Nghiên cứu lựa chọn loại cửa van thích hợp cho dự án chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh - Trịnh Công Vấn

Nội dung text: Nghiên cứu lựa chọn loại cửa van thích hợp cho dự án chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh - Trịnh Công Vấn

1. nghiªn cøu lùa chän lo¹i cöa van thÝch hîp cho dù ¸n chèng ngËp óng khu vùc thµnh phè hå chÝ minh TS. TrÞnh C«ng VÊn ViÖn Thñy lîi vµ M«i tr­êng, §¹i häc Thñy lîi Tóm tắt: Dự án thủy lợi chống ngập úng khu vực Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM) bao gồm 12 cống kiểm soát triều quy mô lớn, đòi hỏi lắp đặt các cửa van có khẩu độ lớn chưa từng được áp dụng ở Việt nam. Trên cơ sở nghiên cứu các cửa van lớn được chế tạo và lắp đặt tại các nước Hà Lan, Đức, Anh, Mỹ nhiều năm qua, tác giả đề xuất việc ứng dụng các cửa van khẩu độ lớn cho dự án thủy lợi chống ngập tại TPHCM nhằm kiểm soát mực nước đồng thời đảm bảo giao thông thủy nội địa từ cấp II đến cấp IV khi cửa cống mở. Phương pháp phân tích các tiêu chí tổng hợp đã được trình bày nhằm hỗ trợ việc lựa chọn loại cửa van thích hợp cho dự án. 1. Giới thiệu tổng quan về dự án thủy lợi vực đất trũng được cải tạo để có đủ dung tích dự chống ngập úng khu vực TPHCM phòng trữ lượng nước mưa tiêu ra từ trung tâm Quy hoạch chống ngập úng khu vực bờ hữu thành phố trong thời gian triều cường. Diện tích sông Sài Gòn - Nhà Bè (vùng I), bao gồm: 1) Hệ mặt nước các kênh rạch, ao hồ và vùng trũng thấp thống đê bao ven theo bờ hữu sông Sài Gòn (từ trữ nước phải được phân bố hợp lý và không được Bến Súc), sông Soài Rạp và bờ tả sông Vàm Cỏ nhỏ hơn 17% tổng diện tích toàn vùng. Đông đến tỉnh lộ 824 (Thị trấn Đức Hoà - tỉnh Hệ thống công trình “khép kín” cho phép Long An). Tuyến đê từ Bến Súc đến Vàm Thuật kiểm sóat sự xâm nhập của thủy triều (kể cá ảnh được bố trí theo tuyến đê bao của dự án thuỷ lợi bờ hưởng gián tiếp của lũ từ thượng nguồn sông hữu sông Sài Gòn; đoạn còn lại theo các tuyến Đồng Nai và Sài Gòn làm gia tăng mực nước đường giao thông hiện có ven sông. 2) Hệ thống các sông chính) đồng thời đảm bảo việc tiêu cống khép kín tuyến đê bao được đặt tại các cửa thóat nước mưa tháo ra từ hệ thống “cấp 2”. Hệ sông, rạch đổ ra sông Sài Gòn, Nhà Bè, sông Vàm thống như vậy về nguyên tắc sẽ bao gồm tuyến Cỏ và sông Vàm Cỏ Đông. Các cống này có nhiệm “đê bao”, các công trình “cống kiểm sóat mực vụ khống chế mực nước và kiểm soát môi trường nước”, các kênh trục và các “hồ điều tiết nước”. nước khu vực phía trong đê bao, để không cao hơn Hệ thống kiểm soát triều phục vụ chống ngập mực nước cho phép theo yêu cầu tiêu; một mặt và tiêu thóat nước mưa cho khu vực cần đảm bảo không cản trở lớn đến giao thông thuỷ liên vùng, các nhiệm vụ cơ bản bao gồm (1)Kiểm sóat thủy mặt khác chủ động cắt đỉnh triều; các cống không triều để giữ cho mực nước trên các kênh rạch có hoặc chỉ có nhiệm vụ giao thông nội vùng làm trong khu vực không vượt quá mức cho phép, bảo việc với chế độ tự động hai chiều. 