Thiết Kế Đập Và Công Trình Tháo Lũ Cho Hồ Chứa Nước Ngàn Trươi Cẩm Trang Huyện Vũ Quang Tỉnh Hà Tĩnh

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam là một quốc gia có nguồn tài nguyên nước phong phú. Tuy

nhiên nguồn nước lại phân bổ không đều, nước chủ yếu tập trung trên các hệ

thống sông lớn như: Sông Cửu Long, sông Hồng, sông Thái Bình…, mặt khác

lượng nước trên các con sông phụ thuộc rất lớn vào lượng mưa. Lượng nước

phân bố không đều giữa các mùa trong năm, về mùa mưa thường gây ra ngập

úng và lũ lụt làm thiệt hại về tài sản và tính mạng của nhân dân, trong khi đó

về mùa khô hạn hán kéo dài gây nên tình trạng thiếu nước nghiêm trọng ảnh

hưởng xấu đến điều kiện sinh hoạt và sản xuất của người dân.

Hà Tĩnh là một trong những tỉnh nghèo của cả nước, cuộc sống người

dân nơi đây chủ yếu phụ thuộc vào sản xuất nông nghiệp với chủ đạo là trồng

lúa và một số loại hoa màu khác. Đây cũng là một trong những địa phương có

điều kiện khí hậu rất khắc nghiệt, về mùa hạ chịu ảnh hưởng của gió mùa

Đông Nam và đặc biệt là gió Tây Nam khô và nóng, nhiệt độ cao; về mùa

mưa, lượng mưa rất lớn gây ngập úng và lũ lụt trên diện rộng, mùa đông giá

lạnh có sương muối gây ra thiệt hại về cây trồng và vật nuôi, kể cả tính mạng

của con người cũng bị đe dọa. Vì thế, cuộc sống người dân nơi đây gặp rất

nhiều khó khăn.

Để cải thiển cuộc sống cho người dân và giảm thiểu tối đa hạn hán, lũ

lụt đồng thời sử dụng một cách hợp lý nguồn tài nguyên nước thì việc xây

dựng các hồ chứa nước là rất cần thiết và luôn được đặt ra. Các hồ chứa được

xây dựng không chỉ tạo điều kiện tốt cho sự phát triển kinh tế xã hội, mà còn

cải thiện được môi trường sinh thái trong khu vực.

Dự án hồ chứa nước Ngàn Trươi - Cẩm Trang được xây dựng cũng

không nằm ngoài mục đích nói trên. Với dung tích thiết kế 775 triệu m3 nước,

công trình hồ chứa nước Ngàn Trươi – Cẩm Trang là công trình đại thủy nông

lớn thứ 3 trong cả nước sau hồ Dầu Tiếng và hồ Cửa Đạt. Nhiệm vụ chính của

công trình là : Cấp nước tưới cho 32.585 ha đất nông nghiệp của 8 huyện

2

đồng thời lấy nước phục vụ khai thác mỏ sắt Thạch Khê với lưu lượng Q = 6

m

3

/s. Ngoài ra, hồ chứa nước Ngàn Trươi – Cẩm Trang còn có nhiệm vụ cấp

nước cho sông La vào mùa kiệt, phát triển nuôi trồng thủy sản (khoảng 5.991

ha) và cải thiện môi trường sinh thái cho vùng hạ du.

Qua việc nghiên cứu khảo sát điều kiện tự nhiên, xã hội của khu dự án

và được sự nhất trí của Bộ môn công trình, Khoa cơ điện và công trình –

Trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo

Ths.Phạm Quang Thiền, tôi thực hiện khóa luận tốt nghiệp: “ Thiết kế đập và

công trình tháo lũ cho hồ chứa nước Ngàn Trươi – Cẩm Trang– Huyện Vũ

Quang – Tỉnh Hà Tĩnh”.

Khóa luận tốt nghiệp bao gồm các nội dung chính sau:

- Những vân đề chung về công trình đầu mối hồ chứa;

- Xác định các kích thước cơ bản của đập;

- Tính thấm qua thân đập và nền;

- Tính toán ổn định mái đập;

- Cấu tạo chi tiết của đập;

- Thiết kế tràn xả lũ;

- Phương án thi công, dự toán giá thành và sơ bộ đánh giá tác động môi

trường;

- Kết luận và kiến nghị.

