGỰU . 72
4.1 Giới thiệu chung về công trình 72
4.1.1 Vị trí trí công trình . 72
4.1.2 Các thông số cơ bản theo thông số xây dựng năm 1994 72
4.1.3 Các hạng mục công trình 72
Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

4.2 Điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế vùng công trình 73
4.2.1 Đặc điểm địa hình 73
4.2.2 Đặc điểm địa chất 73
4.2.3 Đặc điểm khí tượng thủy văn . 73
4.2.4 Điều kiện xã hội, dân sinh kinh tế vùng dự án . 74
4.3 Quá trình xây dựng và hiện trạng thủy lợi Nà Ngựu 75
4.3.1 Quá trình xây dựng . 75
4.3.2 Hiện trạng công trình . 75
4.4 Các phương án sửa chữa và nâng cấp đập Nà Ngựu . 76
4.5 Đề xuất và tính toán khắc phục xói 77
4.5.1 Sự cần thiết khắc phục xói 77
4.5.2 Các phương án phòng chống xói 78
4.5.3 Tính toán cho các phương án . 78
4.6 Phân tích và lựa chọn phương án khắc phục xói 86
4.6.1 Phương án 1 86
4.6.2 Phương án 2 86
4.7 Kết luận lựa chọn phương án . 87
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88
1. Những kết quả đạt được của luận văn 88
2. Những tồn tại của luận văn 89
3. Các hướng nghiên cứu giải quyết tồn tại 90
4. Kiến nghị . 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO 91








Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
1. Hình 1.1: Đập có lưu lượng tràn qua vai
2. Hình 1.2: Đập có lưu lượng tràn toàn bộ qua phần tràn
3. Hình 1.3: Đập tràn thành mỏng
4. Hình 1.4: Đập tràn thực dụng
5. Hình 1.5: Đập tràn đỉnh rộng
6. Hình 1.6: Đập tràn thẳng (chính diện)
7. Hình 1.7: Đập tràn cong
8. Hình 1.8: Đập tràn xiên
9. Hình 1.9: Đập tràn gẫy khúc
10. Hình 1.10: Đập tràn ZícZắc
11. Hình 1.11: Sơ đồ tính toán độ sâu đào bể tiêu năng
12. Hình 1.12: Sơ đồ tính toán chiều cao tường tiêu năng
13. Hình 1.13: Sơ đồ tính toán bể tường kết hợp
14. Hình 1.14: Bể tiêu năng kiểu II
15. Hình 1.15: Bể tiêu năng kiểu III
16. Hình 1.16: Sơ đồ tính toán tiêu năng mặt
17. Hình 1.17: Các dạng phễu
18. Hình 1.18: Các dạng mố nhám trong lòng máng dẫn
19. Hình 1.19: Các dạng mố tiêu năng trong bể và nghưỡng tiêu năng
20. Hình 1.20: Dầm tiêu năng
21. Hình 1.21: Thiết bị hướng dòng vào bể theo Fomitrev
22. Hình 1.22: Thiết bị hướng dòng vào bể theo Karaulov
23. Hình 1.23: Phân bố lưu tốc và đồ thị lưu tốc cho phép không xói đoạn sau nước
nhảy
24. Hình 1.24: Đồ thị quy luật biến đổi của k
25. Hình 1.25: Phân bố lưu tốc ở chân công trình và sự hình thành xói
26. Hình 1.26: Xói hạ lưu đập không có thiết bị tiêu năng
27. Hình 1.27: Xói hình thành đối với đập tính toán tiêu năng, tính toán xói phù hợp, hố
xói chưa ảnh hưởng đến sự an toàn của đập
28. Hình 1.28: Xói hình thành đối với đập tính toán tiêu năng, tính toán xói không phù
hợp, hố xói ảnh hưởng đến bể tiêu năng.
29. Hình 1.29: Sơ đồ tính toán đập xả mặt kết hợp xả đáy
30. Hình 1.30: Đường quan hệ giữa chiều sâu hố xói và mực nước hạ lưu đập xả mặt
kết hợp xả đáy
31. Hình 1.31: Sơ đồ tính toán xói sau tràn qua đập có cột nước tràn tự do
32. Hình 1.32: Đường quan hệ giữa tính toán theo công thức 19 và đo đạc thực nghiệm
33. Hình 1.33: Đường quan hệ giữa dung tích hố xói và chiều sâu mực nước hạ lưu
34. Hình 1.34: Hố xói theo Khatsuria cho đập tiêu năng phễu mũi liên tục
35. Hình 2.1: Đồ thị biểu diễn phân loại đập hiện trạng sử dụng đập
36. Hình 2.2: Đồ thị biểu diễn phân loại theo kết cấu đập
Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

