Luận văn nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông tiền (đoạn chảy qua tỉnh đồng tháp) phục vụ phòng tránh thiên tai

Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông trên thế giới DBLD luôn gắn liền với quá trình vận động tự nhiên của dòng sông, điều này được thể hiện thông qua lượng cân bằng bùn cát ở mỗi đoạn sôn

1

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN

Sông Mekong là một con sông lớn trên thế giới, chảy qua 6 quốc gia ở khu

vực Đông Á và Đông Nam Á (Trung Quốc, Myanmar, Lào, Thái Lan, Campuchia và Việt Nam) với chiều dài dòng chính 4.800 km (theo số liệu công bố trên website của MRC là 4.909 km), diện tích lưu vực 795.000 km2 Sông có nguồn tài nguyên nước phong phú với tổng lượng dòng chảy TB năm đạt 475 tỷ m3, phân hóa theo không gian và thời gian [4, p 17] Sông Mekong có vai trò quan trọng đối với tự nhiên và phát triển kinh tế - xã hội (KT-XH) của các quốc gia trong lưu vực

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) nằm ở hạ lưu sông Mekong chảy qua lãnh thổ Việt Nam với diện tích 40.576 km2 và có 17,590 triệu người sinh sống [Năm 2015, Niên giám thống kê 2016] Hàng năm, dòng chảy sông Mekong cung cấp cho vùng

ĐBSCL một nguồn nước lớn và lượng trầm tích dồi dào (khoảng 160 triệu tấn phù sa mịn, 30 triệu tấn cát sỏi); góp phần hình thành nên vùng đất ngập nước có tầm quan trọng quốc tế và khu vực, có độ đa dạng sinh học cao (đứng thứ 2 trên thế giới sau đồng bằng Amazon) Do đó, ĐBSCL có vai trò lớn đối với nền kinh tế và an ninh lương thực của Việt Nam (chiếm 47% diện tích trồng lúa, sản lượng gạo chiếm 56%, xuất khẩu thủy sản chiếm trên 60%, đóng góp 217 GDP cả nước [5], [6]) Sông Tiền đoạn chảy qua tỉnh Đồng Tháp (sau đây gọi ngắn gọn là sông Tiền tỉnh Đồng Tháp) là một

trong hai chi lưu (cùng với sông Hậu) của sông Mekong chảy vào nước ta đầu tiên Sông Tiền tỉnh Đồng Tháp có chiều dài khoảng 122,9 km, nằm ở vùng thượng châu thổ, phần cuối đồng bằng ngập lũ (floodplain) của sông Mekong Vì thế, sông Tiền tỉnh Đồng Tháp vừa là kết quả của sự tương tác giữa dòng chảy thượng nguồn và điều kiện địa phương; vừa mang những đặc trưng của vùng ĐBSCL

Trong những năm qua, diễn biến lòng dẫn (DBLD) với đặc trưng là xói lở, bồi

tụ sông Cửu Long đang là một trong những tác nhân ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái cũng như phát triển KT-XH bền vững của khu vực Theo báo cáo của Bộ

NN&PTNT, tính đến đầu năm 2017, toàn vùng ĐBSCL có 513 điểm sạt lở bờ sông với tổng chiều dài 520 km Các khu vực có mức độ biến động lớn như sông Tiền đoạn

chảy qua khu vực xã Bình Thành, huyện Thanh Bình,bờ sông Vàm Nao, xã Mỹ Hội Đông; khu vực Sa Đéc; sông Hậu đoạn chảy qua huyện An Phú, TP Long Xuyên tỉnh

An Giang…[7], [8] Trước những thiệt hại to lớn đó, đã có nhiều công trình nghiên cứu về hiện trạng, DBLD sông, nhất là tình trạng xói lở bằng việc ứng dụng các mô hình toán, công thức kinh nghiệm; đo đạc thực tế; ứng dụng mô hình thủy văn, thủy

2 lực; phương pháp viễn thám Những nghiên cứu này đã đánh giá được hiện trạng, quá trình diễn biến xói lở, bồi tụ bờ sông; dự báo xói lở cho một số khu vực trọng điểm; một số công trình đã được thực thi nhằm hạn chế xói lở và bước đầu phát huy hiệu quả… Tuy nhiên, những nghiên cứu trước đây chủ yếu được thực hiện bằng các phương pháp riêng lẻ nên những kết quả thu được chủ yếu mang tính chất địa phương

và đơn ngành Mặt khác, những phương pháp (vật lý, mô hình toán…) đòi hỏi số liệu

đầu vào lớn và đủ dài mới đảm bảo độ tin cậy; nguồn kinh phí lớn; xói lở, bồi tụ lòng dẫn sông vẫn tiếp tục diễn ra Chỉ tính riêng 6 tháng đầu năm 2017, toàn tỉnh Đồng Tháp xảy ra 13 vụ sạt lở bờ sông với tổng diện tích đất 5.924 m2, chiều dài sạt lở 65,62 km Các điểm sạt lở lớn như ở xã Bình Thành, huyện Thanh Bình; các xã Long Thuận, Phú Thuận A của huyện Hồng Ngự… [9]

Do đó, nghiên cứu được hiện trạng, đánh giá được quá trình diễn biến; xác định được cơ chế, quy luật, nguyên nhân diễn biến một cách đồng bộ và hệ thống trên

cơ sở tiếp cận địa lý tổng hợp; làm cơ sở khoa học cho việc cảnh báo và đề xuất giải pháp ứng phó với DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp đồng bộ, phù hợp với địa phương

không những là vấn đề đang đặt ra rất cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

mà còn là nhiệm vụ khó khăn Mặt khác, việc xác định được nguyên nhân, quá trình

DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp - đoạn sông tiêu biểu về sự phân nhánh ở vùng

thượng châu thổ sông Mekong là cơ sở để mở rộng địa bàn nghiên cứu cho các đoạn

sông khác trên hệ thống sông Cửu Long cũng như các khu vực sông có điều kiện địa

lý tương đồng

Xuất phát từ yêu cầu lý luận và thực tiễn đặt ra, vấn đề “Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông Tiền (đoạn chảy qua tỉnh Đồng Tháp) phục vụ phòng tránh thiên tai”

được NCS lựa chọn nghiên cứu làm đề tài luận án tiến sĩ Địa lý

2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu

(i) Đánh giá được hiện trạng, xác định nguyên nhân và cảnh báo nguy cơ DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp

(ii) Đề xuất được giải pháp thích ứng phù hợp với DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp

2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

 Để đạt được mục tiêu (i), NCS thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Thu thập, xử lý và tổng hợp tài liệu về DBLD sông

- Nghiên cứu CSLL về DBLD sông trên quan điểm Địa lý tổng hợp

3

- Đánh giá hiện trạng, quá trình diễn biến xói lở, bồi tụ; các nhân tố ảnh hưởng

và nguyên nhân chính gây xói lở, bồi tụ lòng dẫn sông Tiền tỉnh Đồng Tháp

- Nghiên cứu xác định cơ chế diễn biến; đánh giá xu thế diễn biến và cảnh báo nguy cơ DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp trong tương lai

 Để đạt được mục tiêu (ii), NCS thực hiện các nhiệm vụ cơ bản:

- Lựa chọn quan điểm và cơ sở đề xuất giải pháp phù hợp

- Đề xuất các giải pháp thích ứng với nguy cơ DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp Các giải pháp bao gồm: nhóm giải pháp phòng ngừa, giải pháp né tránh và giải pháp kháng vệ

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Về không gian

NCS khoanh vi nghiên cứu ở sông Tiền tỉnh Đồng Tháp (xem hình i) tuy nhiên,

để đảm bảo tính toàn diện của đối tượng nghiên cứu, luận án cũng xem xét quá trình diễn biến bờ sông Tiền thuộc tỉnh An Giang trong mối tương quan với bờ đối diện

thuộc tỉnh Đồng Tháp Đồng thời, xem xét khái quát các yếu tố liên quan (đặc điểm địa lý tự nhiên, hoạt động nhân sinh) trên toàn lưu vực sông Mekong

