Đứng về phương diện kỹ thuật, tất cả những loại đập trên thế giới có thể xếp gọn vào hai họ (famille) đập chính, tùy theo bản chất của phản ứng đối với lực đẩy của nước (poussée de l’eau).
• Đập trọng lực (barrage poids ou gravité): phản lực của trọng lượng.
• Đập vòm (barrage voûte) - dày (voûte épaisse), mỏng (voûte mince): phản lực ở hai bên bờ.
Như thế có nghĩa là đập trọng lực (Sông Tranh 2, Sơn La) cần một nền móng (fondation) hết sức vững chắc và đập vòm cần đá núi hai bên bờ hết sức cứng rắn.
Tùy địa chất, chiều dài đập trọng lực có thể lớn, nhưng chiều dài (dây cung) của đập vòm phải ngắn (effet d’arc : hiệu ứng dây cung).
Đập trọng lực có thể làm bằng đất và/ hay đá (Đanhim và nhiều đập khác của ta đang vận hành) hoặc bê tông (Sông Tranh 2).
Lực đẩy của nước tỷ lệ với chiều cao H2 của mực nước trong hồ, (dung tích hồ nước không có ảnh hưởng như có người tưởng).
Công suất thô (puissance brute) của nhà máy thủy điện là :
(1) Pt = 9,81 Q x Ht
Pt (công suất) = kW, Q (lưu lượng) = m3/s , Ht (chiều cao thác nước) = m
Tiềm năng của hồ nước là :
(2) W = Vu x Ht/367 (3600 / 9,81= 367) (1 kWh = 3600 kjoules)
W (sản lượng điện) = kWh, Vu (dung tích hồ nước) = m3
Muốn dễ nhớ, lấy hiệu suất tổng quát rất thấp 0,73, thì con số 367 trở thành 500 (367/ 500 = 0,73).
Như thế ta có thể định nghĩa 1 kWh thủy điện là năng lượng do 1 m3 nước rơi từ độ cao 500 m xuống đất hay 500 m3 nước rơi từ độ cao 1 m.
Tiềm năng thủy điện Việt Nam
Dựa trên công thức (2) này, ta có thể từ từ đi đến việc ước tính tiềm năng thủy điện của một nước và luôn cả thế giới. Tiềm năng thủy điện của Việt Nam và Pháp có thể xem như tương đương với nhau:
|
Việt |
Pháp |
Tiềm năng lý thuyết (TWh) |
300 |
270 |
Tiềm năng kỹ thuật (TWh) |
80 |
100 |
Tiềm năng kinh tế (TWh) |
52-70 |
72 |
Trong nhiều năm qua, tỷ lệ thủy điện và điện khí của nước ta trong lượng điện sản xuất rất cao, lên đến 40% -50%. Công suất thiết kế thủy điện hiện nay là 9200 MW.
(Điều cần nhớ là, đối với các nhà máy thủy điện, phải lý luận với sản lượng điện bình quân hàng năm (TWh hay tỷ kWh) thay vì công suất đặt MW. Thiết kế những tổ máy lớn mà hay thiếu nước cho tua bin chạy cũng vô ích và phí của. Số giờ vận hành mỗi năm tùy thời tiết là chủ yếu. Sơn La có thể vận hành trung bình 4.165 giờ/năm hơn Hòa Bình).
Tuy nhiên, tỷ lệ thủy điện Việt Nam sẽ xuống dần: 33,6% năm 2015, 26,6% năm 2020, 15,3% năm 2030 cũng như điện khí và dầu ( 24,9%, 19,6%, 12,7% ). Ngựơc lại, tỷ lệ điện than sẽ tăng lên (35,1%, 44,7% , 56, 1%).
dẫn đầu kiểm tra những vết nứt trên thân đập Sông Tranh 2 ngày 20-3. Ảnh: THÚY PHƯƠNG
Đập Sông Tranh 2 bị đe dọa hết sức nghiêm trọng
Đập Sông Tranh 2, cách Tam Kỳ (Quảng Nam) 60 km, là một đập trọng lực bê tông đằm lăn (RCC gravity), có chiều cao 96 m, dài 640 m. Với một diện tích thủy vực 11000 km2, dung tích hồ chứa 730 triệu m3 nước, thuộc loại lớn nhất miền Trung. Công suất thiết kế 2 tổ máy thủy điện là 190 MW. Vốn đầu tư trên 5.000 tỷ đồng.