3) Hệ thống đảm cho khu vực không bị ngập do triều (mùa kênh trục thoát nước chính được xác định là các khô) và do nước mưa cùng với thủy triều (mùa kênh dọc theo hướng Bắc - Nam. Trục kênh Rạch mưa). (2)Góp phần cải tạo môi trường nước mặt Tra - Thầy Cai – An Hạ - kênh Chợ Đệm được cải nhờ cách vận hành hệ thống sao cho tạo nên dòng tạo nạo vét, mở rộng để tải nước từ vùng trũng chảy một chiều trong thời gian nhất định, tiếp Thành phố về phía Nam. Tuyến kênh Vàm Thuật – nước sạch từ sông Sài gòn và tiêu thóat về phía Tham Lương - Bến Cát - Rạch Nước Lên đã được Nam, ra sông Soài rạp. (3)Cải thiện điều kiện giao Thành phố phê duyệt đầu tư, sau khi hoàn thành sẽ thông thủy trong vùng và hạn chế sự ảnh hưởng nâng cao khả năng tiêu thoát nước. 4) Các “hồ điều đến giao thông liên vùng trong đó có các tuyến tiết” bao gồm hệ thống kênh rạch và một số khu đường thủy quốc gia. 52
2. Hệ thống cống kiểm soát mực nước được bố trí Các cửa van cần được thiết kế sao cho đảm trên tuyến đê bao tại tất cả các cửa sông rạch đổ ra bảo việc ngăn triều cường, tiêu tháo nước mưa sông Sài Gòn, Nhà Bè và sông Vàm Cỏ Đông. Các đồng thời đảm bảo quy mô cho phép tàu thuyền cống chính có thể kể ra như sau: Rạnh Tra (rộng qua lại theo yêu cầu của giao thông thủy theo 60m), Vàm thuật (40m), Bến nghé (20m), Tân TCVN 5664:2009 bao gồm: thuận (60m), Phú Xuân (60m), Mương Chuối (180m), sông Kinh (60m), sông Kinh Lộ (60m), II III IV Kinh Hàng (120m), Thủ Bộ (200m), Bến Lức . Bề rộng khoang thông thuyền: (60m) và Kênh Xáng Lớn (20m). >65m >50m >35m . Chiều sâu nước ứng với mực nước 98%: >3,5m >2,8m >2,6m . Tĩnh không cầu, ứng với mực nước cao 5%: >9,5m >7m >6m 2. Các cửa van khẩu độ lớn áp dụng cho các công trình ngăn triều trên thế giới 2.1 Các cửa van đóng mở theo phương thẳng đứng (Lift gates) Bảng dưới đây trình bày các thông tin cơ bản về một số cửa van có khẩu độ lớn dạng đóng mở theo phương thẳng đứng (theo cách gọi của Việt nam là cửa phẳng) Hình 1: Bản đồ bố trí hệ thống thủy lợi chống ngập TPHCM Bảng 1: Tổng hợp các cửa kéo thẳng có quy mô lớn đã được xây dựng Chiều Mực nước Bề rộng cửa Chênh cao trước cửa Ghi chú Tên công trình (m) lệch (m) (m) (m) Cống ngăn lũ 80 11,6 7,4 4,5 01 cửa phẳng và âu Ravenswaay, Hà Lan tàu Cống ngăn triều 80 11,5 6,5 5,0 2 cửa phẳng (trong Krimpen, Hà Lan đó 1 cửa dự phòng) và âu tàu Cống ngăn triều 98 và 47.3 9,5 6,5 4,8 02 cửa phẳng và âu Hartelkanaal, Hà Lan tàu Đập ngăn lũ 50 10,0 7,0 3,8 Một cửa phẳng Heusden(Mỹ) Cống ngăn triều 62 cửa 40m 11,7-5,7 20,0-14,0 6,2m 62 cửa phẳng Oosterschede, khôngcho thông Hà Lan thuyền và âu tàu Đáng chú ý trong nhóm cửa lọai này là cửa lực gắn trên tháp van và có hành trình piston cống ngăn triều Hartelkanaal. Công trình gồm lớn. Cửa có hình dạng thấu kính với các tấm một cửa rộng 98m và một cửa nhỏ hơn, rộng chắn gắn trên các thanh đứng liên kết với hệ 49,3m. Cửa van được đóng mở bởi silanh thủy dầm dàn hình cung. Tải trọng áp lực nước được 53