37. Hình 2.3: Đồ thị biểu diễn phân loại đập theo hình thức tháo nước
38. Hình 2.4: Đồ thị biểu diễn phân loại đập hình thức tiêu năng
39. Hình 2.5: Sơ đồ hố xói sau công trình tháo nước không có sân tiêu năng
40. Hình 2.6: Sơ đồ hố xói sau công trình tháo nước có bể tiêu năng, với d0 ≠ dx
41. Hình 2.7: Sơ đồ hố xói sau công trình tháo nước có bể tiêu năng, với d R 0 R = d R x
42. Hình 3.3: Mặt bằng đập cong
43. Hình 3.4: Mặt bằng đập xiên
44. Hình 3.5: Đập tràn ngưỡng “phím piano”; loại A và loại B
45. Hình 3.6
46. Hình 3.7: Dòng chảy chuyển từ dòng xiết ở bậc sang bể tiêu năng tự nhiên
47. Hình 3.8: Chi tiết kích thước bể tự nhiên
48. Hình 3.9: Mặt cắt dọc bậc nước và bể tự nhiên
49. Hình 3.10: Hình thức gia cố cứng sân sau
50. Hình 3.11: Hình thức gia cố vật liệu nền
51. Hình 3.12: Chính diện thượng lưu đập hình thức tràn qua vai
52. Hình 4.1: Cắt dọc hiện trạng đập đầu mối Nà Ngựu
53. Hình 4.2: Gia cố sân sau đập Nà Ngựu bằng rọ thép xếp đá hộc
54. Hình 4.3: Gia cố tường sân sau và vai đập Nà Ngựu bằng rọ thép xếp đá hộc
55. Hình 4.4: Đập ngưỡng Piano loại PK-A
56. Hình 4.5: Hình thức gia cố tường và vai hạ lưu đập























Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
1. Bảng 1-1 So sánh sự sai khác giữa thực tế và tính toá
2. Bảng 2.1: Lượng mưa 1 ngày lớn nhất
3. Bảng 2.2: Lưới trạm thủy văn
4. Bảng 2.3: Đặc trưng thống dòng chảy lũ lớn nhất năm tại các trạm
5. Bảng 2.4: Bảng phân loại theo hình thức xói
6. Bảng 2.5: Bảng phân loại xói theo độ dốc lưu vực
7. Bảng 2.6: Bảng phân loại xói theo độ dốc lòng sông
8. Bảng 2.7: Bảng tính kiểm tra tiêu năng trước khi bị xói hạ lưu
9. Bảng 2.8: Bảng tính kiểm tra tiêu năng sau khi bị xói hạ lưu
10. Bảng 2.9: Tổng hợp kết quả tính toán ổn định Theo EM 1110-2-2200cho đập Nà
Ngựu Trường hợp khi đập chưa bị xói
11. Bảng 2.10: Tổng hợp kết quả tính toán ổn định Theo EM 1110-2-2200 cho đập Nà
Ngựu Trường hợp khi đập đã bị xói
12. Bảng 2.11: Bảng tính toán ổn định đập theo TCVN 285-2002 cho đập Nà Ngựu
Trường hợp khi đập chưa bị xói
13. Bảng 2.12: Bảng tính toán ổn định đập theo TCVN 285-2002 cho đập Nà Ngựu
Trường hợp khi đập bị xói
14. Bảng 2.13: Bảng tính toán xói cho đập Nà Ngựu
15. Bảng 2.14: Bảng tính toán xói cho đập Nà Xá - Phù Yên
16. Bảng 2.15: Bảng tính toán xói cho đập Co Muồng - Bắc Yên
17. Bảng 2.16: Bảng tính toán xói cho đập Huổi Tưng - Quỳnh Nhai
18. Bảng 2.17: Bảng tính toán xói cho đập Nà Rin - Sốp Cộp
19. Bảng 3.1: Bảng tính toán xói khi tính đến ảnh hưởng của độ dốc lòng sông hạ lưu
20. Bảng 3.2: Bảng tính toán xói khi tính đến sự tăng của lưu lượng tháo qua đập
21. Bảng 3.3: Bảng tính toán xói khi tính đến sự tăng của cột nước tràn
22. Bảng 3.4: Bảng tính toán xói khi xét đến yếu tố đất nền
23. Bảng 3.5: Bảng tính toán xói khi tràn có hình thức tháo lũ qua cả tràn và vai đập
24. Bảng 3.6: Bảng tính toán xói khi xét đến chiều dài đoạn gia cố
25. Bảng 3.7: Bảng tính toán kiểm tra khả năng tháo cho đập Nà Ngựu theo phương án
đập cong so sánh với đập thẳng
26. Bảng 3.8: Bảng tính toán so sánh xói theo khả năng tháo của đập cong và đập thẳng