Cứ 20 m chiều dài thân đập, có một khe nhiệt, thiết kế theo chiều thẳng đứng. Giữa hai khe có các ống thu nước. Nguồn tin cho biết, trong số 30 khe nhiệt có nhiều khe bị lỗi kỹ thuật vì làm lệch trong quá trình thi công và một số ống thoát của khe nhiệt bị tắc, gây rò rỉ (trên 30 lít/giây).
Bộ Xây dựng cũng vừa cho biết công trình thủy điện Sông Tranh 2 chưa được nghiệm thu đưa vào khai thác sử dụng, chỉ mới nghiệm thu tích nước.
Trong suốt 2 tuần qua, chủ đầu tư EVN, nhiều chuyên gia giàu kinh nghiệm và đại diện các cơ quan trách nhiệm chính quyền và địa phương đã đến tận nơi, khảo sát, tìm hiểu nguyên nhân để đề nghị biện pháp xử lý sự cố.
Nước chảy ở đập như suối là một đe dọa hết sức nghiêm trọng. Các vết nứt lan rộng với thời gian vì vật liệu xung quanh sẽ tiếp tục bị xói mòn. Hiện nay cũng chưa biết rõ khe nứt vì thấm của bêtông hay vì các khe nhiệt.
Tôi thường nói đùa với sinh viên Trường Cao Đẳng Điện học Phú Thọ cũng như Đại học Bách khoa Grenoble rằng ta khiêu khích tạo hóa vì con sông đang bình thản chảy, thì ta lại xây đập, chận ngang dòng nước của nó! Điều khó là làm sao phòng thủ và bảo vệ công trình và dân chúng khi tạo hóa nổi giận, lên cơn?
Một nguyên tắc căn bản mà tôi thường cho sinh viên biết là: Đập có thể tồn tại lâu dài, nếu không thấm nước (bonne étanchéité) ở thượng lưu và tiêu thoát nước dễ dàng (bon drainage) ở hạ lưu. Để nước thấm qua đập là điều tối kị. Đập thiếu an toàn về nền móng thì nguy đến nơi!
Theo Cục kiểm định nhà nước về chất lượng thì tất cả các khâu, từ thiết kế, thi công, giám sát đến khai thác, vận hành đều có lỗi. Mãi đến nay, các cơ quan trách nhiệm và chuyên gia còn đang tranh cãi, nên những giải thích và biện pháp đưa ra chưa đủ sức thuyết phục để trấn an đồng bào miền Trung.
Tôi đồng ý với bạn đồng nghiệp EDF, kỹ sư Michel Hồ Tá Khanh: Không nên tiếp tục ngăn chặn rò rỉ ở hạ lưu đập với resine Epoxy, vì như thế sẽ làm hỏng những khe nằm ngang và đập sẽ mất ổn định. Trong lúc chờ đợi, vì đập nứt và rò rỉ ở nhiều khe, ta có thể phủ géomembrane ở thượng lưu đập.
Nguyên nhân sự cố: động đất kích thích (séisme induit)
Ở xa, tôi không thể biết có phải vì lí do thiết kế, thi công hay vận hành. Những vết nứt, theo tôi, có thể là do ở các trận động đất kích thích (séisme induit) 3,4°Richter liên tiếp xảy ra, lúc hồ đập Sông Tranh 2 đón nhận dung tích nước đầu tiên (1er remplissage) trong năm qua.
