Lý thuyết sóng gián đoạn và công trình thủy điện Sơn La
08:37 07/11/18

Với PGS.TS Lê Trần Chương*, công trình thủy điện Sơn La là kết quả của quá trình ứng dụng nghiên cứu lý thuyết vào thực tế, là thành công trong cuộc đời làm khoa học của ông.

Từ đề tài nghiên cứu sóng gián đoạn

Tháng 3-1968, sau khi tốt nghiệp trường Đại học Xây dựng, kỹ sư Lê Trần Chương được giữ lại trường, giảng dạy tại bộ môn Thủy lực – Thủy văn, khoa Thủy lợi – Cảng[1]. Mùa mưa lũ năm 1971, một đoạn đê sông Hồng bị vỡ, khi đó trường đang sơ tán ở Cầu Đào, Gia Lương[2], Hà Bắc. Đây vốn là vùng chiêm trũng nên bị ngập lụt nghiêm trọng. Qua một số sách chuyên ngành, giảng viên Lê Trần Chương biết rằng khi đê, đập vỡ có thể sinh ra sóng gián đoạn – sóng dâng lên đến đỉnh thì bị gián đoạn, nên giới nghiên cứu còn gọi là là sóng vỡ đập. Hơn nữa, ông được biết nhiều nước trên thế giới như: Pháp, Ý, Tây Ban Nha đã từng bị vỡ đập thủy điện gây ra thiệt hại vô cùng lớn. Việt Nam cũng có kế hoạch xây thêm nhiều nhà máy thủy điện nên giảng viên Trần Chương có ý định nghiên cứu về hoạt động của sóng gián đoạn. 
 
Đầu năm 1975, giảng viên Lê Trần Chương và một số đồng nghiệp lên đường nhập ngũ theo lệnh tổng động viên nhằm bổ sung lực lượng cho chiến trường miền Nam. Đang trong thời gian huấn luyện thì miền Nam đã hoàn toàn được giải phóng với chiến thắng lịch sử ngày 30-4. Ông Chương cùng hai đồng nghiệp của trường Xây dựng được chọn về giảng dạy cho trường Đại học Kỹ thuật quân sự[3]. Năm 1979, ông được cử đi Tiệp Khắc làm nghiên cứu sinh. Đây có thể coi là cơ hội để giảng viên Lê Trần Chương thực hiện mục tiêu của mình là nghiên cứu về sóng gián đoạn. Ngày 9-12-1979, NCS Lê Trần Chương cùng đoàn lên đường sang Tiệp Khắc. Được đi đào tạo theo chỉ tiêu của Bộ Giáo dục, nghiên cứu sinh Lê Trần Chương lựa chọn đề tài: Sự hình thành và phát triển của sóng gián đoạn. Nhưng sau đó, ông NCS Trần Chương được chuyển sang làm nghiên cứu sinh theo chỉ tiêu của Bộ Quốc phòng, do Tiệp Khắc ưu tiên cho Việt Nam nhiều xuất nghiên cứu thuộc lĩnh vực quân sự. Để được chấp thuận, ông Chương sửa tên đề tài thành: Sự hình thành và phát triển của sóng gián đoạn, ảnh hưởng của nó đến các công trình dân sự và quân sự. 
 
Trong năm học đầu, toàn đoàn được học ngoại ngữ tại Học viện quân sự Antonin Zapotocky ở Brno. Năm 1980, do Học viện không đào tạo ngành Thủy lực nên NCS Chương được chuyển sang trường Đại học Kỹ thuật Brno làm nghiên cứu sinh tại bộ môn Thủy lực – Thủy văn, khoa Công trình thủy. Vì vậy, ông lấy lại tên đề tài luận án ban đầu là: Sự hình thành và phát triển của sóng gián đoạn. Nghiên cứu sinh Lê Trần Chương theo học một số môn cơ sở, đồng thời hoàn thiện đề cương luận án. Sau ông gửi cho thầy hướng dẫn là PGS.TS Rybnikař Jrí, trưởng bộ môn Thủy văn – Thủy lực góp ý, duyệt đề tài trước khi bắt tay vào thực hiện đề tài. Theo hướng dẫn của Phó giáo sư Rybnikař Jrí, NCS Lê Trần Chương tìm đọc một số sách liên quan đến sóng gián đoạn tại thư viện để tham khảo, chủ yếu là phần lý thuyết. Bên cạnh đó, ông còn phải tự viết một chương trình phần mềm máy tính nhằm mô tả diễn biến của sóng gián đoạn. Khi đó, trường Đại học Kỹ thuật Brno có ít máy tính, nên NCS Chương sang Học viện quân sự Antonin Zapotocky nhờ giúp đỡ. Ông gặp một Đại tá người Tiệp Khắc - người phụ trách nhóm nghiên cứu sinh Việt Nam, và được ông nhiệt tình giúp đỡ đưa vào thực hành tại Trung tâm tính toán của Học viện. Phó giáo sư Chương chia sẻ: Thời đó,máy tính của họ to giống như chiếc tính máy hiệu Minks ở một trung tâm máy tính tại Trần Hưng Đạo vậy, riêng nó chiếm diện tích của một gian nhà. Muốn đưa dữ liệu đầu vào phải đục lỗ trên bìa[4][5]