3.2 Về thời gian

Luận án đánh giá hiện trạng và quá trình DBLD sông trong thời gian khoảng

1 thế kỷ Trong đó, tập trung phân tích quá trình diễn biến thời kỳ từ năm 1966 -

2015 Trên cơ sở đó, cảnh báo được được xu thế DBLD sông trong tương lai Phạm

vi nghiên cứu về không gian, thời gian của luận án được thể hiện trên hình i

3.3 Về nội dung

DBLD sông thực chất là quá trình xói lở, bồi tụ; bao gồm cả diễn biến đáy sông và diễn biến bờ sông theo hướng dọc và hướng ngang Trong luận án, tập trung nghiên cứu, đánh giá quá trình biến động bờ sông Do bờ sông gắn liền với hoạt động của dân cư, những biến động ở khu vực này thường gây ra nhiều thiệt hại về tính mạng và tài sản của người dân Đồng thời, biến động bờ sông cũng phản ánh sự thay đổi của lòng dẫn sông trên mặt bằng

Bên cạnh đó, quá trình DBLD sông liên quan đến nhiều yếu tố khác nhau (địa chất - kiến tạo, địa mạo, khí tượng, thủy văn, các hoạt động dân sinh) Tuy nhiên,

trong phạm vi thời gian từ 1966 - 2015, luận án tập trung phân tích, đánh giá sự tác động của yếu tố nhân sinh đến quá trình DBLD sông do trong khoảng thời gian 50

năm những nhân tố tự nhiên không hoặc ít có sự biến chuyển lớn và cũng đã được đề cập khá nhiều trong những công trình nghiên cứu trước đây

- 3 -

Hình i Sơ đồ không gian, thời gian nghiên cứu của luận án

Nguồn: Indochina Atlas - 1970, Perry-Castañeda Library Map Collection, University of Texas at Austin và google map

1966

4

4 CƠ SỞ TÀI LIỆU CỦA LUẬN ÁN

Luận án được hoàn thành trên cơ sở các đề tài, dự án KH&CN các cấp; các kết quả khảo sát, điều tra của cơ quan ban ngành tỉnh được thực hiện ở khu vực nghiên cứu Trong đó, có các tài liệu cơ bản sau:

- Các số liệu về khí tượng, thủy văn, cát bùn, địa hình đáy sông của Ủy hội sông Mekong quốc tế - MRC [10 - 16] và Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Bộ [17]

- Các số liệu về hiện trạng và thiệt hại do xói lở bờ sông được tổng hợp từ báo cáo của Sở NN&PTNT tỉnh Đồng Tháp hàng năm trong giai đoạn 2000 - 2016 [9]

Nội dung chính của luận án được sử dụng, kế thừa và phát triển kết quả nghiên cứu của các công trình do NCS làm chủ nhiệm đề tài, bao gồm:

- Trịnh Phi Hoành (2011) với luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu xói lở bờ sông tỉnh Đồng Tháp [18]

- Trịnh Phi Hoành (2011) với đề tài KH&CN cấp Cơ sở: Giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại do xói lở bờ sông Tiền tỉnh Đồng Tháp [19]

- Trịnh Phi Hoành và cs (2016) với đề tài KH&CN cấp Bộ GD&ĐT trọng

điểm: Nghiên cứu quy luật biến động bờ sông Tiền đoạn chảy qua tỉnh Đồng Tháp,

đề xuất các giải pháp ứng phó giảm nhẹ thiệt hại [20]

5 LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ

Luận điểm 1 Lòng dẫn sông Tiền tỉnh Đồng Tháp phát triển theo cơ chế của sông

phân nhánh; dịch dòng, xói lở, bồi tụ thường xuyên theo các mặt cắt ngang, dọc sông

Luận điểm 2 Các hoạt động nhân sinh làm gia tăng DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp

Luận điểm 3 Dự báo DBLD sông Tiền trên cơ sở phân tích hình thái động

lực có độ tin cậy cần thiết theo cách tiếp cận địa lý tổng hợp

6 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN

1 Làm rõ được đặc điểm và nguyên nhân DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp trên cơ sở tiếp cận lịch sử và tiếp cận ngẫu nhiên

2 Phân tích được ở mức độ nhất định những tác động nhân sinh đến DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp

5

3 Trên cơ sở tổng hợp địa lý, cảnh báo và đề xuất các giải pháp phù hợp nhằm giảm thiểu tác động bất lợi của DBLD sông Tiền đến phát triển KT-XH của khu vực nghiên cứu, làm cơ sở khoa học cho các định hướng phòng chống thiên tai

7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

7.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần bổ sung, hoàn thiện phương pháp luận về nghiên cứu DBLD sông phân nhánh ở vùng thượng châu thổ Tài liệu có thể dùng tham khảo cho các nghiên cứu cùng hướng và phục vụ cho công tác giảng dạy

7.2 Ý nghĩa thực tiễn

Làm cơ sở cho các nhà quản lý ở tỉnh Đồng Tháp trong công tác quy hoạch và

phòng chống thiên tai (loại hình DBLD sông) nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững

và ổn định an ninh

8 CẤU TRÚC LUẬN ÁN

Nội dung chính của luận án được trình bày trong 148 trang A4 với 43 bảng, 88

hình và 145 tài liệu tham khảo, các phụ lục Ngoài phần Mở đầu (5 trang), Kết luận và Kiến nghị (3 trang), nội dung cơ bản của luận án được trình bày trong 3 chương:

Chương 1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu của luận án với 46 trang, 7

6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 1.1 CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN

1.1.1 Lòng dẫn sông (river channel)

Trong thung lũng sông, ta có thể phân biệt những bộ phận cơ bản sau [3]: Đường tụ thủy hay còn gọi là đường tanvec (talweg river) đường nối các điểm

sâu nhất, có nước chảy mạnh nhất trong lòng dẫn sông Thông thường đường tanvec nằm ép về một phía bờ nào đó, không ở chính giữa dòng Dòng chảy trên mặt thường phù hợp với động lực dòng chảy đáy

Đáy sông (đáy thung lũng) được giới hạn trong phạm vi giữa hai chân sườn thung lũng Đáy sông có thể chia thành hai bộ phận là lòng sông và bãi bồi

Lòng dẫn sông (river channel) là bộ phận sâu nhất của thung lũng sông thường xuyên có nước chảy Hay có thể quan niệm rõ hơn: lòng dẫn sông là phần sông có nước chảy quanh năm (có nước trong mùa kiệt ngay cả năm ít nước)

Bờ sông (riverbank) là giới hạn của lòng dẫn sông Trong nghiên cứu này, quan niệm bờ sông theo nghĩa rộng, bao gồm cả bờ sông và bờ bãi bồi (cồn, bãi, cù lao sông)

Bãi bồi (river bar) là bộ phận của đáy thung lũng nhô lên khỏi mặt nước, có địa

hình khá bằng phẳng, được cấu tạo bởi aluvi, được phủ bởi một lớp thực vật [21, tr 77]

Hình 1.1 Sơ đồ hình thái thung lũng sông [3, tr 122]

Ghi chú:

1 - đường tụ thủy - tanvec;

Hình thái sông (morphology river) bao gồm các đặc trưng: loại hình sông, mặt

cắt ngang, mặt cắt dọc, hình dạng tuyến sông trên mặt bằng và mối quan hệ giữa chúng

cũng như các yếu tố thủy văn, thủy lực [22] Các mối quan hệ này được gọi là mối quan

hệ hình thái sông Mối liên quan giữa hình thái lòng dẫn sông với động lực dòng chảy; xói lở, bồi tụ được gọi là hình thái động lực

 Phân loại sông theo đặc trưng ổn định:

Đặc trưng ổn định của sông là khả năng chống lại lực đẩy của dòng nước, của các hạt cát nằm trên bề mặt của đáy sông, đối với mỗi hạt cát nằm dưới đáy sông sẽ

chịu hai lực tác dụng: (i) lực tác dụng của dòng chảy làm hạt cát chuyển động; (ii)

lực ma sát chống lại tác dụng gây trượt của dòng chảy Theo đặc trưng ổn định, sông

có các loại cơ bản như sau [23]:

- Sông ổn định ở vùng đất không xói hoặc năng lượng của dòng chảy không

đủ xói lòng dẫn sông

- Sông tương đối ổn định chỉ bị xói từng nơi, có sự diễn biến theo chu kỳ xung

quanh một giá trị TB nào đó

- Sông có độ ổn định nhỏ trong đó xói lở và bồi lắng bùn cát gây ra sự thay đổi

chiều sâu của dòng sông nhưng không làm hình dáng của nó trên bình đồ thay đổi một cách rõ ràng Sự xói và bồi của bùn cát diễn ra một cách chậm chạp theo các điểm khác nhau Sự phân bố và hình dạng của ghềnh cạn thay đổi hàng năm Loại sông này thường có ở đồng bằng

