Yêu cầu khi thiết kế cửa van và thiết bị đóng mở cho công trình chống úng ngập TP.HCM

Nghiên cứu lựa chọn cửa van khẩu độ lớn, phù hợp cho dự án chống ngập úng thành phố Hồ Chí Minh là một trong những yêu cầu quan trọng. Nhiệm vụ cửa van là ngăn triều, tháo lũ và điều tiết mực nước khi cần thiết. Vì vậy cửa van phải có độ tin cậy cao, có thẩm mỹ, hài hòa với cảnh quan đô thị. Thời gian đóng mở cửa van phải đủ nhanh, công tác bảo dưỡng và sửa chữa dễ dàng. Kết cấu cửa van không gây bất lợi cho việc xây dựng kết cấu thủy công. Từ những kết quả nghiên cứu thiết kế các công trình ngăn sông và kết quả nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành một số cửa van kiểu mới phục vụ chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh”, trong bài viết này giới thiệu và phân tích những yêu cầu khi thiết kế cửa van và thiết bị đóng mở cho công trình chống úng ngập cho thành phố Hồ Chí Minh.

Theo quy hoạch được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt về dự án chống ngập TP. Hồ Chí Minh tại văn bản số1547/QĐ-TTg ngày 28 tháng 10 năm 2008, có 12 cống được xây dựng ngăn các cửa sông chảy ra sông Sài Gòn, sông Nhà Bè và sông Vàm Cỏ.

Bảng 1: Các cống chống ngập TP. Hồ Chí Minh

Hình 1: Bản đồ vùng dự án có bố trí 12 cống

Cũng như các công trình thủy lợi ở vùng ven biển khác, công trình chống ngập úng TP. Hồ Chí Minh (ctcnuTP.HCM) phải có các cửa van để làm nhiệm vụ ngăn triều tháo lũ và điều tiết mực nước khi cần thiết. Nhưng cửa van trong ctcnuTP.HCM có những đặc điểm mà ít gặp ở các công trình thủy lợi khác ở nước ta, đó là: Quy mô cửa van lớn: Các công trình xây dựng trên các sông rộng hàng trăm mét và sâu tới 15÷20m, như sông Mương Chuối, sông Thủ Bộ, sông Kênh Lộ… nên không thể làm các khoang cống hẹp như các công trình ở nội đồng mà phải làm các khoang cống rộng để tiêu thoát nhanh và đảm bảo giao thông thủy. Ở đây chiều rộng cửa van hơn 30m, chiều cao có thể lên tới 15m. Do vậy trọng lượng cửa van có thể tới 400 tấn. Ở các nước phát triển, quy mô cửa van như vậy đã được ứng dụng rất nhiều đặc biệt là đối với các công trình ngăn sông, nhưng đối với nước ta là mới, nhất là vấn đề chế tạo, vận chuyển và lắp đặt. Cửa van làm việc trong thành phố lớn: Đây là một tiêu chí quan trọng, bởi công trình phải có nét hài hòa với các công trình đô thị, phải coi như là công trình kiến trúc trên sông vùng đô thị. Cửa van làm việc trong điều kiện bán nhật triều Biển Đông, biên độ lớn, lũ thượng lưu và lượng mưa trong lưu vực lớn. Chế độ làm việc của cửa van rất phức tạp: Nhiệm vụ của cống vừa phải ngăn triều đến một cao trình đảm bảo tiêu úng, lại vừa phải tạo được dung tích để chứa nước mưa và vừa kết hợp xả nước bẩn để chống ô nhiễm cho một số vùng của thành phố.

– Khi mực nước triều cao thì phải ngăn không cho nước xâm nhập vào trong sông. Tùy thuộc vào địa hình của khu vực công trình mà quyết định ngăn mực nước triều ở cao trình nào.

– Tạo dung tích chứa nước mưa và nước lũ. Về mùa mưa lũ theo dự báo thời tiết, có thể ngăn không cho triều vào trong sông, kể cả triều thấp nhất nhằm tạo ra dung tích chứa nước, tạo nguồn cung cấp nước ngọt. Tháo nước lũ và nước mưa: Khi có mưa và lũ thì phải chọn lúc nước triều thấp hơn để tiêu thoát không gây ngập úng thành phố, đây là thời kỳ tranh thủ tiêu thoát tối đa để tránh ngập do trùng pha mưa, lũ và triều cường.

