Chỉ dẫn quan trắc đập, hồ chứa nước [Bài cuối: Tổng kết]
09/10/2025 10:14
Tổng kết
Tầm quan trọng của việc xây dựng một kế hoạch tốt cho việc bố trí lắp đặt hệ thống quan trắc một phần thiết yếu của việc bảo trì và vận hành một con đập, đặc biệt là cho các đập cũ, nơi các dấu hiệu cảnh báo sớm về sự cố có thể được phát hiện. Việc sử dụng thiết bị quan trắc cho công trình đập được chấp nhận rộng rãi và ở nhiều quốc gia và được trở thành một quy định trong pháp luật.
1.1 Sự cần thiết của công tác quan trắc cho đập
Sự cố vỡ đập thảm khốc gây ra việc tràn nước không kiểm soát sẽ đe dọa tính mạng và tài sản ở vùng hạ lưu. Hoạt động an toàn của một con đập là một vấn đề quan trọng vì lợi ích kinh tế và an toàn công cộng. Nhiều trường hợp vỡ đập trong lịch sử có lẽ đã không xảy ra nếu như các dấu hiệu cảnh báo sớm về các vấn đề nghiêm trọng có thể được phát hiện bằng một chương trình quan trắc tốt được thực hiện từ đầu. Biết rằng một con đập đang hoạt động như thiết kế là điều khiến các chủ đập mong đợi và khả năng phát hiện ra sự thay đổi bất bình thường trong hoạt động của đập là rất cần thiết vì chủ đập là người phải chịu trách nhiệm trực tiếp về hậu quả của sự cố vỡ đập. Do đó, một chương trình giám sát an toàn đập tốt phải là một phần quan trọng trong chương trình quản lý rủi ro của mỗi chủ sở hữu đập.
Biến dạng, độ lún, nước thấm, sự thay đổi ngày và theo mùa của mực nước hồ chứa, hoạt động địa chấn và sự lão hóa của cấu trúc đều ảnh hưởng đến sức khỏe của đập. Những thay đổi về đặc điểm ứng xử của cấu trúc đập có thể là dấu hiệu của sự cố vỡ đập có thể sắp xảy ra, như vậy mục tiêu chính của hệ thống giám sát là phát hiện những thay đổi đó.
Việc sử dụng thiết bị quan trắc như một phần của các chương trình an toàn đập đang ngày càng phát triển khi thiết bị quan trắc và tính dễ sử dụng của nó luôn được cải thiện. Với một con đập cũ, dữ liệu từ thiết bị quan trắc giúp nâng cấp một chương trình quan trắc, cung cấp thông tin toàn diện và kịp thời hơn để đánh giá trạng thái ứng xử của đập. Với thông tin này, các chủ sở hữu đập có thể nâng cao hiệu quả của việc vận hành và bảo trì các đập của họ.
Một số quy tắc sau đây có thể giúp hướng dẫn thiết kế một chương trình quan trắc cho đập:
· Mục đích của từng thiết bị quan trắc và các nguyên lý cơ bản về địa kỹ thuật trong cơ cấu hình thành trạng thái ứng xử của đập, để xem xét nhu cầu về sử dụng thiết bị quan trắc phải được xác định trước.
· Chương trình thiết bị quan trắc phải được lập kế hoạch toàn diện và cẩn thận để tất cả các thông số cần đo và những tác động ảnh hưởng đến các thông số đo đều phải được lường trước.
· Dữ liệu thu thập được phải được đưa về định dạng thuận tiện và kết quả phải được cung cấp cho các cơ quan hữu quan mà không có sự chậm trễ không cần thiết.
· Cần có sự hợp tác chặt chẽ giữa các nhà thiết kế, các chuyên gia thiết bị quan trắc, các nhà phân tích dữ liệu quan trắc và các cơ quan quản lý địa phương để đạt được mục tiêu của chương trình quan trắc.
Danh sách kiểm tra đưa ra trong Phụ lục A tóm tắt các bước cần thực hiện để lập kế hoạch cho hệ thống thiết bị quan trắc giám sát hoạt động của đập.
1.2 Quản lý rủi ro
Một chương trình giám sát an toàn đập hiệu quả là điều cần thiết đối với các chủ sở hữu đập để quản lý các rủi ro liên quan đến việc vận hành và bảo trì một con đập. Việc sử dụng thiết bị quan trắc có thể cải thiện năng lực của chủ sở hữu đập trong việc giám sát hoạt động đang diễn ra của đập bằng cách cung cấp thông tin toàn diện hơn và kịp thời hơn. Những ưu việt của thiết bị quan trắc có thể làm cho nó trở thành lựa chọn tốt nhất liên quan đến một tình huống bao gồm:
· Dữ liệu định lượng thu được để nhân viên an toàn đập sử dụng trong việc đánh giá hoạt động liên tục của đập.