- Sông có độ ổn định rất nhỏ tốc độ dòng chảy rất lớn, địa chất yếu, trong thời

gian lũ sông không những bị thay đổi về chiều sâu mà còn thay đổi về hình dáng và hình thành các phân lưu theo hướng lớn

- Sông trong thời kỳ lũ hoàn toàn mất hình dáng và hình thành dòng chảy lẫn lộn

giữa nước và bùn cát gọi là dòng chảy bùn cát Lúc đó yếu tố hình dạng mất hết ý nghĩa

1.1.1.2 Diễn biến lòng dẫn sông (change of river channel)

Quá trình biến hình lòng dẫn sông diễn ra trong một thời kỳ nghiên cứu gọi là

diễn biến lòng sông [24] Diễn biến lòng sông là quá trình thay đổi theo thời gian của

lòng sông và các cấu tạo lòng sông dưới tác động của dòng nước, của các yếu tố khí hậu, các yếu tố kiến tạo và các hoạt động kinh tế của con người Nguyên nhân cơ bản

của biến hình lòng sông là sự mất cân bằng trong tải cát (vận chuyển bùn cát hay trầm tích 1 hoặc phù sa) Trong bất kỳ một đoạn sông nào, dưới một điều kiện nhất định, dòng chảy có một sức tải cát nhất định [25, tr 287]: (i) Nếu lượng bùn cát đến thực

1 Thành phần trầm tích có kích cỡ khác nhau thể là đất, cát, sỏi, đá nhỏ Người ta thường phân trầm tích

thành 2 loại, trầm tích nhỏ chảy theo dòng nước gọi là trầm tích lơ lửng (suspended sediment load) hoặc trầm

tích đáy (bed suspended material load) là các trầm tích có kích thước/trọng lượng lớn hơn được dòng chảy tải

đi ở các lớp nước sát đáy sông, hồ

8

tế (S) tương ứng với sức tải cát (ST) thì dòng sông ổn định tương đối, lòng sông không

bị bồi và xói; (ii) Nếu lượng bùn cát đến lớn hơn sức tải cát (S > ST) thì lòng sông sẽ

được bồi; (iii) Nếu lượng bùn cát đến nhỏ hơn sức tải của dòng chảy (S < ST) và lòng sông không phải đá gốc thì lòng sông sẽ bị xói

DBLD sông có thể nghiên cứu trên phạm vi rộng và phạm vi hẹp [25, tr 286]:

- Trên phạm vi rộng, DBLD sông là cả quá trình lịch sử hình thành và phát

triển lòng sông, bao gồm toàn bộ thung lũng sông Vấn đề này thuộc phạm trù địa sử học, địa mạo học

- Trên phạm vi hẹp, DBLD sông chỉ hạn chế trong những biến đổi cận đại và

bản thân lòng sông Đây là đối tượng chính của động lực học dòng sông Nhưng những biến đổi này được triển khai trên nền các biến đổi lịch sử và các bộ phận của thung lũng sông Vì vậy, chúng có mối liên hệ nội tại với nhau

DBLD sông được đặc trưng bởi quá trình xói lở, bồi tụ lòng sông và quá trình

cắt dòng (đặc trưng của sông uốn khúc)

Xói lở bờ sông bao gồm các loại xói sâu, xói ngang, xói phổ biến, xói cục bộ

Trong đó, loại xói phổ biến và xói cục bộ thường xuất hiện sau khi có các công trình

thủy lợi đầu mối trên sông Xói sâu (xói lòng) là hệ quả của mất cân bằng trong tải cát thuộc phạm trù thủy lực Xói sâu thường làm hạ thấp dòng sông Xói ngang (xói bờ,

sạt lở bờ) là hệ quả của mất cân bằng động lực của khối bờ thuộc phạm trù cơ học đất

Xói ngang làm mở rộng lòng sông Xói phổ biến (xói, bồi) là loại xói lở xảy ra trên một chiều dài lớn của lòng dẫn sông Xói cục bộ (lở/lấp) thường chỉ hạn chế ở đoạn

ngắn của sông nhưng độ sâu lớn hơn nhiều loại xói phổ biến [24] Căn cứ vào diễn biến, xói lở bờ sông chia thành sụp (sạt) lở, trượt lở, chảy rắn và nứt đất

Bồi tụ bờ sông (riverbank deposition) là kết quả của bào mòn lưu vực và xói

lở bờ sông Bồi tụ bờ sông xảy ra khi lưu tốc dòng chảy giảm tới mức sức tải bùn cát nhỏ hơn hàm lượng thực tế, khi đó bùn cát trong dòng chảy sẽ bồi tụ lại

 Phân loại DBLD sông

Khi phân tích DBLD sông thường chia ra diễn biến trên mặt bằng, diễn biến trên mặt cắt dọc, diễn biến trên mặt cắt ngang nhưng thực chất ba loại này đan xen nhau, ảnh hưởng lẫn nhau, khống chế lẫn nhau [25, tr 287]:

- Diễn biến trên mặt cắt ngang: là do sự mất cân bằng tải cát phương ngang

gây nên Sự mất cân bằng này là do hoàn lưu Khi trong dòng chảy tồn tại hoàn lưu, dòng nước mặt không đi theo phương chuyển động chung mà chảy xiên sang một bờ, còn dòng nước đáy thì chuyển động sang một bờ khác, ngược với dòng nước mặt Bờ

có dòng nước mặt xô vào thì bị xói, bờ tiếp nhận dòng nước đáy thì được bồi Ngoài hoàn lưu ra, sóng cát cũng tạo ra chuyển dịch bùn cát theo phương ngang

9

- Diễn biến mặt bằng: chủ yếu là sự dịch chuyển trên mặt bằng, đường bờ, của

nhánh sâu, của các khối bồi lắng, có khi là liên tục, có khi là đột biến, có khi là có chu kỳ do chịu tác động tổng hợp rất nhiều yếu tố

- Diễn biến mặt cắt dọc: là do sự mất cân bằng trong tải cát phương dọc, có

nguyên nhân từ thiên nhiên như sự thay đổi theo thời gian và theo dọc đường của lượng bùn cát, sự thay đổi dọc đường của độ dốc và chiều rộng thung lũng sông, sự nâng lên hạ xuống của vỏ Trái Đất, của mực nước biển cũng có nguyên nhân từ con người như xây dựng các đập ngăn sông, các công trình chỉnh trị

Trong luận án sẽ phân tích và đánh giá DBLD sông Tiền theo 3 phương thức: mặt bằng, mặt cắt dọc và mặt cắt ngang

1.1.1.3 Sông phân nhánh (braided river)

a) Khái niệm

Theo Brice I.C quan niệm: sông phân nhánh là sông có bãi giữa, các bãi giữa

có tỉ lệ kích thước nhất định so với kích thước của chiều rộng lòng dẫn sông Các phần nhánh tách rời xa nhau và có vị trí tương đối cố định Ở cấp mực nước nào đó,

có thể nhánh sẽ không có nước chảy qua song nó vẫn là một phần nhánh hoạt động, không bị cây cối phủ mọc [26, tr 47]

Như vậy, sông phân nhánh được hiểu là những dòng chảy tách, nhập thành

nhiều nhánh bởi các cồn, bãi bồi tụ trong lòng dẫn, trong tài liệu quốc tế tiếng Anh

gọi chung là braided river [27], [28], [29]

a-Phân nhánh trên đoạn sông thẳng b-Phân nhánh trên đoạn sông c - Phân nhánh dạng đầu vịt

Hình 1.2 Phân loại sông phân nhánh [dẫn theo Trần Bá Hoằng [27]]

- Loại sông có nhiều nhánh, nhiều cồn bãi non, phân bố tản mạn và chuyển động

không ổn định (wandering) Thuật ngữ braided river có nghĩa đen là bím tóc Theo các nhà khoa học Trung Quốc gọi là sông du đãng mà Hoàng Hà là con sông tiêu biểu nhất

10 Ngoài ra, một số tác giả còn xếp chung phân nhánh ở vùng núi và sông có cù lao cửa sông ảnh hưởng của triều vào loại braided

Theo số nhánh có thể phân chia sông phân nhánh thành phân nhánh đơn, phân nhánh kép và đa nhánh