3

CHƢƠNG 1

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI HỒ CHỨA

NƢỚC NGÀN TRƢƠI – CẨM TRANG

1.1. Đặc điểm tự nhiên nơi xây dựng công trình đầu mối

1.1.1. Vị trí địa lý

Tuyến công trình hồ chứa nước Ngàn Trươi – Cẩm Trang được dự kiến

xây dựng trên sông Ngàn Trươi thuộc địa phận xã Hương Đại nay là thị trấn

Vũ Quang, huyện Vũ Quang, tỉnh Hà Tĩnh. Tuyến công trình hồ chứa nước

Ngàn Trươi – Cẩm Trang ở tọa độ 1050

28’

24”

kinh độ Đông và 180

09’

00”

vĩ

độ Bắc với diện tích lưu vực là 408 km2

.

1.1.2. Địa hình sông ngòi và đặc trưng hình thái

M¹ng l-íi s«ng suèi trong vïng ph¸t triÓn vµ ph©n bè t-¬ng ®èi ®ång

®Òu. C¸c nh¸nh suèi cÊp 1, cÊp 2 th× ®Òu nhá, ng¾n vµ dèc b¾t nguån tõ c¸c

®Ønh nói cao trong l-u vùc. T¹i c¸c vÞ trÝ dù kiÕn ®Æt tuyÕn ®Ëp, lßng s«ng nhá

vµ hÑp h¬n c¸c ®o¹n trªn vµ d-íi nã, lßng s«ng b»ng, chØ cã c¸c ghÒnh th¸c

nhá cã ®é chªnh cao tõ 0,5 - 0,8m. Đặc trưng hình thái của lưu vực tính đến

tuyến công trình thể hiện ở bảng 1– 1.

Bảng 1 - 1: Đặc trưng hình thái của lưu vực tính đến tuyến công trình

Tuyến công

trình

Toạ độ F

(Km2

)

L

(Km)

JS

0

/00

Kinh độ Vĩ độ

Ngàn Trươi –

Cẩm Trang 105o

28'24'' 18o

09'00'' 408 30 0,025

1.1.3. Thổ nhưỡng

Bề mặt của lưu vực với tầng phủ là đất á sét pha lẫn dăm sạn màu nâu

vàng hoặc xám có nguồn gốc phong hoá từ đá phiến thạch anh mi ca màu xám

1.1.4. Lưới trạm khí tượng thuỷ văn

Lưu vực sông Ngàn Trươi và vùng phụ cận có khá nhiều trạm khí

tượng thuỷ văn, một số trạm có thời gian quan trắc dài, một số trạm đã ngừng

4

hoạt động hoặc xuống cấp. Trạm Hương Khê cách tuyến công trình khoảng

15 km có thể đại biểu cho khí hậu của vùng dự án.

1.1.5. Điều kiện địa hình

Công trình hồ chứa nước Ngàn Trươi – Cẩm Trang thuộc địa phận thị

trấn Vũ Quang huyện Vũ Quang, vị trí công trình nằm gần đường Hồ Chí

Minh khoảng 500m và cách tỉnh lộ 5 khoảng 1,5 km rất thuận lợi cho việc thi

công, vận chuyển trang thiết bị máy móc và vận hành công trình. Công trình

hồ chứa nước Ngàn Trươi – Cẩm Trang là công trình thủy lợi lớn, nằm trên

sông Ngàn Trươi là nhánh cấp 1 của sông Ngàn Sâu thuộc huyện Vũ Quang

tỉnh Hà Tĩnh. Sông chảy theo hướng Tây - Đông. Diện tích lưu vực tính đến

đầu mối công trình là 408 km2

, chiều dài lòng sông 30 km, tuyến đập có toạ

độ 105

0

28’24” kinh độ Đông 180

09’00” vĩ độ Bắc. Địa hình ở đây tương đối

cao và dốc.

Diện tích tự nhiên của huyện Vũ Quang là 622,84 Km2

, mật độ dân số

54 người/Km2

, tổng số dân là 35877 người.

Dự án có điều kiện giao thông rất thuận lợi, từ thành phố Vinh dọc theo

quốc lộ 1A vào thị xã Hồng Lĩnh theo quốc lộ 8A sau đó theo tỉnh lộ 5 là đến

công trình và dự án này nằm ngay cạnh đường Hồ Chí Minh.

Gần vị trí công trình dự kiến có đường tải điện trung thế 35KV nằm

dọc theo tỉnh lộ 5, điểm đấu nối điện dự kiến nằm ở vị trí xã Đức Bồng cách

hồ chứa 2 km.

