Nghiên cứu ứng dụng công nghệ cửa van cao su bản mặt phục vụ cải tạo, nâng cấp công trình đầu mối hồ chứa
Hồ chứa nước là công trình thuỷ lợi làm nhiệm vụ điều tiết dòng chảy, trữ nước vào mùa mưa để dùng vào mùa khô. Do có nhiều ưu điểm trong khai thác tổng hợp (cấp nước tưới, phát điện, nuôi cá, du lịch…), hồ chứa được xây dựng nhiều trên thế giới. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, tính tới năm 2020 nước ta đã xây dựng được 7.169 đập, hồ chứa thủy lợi, trong đó có 419 đập dâng có chiều cao trên 5,0m và 6.750 hồ chứa với tổng dung tích trữ khoảng 14,5 tỷ m3, tạo nguồn nước tưới cho gần 1,1 triệu ha đất nông nghiệp, cấp khoảng 1,5 tỷ m3 nước cho sinh hoạt, công nghiệp, phân bố tại 45/63 địa phương trên cả nước.
Trong quá trình vận hành, do biến đổi bất thường của điều kiện khí hậu và các thay đổi bất lợi về nguồn nước từ thượng – hạ lưu dẫn tới nhu cầu bức thiết là cần phải nâng cấp đập hiện có để tăng khả năng trữ nước và điều tiết lũ của hồ chứa. Có nhiều giải pháp có thể được áp dụng để thực hiện được nhiệm vụ và đạt được mục tiêu này. Các giải pháp được chia thành hai nhóm: (1) giải pháp công trình kiên cố và (2) giải pháp công trình di động. Giải pháp cải tạo nâng cao ngưỡng tràn, đập bằng các công trình kiên cố (tôn cao ngưỡng, cải tạo cửa van) thường chỉ được xem xét áp dụng với các hồ chứa quy mô lớn, cần tràn xả lũ làm việc ổn định, lâu dài. Những giải pháp này thi công phức tạp hơn so với một số hình thức công trình tạm, thời gian thi công tương đối dài, thường phải kèm theo nâng cao cao trình đỉnh đập, sửa chữa - nâng cấp kết cấu của tuyến tràn (ngưỡng tràn, dốc nước, tiêu năng…). Ngoài ra, chi phí xây dựng cho các giải pháp này cũng thường khá cao đặc biệt với những hồ chứa không cho phép nâng các mực nước lũ thiết kế (MNLTK).
Trước thực tế đó, Đề tài đi vào nghiên cứu công nghệ cửa van cao su bản mặt (CSBM). Đây là công nghệ đã được áp dụng tại nhiều nơi trên thế giới (Anh, Pháp, Hàn Quốc, Trung Quốc.v.v..) nhưng chưa được nghiên cứu tại Việt Nam. Khác với các loại hình cửa van thép truyền thống, thay vì các hệ thống nâng hạ 2 cơ khí, cửa van CSBM được trợ lực bởi các túi khí nén. Do đó công trình áp dụng loại hình cửa van này thường có tính hiệu quả về mặt kinh tế nhờ giảm được yêu cầu cao về xử lý nền móng. Việc thiết kế thành từng module cho phép thay thế từng bộ phận của cửa van một cách linh động mà không làm ảnh hưởng đến cả hệ thống. Điều này làm giảm chu kỳ đầu tư vốn và giảm thời gian ngừng sử dụng của công trình do sửa chữa. Hơn thế nữa, việc xây dựng cửa van CSBM trên mặt đập bê tông có sẵn làm giảm khối lượng thi công, không yêu cầu xây dựng trụ bên; thời gian thi công nhanh. Nhờ vào các ưu điểm trên, cửa van CSBM được ứng dụng cho nhiều lĩnh vực: trữ nước, phát điện, kiểm soát dòng chảy, ngăn lũ, tưới tiêu, giao thông…
Xuất phát từ thực tiễn trên, kĩ sư Nguyễn Văn Thanh cùng nhóm tác giả Viện Thủy công thực hiện “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ cửa van cao su bản mặt phục vụ cải tạo, nâng cấp công trình đầu mối hồ chứa” với mục tiêu Ứng dụng được công nghệ cửa van CSBM phục vụ cải tạo, nâng cấp công trình đầu mối hồ chứa đảm bảo an toàn, hiệu quả.