Căn cứ vào nguyên nhân hình thành phân nhánh, giáo sư Tạ Giám Hoành, chia sông phân nhánh thành 3 loại: loại do dòng chảy mùa lũ cắt qua bãi bên bên bờ lồi trên đoạn sông uốn khúc; loại cắt qua eo ở đoạn sông cong gấp và loại phân nhánh do bồi lắng tích tụ lâu ngày trước hoặc sau đoạn sông thu hẹp hoặc mở rộng đột ngột [30]

c) Đặc trưng sông phân nhánh

i) Về chế độ thủy văn

- Ở khu vực phân lưu: Điểm phân lưu thường không cố định mà thay đổi

(thường sẽ dịch ngược lên khi nước xuống thấp và dịch xuôi về khi nước lên cao) Mực nước ở nhánh phụ luôn cao hơn nhánh chính (hình 1.3) Sự thay đổi mực nước

theo phương ngang có dạng yên ngựa, giữa cao hơn ở bên và tương ứng với mặt cắt ngang Sự thay đổi mặt cắt dọc của mực nước là do sự nâng cao dọc đường và tác

dụng lực cản của các lườn cát làm mặt nước hơi nâng cao dần (hình 1.4)

Hình 1.3 Hình thái mặt nước ở khu vực phân lưu [30]

Hình 1.4 Đường đẳng trị mực nước khu vực phân lưu [27]

11

Hình 1.5 Phân bố lưu tốc trên mặt cắt ngang khu vực phân lưu [27]

Dòng chảy phân nhánh thường xuất hiện 2 hoặc nhiều luồng Trong đó, luồng

có vị trí chủ đạo đi vào nhánh chính (hình 1.5) Lưu tốc TB ở khu vực phân lưu có xu

thế lùi dần về hạ lưu

- Khu vực hợp lưu: Mực nước nhánh phụ cao hơn phía nhánh chính (hình 1.6)

nên hình thành độ dốc ngang Lưu tốc TB mặt cắt ở khu vực hợp lưu tăng dần về phía

hạ lưu, lưu tốc TB thủy trực ở nhánh chính và nhánh phụ cũng như vậy nhưng ở nhánh chính lớn hơn tương ứng với sự biến đổi độ dốc sông Đường đẳng trị trên vận tốc trên mặt cắt ngang ở khu vực hợp lưu cũng tồn tại 2 vòng lưu tốc ở hai bên và

vùng lưu tốc thấp ở giữa, tương ứng với vị trí chủ lưu trên mặt cắt ngang (hình 1.7)

Hình 1.6 Độ dốc mực nước khu vực hợp lưu [27]

Hình 1.7 Đường đẳng tốc mặt cắt khu vực hợp lưu [27]

12

ii) Về phân bố cát bùn

Phân bố hàm lượng cát bùn khu vực phân, nhập lưu tương ứng với sự phân bố đường đẳng tốc Ở khu vực phân lưu, phân bố bùn cát ở 2 phía bờ lớn hơn ở giữa, phân

bố bùn cát sát mặt lớn hơn ở đáy Ở khu vực nhập lưu thì thường ngược lại

Thành phần hạt cát lòng sông ở khu vực phân lưu thường biến đổi Khi mực nước cao trong mùa lũ thì hạt mịn hơn, trong mùa kiệt thì hạt thô hơn Điều này liên quan đến quy luật diễn biến trong các nhánh bị bồi trong mùa lũ, bị xói trong mùa kiệt và phù hợp với sự mạnh yếu của dòng chảy trong các nhánh Kết quả tất yếu của của vấn đề này thường xảy ra xói lở ở nhánh chính và bồi trong nhánh phụ

iii) Đặc trưng hình thái và diễn biến sông phân nhánh

Mặt bằng, mặt cắt ngang và các yếu tố thủy lực, hình thái lòng dẫn sông đoạn sông phân nhánh đơn thể hiện ở hình 1.8 Diễn biến hình thái ở sông phân nhánh rất phức tạp, phụ thuộc vào nhiều nhân tố Những nhân tố chính ảnh hưởng đến DBLD là hình thái sông, bãi giữa; lượng nước đến và chế độ phân phối của nó; lượng cát đến và chế độ phân phối của 2 nhánh; độ dốc thung lũng sông; địa chất và hoạt động của con người

Hình 1.8 Mặt bằng và mặt cắt ngang phân nhánh đơn [30]

Ghi chú: Q - lưu

lượng dòng chảy;

U - lưu tốc TB mặt cắt; H - độ sâu TB mặt cắt; B

- chiều rộng TB mặt cắt; J - độ dốc thủy lực; n - hệ số nhám; A - diện tích mặt cắt ướt; x

- chu vi mặt cắt ướt; hệ số nhám;

L - chiều dài nhánh; 0 - trước phân nhánh, 1 - nhánh chính, 2 - nhánh phụ

Hình dạng sông phân nhánh, tính chất dòng chảy ở vùng phân lưu có vai trò quyết định đến tỷ lệ phân phối nước, trầm tích Do 2 nhánh có sức cản khác nhau

(nhánh nào có sức cản lớn hơn mực nước cao hơn) nên ở gần cửa phân nhánh luôn

tồn tại độ dốc ngang hình thành dòng chảy và sức tải trầm tích ngang Sự phát triển, suy vong của các nhánh một mặt được quyết định bởi sức tải cát trong các nhánh, mặt khác được quyết định bởi tỷ lệ bùn cát Nếu nhánh nào tiếp nhận ít bùn cát mà sức tải cát cao thì nhánh đó sẽ phát triển và ngược lại sẽ bị suy vong

13 Nhánh tiếp nhận nhiều dòng chảy đáy (nhánh chính), hàm lượng bùn cát ở cửa vào tuy nhiều nhưng độ dốc lớn, lưu tốc lớn, lòng sông dễ bị bào xói Vì vậy, cao trình đáy sông thường thấp, thành phần bùn cát thô, dòng chảy thông thoáng tốt Ngược lại, nhánh phụ tiếp nhận dòng chảy mặt, lượng bùn cát đi vào ít nhưng do ở cửa sông độ dốc bé, lưu tốc nhỏ, lòng sông có thể bồi lắng tạo nên hình thế đáy sông cao, bùn cát lòng sông mịn, dòng chảy không thông thoáng, vùng cửa sông dễ hình thành bãi cạn

Các bãi giữa cũng phát triển không ngừng Quá trình phát triển thường mở rộng, bồi cao trở thành đảo (cồn) giữa Nếu một nhánh suy vong, đảo giữa nối liền

bờ và chuyển thành bãi tràn, sông phân nhánh chuyển thành nhánh đơn

Đối với sông phân nhánh, do đặc điểm các nhánh thay đổi ngôi thứ không ổn định, vùng phân lưu và hợp lưu thường có ngưỡng cạn, đoạn sông phân nhánh thường gây trở ngại cho giao thông thủy Trong giai đoạn phát triển nhánh mới phát triển gây xói lở mạnh uy hiếp đến sự an toàn dân cư Vì vậy, muốn đề xuất giải pháp phù hợp phải xác định và phán đoán được xu thế phát triển, suy thoái các nhánh

iv) Điều kiện hình thành sông phân nhánh

Để hình thành sông phân nhánh thường có 2 điều kiện [25, tr 310]:

- Điều kiện về địa chất - địa mạo: sông tương đối rộng để bãi bên phát triển

đầy đủ Để có điều kiện này, bờ sông thường dễ bị xói hơn so với bờ đoạn sông thẳng nhưng khó xói hơn bờ sông uốn khúc để lòng sông có thể mở rộng nhưng không biến thành sông uốn khúc

- Điều kiện dòng chảy: có sự khác nhau về vị trí của trục động lực giữa hai mùa lũ, kiệt là điều kiện quan trọng để duy trì sự ổn định của sông phân nhánh (mùa

lũ một dòng bị xói sâu, mùa kiệt dòng khác bị xói)