· Có thể thu được dữ liệu về thực trạng vật liệu đập và nền đập.
· Việc thu thập dữ liệu thông qua việc sử dụng thiết bị quan trắc cần mang tính lâu dài để có thể tạo ra một dòng dữ liệu lặp lại ổn định nhằm phát hiện các xu hướng nhậy cảm có thể phát triển chậm theo thời gian.
· Việc thu thập dữ liệu của thiết bị quan trắc có thể được tự động hóa cho phép giám sát thường xuyên hơn (gần thời gian thực) về hoạt động của đập trong cả điều kiện tải trọng bình thường và khắc nghiệt nhất.
Các nhu cầu quan trắc thay đổi theo các giai đoạn riêng biệt xảy ra trong vòng đời của đập. Các giai đoạn này thường bao gồm thiết kế, xây dựng, lần tích nước hồ chứa đầu tiên và dài hạn (hoạt động bình thường) và đối phó với những tác động không mong muốn. Giám sát bằng thiết bị có thể là một công cụ hiệu quả để thu thập thông tin cần thiết trong các giai đoạn riêng biệt này. Ngoài việc giám sát hoạt động của đập, dữ liệu thiết bị quan trắc cũng có thể có giá trị cho các mục đích kiện tụng pháp lý hoặc cho các mục đích nghiên cứu.
1.3 Thu thập và Quản lý Dữ liệu
Lập kế hoạch hợp lý cho việc thu thập và xử lý dữ liệu là điều cần thiết nếu mục tiêu của một chương trình sử dụng thiết bị quan trắc là hoàn toàn khả thi. Chương trình quan trắc chỉ có giá trị khi kết quả quan trắc là tin cậy và được đánh giá nhanh chóng. Quy trình vận hành phải được xác định cẩn thận và trách nhiệm của mỗi cá nhân là phải rõ ràng. Trong kế hoạch vận hành, tần suất quan trắc nên được lựa chọn trên cơ sở hợp lý, phản ánh tầm quan trọng của các thông số riêng lẻ được giám sát. Trong mọi trường hợp, tần suất quan trắc có thể được thay đổi dựa trên cơ sở xem xét các kết quả quan trắc trước đó.
Quy định chi tiết về tính tuần hoàn của kết quả quan trắc là một câu hỏi thường gặp liên quan đến phán đoán kỹ thuật. Việc dư thừa dữ liệu sẽ gây ra một sự nhàm chán trong quá trình xem xét và có thể gây nhầm lẫn cho các vấn đề quan trọng; quá ít thông tin sẽ đặt ra nhiều câu hỏi nghi ngờ hơn là sử dụng chúng. Sự phức tạp quá mức trong một hệ thống, sẽ làm giảm tác dụng của nó. Do đó, luôn cần một sự cân bằng hợp lý, và cần phải cẩn thận để đảm bảo rằng “hệ thống” luôn đáp ứng đủ và linh hoạt. Quy trình giám sát trực quan hiện trường cần được bổ sung vào các mùa khác nhau và thời điểm có những thay đổi đáng kể của mực nước hồ chứa để hỗ trợ cho các kết quả quan trắc.
Các quy trình xử lý nhanh dữ liệu quan trắc phải được thiết lập, coi đó là hình thức trình bày tốt nhất. Lập đồ thị quan hệ của một hay nhiều thông số quan trắc với mực nước hồ chứa và lượng mưa là phương pháp thỏa đáng nhất. Các sơ đồ minh họa được trình bày trong Johnston et al. (1999). Đôi khi, nó có thể hữu ích khi chồng thêm lớp bao "giá trị giới hạn an toàn" đã dự tính trước cho các thông số xem xét (ví dụ: áp suất nước lỗ rỗng).
1.4 Kết luận
Một số kết luận quan trọng được đưa ra như sau:
1. Biến dạng, số lượng và chất lượng thấm, rò rỉ, áp lực đẩy đáy đập, áp lực nước lỗ rỗng, nhiệt độ, mực nước hồ chứa và địa chấn là những thông số quan trọng nhất cần được đo và giám sát trong đập, cho dù chúng là đập mới hay cũ.