Hệ thống thông tin liên lạc vô tuyến, hữu tuyến đều có tại UBND thị

trấn Vũ Quang.

Do đó, việc đầu tư xây dựng công trình hồ chứa nước Ngàn Trươi –

Cẩm Trang mang tính khả thi cao, nhằm thúc đẩy kinh tế địa phương, tạo

cảnh quan du lịch và cải thiện môi trường, góp phần xây dựng tỉnh Hà Tĩnh

ngày càng giàu đẹp.

Lưu vực sông Ngàn Trươi thuộc loại địa hình chuyển tiếp giữa miền

núi và trung du với độ dốc sườn dốc và độ dốc lòng sông nhỏ, địa hình bị chia

5

cắt ít. Hai bên sườn lòng sông có khe tụ thuỷ đổ vào sông Ngàn Trươi. Trong

khu vực lòng hồ có một số nhà dân đang sinh hoạt và canh tác từ khá lâu do

vậy cần di dời tái định cư ở nơi khác khi công trình thi công.

1.1.6 Điều kiện địa chất

1.1.6.1. Điều kiện địa chất công trình vùng cụm đầu mối, nhà máy

+ Tại vị trí tim tuyến đập, lòng sông rộng 36m. Chiều dài theo tuyến tại

cao trình 52m là 90m. Đáy sông tại cao trình 27m.

+) Nhà máy:

- Tại vị trí nhà máy khoan 1 hố (HK3) cho thấy đây là tầng sườn tích

nằm trên nền đá gốc có cường độ cao. Từ trên xuống như sau:

- Lớp phủ sườn tích (dQ) – Lớp 2: Có bề dày trung bình từ 4m. Thành

phần là sét pha mầu nâu vàng, trạng thái nửa cứng, chứa 10-20% dăm cục và

sạn thạch anh.

- Đới đá phong hoá mạnh (IA): Đá gốc bị phong hoá, nứt nẻ rất mạnh

tới trạng thái dăm, cục, tảng, đá mềm bở. Đới IA dày 3,5m .

- Đới IB: Nằm ngay phía dưới của đới IA, là Đá ryolit hạt thô, rắn chắc

mức độ phong hoá chậm, bề dày thay đổi từ 2- 6,9m, đá nứt nẻ mạnh, các khe

nứt được lấp đầy bởi sét màu nâu vàng.

1.1.6.2. Điều kiện địa chất vùng lòng hồ

1) Địa hình, địa mạo

Lòng hồ kéo dài từ tuyến đập về thượng nguồn có chiều dài khoảng 15

km. Chiều rộng trung bình từ 30 – 35 m chạy theo dọc suối và các nhánh suối

nhỏ. Các dạng địa hình tích tụ gồm các bồi tích lòng sông, suối, các khe nhỏ

có độ dốc nhỏ.

2) Địa tầng

Kết quả khảo sát địa chất sơ bộ xác định có mặt các đới đất đá như sau:

- Lớp bồi tích hiện đại lòng sông (aQ) lớp 1: Thành phần là cát hạt thô

chứa cuội sỏi – hỗn hợp cuội sỏi màu xám trắng, xám vàng, vàng nhạt bão

hòa nước. Cuội sỏi là thạch anh và đá gốc phong hóa, khá tròn cạnh, cứng

6

chắc, kích thước từ (0,4 – 6) cm. Cát thạch anh hạt thô chiếm hàm lượng từ

(40 – 65) %.

- Lớp bồi tích thềm sông (aQ) lớp 2: Đất á sét nhẹ lẫn nhiều sỏi sạn

màu xám vàng, vàng nhạt, trạng thái cứng, kết cấu kém chặt.

- Lớp pha tàn tích sườn đồi (deQ) lớp 3: Đất sét chứa ít dăm sạn màu

nâu đỏ, trạng thái thiên nhiên đất nửa cứng – cứng, kết cấu chặt.

- Đá gốc: Có 2 loại đá gốc chính là phiến sét và phiến sét sericit có thế

nằm 30s600

đổ từ bờ phải qua bờ trái , từ thượng lưu về hạ lưu với góc dốc

lớn , dễ gây trượt. Đây là đặc điểm rất bất lợi cho việc xây dựng các hạng mục

công trình chính. Đá có tuổi Ocdovic muộn – Silua sớm thuộc hệ tầng sông

Cả - phân hệ tầng trên (O3 – Sl sc3).