Như vậy, sông phân nhánh có đặc trưng là dòng chảy mạnh dẫn đến DBLD

(xói lở, bồi tụ) thường xuyên nên trầm tích dồi dào, vật liệu thô Sông phân nhánh

thường là đoạn sông không ổn định, các nhánh luôn thay đổi ngôi thứ; các dạng địa hình đặc trưng như phân nhánh, sự hình thành, phát triển các cù lao cổ, hiện đại; dòng sông cổ Hình thái trên bình đồ với sự tồn tại của các cù lao, cồn bãi giữa sông, có nút thắt ở đầu, ở giữa phình ra; dòng chảy chia thành hai hay nhiều nhánh Giữa loại

sông phân nhánh và sông uốn khúc (meandering river) có sự khác nhau cơ bản Nếu

như sông uốn khúc thường phát triển về một phía thì sông phân nhánh phát triển cả

về cả 2 phía, diễn ra trên mặt bằng, mặt cắt dọc và mặt cắt ngang

14

1.1.2 Thiên tai (disaster)

Theo IPCC (2012) thiên tai là các thay đổi nghiêm trọng trong chức năng bình

thường của một cộng đồng hay một xã hội do các hiểm họa tự nhiên tương tác với các điều kiện dễ bị tổn thương của xã hội, dẫn đến các ảnh hưởng bất lợi rộng khắp đến con người, vật chất, kinh tế hay môi trường, đòi hỏi phải ứng phó khẩn cấp để đáp ứng các nhu cầu cấp bách của con người và có thể cần sự hỗ trợ từ bên ngoài để phục hồi [2]

Theo Điểm 1, Điều 3, Luật phòng, chống Thiên tai thì Thiên tai được hiểu là

hiện tượng tự nhiên bất thường có thể gây thiệt hại về người, tài sản, môi trường, điều kiện sống và các hoạt động KT - XH, bao gồm: bão, áp thấp nhiệt đới, lốc, sét, mưa lớn, lũ, lũ quyét, ngập lụt, sạt lở đất do mưa lũ hay dòng chảy, sụt lún đất do mưa lũ hay dòng chảy, nước dâng, xâm nhập mặn, nắng nóng, hạn hán, rét hại, mưa

đá, sương muối, động đất, sóng thần và các loại thiên tai khác

Như vậy, DBLD sông, nhất là quá trình sạt lở bờ sông là một dạng thiên tai, gây ra nhiều thiệt hại về KT-XH cho các vùng ven sông Vì thế, quan tâm nghiên cứu

để có những giải pháp phòng chống, ứng phó và giảm nhẹ thiệt hại Sạt lở bờ sông được đánh giá là loại hình thiên tai gây thiệt hại lớn thứ 2 (sau lũ lụt) ở tỉnh Đồng Tháp [31] Do đó, nghiên cứu DBLD sông Tiền để đề xuất các giải pháp ứng phó là một vấn đề cấp thiết, có ý nghĩa thực tiễn cao

1.2 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN LÒNG DẪN SÔNG 1.2.1 Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông trên thế giới

DBLD luôn gắn liền với quá trình vận động tự nhiên của dòng sông, điều này được thể hiện thông qua lượng cân bằng bùn cát ở mỗi đoạn sông Vì vậy quá trình xói lở, bồi tụ của lòng dẫn sông diễn ra liên tục DBLD sông cũng như các quá trình chuyển động cơ học khác, cân bằng chỉ là tương đối, không cân bằng mới là tuyệt đối Lòng sông luôn luôn ở trong trạng thái biến hoá và phát triển Ngay trong cái gọi

là ''cân bằng tải cát'', trên từng toàn đoạn sông, trong một thời điểm nào đó lòng sông được coi là ổn định, nhưng ở từng nơi, sóng cát vẫn tồn tại, về thực chất tải cát vẫn không cân bằng DBLD sông luôn là mối đe dọa cho công trình và các hoạt động kinh

tế ven bờ vì vậy nghiên cứu dự báo sạt lở bờ sông có ý nghĩa quan trọng bởi vì sông thường là trục phát triển kinh tế của các đô thị lớn Trong quá trình khai thác bề mặt lưu vực và tài nguyên nước, con người đã tìm cách khai thác mặt lợi và hạn chế những bất lợi trong diễn biến lòng sông để phục vụ phát triển KT - XH trên lưu vực Do đó, những nghiên cứu về diễn biến lòng sông đã được rất nhiều các nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau trên thế giới quan tâm

15

Ở các nước kinh tế phát triển, môn khoa học DBLD sông được coi là môn khoa học bản lề giữa động lực học dòng sông và địa mạo học dòng sông Nhiều nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu về thủy lực sông ngòi, chuyển động bùn cát, về diễn biến lòng sông, hình thái lòng sông, loại dạng lòng sông, công trình chỉnh trị sông… Các công trình nghiên cứu đã đạt được những thành tựu nhất định trong công tác chỉnh trị sông Trên cơ sở phân tích các kết quả nghiên cứu về DBLD sông, NCS nhận thấy rất đa dạng về phương pháp và hướng tiếp cận Trong đó, có ba hướng tiếp cận cơ bản: hướng tiếp cận về hình thái lòng dẫn sông, hướng điều kiện động lực dòng chảy, hướng tiếp cận tổng hợp

1.2.1.1 Các hướng tiếp cận nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông

a) Hướng tiếp cận hình thái lòng dẫn sông

Điều kiện kỹ thuật - tự nhiên hình thành nên lòng dẫn sông bao gồm: cấu trúc địa chất và tính chất cơ lý của đất đá vùng ven sông; địa hình - địa mạo; cấu trúc địa chất thủy văn và đặc điểm vận động của nước ngầm; thảm thực vật và đặc điểm tác động của nước mặt

Người đặt nền móng cho khoa học diễn biến dòng sông là Ginbenerr G K và Horton (1877) [29] Các tác giả nhấn mạnh cần phải xem xét quá trình vật lý của sự hình thành địa mạo dòng sông và đã có những kết luận mang tính kinh điển: diễn biến lòng sông thực chất là quá trình xói lở, vận chuyển và bồi lắng của bùn cát - chất tạo thành lòng sông Ngoài ra, các tác giả cho rằng cần nắm vững quy luật vận động của bùn cát và đã thông qua thí nghiệm trong phòng về hình thành bùn cát

Hướng tiếp cận này đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới (Leopolp, Makaveev N.I, Altunhin S.T, Rosgen D.L [32], [33]…) sử dụng để xây dựng các phương pháp đánh giá diễn biến lòng sông như mô hình nguyên tắc, các chỉ số tổng hợp… Một số phương pháp tiêu biểu:

(i) Phương pháp cường độ địa động lực:

Phương pháp này bao gồm các bước:

- Chọn lựa và định cấp trọng số, cường độ tác động của các yếu tố đặc trưng ảnh hưởng đến quá trình xói bồi: cơ sở của phương pháp này được phân thành 3 nhóm: phương pháp quyết định (Deterministic), phương pháp thống kê (Statistic) và phương pháp chuyên gia (Expert-driven, Knowledge-driven) Đối với hoạt động xói

- bồi sông ngòi, để khắc phục được bức tranh hoàn chỉnh về cường độ địa động lực khu vực, cần sử dụng tổ hợp ba phương pháp nêu trên [34] Trong đó, phương pháp

ma trận môi trường định lượng (Quantified Graded Matrix) có thể đánh giá được khả năng tác động cũng như tương quan giữa các yếu tố trong hệ thống đồng thời định

16 lượng hóa được mức độ, tầm quan trọng của các tác động theo công thức của Leopolp,

1971 [29]: K = I1Mij + I2M2j + IiMij + … + InMnj

Trong đó, K là tổng số hoạt động địa động lực khu vực; Ii- hệ số tầm quan trọng của yếu tố thứ I, Mij- chỉ số cường độ tác động của yếu tố môi trường thứ I có cường độ tác động j; j - cường độ tác động của yếu tố môi trường thứ I vẫn là số yếu tác động

- Xác lập ma trận so sánh tầm quan trọng và trọng số của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xói - bồi của sông theo phương pháp Saaty T.L

- Xác lập cường độ hoạt động địa động lực: Kd = S

Smax 100% Trong đó, S =

∑𝑛𝑖=1𝑊𝑖 𝑀𝑖𝑗; Smax = ∑𝑛𝑖=1𝑊𝑖 𝑀𝑖𝑗𝑚𝑎𝑥 Kết quả xác lập Kd thường bao gồm các mức rất yếu (Kd <20 %); yếu (20 % ≥ Kd <40 %; TB (40 % ≥ Kd < 60 %); mạnh (60 %

≥ Kd < 80 %); rất mạnh (Kd ≥ 80 %)