27. Bảng 3.9: Bảng tính toán kiểm tra khả năng tháo cho đập Nà Ngựu theo phương án
đập xiên góc 25 P
0
P so sánh với đập thẳng
28. Bảng 3.10: Bảng tính toán so sánh xói theo khả năng tháo của đập xiên với đập
thẳng
29. Bảng 3.11: Bảng tính toán kiểm tra khả năng tháo cho đập Nà Ngựu theo phương
án đập có ngưỡng PKA,và hình thức hiện tại
30. Bảng 3.12: Bảng tính toán xói theo khả năng tháo của đập có ngưỡng PKA và hình
thức hiện tại
31. Bảng 3.13: Bảng tính toán phòng xói bằng bậc nước tiêu năng tự nhiên cho đập
Bản Dồm
32. Bảng 3.14 Bảng tính toán xét đến sự tăng của kích thước vật liệu nền
33. Bảng 3.15: Kết quả tính toán các thông số cho đập bản Dồm – huyện Sốp Cộp
34. Bảng 3.16: Kết quả tính toán xói cho phần tháo qua tràn của đập bản Dồm – huyện
Sốp Cộp
Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

35. Bảng 3.17: Kết quả tính toán xói cho phần tháo qua vai của đập bản Dồm - huyện
Sốp Cộp
36. Bảng 4.1: Các hạng mục công trình Nà Ngựu (xây dựng năm 1994)
37. Bảng 4.2: Bảng tính thử dần lưu lượng qua vai, lưu lượng qua đập Nà Ngựu hiện
trạng
38. Bảng 4.3 Bảng tính toán chọn lưu lượng tính tiêu năng cho đập Nà Ngựu hiện trạng
39. Bảng 4.4 Bảng tính toán tính tiêu năng cho đập Nà Ngựu hiện trạng
40. Bảng 4.5 Bảng kết quả tính toán xói sau đập dâng Nà Ngựu
41. Bảng 4.6 Bảng kết quả tính toán xói sau đập dâng Nà Ngựu sau gia cố
42. Bảng 4.7 Bảng kết quả tính toán xói vai đập dâng Nà Ngựu sau gia cố
43. Bảng 4.8 Bảng tính thử dần lưu lượng qua vai, qua đập ngưỡng Piano PK-A
44. Bảng 4.10 Bảng kết quả tính toán xói vai đập dâng Nà Ngựu sau gia cố
45. Bảng 4.11 Bảng tổng hợp các kết quả tính xói phương án 1
46. Bảng 4.12 Bảng tổng hợp các kết quả tính phương án 2
Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việc xây dựng công trình trên sông đã làm mất cân bằng của lòng dẫn và có
thể gây xói lở ở hạ lưu. Xói xuất hiện ngay chân công trình, nơi có lưu tốc rất lớn
lại phân bố không đều, nơi có mạch động lưu tốc và áp lực lớn.
Hiện nay việc nghiên cứu về xói ở hạ lưu công trình đã được nhiều nhà
nghiên cứu thuỷ lực, thuỷ công ở trong nước và nước ngoài nghiên cứu đã thu được
những kết quả nhất định. Tuy nhiên việc nghiên cứu về xói ở sau công trình tháo
nước là một hiện tượng phức tạp và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố về khách quan
và cả chủ quan.
Sơn La nơi có điạ hình bị chia cắt rất sâu, sườn núi trở nên dốc lớn. Sông suối
tại đây có có độ dốc lớn và lưu tốc dòng chảy lớn, lưu lượng có biên độ dao động
lớn, lại là vùng thường xuyên xuất hiện lũ ống, lũ quét. Do những yếu tố tự nhiên