- Đá phiến sét màu xám vàng,xám sáng, xám nâu. Đá có cấu tạo phân

lớp mỏng – phân phiến mờ, kiến trúc ẩn tinh, vi vảy hạt biến tinh. Thành phần

khoáng vật của đá là thạch anh (2 ÷ 5) %, vật chất hữu cơ (15 ÷ 30) %. Sét –

sericit (65 ÷ 80) %. Đá phong hóa không đều từ phong hóa hoàn toàn – nhẹ,

tươi. Đá có tuổi Ocdovic muộn – silua sớm, hệ tầng sông Cả - phân hệ tầng

trên (3 – S2 sc3). Thế nằm của đá 30s600

đổ về hướng Đông Bắc với góc dốc

(50 ÷ 60) 0

.

- Đá phiến sét sericit màu xám đen, xám nâu, khi bị ép phiến có màu

xám sang. Đá có cấu tạo phân phiên mỏng, kiến trúc ẩn tinh – vi vảy hạt biến

tinh phong hóa không đều, từ phong hóa hoàn toàn – nhẹ, tươi. Đá có tuổi

Ocdovic muộn – silua sớm, hệ tầng sông cả - Phân hệ tầng trên (O3 – S2 sc3).

Thế nằm của đá 30s600

đổ về hướng Đông Bắc với góc dốc (50 ÷ 60)0

.

- Đá gốc phong hóa không đều từ phong hóa hoàn toàn đến phong hóa

nhẹ tươi. Xen kẽ giữa giữa các đới phong hóa đôi chỗ có kẹp các mạch thạch

anh và các đới đá xung yếu, nứt nẻ mạnh lấp nhét bởi các vật chất sét dày từ

(0,2 ÷ 2,0) m.

7

- Đá gốc phong hóa hoàn toàn: Đá gốc phong hóa hoàn toàn gồm đất á

sét chứa dăm sạn và các mảnh đá chưa phong hóa hết. Hàm lượng đất chiếm

khoảng (70 ÷ 80) %; dăm sạn và các mảnh đá chiếm từ (20 ÷ 30) %; trạng

thái thiên nhiên đất nửa cứng – cứng, kết cấu chặt vừa, đôi chỗ còn giữ

nguyên hình dạng của đá gốc. Đới đá phong hóa hoàn toàn phân bố khá phổ

biến trên bề mặt đá gốc ở các hạng mục công trình đầu mối với chiều dày thay

đổi từ 1m ÷ lớn hơn 30 m, thấm nước ít.

- Đá gốc phong hóa mạnh: Đá gốc phong hóa, nứt nẻ mạnh tới vỡ vụn,

đôi chỗ là dăm cục nhét vật chất sét. Đá biến đổi màu sắc, cứng vừa đến mềm

yếu. Khe nứt hở bị lấp nhét bởi các khoáng vật sét.

- Đá gốc phong hóa vừa: Đá ít bị biến đổi màu sắc, nứt nẻ trung bình -

nứt nẻ mạnh. Khe nứt kín, bề mặt khe nứt bám vật chất sét.

- Đá gốc phong hóa nhẹ - tươi: Đá tương đói nguyên khối, biến màu

nhẹ, ít nứt nẻ, khe nứt kín, nõn khoan nguyên thỏi, rất cứng chắc, búa đập

mạnh khó vỡ.

3) Đánh giá khả năng mất nước hồ

Chiều rộng lòng hồ trung bình 30 - 35 m, chỗ mở rộng nhất khoảng

60m. Trong diện tích vùng hồ, phân bố chủ yếu các đá phun trào ryolit thuộc

các hệ tầng Sông Cả, đá nguyên khối, ít nứt nẻ. Như vậy khả năng mất nước

đối với nền đá gốc là không có. Khả năng mất nước trong tầng phủ cũng rất

thấp, bởi vì theo kết quả đổ nước hố đào tại khu vực đầu mối, đới sườn , tàn

tích được đánh giá là thấm mất nước yếu.

4) Đánh giá khả năng tái tạo bờ hồ

Hồ chứa nước Ngàn Trươi – Cẩm Trang ứng với mực nước dâng bình

thường 52m có diện tích khá lớn. Bởi vậy việc tái tạo lại bờ hồ sẽ ảnh hưởng

lớn đến lưu lượng và thể tích hồ chứa.

8

Mặt khác đập thuỷ điện là đập dâng với chiều cao cột nước khoảng 54m nên

các vùng bị ngập và bán ngập sẽ gây trượt sạt nhỏ, vì vậy cần tránh xây dựng

các công trình trong phạm vi này.