(ii) Phương pháp kiểm toán ổn định trượt sườn mái dốc

Cơ sở của phương pháp này là sự mất ổn định của bờ sông chỉ có thể xảy ra quá trình xâm thực ngang của dòng chảy với quy mô và cường độ phụ thuộc vào các đặc trưng thủy văn mùa lũ, hình thái lòng dẫn sông và cấu trúc địa chất bờ Ngoài ra, quá

trình xâm thực ngang của dòng chảy có thể do quá trình xâm thực sâu (khai thác cát sạn hoặc xây dựng các công trình ven bờ) với quy mô hoàn toàn phụ thuộc vào trắc

diện ngang, tính chất địa chất công trình của đất đá cấu tạo bờ và áp lực thủy động lực của dòng ngầm (trượt trọng lực) Tuy nhiên, thực tế rất khó phân định một cách rõ ràng

sự mất ổn định bờ sông do xói lở hay trượt trọng lực mà chỉ có thể nhận biết thông qua phương thức biểu hiện của chúng Theo phương pháp này có phần mềm SLOPE/W của Canada nhằm đánh giá được nguy cơ mất ổn định của bờ sông [34]

Chương trình này thiết lập trên cơ sở phương pháp số để tính toán hệ số ổn định trượt nhỏ nhất (Minimum Factor of Safety - Kmin) của bờ sông Hệ số Kmin được đặc trưng bằng lực chống trượt trên lực gây trượt, Kmin càng lớn thì bờ sông có độ ổn định càng cao Do vậy, Kmin cho phép đánh giá nguy cơ xảy ra mất ổn định bờ sông như sau: (i) Kmin < 0,8: khối đất có độ ổn định trượt thấp, rất dễ xảy ra trượt; (ii) Kmin = 0,8 - 1,2: khối đất đang ở trạng thái cân bằng giới hạn và quá trình trượt sẽ xảy ra khi hình thái hoặc tính chất đất đá của bờ sông bị thay đổi theo hướng bất lợi; (iii) Kmin >1,2: khối đất bờ sông ở trạng thái cân bằng bền và rất khó xảy ra trượt

(iii) Phương pháp quan hệ thủy văn hình thái

Dưới tác động của dòng lũ đạt tới lưu lượng tạo lòng thì lòng dẫn của sông sẽ biến đổi theo chiều dọc lẫn chiều ngang (không ổn định) và được đặc trưng bởi chỉ số

ổn định dọc (φs) của Makaveev N.I, chỉ số ổn định ngang (φ1) của Altunhin S.T và hệ

số quan hệ hình dạng (k) của Viện Nghiên cứu Thủy văn Liên Xô (cũ) [35, tr 134]:

b) Hướng tiếp cận về động lực dòng chảy

Cở sở học thuyết về quá trình DBLD sông cũng như sự tác động qua lại giữa dòng nước và dòng sông thông qua yếu tố trung gian là bùn cát được đặt nền móng trong những năm cuối thế kỉ XIX, đầu thế kỉ XX ở các nước châu Âu, châu Mỹ

Ở Tây Âu, Mỹ và Nhật Bản, có những công trình về chuyển động bùn cát của

E Meyer Peter và Muller R (1948); hình thái lòng sông không ổn định với chỉnh lý

số liệu thực đo, được gọi “lý thuyết chế độ - Regime theory” (Kennedy R.G., Lindley

E.S., Lacey G., Anh); Wolman M.G (1957), Vanoli V.A (1975), Chang H.H (1976); các nhà khoa học Mỹ như Einsteinn H.A., Ven-te-Show, Ning-chien, Amrapalli Garanaik, Pierre Y Julien; Simon A.; Nhật Bản như Hirotada Matsuki, Takayuki Nobe… có nhiều công trình nghiên cứu về dòng chảy và chuyển động bùn cát Những

nghiên cứu của các nhà khoa học Pháp như Du Boys về chuyển động bùn cát, Barré

de Saint - Venant về dòng không ổn định, L Fargue (1908) về hình thái lòng sông uốn khúc vẫn giữ nguyên giá trị đến ngày nay

Ở Liên Xô cũ, đầu những năm 60 (thế kỷ XX) với nhu cầu về chỉnh trị sông phục

vụ phòng lũ, giao thông và thủy lợi trở nên cấp thiết thì những công trình nghiên cứu trong lĩnh vực thủy lực học công trình chỉnh trị sông được quan tâm nghiên cứu Tiêu biểu như

Tính ổn định lòng sông (Lotchin V.M); Quá trình diễn biến lòng sông (Velicanov M A,); Bernadski N.M về chuyển động hai chiều; Makaveev N I về dòng thứ cấp; quá trình lòng sông của Velikanov M A; chuyển động bùn cát của Gôntrarôp V.N và Lêvi I.I; về chỉnh trị sông của I.V Popov, Grisanhin K.V và Kariukin S.N [36], [37], [38]

Ở Trung Quốc, do đặc thù sông có nhiều bùn cát, do yêu cầu cấp thiết về vận tải thủy, phòng chống lũ, trị thủy… nên công tác nghiên cứu thủy lực sông ngòi, vận chuyển bùn cát, chỉnh trị sông được đẩy mạnh từ những năm 50 đến giữa những năm

60 tại 7 Ủy ban lưu vực sông và nhiều viện nghiên cứu từ trung ương, tỉnh, thành phố đến các trường đại học Các hướng nghiên cứu bao gồm trên cả mô hình vật lý, mô hình toán, mô hình tự nhiên (tỷ lệ 1:1) Đặc biệt, trên mô hình tự nhiên, Trung Quốc đã

tổ chức mô hình trạm thí nghiệm diễn biến lòng sông, đội đo đạc diễn biến lòng sông,

18

đo đạc định kỳ về diễn biến lòng sông ở từng thời kỳ Các nhà khoa học tiêu biểu như

Trương Thụy Cận, Tiền Ninh (từ Mỹ về), Tạ Giám Hoành với công trình Động lực học dòng sông, Đậu Quốc Nhân (từ Liên Xô về), Sa Ngọc Thanh…[25], [39]

Theo hướng nghiên cứu này, có các phương pháp cơ bản sau:

- Phương pháp sử dụng mô hình vật lý đã được ứng dụng rộng rãi trong những

năm 60 của thế kỷ XX Mô hình vật lý đã cho ra những nghiệm tương đối chính xác về

mô hình toán Hiện nay, các cơ sở lý thuyết cho mô hình vật lý gần được định hình Nghiên cứu biến hình lòng dẫn sông trên mô hình vật lý đã có những tiến bộ vượt bậc,

đã thực hiện được những “tiêu chuẩn tương tự” khó, trên cơ sở xây dựng mô hình động với các chất liệu mô phỏng bùn cát, bùn cát lơ lửng bằng vật liệu mới đảm bảo độ chính xác cao Một số những công trình tiêu biểu như Massedi A R., Momeni H (2007) với

Laborolaty analysis of the effect of the differenr Groin Angles on Depth in river bent; Murray & Paolo (1994) với A cellulas model of braided river; Zanichelli, Caroni G E Fiorott (2004) river bifurcation analysis by physical and numerical modeling…

Ưu điểm của phương pháp này là cho độ chính xác cao, thường để kiểm chứng lại các kết quả của các phương pháp khác Nhược điểm là kinh phí lớn, phức tạp; điều kiện trang thiết bị hiện đại; đội ngũ chuyên gia có trình độ cao

- Công thức kinh nghiệm được hình thành trên cơ sở của phương pháp thực đo

Nguyên lý chung của phương pháp này là dựa trên quan hệ dòng chảy và hình thái lòng dẫn sông Các công thức tiêu biểu được đề xuất bởi nhiều tác giả như Ikeda, Hickins E J - Nanson G C (Đan Mạch), Odgand, Vanoni, Popop, Ibadzade I A S

B Yabusaki và M.H Ikeda (Nhật), B Predwojski, B Blazejewski (Ba Lan)

+ Trong đó, Ibadzade I A và Turin tính toán cho đoạn sông cong, tác giả cho rằng cường độ xói lở ngang phụ thuộc vào lưu lượng dòng chảy - Q, bán kính cong -

R, chiều rộng lòng sông - B và hệ số ổn định của bờ đất - 𝛾 Bxi = f (Q, R,/Bi, 𝛾) và:

Trong đó, Bxi - tốc độ xói lở ngang (m/năm) tại mặt cắt thứ i; Bx0 là tốc độ xói lở ngang lớn nhất tại đoạn nghiên cứu (m/năm) trong quá khứ; Ri - bán kính cong tại mặt cắt thứ I (m); Bi - chiều rộng sông tại mặt cắt thứ I, α - hệ số thực nghiệm

+ Công thức kinh nghiệm tính xói lở bờ của Popop xây dựng từ tài liệu đo diễn biến xói lở nhiều năm ở khu vực Trung Á:

Trong đó, F - diện tích khối đất bờ xói lở trong

khoảng thởi gian T (năm); L - chiều dài sạt lở của bờ từng giai đoạn; T - thời gian xói lở (năm); Hmaxi - độ sâu lớn nhất tại mặt cắt tính toán thứ I (m); Hmax - độ sâu lớn nhất của đoạn xói lở nghiên cứu (m) H0 - độ sâu ổn định tại mặt cắt quá độ (m)

19 + Cân bằng năng lượng dòng chảy được đề xuất bởi Hickins E.J và Nanson G

C nghiên cứu thực nghiệm về tốc độ xói lở ngang trên 189 đoạn bờ uốn khúc, cấu tạo

từ loại đất sét và đất loại cát của 21 con sông ở miền Tây Canada, sau đó xây dựng phương trình cân bằng giữa tốc độ xói lở bờ M (R/Bcf) với áp lực thủy động dòng chảy, khả năng kháng xâm thực của đất đá cấu tạo bờ và đặc trưng thủy văn - hình thái chủ yếu của lòng sông ngòi

Nhược điểm của phương pháp này là phụ thuộc nhiều vào tài liệu xây dựng công thức và mang tính chất cục bộ cho từng vị trí, khu vực

- Phương pháp sử dụng mô hình toán thủy lực:

Từ những năm 60, do ứng dụng của khoa học kỹ thuật, nhất là tiến bộ trong kĩ thuật tính toán nhờ máy tính điện tử, việc nghiên cứu về DBLD sông có nhiều bước phát triển mới, sâu sắc trong việc hoàn thiện mô hình hóa các hiện tượng thủy lực phức tạp Một số mô hình toán, mô phỏng hai chiều 2D, ba chiều 3D, mô phỏng quá trình DBLD sông như Mike 11, Mike 21, Mike 21C cho kết quả tính toán dòng chảy,

dự báo biến hình lòng dẫn sông khá chính xác Việc nghiên cứu thực địa đã có những thiết bị đo đạc hiện đại, cho kết quả nhanh chóng, chính xác Người nghiên cứu đã đo được trường vận tốc dòng chảy ở các độ sâu khác nhau, có thể đo được độ sâu lòng sông cùng tọa độ địa lý, theo dõi được đường đi của hạt bùn cát trong nước bằng chất đồng vị phóng xạ khi nghiên cứu bồi lắng lòng sông ở vùng cửa sông Từ những năm

90 (XX) với sự tiến bộ vượt bậc của kỹ thuật tính toán, phương pháp mô phỏng số trị

đã được ứng dụng ngày càng nhiều

Ngày nay, phương pháp sử dụng mô hình toán được xem là phương pháp chủ lực trong nghiên cứu DBLD sông của các nhà thủy lợi Phương pháp này thường bao gồm mô hình dòng chảy, mô hình bùn cát, mô hình biến đổi đáy Bên cạnh những tên tuổi riêng biệt mới xuất hiện như Cunge J.A (Pháp), Bogardi J.L (Hungary), Hâncu Simion (Rumani), Mamak W (Ba Lan), Grisanhin K.V (Liên Xô),…đã xuất hiện những công trình tập thể tác giả hoặc một cơ quan nghiên cứu như Bureau of Reclaimation (Mỹ), HEC - RAS (River Analysis System) phát hành tháng 11/2006 của Hydrogic Engineering Center; GENESIS (USA); SOGREAN (Pháp), VNIIG (Liên Xô), UNIBEST, SOBEK 2D, DELFT (Hà Lan), DHI (Viện Thủy lực Đan Mạch với

bộ mô hình Mike 11 HD + ST, Mike 21C, Mike 21FM HD + ST), Đại học Vũ Hán (Trung Quốc); AIT (Asian Institute of Technology - Viện Công nghệ châu Á) phát triển năm 1994; mô hình CCHE2D của Trường Đại học Công nghệ Mississippi [40]; Geo Slope (Canada)… Các công trình nghiên cứu về sông và biến động lòng sông được xuất bản trên các tạp chí khoa học như: Journal river research and Applications (Mỹ), The Brige Magazine (EU), Natural disaster (Nhật), Journal of Yangtze River (Trung Quốc), Bordomer (Pháp)

20

Ưu điểm của phương pháp này là cho kết quả nhanh, độ chính xác tương đối cao, dễ dàng thay đổi các phương án mô phỏng Tuy nhiên, nhược điểm của nó là phụ thuộc nhiều vào số liệu đầu vào, giả thiết của người thiết lập mô hình Như vậy, mô hình toán dùng để cung cấp điều kiện biên cho các mô hình vật lý nhằm giảm bớt những thí nghiệm không cần thiết Ngược lại, mô hình vật lý lòng cứng dùng để cung cấp số liệu điều chỉnh cho mô hình toán về trường lưu tốc tương đối chính xác nhằm tính toán các đặc trưng xói lở, bồi tụ để tránh mô hình lòng động khó khăn, chi phí cao Cho nên việc phối hợp giữa mô hình vật lý và mô hình toán sẽ hỗ trợ nhau giải quyết vấn đề phức tạp của động lực học dòng sông

Những nghiên cứu về DBLD liên quan động lực dòng chảy khá đa dạng nhưng được Singh, 2003 tổng kết như sau: (i) lý thuyết về chế độ, (ii) lý thuyết về hàm số mũ, (iii) lý thuyết về lực phá hủy và lực tới hạn, (iv) lý thuyết mô hình tương tự, (v) lý thuyết động lực học, (vi) lý thuyết về sự biến đổi nhiệt động lực học, (vii) lý thuyết về biến đổi năng lượng và (viii) lý thuyết về cực trị

c) Hướng tiếp cận tổng hợp

Lòng dẫn sông được hình thành bởi tổ hợp các yếu tố về tự nhiên và hoạt động kinh tế của con người quyết định quá trình vận hành (hoạt động) của hệ thống kỹ thuật

- tự nhiên vùng ven sông Các yếu tố đó được chia thành các nhóm: (i) Các điều kiện

tự nhiên hình thành nên lòng dẫn sông; (ii) Đặc điểm tác động của các hoạt động kinh

tế - công trình đến môi trường địa chất lòng dẫn sông

Các yếu tố này liên quan, tương hỗ với nhau và được coi như một hệ thống (hệ thống các yếu tố điều kiện kỹ thuật - tự nhiên vùng ven sông) Vai trò của từng yếu tố trong hệ thống rất khác nhau, phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu Một số nghiên cứu tiêu biểu: R André (2003) [41] Michael J Kirkby; D Stephen (Anh) [42-44]… Trong

đó, K David [45] đã giới thiệu quan điểm mới về hình thái và động lực sông

Ngoài ra, trong những năm gần đây việc ứng dụng viễn thám và GIS trong việc nghiên cứu DBLD sông được chú trọng Một số công trình tiêu biểu như Yang

X, M C J Damen, Zuidam R.A.V (1999); K Matti, at el [46- 48], X.X Lu, at el., [49]; M Anjali, R Lunghim, 2015 [50]… Các nghiên cứu theo hướng này thường sử

dụng các dữ liệu ảnh (viễn thám, ảnh máy bay, bản đồ đo vẽ qua các thời kỳ) Từ đó,

thu thập nội dung, định dạng, lưới chiếu, tỷ lệ, khả năng chồng chập của ảnh… để xác định sự thay đổi của khu vực nghiên cứu theo thời gian Phương pháp này kết hợp với công cụ GIS để xử lý thông tin được nhanh chóng và chính xác hơn

Những tác động của hoạt động nhân sinh, nhất là tác động của đập thủy điện đến sự thay đổi hàm lượng phù sa được quan tâm nghiên cứu I.L Douglas, J.A Scott (1984) [51] đã có những đánh giá về tác động của đập High Aswan được xây dựng

21 những năm 60 (XX) đến đồng bằng ven biển sông Nile, Ai Cập Công trình này đã làm giảm 90% lượng phù sa về đồng bằng châu thổ, gây xói lở cửa sông ven biển K.G Mathias, at el (2015) [52] đã quan tâm tác động của dòng “hungry water - nước đói” do tác động của đập và khai thác cát đến DBLD Lu X X và cs [49] đã phân tích tác động của thiếu hụt trầm tích do khai thác cát đến DBLD ở hạ lưu sông Pearl, Trung Quốc D Stephen, at el (Anh) [42 - 44] trong các công trình nghiên cứu về biến động lòng dẫn sông ở khu vực nhiệt đới nói chung và hệ thống sông Mekong nói riêng có đề cập đến nhiều vấn đề liên quan như gió mùa, bão nhiệt đới, sự tan chảy của băng, mực nước biển dâng và việc xây dựng các đập thủy điện Đặc biệt, các tác giả nhấn mạnh đến tầm quan trọng; mối liên hệ giữa hoạt động của xoáy với trầm tích Nhằm hạn chế tác động của khai thác cát đến DBLD sông, Bộ TN&MT Malaysia [53] đã đưa ra những hướng dẫn quản lý khai thác cát sông; L.H William, 2003 [54]