3. truyền lên các điểm đỡ nằm trong khe cửa. Khi 2.2 Các cửa van dạng cửa sập (Flap gates) không sử dụng, cửa kéo lên cho phép lưu thông Cửa sập được tính tóan đề xuất nhiều trong thủy với tĩnh không 14m. Các cửa van sẽ được các giai đọan thiết kế nhưng thực sự chưa được đóng xuống khi dự báo có bão biển gây nước lựa chọn khi xây dựng các công trình ngăn triều dâng; lúc đó âu thuyền bên cạnh sẽ được sử lớn. Bảng sau đây, trình bày các thông tin về các dụng để thông tàu thuyền. Khi cửa đóng, dầm cửa dạng sập được đề xuất trong quá trình đáy cửa vẫn còn cách ngưỡng cống 20cm, cho nghiên cứu tại nhiều dự án lớn trên thế giới. phép một lượng nhỏ nước có thể chảy qua. Bảng 2: Các thông số thiết kế các cửa sập quy mô lớn Chiều cột Bề rộng cửa Chiều Tên công trình cao cửa nước Ghi chú (m) sâu (m) (m) (m) Cửa ngăn triều Niewe Bề rộng 22,5 17,0 3,4 7 caisson, mỗi cái lắp Waterweg (chưa xây thông nước 2 cửa sập rộng 25,7m dựng) 360m tạo nên khoang lớn 360m (không trụ) Cửa ngăn triều Niewe Bề rộng 22,5 17,0 3,4 3 caisson mỗi cái gắn 8 Waterweg (chưa xây thông nước cửa sập (silanh đẩy dựng) 360m dưới) rộng 15m, tạo khoang 360m không trụ Ngăn triều Venice Tổng chiều lớn nhất 15,0 3,0-3,5 Bao gồm các caisson (chưa xây dựng) rộng 1050m, 21,15m bằng BTCT, mỗi cái 400m luồng gắn 3-4 cửa sập 20m, tạo khoang lớn không có trụ giữa các cửa Công trình ngăn bão 27,4 10,7 5,5 5,2 Cửa sập, silanh thủy biển Stamford lực đẩy dưới Dạng cửa sập cũng đã được xây dựng tại Việt tại Việt Nam có chiều cao cửa chỉ từ 3-5m. Nam như Thảo Long, Huế (15 cửa 31,5m), Duy 2.3 Các cửa van đóng mở di chuyển theo Thành, Quảng Nam (4 cửa, 20m), Bình triệu, mặt phẳng ngang Bình Lợi, Rạch Lăng, TPHCM (mỗi vị trí 1 cửa Các cửa van thuôc nhóm này gồm cửa trượt rộng 20m). Tuy nhiên, các cửa sập được lắp đặt và cửa van cánh hình quạt. Bảng 3: Các thông số thiết kế cửa van hình quạt có quy mô lớn Cột nước Mực Chênh Bề rộng trên nước lệch cột Tên công trình Ghi chú cửa (m) ngưỡng trung nước (m) bình (m) (m) Công trình ngăn triều Hai cánh cửa trượt dài Nieuw Waterweg 360m 23,0 17,0 6,0 mỗi cửa 220m trượt (phương án tham khảo) theo phương ngang Công trình ngăn triều Hai cánh cửa hình quạt Nieuw Waterweg 360m 23,0 17,0 6,0 bán kính 295m, trụ (phương án tham khảo) quay trên 2 bờ sông 54
4. Cột nước Mực Chênh Bề rộng trên nước lệch cột Tên công trình Ghi chú cửa (m) ngưỡng trung nước (m) bình (m) (m) Công trình New Bedford 45,7 18,3 12,2 3,7 Hai cánh cửa hình quạt hurricane trụ quay trên 2 bờ Công trình ngăn lũ trên 38,1 8,5 4,9 3,7 Hai cánh cửa hình quạt kênh Harvey trụ quay trên 2 bờ Nieuw Waterweg 360 22,5 17,0 4,5 Hai cánh cửa hình quạt có phần nổi, trụ quay trên 2 bờ St. Petersburg 200 Hai cánh cửa hình quạt 23,5 16,0 có phần nổi, trụ quay trên 2 bờ 3. Các loại cửa van thích hợp cho công trọng hơn sẽ là 0 điểm. Trong trường hợp 2 trình kiểm sóat triều TPHCM tiêu chí đều thấy quan trọng thì đều được cho Các cửa van sẽ lắp đặt tại hệ thống công 1 điểm. Ví dụ khi ta xét “tính thích hợp” và trình thủy lợi chống ngập úng khu vực “độ tin cậy” của cửa van thì thấy rằng cả hai TPHCM làm nhiệm vụ chính là ngăn triều đều quan trọng vì vậy tại ô 1-2 và ô 2-1 đều cường (bao gồm cả mức nước dềnh do NBD, được ghi 1 điểm. Trong khi đó “tính thích lũ ) nhưng cũng có cửa van đồng thời phải hợp” và “độ tin cậy” đều quan trọng hơn “thời thỏa mãn kích thước luồng giao thông thủy gian thi công” nên ô 4-1 và ô 4-2 đều ghi 0 khi cửa cống mở. điểm tron khi các ô 1-4 và 2-4 đều ghi 1 điểm. Phân tích các tiêu chí tổng hợp để trên cơ Cộng điểm theo hàng ngang ta có “điểm tuyệt sở đó có thể quyết định lựa chọn một trong số đối” của mỗi tiêu chí. Để tránh các tiêu chí có các lọai cửa van thích hợp hơn cả (Multi- tổng điểm là 0 (ví dụ đây là “cảnh quan kiến Criteria Analysis). Trong dự án này các tiêu trúc”) , điểm tương đối có được nhờ nhân đôi chí cơ bản được xem xét bao gồm: (1)Tính cột điểm tuyệt đối, trong đó trường hợp 0 thích hợp, (2)Độ tin cậy, (3)Biện pháp thi điểm được nâng lên thành 1 điểm. Với cách công, (4)Thời gian thi công, (5)Kinh nghiệm làm như vậy ta có thể xác định được “trọng trong nước, (6)Giao thông thủy, (7)Khả năng số” của mỗi tiêu chí so với tổng thể các tiêu kiểm soát, (8)Vận hành bảo dưỡng, (9)Cảnh chí đưa ra phân tích. Trong thực hành việc lập quan kiến trúc và (10) giá thành. Các tiêu chí bảng phân tích như vậy được thảo luận trong trên được so sánh với nhau bằng cách phân một nhóm chuyên gia, bao gồm việc đưa ra tích trên bảng 4 dưới đây. Cột dọc thứ nhất và các tiêu chí và sau đó là phân tích mức độ thứ 2 là số thứ tự và tên các tiêu chí đưa ra để quan trọng của mỗi tiêu chí so với tiêu chí phân tích. Hàng ngang trên cùng được đánh số khác. Sau khi bảng phân tích được thành lập, từ 1 đến 10 là các tiêu chí tương tự như cột các nhà tư vấn cần trao đổi với chủ đầu tư về dọc. Các ô giao giữa cùng một tiêu chí không kết quả phân tích. Trong bước này, đôi khi xem xét được bôi màu xanh. Các ô khác là sự chủ đầu tư nhìn nhận mức độ quan trọng khác so sánh một tiêu chí với một tiêu chí khác. với tư vấn. Công việc lại tiếp tục được bàn Nếu tiêu chí này so với tiêu chí kia mà quan thảo đề có sự thống nhất trước khi chuyển qua trọng hơn thì được 1 điểm, tiêu chí ít quan bước lựa chọn lọai cửa van. 55
5. Bảng 4: Bảng phân tích các tiêu chi lựa chọn cửa van Điểm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tuyệt đối Tương đối Trọng số 1 Tính thích hợp 1 1 1 1 0 0 1 1 1 7 14 0.14 2 Độ tin cậy 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9 18 0.19 3 Biện pháp thi công 0 0 1 1 1 0 0 1 1 5 10 0.10 4 Thời gian thi công 0 0 1 1 0 0 0 1 1 4 8 0.08 Kinh nghiệm trong 5 nước 0 0 1 0 0 0 0 1 1 3 6 0.06 6 Giao thông thủy 0 0 1 1 1 0 0 1 1 5 10 0.10 7 Khả năng kiểm sóat 0 0 0 1 1 1 1 1 1 6 12 0.12 8 Vận hành bảo dưỡng 0 0 0 1 1 1 0 1 1 5 10 0.10 9 Cảnh quan kiến trúc 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0.01 10 Gia thành 0 0 1 0 1 0 0 1 1 4 8 0.08 97 1.00 Trên