Theo giáo sư Carsten Könke ở trường đại học Weimar của Đức: Chúng ta không thể nói rằng cấu trúc của đập trọng lực dễ bị ảnh hưởng bởi động đất hơn cấu trúc đập vòm hay ngược lại. Điều đó phụ thuộc phần lớn vào tần số cộng hưởng riêng của công trình (sự truyền sóng trong vật liệu). Tần số đó càng gần với tần số lan truyền của động đất thì càng không tốt và đập có nhiều nguy cơ bị vỡ hơn.
Năm 1934, các kỹ sư Mỹ đã tỏ vẻ nghi ngờ về hiện tượng động đất kích thích lúc xây cất đập lớn Hoover. Những quan sát đầu tiên liên quan đến hiện tượng này bắt đầu từ 1935, lúc người ta cho nước vào hồ Mead lần đầu tiên, gây nên những rung chấn nhỏ thường xuyên trong vùng Nevada và Arizona.
Tại Pháp, các chuyên gia nhìn nhận có động đất kích thích 4,9° Richter xảy ra ngày 25/4/1963 ở đập Monteynard, với một dung tích nước (275 triệu m3), nhỏ hơn dung tích đập Sông Tranh 2. Sự kiện này đã gia tăng sự hiểu biết về mạng lưới các đới đứt gãy động đất tiềm ẩn phía Nam Grenoble.
Nhưng mãi đến năm 1966, ở đập Kremasta (Hy Lạp) cao 147 m, dung tích hồ nước 4800 triệu m3, lúc xảy ra trân địa chấn kích thích 6,2° Richter (chấn tâm ở 20 km dưới hồ), các chuyên gia mới bắt đầu lo sợ.
Sang năm 1967, ở đập Koyna (Ấn Độ) cao 103 m, dung tích hồ nước 2700 m3, một trận động đất kích thích 6° Richter cũng được diễn ra (chấn tâm ở 9 km dưới hồ). Nhiều nghiên cứu khác được thực hiện, nhân lúc đập Kariba (Rhodésie) cao 128 m, dung tích hồ nước 160 000 triệu m3, đón nhận hồ nước đầu tiên, kéo dài từ 1959 đến 1971. Trận địa chấn kích thích chính (6° Richter) xảy ra sau khi hồ đầy nước.
Với những máy đo địa chấn, các kỹ sư đã theo dõi trường hợp đập Talbingo (Australie). Chỉ có một trận địa chấn nhỏ diễn ra trong vòng 13 năm, trước khi đập này đón nhận hồ nước đầu tiên.
Hydro-Québec, với nhiều hồ lớn ở vùng phía bắc từ những năm 1950, cũng xác nhận đã gặp nhiều rung chấn kích thích. Một trận động đất kích thích cường độ 4,1 đã diễn ra vào tháng 10-1975 khi cho nước vào hồ Manic-3 ở Côte-Nord 2 .
Với 900 triệu m3 nước, hồ Zipingpu (Trung Quốc), chỉ nằm cách 500 m những đới đứt gãy, gây nên trận động đất kích thích ngày 12/05/2008, có thể là nguyên nhân khởi nguồn.
Để hiểu vấn đề, cần phải biết mức độ thẩm thấu của vùng đứt gãy. Cũng cần chú ý rằng sự sụt giảm mực nước trong vòng 6 tháng, từ tháng 12/2007 đến tháng 5/2008 (từ 870 m xuống 817 m – tương đương với 650 triệu m3 nước), đã làm giảm ứng suất 0,1 bar. Giai đoạn đó lại trùng hợp với sự gia tăng chấn động mà đỉnh điểm là động đất lớn ngày 12-5-2008. Vì vậy, sự tháo nước đột ngột cũng có thể gây ra những vấn đề đáng lo ngại.
Ngược lại, động đất kích thích lại không thấy xuất hiện ở một số đập có hồ nước lớn, mặc dù xây cất ở những vùng có địa chấn như Californie hay Mexique.
Những trường hợp nêu trên, tôi đã có dịp trình bày trong cuốn sách giáo khoa về thủy điện (Energie hydraulique) mà tôi cùng ông Roger Ginocchio soạn thảo cho chuyên viên EDF và sinh viên các trường kỹ sư (do Eyrolles xuất bản).