Dựa theo chương trình mình đã viết, ông Lê Trần Chương dùng máy đục lỗ đục từng lệnh lên tấm bìa rồi nhờ nhân viên trong Trung tâm tính toán đưa vào máy tính giúp, rồi họ sẽ in kết quả cho ông. Tuy nhiên, sau nhiều lần thử nghiệm các lệnh ông đưa vào máy vẫn không thu được nghiệm. Sau đó, PGS Rybnikař Jrí giới thiệu ông Chương sang Viện nghiên cứu thủy lợi ở Slovakia đọc thêm tài liệu và gặp một người bạn của mình là chuyên gia về máy tính. Vị chuyên gia máy tính dùng máy tính cá nhân để giúp NCS Chương chạy thử chương trình và sửa chữa một số lỗi. Ngoài ra, ông cũng từng có thời gian nghiên cứu về sóng gián đoạn nên đã cho ông Chương mượn một số tài liệu chuyên ngành. Tuy nhiên, sau nhiều lần chạy thử, chương trình do NCS Chương viết vẫn chưa thu được nghiệm nên ông in nội dung chương trình ra rồi đến xin ý kiến của một số chuyên gia về máy tính. Họ đều khẳng định chương trình ông viết là hợp lý. 

Năm 1984, chỉ còn khoảng 6 tháng để hoàn thành luận án, NCS Lê Trần Chương vẫn “bế tắc” chưa tìm ra điểm sai trong chương trình chạy máy tính thì phải nhập viện vì đau ruột thừa. Trong quá trình điều trị, ông vẫn luôn trăn trở về luận án của mình. Sau đó, ông nghĩ rằng máy không đưa ra nghiệm cuối thì cần in toàn bộ kết quả trung gian khi máy tính chạy và vẽ biểu đồ thì mới có cơ hội tìm ra điểm sai sót. Nghĩ là làm, ông tới Học viện làm việc và in toàn bộ các kết quả trung gian ra kiểm tra. Ông in nhiều tới mức cán bộ của Học viện còn viết lên tập giấy in của ông nhắc nhở rằng: Vì lý do thời gian và tiết kiệm không nên in nhiều như thế này. Tuy nhiên, do không có cách giải quyết nào khác nên ông vẫn in. Lúc này, vết mổ chưa lành nên ông phải nhờ thêm một số học viên của Học viện cùng vẽ biểu đồ. Qua quá trình vẽ, ông nhận thấy rằng, mỗi lần máy tính chạy đến lệnh ở mức nước gần 0m từ đỉnh sóng xuống thì không chạy được nữa nên không tìm được nghiệm và kết quả nhận được không chính xác. Ông đọc nhiều sách tham khảo thì thấy rằng, các lệnh trong chương trình của ông đã đúng về mặt toán học nhưng về mặt vật lý thì lệnh này chưa hợp lý bởi nước chảy đến gần 0m thì không thể đo được vận tốc. Vì vậy, ông bổ sung thêm một lệnh vào chương trình: nếu mực nước nhỏ hơn 0,4m thì lấy nó làm mức nước đáy. Khi ông vừa đưa lệnh đó vào thì lập tức thu được kết quả. Từ kết quả đó, ông đã vẽ được biểu đồ mô tả sự biến động của sóng gián đoạn. Lúc này, ông mới thở phào nhẹ nhõm và báo kết quả với thầy hướng dẫn. Thầy Rybnikař Jrí nhất trí với kết quả nghiên cứu nên NCS Lê Trần Chương hoàn thành phần kết luận và hoàn thiện luận án để gửi trường.
       