cơ sở các điểm trọng số của các tiêu chí, công” khá cao (7-8 điểm), trong khi đó “tính ta có thể so sánh các lọai cửa van với nhau. thích hợp” cửa segment kém hơn nên chỉ được Trước hết các phương án lọai cửa van được nêu cho 6 điểm. Nhìn chung những cửa mà một ra bao gồm: cửa phẳng, cửa sập, cửa cung, cửa hoặc một vài tiêu chí có điểm dưới trung bình segment và cửa hình quạt. Điểm các tiêu chí cho không nên được chọn vào danh sách cuối cùng mỗi lọai cửa van dựa trên thang 10 điểm đáp để phân tích. Tích giữa điểm của tiêu chí và ứng cao nhất được 10 điểm. Các điểm này được “trọng số” của tiêu chí đó được tính là điểm so đánh giá dựa trên quan điểm, kinh nghiệm của sánh. Tổng các điểm so sánh của mỗi lọai cửa chuyên gia phân tích. Ví dụ cửa phẳng có “tính van sẽ là điểm để so sánh phương án cửa van thích hợp” khá, “độ tin cậy”, “biện pháp thi này và cửa van khác. Bảng 5: So sánh các loại cửa van Cửa Cửa Cửa hình phẳng Cửa sập Cửa cung Segment quạt 1 Tính thích hợp 14 7 101 8 115 7 101 6 87 5 72 2 Độ tin cậy 19 8 148 6 111 7 130 6 111 7 130 3 Biện pháp thi công 10 8 82 6 62 7 72 5 52 6 62 4 Thời gian thi công 8 8 66 8 66 7 58 6 49 6 49 5 Kinh nghiệm trong nước 6 8 49 7 43 6 37 5 31 5 31 6 Giao thông thủy 10 7 72 8 82 7 72 8 82 8 82 7 Khả năng kiểm sóat 12 8 99 7 87 8 99 7 87 7 87 8 Vận hành bảo dưỡng 10 8 82 6 62 7 72 6 62 6 62 9 Cảnh quan kiến trúc 1 7 7 8 8 7 7 8 8 8 8 10 giá thành 8 8 66 7 58 7 58 6 49 6 49 774 695 706 619 633 56
6. Kết quả phân tích cho thấy các lọai cửa phù lực. Lọai này thích hợp cho các luồng giao hợp được sắp xếp theo thứ tự: Cửa phẳng thông cấp IV, V. (lifting gate), Cửa cung, Cửa sập, Cửa hình 4. Kết luận quạt, Cửa Segment. Dự án thủy lợi chống ngập khu vực Cửa Segment đòi hỏi kỹ thuật chế tạo, lắp TPHCM bao gồm xây dựng 12 cống ngăn đặt phức tạp, giá thành cao nên mặc dù về triều có tổng khẩu diện lớn. Các cống này cảnh quan được cho điểm cao nhất nhưng vẫn không chỉ làm nhiệm vụ kiểm soát mực nước xếp sau cùng. Lọai cửa dạng hình quạt, xoay mà còn phải đảm bảo giao thông thủy qua theo mặt nằm ngang (sector gates) đòi hỏi cống vào thời gian cửa cống mở. Vì vậy cửa diện tích hai bên bờ lớn để bố trí buồng giữ van được yêu cầu là các lọai có khẩu độ lớn. cửa (khi mở) nên phù hợp với những công Trong hòan cảnh cụ thể của dự án các loại cửa trình cửa sông lớn hơn. Trong điều kiện thích hợp nhất bao gồm cửa phẳng, cửa cung TPHCM rất khó khăn trong công tác giải và cửa sập. phóng mặt bằng (giá đất cao) nên giải pháp Các lọai cửa van có khẩu độ lớn hơn 30m cửa van hình quạt chưa thích hợp. Như vậy 3 và có chiều cao trên 6-8m chưa từng được chế lọai cửa xếp hạng trên có thể áp dụng cho các tạo và lắp đặt tại Việt nam nhưng đã được áp cống ngăn triều tại Thành phố Hồ Chí Minh. dụng ở các nước Hà lan, Bỉ, Đức, Anh, Mỹ Tuy nhiên việc áp dụng lọai cửa van nào vào từ nhiều năm vì vậy việc ứng dụng vào các công trình cụ thể còn phải xét đến các điều công trình ngăn triều ở TPHCM là hòan