Tạo đầu nước để chống ô nhiễm: Bằng cách điều khiển đóng mở cửa van ở các cống phía bắc và các cống phía nam tạo ra chênh lệch giữa chúng để có dòng chảy qua những đoạn thường không có dòng chảy. Vì vậy cần xây dựng quy trình trong quá trình vận hành cống chống ngập. Cửa van phục vụ cho giao thông thủy: Giao thông thủy đối với TP.HCM rất quan trọng, vì vậy khi làm cống phải làm âu thuyền. Ngoài ra mỗi cống ít nhất có một cửa van đủ điều kiện để tàu thuyền qua lại khi cửa van không đóng.

Việc vận hành cửa van khẩu độ lớn các công trình chống ngập phải đạt độ tin cậy cao, đảm bảo chống ngập có hiệu quả. Ngoài ra, cửa van phải có thẩm mỹ, hài hòa với vẻ đẹp đô thị.

Thời gian đóng mở cửa van phải đủ nhanh và phải có tính đồng bộ trong cả hệ thống: Do chế độ bán nhật triều, nên để kịp ngăn nước khi triều lên và kịp tháo lũ khi triều xuống thì phải ứng dụng những loại cửa van có khả năng đóng mở nhanh và phải sử dụng những thiết bị vận hành hiện đại. Mặt khác công tác dự báo con triều phải chính xác kịp thời. Quy trình vận hành cần thiết lập cho cả hệ thống phải xác lập cẩn thận chi tiết và sẽ hoàn thiện dần trong quá trình quản lý khai thác. Cửa van được thiết kế, gia công lắp đặt và vận

hành hiện đại nhưng phải phù hợp với trình độ công nghệ hiện có của nước ta Công tác bảo dưỡng, sửa chữa cửa van dễ dàng. Đây cũng là một yêu cầu thiết thực nhằm góp phần nâng cao hiệu quả quản lý của công trình. Kết cấu cửa van không gây bất lợi cho việc xây dựng kết cấu thủy công. Có loại cửa van đòi hỏi kết cấu thủy công phức tạp thì phải cân nhắc khi ứng dụng. Giá thành cửa van cũng phải hợp lý trong tổng mức đầu tư cho công trình.

Các cửa van trên sông dùng chắn sóng, bão, triều dâng có nhiều điểm khác biệt so với cửa van trên công trình đầu mối của thủy lợi, thủy điện. Mục tiêu sử dụng của cửa van trên sông đa dạng hơn, phức tạp hơn do đó phải nghiên cứu và hiểu rõ và phải kết hợp hài hòa các yêu cầu để đạt kết quả, đáp ứng được các đòi hỏi đa mục tiêu đó. Tuy mực nước chênh lệch của cửa trên sông không quá lớn, nhưng có khẩu độ lớn, nên tổng áp lực lên cửa vẫn rất lớn, trọng lượng cửa van lớn, gây khó khăn cho việc chế tạo đạt độ chính xác theo yêu cầu, đồng thời vấn đề lắp đặt lên công trình cũng được quan tâm lớn. Nhiệm vụ quan trọng là bảo đảm giao thông thủy theo cấp độ giao thông của quốc gia quy định. Vì cửa van là một bộ phận của công trình do vậy nó luôn liên quan mật thiết, có ảnh hưởng lẫn nhau giữa các hạng mục của công trình.

Vị trí xây dựng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng, giá thành, mục tiêu sử dụng công trình, trong đó ảnh hưởng đến việc lựa chọn loại cửa van. Vị trí xây dựng phải đáp ứng những điều kiện cụ thể sau:

– Thuận tiện cho giao thông thủy: Đây là nhiệm vụ phức tạp nhất khi xây dựng công trình trên sông (vị trí phải thông thoáng, không gấp khúc, dễ neo đậu, tốc độ dòng chảy vừa phải không bị xoáy, không co thắt…);

– Giảm thiểu mức độ gia cố nền móng (nền cứng, không lún sụt, gia cố nền móng không tốn kém, bảo đảm không bị lún lệch ảnh hưởng đến vận hành cửa van);

– Hạn chế các tác động tải trọng lên công trình (thủy tĩnh, thủy động, bùn cát lắng đọng, sóng);

– Thuận tiện quản lý công trình (giao thông đường bộ đến công trình, trong nội bộ công trình, thông tin…);

– Giảm thiểu tác động môi trường xung quanh (môi trường nước, không khí, tiếng ồn).