     Nghiên cứu sinh Lê Trần Chương bảo vệ luận án tại Tiệp Khắc, năm 1984


Cuối năm 1984, NCS Lê Trần Chương bảo vệ luận án. Ông nhớ lại: Trong buổi bảo vệ các thành viên tham dự đặt ra khá nhiều câu hỏi. Tôi nhớ có một người hỏi rằng: “Ông đã nghiên cứu được như vậy rồi. Bước tiếp theo ông định làm gì?” Tôi trả lời: “Những vấn đề còn tồn tại khi về nước tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu để áp dụng vào một số công trình Việt Nam đang cần để phát triển kinh tế, khoa học”. 
 
Đến công trình thủy điện Sơn La
 
Khoảng những năm 90, sau khi nghe ông Lê Trần Chương báo cáo về sóng gián đoạn tại một số hội nghị khoa học, Viện Năng lượng của Trung tâm nghiên cứu khoa học[6] đã mời ông cùng hợp tác nghiên cứu. Đồng thời, từ đó ông cũng tham gia các hội nghị và một số đề tài khoa học liên quan đến sóng gián đoạn của các cơ quan như: Viện Khí tượng thủy văn[7], Viện Quy hoạch thủy lợi, trường Đại học Thủy lợi... Một trong những đề tài để lại ấn tượng sâu đậm nhất trong ông chính là dự án xây dựng Nhà máy thủy điện Sơn La. Việc tham gia vào dự án này chính là cơ hội để ông vận dụng những kiến thức của mình về sóng gián đoạn vào thực tiễn cuộc sống. Theo PGS Lê Trần Chương chia sẻ, năm 1985, công trường xây dựng nhà máy thủy điện Hòa Bình đã bị uy hiếp bởi mực nước lũ trên sông Đà dâng cao. Nếu đập ngăn sông vỡ sẽ gây ra hậu quả khôn lường cho vùng hạ lưu. Điều này khiến Chính phủ và các Bộ liên quan lo lắng khi xây dựng Nhà máy thủy điện Sơn La cũng có thể gặp nguy cơ như vậy. Ông Lê Trần Chương từng tham gia nhiều cuộc họp ở Tổng công ty điện lực và Hội Liên hiệp khoa học kỹ thuật Việt Nam nên chứng kiến nhiều cuộc tranh luận về việc xây dựng Nhà máy thủy điện Sơn La cao (265m) hay thấp (215m). Ông cho biết: Người ủng hộ dự án Sơn La thấp là những nhà khoa học, bởi họ sợ nó không an toàn. Còn các công ty và Bộ Năng lượng[8] ủng hộ dự án Sơn La cao bởi muốn đạt hiệu quả kinh tế cao. Họ tranh luận không phân thắng bại bởi bên nào cũng có những lý lẽ của riêng mình. 
 