Hiện tượng động đất kích thích chưa được giới khoa học chứng minh rõ ràng. Chúng ta cũng nên khiêm tốn và hết sức thận trọng khi kết luận, trong lúc chờ đợi các báo cáo khoa học nghiêm túc và chính xác của những chuyên gia địa chất.
Nên hạ thật gấp mức nước!
Phải để tính mạng đồng bào lên trên hết. Ta không thể đắn đo, cân nhắc lợi hại với những triệu kWh tích trữ trong hồ nước. Xả nước một hồ rất lớn không phải một vài ngày là xong. Ta nên cho 2 tổ máy 190 MW.chạy liên tục, chẳng cần đợi giờ cao điểm và tìm mọi cách xả nước, để hạ gấp mức nước.
Ta khó hình dung được sức mạnh khổng lồ của 730 triệu tấn nước thình lình ồ ạt đổ xuống hạ lưu, lôi cuốn dân chúng và tàn phá nhà cửa ruộng đất như tsunami ở Nhật Bản ngày 11-3-2011.
Nếu không hạ mức nước gấp thì làm sao kiểm tra nghiêm túc để đưa ra biện pháp xử lý đúng đắn kịp thời? Ta nên biết rằng ở Pháp, những quy chế khắt khe về những cấu trúc tháo nước ở đáy (vidange de fond) là giảm 50% sức đẩy của nước (poussée de l'eau) vào thân đập trong thời gian 8 ngày (với giả thuyết không cho nước đổ vào hồ) và tháo nước toàn bộ (vidange totale) của hồ trong vòng 21 ngày với những điều kiện trên).
Tôi đề nghị nên mời gấp chuyên gia tư vấn quốc tế, độc lập, đến khảo sát tỉ mỉ và góp thêm ý kiến.
Mặc dù chưa biết chính xác nguyên nhân và những biến chuyển quan trọng trong thân đập, nhưng sự cố đã xảy ra như thế là một cảnh cáo hết sức quan trọng. Ta chớ nên coi thường!
Nếu tình trạng nguy hiểm kéo dài, một thảm họa rùng rợn có thể diễn ra ở miền Trung, gây bao tang thương cho đồng bào. Tạo hóa vô thường, đập Sông Tranh 2 đã suy yếu phần nào, có thể tan vỡ thình lình, trước mùa lũ lớn, nếu rủi ro xảy ra một trận động đất lớn trong khu vực.
Làm sao tránh các sự cố?
Muốn các đập thủy điện khỏi có sự cố quan trọng và được an toàn, thì ta phải tổ chức một cơ quan kỹ thuật trung ương đầy đủ dụng cụ máy móc tinh xảo, để kiểm tra tất cả các đập và nhà máy lớn, tăng hiệu suất khai thác và kịp thời báo động cho dân chúng, khi có sự cố nguy hiểm đến tính mạng.
Thí dụ ở EDF Grenoble, tại Nha kỹ thuật tổng quát DTG (Division Technique Générale) nơi tôi làm việc những năm đầu tiên ở Pháp, người ta có lập sở thủy lợi (để đo lưu lượng) và sở nghe bệnh đập (Auscultation des barrages).
Đập không phải là một cơ cấu bêtông hay đất đá chết. Xung quanh và trong lòng mỗi đập đều có đường hầm, máy móc dụng cụ, cho phép ta kiểm tra và nghe hơi thở đập một cách tự động và liên tục.
Thời gian chảy đá mòn sông núi lở, thì mỗi năm các đập cũng có thể di dịch. Dưới tác động của việc đổ đầy hồ chứa và nhiệt độ, các đập có thể dịch chuyển về phía thượng lưu hay hạ lưu. Những hiện tượng này gây nên bởi các nguyên nhân bên ngoài nhưng cũng có thể liên quan đến bản chất của các vật liệu xây dựng công trình.