2. Mỗi đập là duy nhất. Loại và tính chất của đập quyết định số lượng thiết bị được sử dụng và vị trí lắp đặt ở trong đập
3. Đập bê tông là đập đồng nhất về vật liệu, sử dụng các loại thiết bị chôn trong bê tông sẽ thu được kết quả tốt hơn. Các thiết bị quan trắc phải có đầy đủ chứng chỉ xuất xứ (CO) và chất lượng (CQ) đồng thời bản hiệu chỉnh thiết bị của nhà sản xuất và phải được lắp đặt cẩn thận và chính xác dưới sự giám sát của chuyên gia.
4. Chuyển vị của đập tại bất kỳ thời điểm hoặc vị trí nào đều có liên quan đến tải trọng nước của hồ chứa, hoặc ảnh hưởng của nhiệt độ. Các nguyên nhân khác bao gồm động đất, chuyển động của đất, thấm bất thường hoặc sự cố của kết cấu đập.
5. Biến dạng của đập ngoài việc thu được bằng phương pháp trắc địa chính xác còn có thể được phát hiện gián tiếp bằng thiết bị dây dọi cho đập bê tông và thiết bị đo độ nghiêng trong trường hợp không thể lắp đặt được thiết bị dọi trong đập cũ.
Dữ liệu thu được từ các thiết bị này cho kết quả rất có giá trị và đáng tin cậy về dịch chuyển ngang của đập theo hai hướng vuông góc với nhau
6. Dữ liệu quan trắcphải được thu thập định kỳ và phân tích để đánh giá mức độ an toàn của đập.
7. Việc giải thích kết quả phải được thực hiện một cách chuyên nghiệp và có so sánh với các thông số dự tính trong thiết kế. Đối với các đập cũ việc phân tích đánh giá cần có một yêu cầu đặc biệt hơn. Sai lệch thu được từ các phép đo của thiết bị dây dọi và máy đo độ nghiêng phải nằm trong giới hạn an toàn cho phép.
Phụ lục A: Trình tự các bước công việc để lập kế hoạch quan trắc cho đập
Các bước cần thực hiện để lập kế hoạch một cách có hệ thống cho việc thiết lập hệ thống thiết bị quan trắc để giám sát hoạt động của đập được tóm tắt trong phụ lục này dưới dạng danh sách kiểm tra sau (sửa đổi từ Dunnicliff 1993):
Các bước | Mô tả |
1. | Xác định các điều kiện của dự án |
+ Loại dự án + Mặt bằng dự án + Địa tầng địa chất công trình và các thông số kỹ thuật + Điều kiện nước dưới đất + Trạng thái của các công trình lân cận hoặc các cơ sở khác + Điều kiện môi trường xung quanh + Phương pháp thi công dự kiến + Các tính huống nguy hiểm có khả năng xảy ra | |
2. | Dự đoán các cơ chế kiểm soát ứng xử của đập |
+ Trước khi phát triển một chương trình quan trắc, một hoặc nhiều lựa chọn về hoạt động của thiết bị quan trắc phải được xem xét cho khả năng kiểm soát được trạng thái hoạt động của đập. + Các lựa chọn phải dựa trên kiến thức toàn diện về các điều kiện của dự án, như đã nêu ở trên. | |
3. | Xác định những vấn đề địa kỹ thuật cần phải giải quyết |
+ Mỗi môt thiết bị được lựa chọn phải giải quyết được một vấn đề cụ thể. Trước khi xem xét các phương pháp đo, cần lập danh sách các vấn đề địa kỹ thuật có khả năng phát sinh trong giai đoạn thiết kế, thi công hay vận hành | |
4. | Xác định mục đích của công tác quan trắc |
+ Lợi ích cho thiết kế - Xác định các điều kiện ban đầu của hiện trường - Kiểm chứng kết quả thiết kế + Phát hiện các trường hợp nguy hiểm + Lợi ích cho thi công - Đảm bảo an toàn - Phương pháp quan trắc - Kiểm soát quá trình thi công - Khẳng định sự tuân thủ kỹ thuật (Provision of legal protection) - Xác định khối lượng thi công - Thông tin minh bạch (Enhancing public relations) - Nâng cao thực tiễn + Xác minh hiệu suất đạt yêu cầu sau khi xây dựng xong | |
5. | Lựa chọn thông số quan trắc |