Dữ liệu của Tổng cục Thủy lợi, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn các tỉnh có hồ chứa về hiện trạng công trình đầu mối Tràn xả lũ, hiện trạng tháo lũ hiện nay. Dữ liệu về các ấn phẩm khoa học trong và ngoài nước, đặc biệt là các bài báo trong các tạp chí chuyên ngành uy tín trên thế giới sẽ là những căn cứ quan trọng để tham khảo, đề ra quy trình và phương pháp nghiên cứu nhằm đạt được mục tiêu đề ra của đề tài.
Kế thừa và áp dụng các giải pháp công nghệ đã được sử dụng thành công, nhất là áp dụng các công nghệ tiên tiến của các nước phát triển trên cơ sở nghiên cứu, lựa chọn các giải pháp có tính khoa học, tiếp thu được các kỹ thuật tiên tiến, hiện đại nhưng phải phù hợp với điều kiện địa bàn nghiên cứu trên tất cả các yếu tố kỹ thuật, kinh tế và xã hội.
Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:
Đập và hồ chứa là một loại hình công trình thuỷ lợi quan trọng ở nước ta. Hiện nay, có khoảng 5.500 hồ chứa đã được xây dựng và đưa vào sử dụng, với tổng dung tích trữ nước trên 35,8 tỷ m3. Do ảnh hưởng bất lợi của hiện tượng biến đổi khí hậu và những tác động khó kiểm soát từ phía thượng lưu, một yêu cầu cấp thiết hiện nay đó là phải nâng cấp các đập hiện có để tăng khả năng trữ nước và điều tiết lũ của hồ chứa. Từ thực tế trên, đề tài nghiên cứu loại hình cửa van cao su bản mặt (CSBM) áp dụng cho thực tế tại Việt Nam. Khác với các loại hình cửa van thép truyền thống, thay vì các hệ thống nâng hạ cơ khí như cửa van truyền thống, cửa van CSBM được trợ lực bởi các túi khí nén. Công nghệ cửa van CSBM được ứng dụng cho nhiều lĩnh vực: trữ nước, phát điện, kiểm soát dòng chảy, ngăn lũ, tưới tiêu, giao thông…
Đề tài đã nghiên cứu tổng quan các giải pháp cải tạo, nâng cấp đầu mối tràn xả lũ theo mục đích sử dụng: (1) mục đích tăng khả năng tháo lũ; (2) mục đích tăng độ ổn định và (3) mục đích nâng cao dung tích hồ chứa. Qua đó thấy rằng khoảng 50% công trình cần nâng cấp, đảm bảo an toàn công trình đầu mối; do vậy, công nghệ cửa van CSBM có tính ứng dụng rất cao và thị trường tiềm năng tại Việt Nam.
Để đánh giá khả năng chế tạo và vận hành của cửa van CSBM, đề tài đã thiết kế và xây dựng mô hình vật lý với 03 kịch bản: (1) Kịch bản 1: trạng thái cân bằng, xem xét lực tác dụng của cột nước thượng lưu đến hệ thống túi cao su chứa khí. Lựa chọn cột nước thiết kế và áp suất túi khí phù hợp, kích thước chiều cao và chiều dày của bản thép.
(2) Kịch bản 2: ứng với các áp suất túi khí xác định, mở các mực nước khác nhau ứng với độ mở của đập cao su bản thép khác nhau, đo đạc các thông số thủy lực;
(3) Kịch bản 3: trường hợp cửa mở tối đa Thí nghiệm đã chứng minh cửa van CSBM có thể được chế tạo và gia công tại Việt Nam với giá thành hợp lý và khả năng vận hành đáp ứng với yêu cầu thiết 32 kế. Điều đó đã chứng minh được tính hiệu qảu về kinh tế (hiệu quả trong thi công, vận hành, lựa chọn vật liệu) và kỹ thuật (khả năng tích nước - thoát nước và ổn định).
Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 19707/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
https://vista.gov.vn/