tòan kiện về địa chất lòng sông (liên quan đến chi khả thi. Sự ứng dụng thành công lọai cửa van phí xây dựng trụ pin và xử lý nền), yêu cầu về có khẩu độ lớn cho dự án ở TPHCM sẽ mở ra giao thông thủy thời kỳ mới ứng dụng công nghệ tiên tiến cho Qua phân tích trên đây có thể đề xuất các công trình kiểm sóat triều quy mô lớn, như sau: giảm nhẹ ảnh hưởng của tình trạng nước biển (1) Cửa van chỉ làm nhiệm vụ thông nước dâng ở khu vực ĐBSCL trong tương lai. hoặc ngăn triều cường có thể là: Tuy nhiên việc thiết kế, chế tạo và lắp đặt - Cửa sập như đã áp dụng tại Bình triệu, các cửa van lớn ban đầu cần tiếp thu, học hỏi thích hợp với các rạch nhỏ, nông. và nhận chuyển giao công nghệ từ các chuyên - Cửa kéo thẳng lên (hay cửa phẳng, theo gia, nhà thầu thuộc các quốc gia nhiều kinh cách gọi hiện nay), với hành trình silanh nghiệm. đóng mở ngắn đủ nhấc cửa van khỏi mực Phân tích tổng hợp các tiêu chí (MCA) là nước cao nhất. phương pháp được áp dụng trên thế giới - Cửa cung nhưng lại chưa thực sự được các nhà thiết kế (2) Cửa van cho phép giao thông thủy khi Việt nam quan tâm. MCA cũng có thể được mở cửa có thể áp dụng các lọai sau đây: trình bày ở những mức độ khác nhau, từ định - Cửa kéo thẳng lên xuống (như trên) tính đến định lượng. Những kết quả cụ thể nhưng được kéo lên đảm bảo tĩnh không trên các bảng phân tích trong bài báo này là đường thủy tùy thuộc tuyến đường thủy theo quan điểm riêng của tác giả và rất có thể có quy họach (Tân thuận: cấp II, Thủ bộ, Bến những ý kiến khác. Mong muốn của người Lức: cấp III, các cống còn lại: cấp IV). viết là chuyển tải đến các nhà thiết kế, các nhà - Cửa van cung, có thể đóng ngăn triều quản lý một phương pháp phân tích khoa học nhưng khi mở có thể đảm bảo tĩnh không 6- để có thể lựa chọn một phương án thiết kế hợp 7m; vận hành cửa van này bằng xi lanh thủy lý nhất. 57
7. Tài liệu tham khảo [1] Bộ NN&PTNT, 2008, Quy họach Dự án thủy lợi chống ngập úng khu vực TPHCM [2] EM 1110-2-2701, 1997, Engineering and Design Vertical lifting gates, US Army Corps of Engineers [3] R.A. Daniel, Rigo Ph. and E. Dembicki, 2008, Multi-Criteria Selection of Hydraulic gates, Proceedings of the International Navigation Association, Beijing 2008 [4] Rigo Ph. et al, 2006, Design of Movable weirs and Storm surge Barriers, International Navigation Association Abstract STUDY ON GATE TYPE SELECTION FOR THE FLOOD PROTECTION PROJECT IN HCMC Twelve (12) barriers with large spans are proposed for Flood Protection Project in HoChiMinh city (HCMC) requiring installation of very large tidal gates not been applied in Vietnam. Based on the study on large flood gates were built and installed in the Netherlands, Germany, UK, USA , the author propose the use of large span gates for the Project to control water levels and to allow inland navigation with water ways from grade II to grade IV when the gates opened. The Multi- Criteria Analysis (MCA) method is presented in selecting gate types for barriers. 58