Năm 2000, trường Đại học Xây dựng tiến hành trưng bày các công trình khoa học của những cán bộ trong trường, trong đó có bản luận án phó tiến sĩ và một số đề tài khoa học, bài báo về sóng gián đoạn của ông Lê Trần Chương. Ông Đỗ Quốc Sam, đang là Chủ tịch Hội đồng thẩm định nhà nước về các dự án đầu tư, nguyên Hiệu trưởng trường Đại học Xây dựng đã tới tham quan trưng bày. Khi xem nhanh những đề tài của giảng viên Lê Trần Chương, ông Sam đã chỉ đạo thư ký đến làm việc với ông Chương. Sau buổi trao đổi với ông Chương về các vấn đề liên quan đến sóng gián đoạn, ông thư ký đã mượn luận án của ông Chương để tham khảo. Sau đó, ông Sam chỉ thị cho Ban đầu tư xây dựng Nhà máy thủy điện Sơn La mời ông Chương tham gia dự án này. Phó giáo sư Lê Trần Chương chia sẻ: Trong luận án tôi chỉ nghiên cứu rất cơ bản: tại sao có sóng gián đoạn và nó truyền xuống hạ lưu như thế nào... Riêng đối với chương trình này thì tôi phải tính trong trường hợp vỡ đập thì nước truyền trong lòng sông, cánh đồng,… xuống vùng hạ lưu như thế nào, vẽ bản đồ cụ thể. Bởi vậy, số lượng công việc cần thực hiện vô cùng nhiều. Nhằm hỗ trợ ông Chương, Ban đầu tư xây dựng Nhà máy thủy điện Sơn La khi đó trực thuộc Hội đồng chính phủ đã đề nghị Hội đồng chỉ thị cho các cơ quan liên quan cung cấp tài liệu mô tả về địa chất, địa hình, địa mạo...các làng mạc vùng hạ lưu cho ông. Bên cạnh đó, trong quá trình tính toán, ông Lê Trần Chương còn nhận được sự giúp đỡ của các cộng sự ở Viện Khí tượng thủy văn và sự hỗ trợ về tư liệu từ nhiều cơ quan khác như: Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, Viện Quy hoạch thủy lợi, Cục Bản đồ... Từ những tư liệu đó, ông và các cộng sự tiến hành tính toán, vẽ ra hàng trăm bản đồ mô tả các phương án ngập lụt khác nhau ở vùng hạ lưu hữu ngạn sông Hồng theo thời gian nếu đập thủy điện Sơn La vỡ. Qua đó, các ông phân tích nên lựa chọn phương án xây dựng Nhà máy thủy điện Sơn La mức nước thấp. Theo ông, đó là phương án đảm bảo hiệu quả kinh tế cao mà ít gây thiệt hại nhất nếu xảy ra vỡ đập. Trong buổi trình bày về phương án ông lựa chọn tại Tổng Công ty điện lực, nhiều thành viên của Ủy ban Khoa học công nghệ và Môi trường của Quốc hội tham dự, do họ đều hết sức quan tâm đến dự án thủy điện Sơn La. Đã từng có người lo lắng: Xây dựng Sơn La như vậy, không khác gì chúng ta ở trên tầng 4-5 mà trên đầu là một bể nước to đại, nếu có động đất sẽ để lại hậu quả khôn lường. Lưu tốc khi vỡ đập khoảng 13-15m/s, tương đương tốc độ của một chiếc xe tăng lao từ trên đỉnh dốc xuống. Với tính toán của mình, ông Chương giải thích: Khi vỡ đập, mặt cắt được mở rộng dẫn tới vận tốc nước chảy xuống hạ lưu sẽ suy giảm. Tốc độ nước chỉ hơn chiếc xe máy chạy một chút. Ông khẳng định, việc xây dựng Nhà máy thủy điện Sơn La mức thấp, trong trường hợp xảy ra sự cố vỡ đập, vùng hạ lưu sẽ bị ảnh hưởng ít hơn so với mức cao. Điều lý giải khoa học gắn với thực tế đó đã khiến mọi người yên tâm hơn. Ông Lê Trần Chương còn báo cáo tại Bộ Kế hoạch và Đầu tư và cùng họ đi thực địa ở Sơn La. Những kết quả nghiên cứu của ông Chương được đưa vào Báo cáo nghiên cứu khả thi của Ban chỉ đạo xây dựng Nhà máy thủy điện Sơn La trình lên Quốc Hội. 
 
Cuối năm 2002, Quốc hội khóa XI đã thông qua phương án xây dựng Nhà máy thủy điện Sơn La với mức nước thấp – là phương án mà ông Lê Trần Chương và các cộng sự đã lựa chọn, thuyết trình. Năm 2012, khi công trình được hoàn thành, ông Chương và một số thành viên tham gia dự án được Liên hiệp các Hội Khoa học kỹ thuật Việt Nam tặng Bằng khen vì những đóng góp của mình. Với công trình Nhà máy thủy điện Sơn La, PGS Lê Trần Chương thấy tự hào vì thực hiện được lời hứa trước các thành viên Hội đồng chấm luận án từ năm 1984 là sẽ áp dụng những kết quả nghiên cứu vào các công trình xây dựng ở Việt Nam. 
Lê Thị Lợi
 
Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam

_______________________

* PGS.TS Lê Trần chương, nhà khoa học ngành Công trình thủy, nguyên Trưởng khoa Công trình thủy, trường Đại học Xây dựng.

[1] Nay là khoa Công trình thủy, trường Đại học Xây dựng

[2] Nay chia thành hai huyện Gia Bình và Lương Tài thuộc tỉnh Bắc Ninh.

[3] Nay là Học viện Kỹ thuật quân sự.

[4] Giữa thế kỷ 20, bìa đục lỗ là hình thức phổ biến dùng để nạp thông tin vào máy tính, mỗi bìa tương ứng với một dòng lệnh hay dữ liệu.

[5]Ghi âm hỏi thông tin PGS.TS Lê Trần Chương, 26-7-2018, tài liệu lưu trữ tại Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam. Toàn bộ lời trích của PGS.TS Lê Trần Chương trong bài viết đều từ nguồn này.

 [6] Nay là Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam.

[7]Nay là Viện Khoa học khí tượng thủy văn và biến đổi khí hậu.

 [8] Nay là Bộ Công thương.