Sự vỡ đập thông thường xảy ra sau một quá trình suy yếu kéo dài từ vài ngày đến vài tuần (trừ những trường hợp vỡ tức thời như đập Malpasset của Pháp). Những dấu hiệu báo trước cho phép hoặc tháo nước (trường hợp đập Sông Tranh 2 ?) trong hồ hoặc di tản dân chúng bị đe dọa.
Tóm lại, 3 lý do chính gây ra sự cố và tai biến là :
• Động đất
• Lần đầu tiên cho nước vào đập (1er remplissage).
• Lũ hết sức đặc biệt (crue exceptionnelle)
Đập trọng lực (đặc biệt đá/đất) thuộc loại phổ biến nhất và cũng có nguy cơ nhiều nhất. Với loại đập đất và / hay đá, sợ nhất là nước lũ tràn ngập đỉnh, phá vỡ đập rất nhanh chóng.
Về lũ đặc biệt, lấy ví dụ hệ thống xả lũ (évacuateurs de crues) đập Hòa Bình, có khả năng xả lưu lượng 38 000 m3/s (lũ 10000 năm – crue décamillénaire), theo bài tính xác suất (calcul de probabilité). Tuy là lũ đặc biệt rất lớn, lâu lắm mới xảy ra một lần, nhưng nó cũng có thể xảy ra bất chợt nay mai, tùy theo sự biến chuyển của thời tiết.
Ở đây ta thấy tầm quan trọng của hệ thống những trạm đo lưu lượng nước (stations de jaugeage des débits) rải rác trên khắp những con sông. Xây dựng một đập cần nghiên cứu kỹ thủy văn của con sông trong hàng chục năm về trước. Càng lâu, độ tin cậy thống kê càng lớn.
Theo các chuyên gia bên nhà, đập Sơn La được thiết kế với độ an toàn rất cao, có thể chịu đựng được động đất 8° Richter và dòng lũ sông Đà lên tới 48 000 m 3/giây!
Như một số chuyên gia khác, tôi đặc biệt lo sợ cho công trình Sanxia- Barrage des Trois Gorges- của Trung Quốc. Đây là một công trình vĩ đại nhất, có một không hai!
Đối với động đất, có thể nói rằng các đập Nhật Bản, trang bị với những máy đo địa chấn tinh xảo, tương đối, ít có sự cố, so với các nước khác. Trái lại, Trung Quốc có khoảng 400 đập và hồ nước thiếu an toàn!
Nước |
Tên đập |
Loại đập |
Nguyên nhân tai nạn |
Số người thiêt mạng |
Năm |
Algérie |
Habra |
Vòm |
Lũ lớn |
400 |
1881 |
Mỹ |
South Fork |
Đất |
Lũ lớn tràn ngập đỉnh |
2200 |
1889 |
Ý |
Gleno |
Vòm phức tạp |
Áp lực ở dưới (souspression) |
500 |
1923 |
Mỹ |
San Fran sisco |
Trọng lực (bê tông) |
Áp lực ở dưới (sous-pression) |
450 |
1929 |
Pháp |
Malpasset (Fréjus) |
Vòm mỏng |
Đá móng tả ngạn bị nứt |
423 |
1959 |
Brésil |
Oros (Ceara) |
Đất |
Lũ lớn trước khi công trình hoàn thành |
1000 |
1960 |
Ý |
Vaiont |
Vòm |
Sụt lở đá làm nước tràn ngập |
3000 |
1963 |
Chile |
El Cobre |
Đá |
Động đất |
200 |
1965 |
Ấn Độ |
Koyna |
Trọng lực (bê tông) |
Động đất kích thích (séisme induit) |
180 |
1967 |
Đầu mùa đông năm 1959, mưa dữ dội làm đầy lần đầu tiên đập mới xây Malpasset, ở cạnh thành phố Fréjus (Côte d'Azur) miền Nam nước Pháp.
Trận động đất 6,6° Richter, diễn ra năm 1971, ở đập trọng lực đắp (barrage poids en remblai) Lower San Fernando ( California), chiều cao 40 m, với một dung tích nhỏ, chỉ 15 triệu m3 thôi, đã làm lún đỉnh 8,5 m và di tản 80.000 dân.