1.1.7. Vật liệu xây dựng

Xây dựng đập và các công trình đầu mối hồ chứa nước Ngàn Trươi –

Cẩm Trang với phương án đập đất cao 53,9m yêu cầu một khối lượng khá lớn

về vật liệu xây dựng, được dự kiến như sau:

- Đá: 20.000 m3

;

- Cát sỏi: 2.000 m3

;

- Đất dính: 50.000 m3

.

Kết quả khảo sát giai đoạn thiết kế cơ sở đã sơ bộ khoanh định được 3 mỏ đất

và một số vị trí có khả năng làm mỏ vật liệu cát sỏi, vật liệu đá.

1) Vật liệu đá

Vị trí mỏ đá Hồng Lĩnh và khối lượng khảo sát cho thấy:

+ Trên cơ sở khối lượng xây dựng các hạng mục công rình đã tiến hành

khảo sát mỏ vật liệu đá xây dựng tại ỏ đá Hồng Lĩnh nằm sát quốc lộ 8B tại

Km3 trên đường đi Xuân An, cách Bãi Vọt 3 Km và cách công trình khoảng

45 Km. Mỏ vật liệu đá này là đa Granit hiện đang được địa phương quản lý,

khai thác để làm vật liệu đá xây, lát và cốt liệu đá dăm đổ bê tong cho xây

dựng các công trình xây dựng trong vùng.

+ Khối lượng đá vật liệu đã khảo sát ( ở cấp độ B & C1 ) với diện tích

mỏ dự kiến khai thác là S = 200000 m2 , Khối lượng bóc vỏ V1 = 100000 m3

,

khối lượng khai thác S2 = 1000000 m3 đáp ứng yêu cầu thiết kế.

2. Vật liệu cát sỏi

Việc tìm kiếm, khảo sát dọc lòng suối cho thấy có một số vị trí có khả

năng cung cấp cát, sỏi đáp ứng yêu cầu về trữ lượng, chất lượng và điều kiện

khai thác.

9

3. Vật liệu đất dính

Trong phạm vi lòng hồ và hai bên núi gần vai đập có thể bố trí nhiều vị

trí khai thác đất dính.

Sơ bộ quá trình đo vẽ bản đồ địa chất mỏ vật liệu đã chỉ ra 3 mỏ đất gần

tuyến đập như sau:

Mỏ đất 1: Nằm tại bên vai phải đập. Mỏ nằm trên sườn núi có độ dốc

20-300, diện tích 5 ha. Đây là loại đất có nguồn gốc sườn tích gồm sét, sét

pha lẫn dăm sạn phong hoá từ đá phun trào ryolit hệ tầng Sông Cả, đất có màu

nâu đỏ, trạng thái nủa cứng đến cứng. Chiều dày được xác định qua các hố

đào thăm dò là >2,5m. Trữ lượng dự tính 150.000 m3.

Mỏ đất 2: Thuận lợi cả về chiều dày khai thác và quãng đường vận

chuyển. Diện tích mỏ là 2 ha, chiều dày khai thác qua các hố đào thăm dò là

3,0m. Trữ lượng dự kiến khai thác được 60.000 m3.

Mỏ đất 3: Nằm phía lòng hồ, thuân lợi cả về chiều dày khai thác và

quãng đường vận chuyển. Diện tích mỏ là 5 ha, chiều dày khai thác qua các

hố đào thăm dò là 3,0m. Trữ lượng dự kiến khai thác được 150.000 m3

.

Qua các mỏ vật liệu đã khảo sát như trên cho thấy nguồn vật liêu xây

dựng rất dồi dào đáp ứng đủ nhu cầu xây dựng đập thuỷ điện.

1.1.8. Một số đánh giá sơ bộ về địa hình, địa chất của công trình đầu mối

Về mặt địa chất, vùng nghiên cứu nằm trong các thành tạo đá phun

trào của nước ngầm chứa và vận động chủ yếu trong các đới đá phong

hoá nứt nẻ mạnh với độ tàng trữ nhỏ. Đới đá tương đối nguyên vẹn (đới

IIB) với tính thấm nước yếu được coi là tầng cách nước. Nước thuộc loại

mềm, nhạt, bazơ yếu.

Động đất vùng nghiên cứu, theo bản đồ phân vùng động đất lãnh thổ

Việt Nam do Viện vật lý địa cầu - Viện khoa học Việt Nam xuất bản năm