như vậy nên hiện tượng xói lở ở đây diễn ra thường xuyên và phức tạp, đặc biệt là
xói ở sau công trình tháo nước. Đặc biệt do nguồn kinh phí hạn hẹp hay kinh phí
đầu tư xây dựng của phần đập đầu mối chiếm tỷ trọng quá lớn làm công trình không
hiệu quả nên nhiều công trình đã sử dụng phương án có xả một phần lũ qua vai, coi
phần vai tràn là một tràn sự cố hay tràn phụ, tuy nhiên hình thức này sẽ dẫn đến
hiện tượng xói lở mạnh cả phần hạ lưu đập và phần vai đập. Tuy nhiên biện pháp
công trình nay chưa được nghiên cứu cụ thể và chưa có những giải pháp mang tính
khoa học toàn diện mà chỉ dựa vào kinh nghiệm của người thiết kế.
Chính vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu sự xuất hiện xói hạ lưu đập dâng tràn
tỉnh Sơn La và giải pháp khắc phục” được học viên lựa chọn và nghiên cứu.
2. Mục đích của đề tài
Đánh giá được hiện trạng các công trình đập dâng tràn và hiện tượng xói hạ
lưu công trình đập dâng tràn ở tỉnh Sơn La.
Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

2
Đưa ra được các biện pháp khắc phục các hiện tượng xói, các biện pháp công
trình mới để giảm thiểu hiện tượng xói.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
3.1 Phương pháp tiếp cận
Tiếp cận tổng hợp: Tổng quan về tình hình xây dựng đập tràn ở Sơn La, các
yếu tố ảnh hưởng đến xói lở, đặc biệt là xói lở ở hạ lưu đập tràn.
Tiếp cận kế thừa: Các kinh nghiệm và phương pháp tính toán xác định các
thông số trong xói lở sau đập tràn trong các nghiên cứu trước đây cũng được tham
khảo trong luận văn.
3.2 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý luận: Các lý thuyết về quá trình xói và hình thức
xói được nghiên cứu một cách đầy đủ. Phân tích các kết quả nghiên cứu có liên
quan về vấn đề xói ở hạ lưu đập tràn.
Phương pháp so sánh thực tế: Thống kê các đập tràn đã và đang xuất hiện
hiện tượng xói ở hạ lưu. Phân tích các nguyên nhân và bản chất gây nên xói.
Phương pháp điều tra: Khảo sát, điều tra đánh giá các đập dâng tràn trên toàn
tỉnh Sơn La nhằm phát hiện các quy luật, các đặc điểm về hiện tượng xói.
4 Bố cục của luận văn
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÓI Ở HẠ LƯU ĐẬP DÂNG TRÀN
CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG ĐẬP DÂNG TRÀN VÀ XÓI HẠ LƯU ĐẬP DÂNG
TRÀN Ở TỈNH SƠN LA
CHƯƠNG 3: BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG KHẮC PHỤC XÓI SAU ĐẬP
DÂNG TRÀN
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ XÓI VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC XÓI SAU ĐẬP
DÂNG TRÀN NÀ NGỰU
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