+ Áp lực nước lỗ rỗng hay áp lực nước nói chung + Áp lực tổng trong khối đất + Áp lực tiếp xúc giữa đất đắp với kết cấu cứng hay nền đá + Ứng suất trong nền đá + Biến dạng thẳng đứng, độ lún + Dịch chuyển ngang + Độ nghiêng + Biến dạng trong đất, đá + Lực hay biến dạng trong các cấu kiện của kết cấu + Nhiệt độ | |
6. | Dự tính khoảng thay đổi của những giá trị quan trắc |
+ Dự tính giá trị lớn nhất với khoảng đo của thiết bị quan trắc + Dự tính giá trị lớn nhất với độ nhậy và độ chính xác của thiết bị quan trắc + Xác định những giá trị giới hạn | |
7. | Xây dựng biện pháp khắc phục hậu quả |
+ Xây dựng biện pháp khắc phục sự cố cho mỗi mức độ cảnh báo với việc đảm bảo sự sẵn sàng của các phương tiện vật tư cần thiết + Xác định pháp nhân thực thi các biện pháp khắc phục + Đảm bảo sự liên hệ chặt chẽ giữa người thiết kế và thi công + Xác định phương pháp thông báo kịp thời cho tất cả các bên có liên quan về các biện pháp khắc phục theo kế hoạch | |
8. | Xác định trách nhiệm các giai đoạn thiết kế, thi công và vận hành |
+ Lập bộ phận giám sát công tác quan trắc với các nhân viên được đào tạo về thiết bị quan trắc + Lên kế hoạch các kênh liên lạc và báo cáo công việc + Chọn người chịu trách nhiệm chung và có thẩm quyền để thực hiện theo hợp đồng | |
9. | Lựa chọn thiết bị quan trắc |
o | o Lập kế hoạch cho độ tin cậy cao: o Nghiên cứu công thức đề xuất để có độ tin cậy o Thiết bị có sự đơn giản tối đa o Không cho phép điều kiện giá thấp nhất trong việc làm điều kiện tiên quyết trong lựa chọn o Thiết bị có độ bền tốt nhất ở môi trường lắp đặt o Thiết bị có độ nhậy tối thiểu với điều kiện thời tiết o Chất lượng đã được khẳng định o Có đánh giá riêng cho từng bộ phận: cảm biến đo, bộ đọc số liệu và hệ thống kết nối o Tính đúng đắn của kết quả đo o Khả năng hiệu chuẩn sau lắp đặt o Trao đổi với nhà sản xuất thiết bị quan trắc o Cần nắm rõ tất cả những hạn chế về giới hạn về năng lực hay nhân lực thực hiện công việc o Cần xem xét khả năng hoạt động của thiết bị trong cả giai đoạn thi công và vận hành công trình o Đảm bảo sự phù hợp của thiết bị o Đảm bảo tối thiểu sự can thiệp vào việc xây dựng và những khó khăn trong việc tiếp cận tối thiểu o Xác định sự cần thiết của việc sử dụng hệ thống quan trắc tự động o Xây dựng kế hoach cho việc lấy số liệu bao gồm phương thức tần suất o Lập kế hoạch về nhu cầu phụ tùng thay thế và trường hợp thiết bị đọc phải kiểm tra o Xem xét mức độ hợp lý của thời điểm thực hiện o Xem xét thời gian cần thiết để lắp đặt thiết bị quan trắc o Đặt câu hỏi về hiệu quả của thiết bị với mục tiêu đặt ra |
10. | Lựa chọn vị trí lắp đặt |
+ Xác định các khu vực được quan tâm hàng đầu + Lựa chọn mặt cắt chính lắp đặt thiết bị quan trắc + Lựa chọn mặt cắt phụ lắp đặt thiết bị quan trắc + Lập phương án khi số lượng thiết bị không bị hỏng chiếm tỷ lệ dưới 100% + Lựa chọn vị trí cần có dữ liệu sớm + Lựa chọn những vị trí có thể sử dụng trong việc kiểm tra chéo kết quả đo + Tránh sự không phù hợp hoặc điểm yếu ở vị trí bố trí thiết bị theo dạng cụm | |
11. | Kế hoạch lấy dữ liệu các thông số ảnh hưởng đến kết quả đo |
+ Các chi tiết thi công + Tiến độ thi công + Những dấu hiệu bình thường và không bình thường được quan sát + Điều kiện địa chất công trình + Các yếu tố môi trường | |
12. | Xây dựng quy trình ghi đo để đảm bảo tính đúng đắn của kết quả đo |
+ Quan trắc trực quan + Dùng thiết bị theo cặp đôi + Hệ thống dự phòng + Xem xét tính ổn định của kết quả đo + Xem xét tính lặp lại của kết quả đo + Biện pháp kiểm tra tại chỗ | |
13. | Liệt kê mục đích cụ thể của từng dụng cụ |