Năm 1975, đập Banqiao ở Trung Quốc, bị động đất và lũ lớn, đã cướp 26.000 tính mạng.
Hiện nay ở Thuỵ Sĩ, dân chúng ở vùng hạ lưu đập Grande Dixence, cao 285 m , dài 748 m, dung tích 400 triệu m3 nước (nhỏ hơn hồ Sông Tranh 2) rất lo sợ, vì vùng Le Valais đã bị 200 rung chấn nhỏ năm 2011 và 40 từ đầu năm nay.
Việt Nam đã gia nhập ICOLD (International Commission On Large Dams – Uỷ Ban quốc tế các đập lớn). Những kinh nghiệm trao đổi nơi đây vô cùng quý báu. Để đề phòng động đất, Uỷ Ban này khuyên bảo 85 nước thành viên nên thiết kế đập để có thể chống địa chấn với cường độ của trận động đất xảy ra 10.000 năm về trước, cộng thêm 2° Richter.
Bản so sánh Sơn La với các đập lớn trên thế giới
(Những con số gạch dưới gần giống các con số của Sơn La)
Tên đập |
Chiều cao
(m) |
Tên sông |
Loại đập |
Hồ chứa
(tỷ m3) |
Công suất
(MW) |
Năm khánh thành |
|
125 |
(Liên Xô) |
Trọng lực
bê tông và đá |
169 |
4600 |
1964 |
Assouan |
125 |
Nil
(Ai Cập) |
Trọng lực
đất và đá |
164 |
2100 |
1970 |
Tarbela |
143 |
( |
Trọng lực
đất và đá |
13,7 |
2100 |
1976 |
Nurek |
317 |
Vakhsh
(Liên Xô) |
Trọng lực
đất |
10,4 |
2700 |
1977 |
Sơn La |
138 |
Sông Đà
(Việt |
Trọng lực
bê tông |
9,26 |
2400 |
2010-2012 |
Từ hơn 20 năm nay, nhất là từ 2000 trở đi, Việt Nam đã xây cất hàng loạt đập và nhà máy thủy điện lớn nhỏ với một tốc độ nhất nhì thế giới, chỉ thua Trung quốc. Chương trình phát triển thủy điện Việt Nam quá tham vọng, ồ ạt, cấp bách, không phù hợp với một chiến lược dài hạn, thiếu phân tích khoa học, bài toán kinh tế.
Ở Việt Nam, nhiều công trình bậc thang đã có vấn đề với nhiều lý do dễ hiểu. Ta có bệnh thiết kế và thi công nhanh (cẩu thả, không đúng tiêu chuẩn kỹ thuật) để được khen thưởng, chưa nói đến nạn tham nhũng còn tung hoành. Tuy ta có nhiều chuyên gia thủy lợi, điện lực và công chánh giàu kinh nghiệm quý báu, nhưng việc kiểm tra chu đáo những công trình kiến trúc lớn không phải dễ.
Grenoble ngày 2-4-2012
Nguyên Giám đốc và GS Trường Cao đẳng Điện học và Trung tâm Quốc gia Kỹ thuật Phú Thọ
Cố vấn Nha kinh tế, dự báo, chiến lược EDF Paris,
GS Viện kinh tế, chính sách năng lượng Grenoble,
GS Trường Đại học Bách khoa Grenoble
Tài liệu tham khảo:
• Nguyễn Khắc Nhẫn, Nguyễn Trần Thế, Michel Hồ Tá Khanh - L’hydroélectricité au Viet Nam- Revue de l’Energie – Paris N°546 , 5/ 2003 ,
• Roger Ginocchio, Nguyễn Khắc Nhẫn - Energie hydraulique, Direction des Etudes et Recherches d' EDF – Eyrolles, 1978
• Nguyễn Khắc Nhẫn - Energie hydraulique – Economie et Planification de l'énergie, INPG et IEPE- 1994
Bình luận (0)