– Độ sâu lòng sông (ảnh hưởng đến chiều cao cửa, áp lực nước, vận hành).

– Lưu lượng dòng chảy (ảnh hưởng vận hành, áp lực thủy động).

– Mực nước và độ giao động của thủy triều (áp lực lên cửa, kết cấu cửa…).

– Cường độ gió và hướng gió (ảnh hưởng vận hành, chịu tải khi cửa van lên khỏi mặt đất, gây sóng).

– Nhiệt độ nước và không khí (giãn nở).

– Các đặc tính nền (gây lệch, kẹt khi bị lún, lắng đọng bùn cát).

– Xét đến biến đổi khí hậu toàn cầu (nước dâng cao làm khả năng chịu tải cửa van giảm, vận hành, công suất máy đóng mở, nước vượt qua đỉnh cửa).

– Hình thái lòng sông (ảnh hưởng đến tải trọng bùn cát, rác, áp lực nước phân bố không đều).

– Áp lực thủy tĩnh, thủy động, áp lực sóng, áp lực gió (kích thước cửa, loại cửa, khả năng chịu tải).

– Tải trọng bản thân (liên quan lực đóng mở, ổn đỉnh cửa…).

– Tốc độ tàu (an toàn khi qua công trình, va đập, sóng tác động lên cửa).

– Tải trọng tàu (độ sâu, cấp giao thông, ảnh hưởng kích thước khoang cửa).

– Độ tĩnh không (cấp giao thông, hành trình lớn, phức tạp).

– Bảo vệ khỏi vật trôi nổi (an toàn vận hành, không gây kẹt, kênh cửa khi đóng)

– Giao thông thủy an toàn (không bị va quệt).

– Bùn cặn lắng đọng (giảm thiểu sự lắng đọng ở công trình, tăng lực đóng mở)

– Xói mòn (gây xói lở chân công trình, gây mất an toàn).

– Bảo dưỡng sửa chữa (dễ dàng, vị trí bảo dưỡng thuận lợi, dễ tháo lắp).

– Tuổi thọ công trình (tuổi thọ ảnh hưởng đến đầu tư, chất lượng vật liệu, bảo dưỡng).

Những vấn đề nêu trên sẽ là cơ sở để lựa chọn hình thức kết cấu cửa, thiết bị đóng mở cửa van và các kết cấu khác của công trình.

Dựa vào các tiêu chí trên, theo nguyên lý hoạt động và kiểu dạng kết cấu cửa van thì mốt số loại cửa van thích hợp cho ctcnuTP.HCM được thống kế theo thứ tự ưu tiên trong bảng sau:

V. KẾT LUẬN

Việc lựa chọn được loại cửa van ứng dụng phù hợp với điều kiện ctcnuTP.HCM dựa trên những phân tích tiêu chí đánh giá là rất cần thiết. Mục tiêu đặt ra hàng đầu là tìm ra phương pháp phân tích khoa học để có thể lựa chọn kiểu cửa van thiết kế hợp lý nhất. Qua kết quả nghiên cứu của đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành một số cửa van kiểu mới phục vụ chống ngập úng khu vực TP. Hồ Chí Minh” là kết quả bước đầu về nghiên cứu các loại cửa van khẩu độ lớn cho công trình ngăn sông chống ngập thành phố Hồ Chí Minh. Để có được cơ sở lựa chọn cụ thể hơn về các loại cửa van khẩu độ lớn thì cần phải nghiên cứu chuyên sâu hơn để từ đó kết quả nghiên cứu được sẽ là cơ sở cho việc ứng dụng cụ thể cho các công trình. Ứng dụng thành công các loại cửa van có khẩu độ lớn cho dự án ctcnuTP.HCM sẽ mở ra thời kỳ mới cho việc ứng dụng các cửa van lớn trong công trình kiểm soát triều ở các vùng ven biển, phục vụ sự nghiệp chống nước biển dâng ở nước ta..