+ Mục đích cụ thể của thiết bị được xem xét trong giai đoạn lập kế hoạch, nó có ý nghĩa khi đặt câu hỏi liệu tất cả các thiết bị được sử dụng có hợp lý hay không. Mục đích của mỗi thiết bị cần được mô tả chi tiết. + Nếu không tìm thấy mục đích cụ thể nào cho một thiết bị xem xét thì nên loại bỏ. | |
14. | Chuẩn bị kinh phí, cho các mục: |
+ Chương trình lập kế hoạch + Thực hiện thiết kế chi tiết + Mua sắm thiết bị + Kiểm định thiết bị + Lắp đặt thiết bị + Theo dõi và hiệu chuẩn các thiết bị theo lịch trình thường xuyên + Tạo và cập nhật lịch thu thập dữ liệu + Thu thập dữ liệu + Xử lý và trình bày dữ liệu + Phân tích, đánh giá và lập báo cáo + Quyết định việc hoàn chỉnh kết quả | |
15. | Lập quy trình mua sắm thiết bị |
+ Phân công trách nhiệm mua sắm - Nhà thầu thi công - Chủ công trình - Tư vấn thiết kế - Chỉ định thầu phụ là nhà sản xuất thiết bị + Chọn phương pháp xác định thiết bị quan trắc - Đặc tính kỹ thuật, tên thương hiệu và mã số thiết bị - Đặc tính kỹ thuật, không có tên thương hiệu và mã số thiết bị - Đặc tính kỹ thuật cần thiết + Lựa chọn giá - Thương thảo - Đấu thầu + Ghi thông số kỹ thuật + Đòi hỏi hiệu chuẩn của nhà máy sản xuất + Lập kế hoạch thực hiện thí nghiệm kiểm định cho lô thiết bị đầu tiên với quy ước về trách nhiệm | |
16. | Kế hoạch thi công lắp đặt thiết bị quan trắc |
+ Trình tự lắp đặt thiết bị được thông qua trước khi thi công lắp đặt, bao gồm cả danh sách vật tư vật liệu cần thiết + Chuẩn bị mẫu biên bản nghiệm thu công tác lắp đặt + Kế hoạch đào tạo nhân sự + Phối hợp kế hoạch với nhà thầu + Lập kế hoạch nhu cầu truy cập + Lập kế hoạch bảo vệ khỏi thiệt hại và phá hoại | |
17. | + Lập kế hoạch hiệu chuẩn thiết bị thường xuyên và bảo trì |
+ Lập kế hoạch hiệu chuẩn thiết bị trong quá trình khai thác công trình - Thiết bị đọc số liệu - Các thiết bị chôn trong kết cấu + Lập kế hoạch bảo trì thiết bị - Thiết bị đọc số liệu - Trạm kết nối tại hiện trường - Các thiết bị chôn trong kết cấu | |
18. | Lập kế hoạch thu thập, xử lý, trình bày, phân tích, báo cáo và triển khai dữ liệu |
+ Lập kế hoạch thu thập - Sơ bộ lập quy trình chi tiết để thu thập dữ liệu ban đầu và thứ tự tiếp theo - Chuẩn bị mẫu ghi chép hiện trường - Chuẩn bị đào tạo nhân lực - Chuẩn bị tiến độ thu thấp số liệu - Chuẩn bị những yêu cầu cần thiết + Lập kế hoạch xử lý, trình bày - Xác định sự cần thiết của hệ thống thu thập số liệu tự động - Phác thảo quy trình chi tiết để xử lý và trình bày dữ liệu - Chuẩn bị các biểu mẫu tính toán - Chuẩn bị các định dạng cho biểu đồ - Chuẩn bị đào tạo nhân lực + Lập kế hoạch phân tích - Phác thảo quy trình chi tiết phân tích dữ liệu + Lập báo cáo với các kết luận - Xác định các yêu cầu, nội dung, tần suất báo cáo + Lập kế hoạch thực hiện - Xác minh rằng tất cả các mục của Bước 7 đều được chuẩn bị | |
19. | Lập thỏa thuận theo hợp đồng cho các dịch vụ quan trắc tại hiện trường |
+ Lựa chọn phương thức hợp đồng dịch vụ hiện trường phù hợp + Viết chi tiết các yêu cầu của hợp đồng Lưu ý: ICOLD khuyến cáo các HĐ thiết bị nên yêu cầu thời gian bảo hành 5 năm thay vì 1 năm như công trình xây dựng khác. | |
20. | Cập nhật ngân sách |
Sau khi toàn bộ các bước cần thiết của kế hoạch đã hoàn thành, như vậy giá trị của kinh phí cần thiết cần được cập nhật theo tất cả các bước nêu trên. |
Hết loạt Bài về Chỉ dẫn Quan trắc đập, hồ chứa nước
Người đọc có thể gửi ý kiến góp ý đến địa chỉ: nguyenquocdungvncold@gmail.com
Người biên soạn: Nguyễn Quốc Dũng. Trân trọng!