đã tổng quan về tác động của khai thác cát sỏi đến môi trường H.O Adrew, P.P Ian,

2003 [55], lập bản đồ xói lở cho hệ thống sông Murray - Darling G Avijit, 2008 [56] quan tâm mối quan hệ giữa trầm tích và các quá trình địa mạo của các dòng sông lớn trên địa cầu W.O Kirk at el, 2016 [57] lại quan tâm đến sự cân bằng giữa thủy điện

và đa dạng sinh học ở 3 hệ thống sông lớn trên thế giới (Amazon, Congo, Mekong), trong đó đề cập sự thay đổi hàm lượng phù sa

1.2.1.2 Những nghiên cứu về sông phân nhánh

Nghiên cứu về sông phân nhánh được khởi xướng đầu tiên bởi Peale A.C., Cục Địa chất Hoa Kỳ (1879) với những nghiên cứu tại Western Wyoming - phụ lưu của sông Green [29] Những công trình nghiên cứu về DBLD sông phân nhánh chuyên sâu chủ yếu tập trung ở một số nước có lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu về động lực sông phát triển (Tây Âu, Bắc Mỹ) hoặc những khu vực các nước có nhiều sông phân nhánh phát sinh nhiều vấn đề thực tiễn (Trung Quốc, Ấn Độ…) Hiện có

3 hướng nghiên cứu về sông phân nhánh: (i) hướng dựa vào thủy động lực dòng chảy của đoạn sông để nghiên cứu, dự báo biến động sông phân nhánh; (ii) dựa vào yếu tố hình thái để đánh giá, dự báo diễn biến hình thái sông phân nhánh và hướng chỉnh trị sông phân nhánh, kết hợp cả hướng nghiên cứu i và ii [30]

a) Hướng nghiên cứu DBLD sông phân nhánh theo thủy động lực dòng chảy

Tiêu biểu theo hướng nghiên cứu thủy động lực dòng chảy có Antunin C T Antunin C T xác định được điều kiện hình thành của sông phân nhánh vùng Trung Á

Theo hướng nghiên cứu này còn có nhà khoa học Trung Quốc Tạ Giám Hoành nghiên cứu biến động sông phân nhánh trên Hoàng Hà và một số sông khác ở Trung Quốc [27], [30] Ông đã xác định được quy luật của lưu hướng ngang khu vực sông phân nhánh và dựa trên nguyên lý cơ bản của động lực học dòng sông về sức tải cát của dòng chảy để dự báo xu thế phát triển của đoạn phân nhánh

22

b) Nghiên cứu sông phân nhánh theo hướng quan điểm hình thái

Tiêu biểu theo hướng nghiên cứu này phải kể đến Makaveev N.I Theo Makaveev N.I có 3 loại sông phân nhánh [25, tr 312]: (i) Nhánh dài: thường xuất hiện trên các sông lớn, chiều dài của nhánh cong (L1) gấp hơn 2 lần so với chiều dài nhánh còn lại (L2): L1/L2 >2; (ii) Nhánh TB: thường có chiều dài ngắn hơn loại trên Tiêu chuẩn L1/L2 =1; (iii) Nhánh ngắn: các nhánh luôn biến động (có khi là nhánh chính, khi là nhánh phụ) Tiêu chuẩn L1/L2 < 1

Ngoài ra, những công trình nghiên cứu về hình thái cửa sông của các nhà khoa học gốc Nga Alabyan A M và Chalov R.S được đánh giá cao Theo Alabyan A.M

và Chalov R.S., mặt bằng của các sông được phân thành 3 loại: sông thẳng (straight), sông uốn khúc (sinuous) và sông phân nhánh (branched) Mỗi loại lại được chia thành

3 dạng Riêng sông phân nhánh được có ba dạng: nhánh vòng (anabranching); phân nhánh (braided) và dạng bãi giữa (medial bar)

Jagers H.R.A (2003) với chuyên khảo Mô hình hóa thay đổi hình dạng sông phân nhánh (Modelling planform changes of braided river) [58] đã đưa ra một bức

tranh khá toàn diện về sông phân nhánh trên cơ sở nghiên cứu hình thái các sông ở châu Âu (Rhein, Rhone…), châu Á (Jamuna - Bangladesh), châu Úc (Waimakariri) bằng mô hình vật lý kết hợp mô hình toán Tác giả cho rằng quá trình vận chuyển bùn cát và chế độ dòng chảy là tác nhân chính gây biến đổi hình dạng sông từ cong tới sông phân nhánh Hình dạng lòng sông (bedform) đóng vai trò tích cực trong quá trình này với vận động của sóng cát là yếu tố chính Ngoài ra, ông còn nghiên cứu mối quan hệ giữa hiện tượng cắt dòng của sông cong với hiện tượng đổi dòng của sông phân nhánh

Kết quả nghiên cứu sông phân nhánh cũng đã được ứng dụng trong các công trình chỉnh trị sông Các loại công trình chỉnh trị sông phân nhánh được sử dụng tiêu biểu như công trình ổn định hiện trạng (kè mõm cá ở đầu và cuối bãi: trên dòng sông Rhein - Pháp, gia cố bờ: Dunai - Hungary); chống sạt lở bờ sông chính bằng các biện pháp gia cố bờ, hệ thống mỏ hàn, điều chỉnh phân lưu (hướng dòng, đón dòng) Biện pháp bịt nhánh phụ được ứng dụng khá phổ biến ở Trung Quốc [27]

Qua kết quả phân tích có thể nhận thấy, những nghiên cứu về sông phân nhánh trên thế giới cũng đã tập trung phân tích cơ sở lý thuyết về sông phân nhánh cũng như ứng dụng đề xuất biện pháp ứng phó với diễn biến của sông phân nhánh

Khoa học về chỉnh trị sông nói chung và sông phân nhánh đã có những bước phát triển trong những năm gần đây Sự phát triển cả về phương diện, PPNC cũng như việc ứng dụng công nghệ mới, vật liệu mới, những công trình chỉnh trị không còn nặng nề phức tạp như trước đây Các PPNC cũng ngày càng đảm bảo độ chính

23 xác hơn Tuy nhiên, do vấn đề quá phức tạp nên quá trình nghiên cứu diễn biến, nhất

là công tác dự báo xói bồi, xác định quy luật của lòng sông vẫn còn là “vấn đề chưa được giải quyết” của thế giới

1.2.2 Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông ở Việt Nam

1.2.2.1 Các hướng tiếp cận nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông

a) Hướng nghiên cứu về hình thái lòng dẫn sông

Hướng tiếp cận này, chủ yếu tập trung phân tích các điều kiện hình thành nên

dòng sông (địa chất, địa mạo, địa chất thủy văn) và hình thái lòng dẫn sông, khả năng

chống trượt lở của khối đất ven sông Qua đó, đề xuất các giải pháp tăng cường khả năng kháng xâm thực của bờ sông trước tác động của dòng nước Theo hướng này, có các tác giả tiêu biểu như Nguyễn Viễn Thọ, Nguyễn Thanh, Đỗ Quang Thiên, Hoàng Ngô Tự Do (Đại học Huế) [34, 35]; Nguyễn Trọng Yêm, Phạm Tích Xuân, Ngô Quang Toàn, Đặng Huy Rằm, Nguyễn Xuân Huyên, Trần Trọng Huệ (Viện Địa chất); Nguyễn Quang Mỹ, Đào Đình Bắc, Vũ Văn Phái, Nguyễn Hiệu, Đặng Văn Bào (Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội) [59]; Hà Quang Hải (ĐHQG TP HCM)…

b) Theo hướng tiếp cận động lực dòng chảy

Những nghiên cứu về chỉnh trị dòng sông ở miền Bắc mới được thực hiện bắt đầu từ những năm thập niên 60 (XX) ở Học viện Thủy lợi - tiền thân của Đại học Thủy

lợi và Viện Khoa học Thủy lợi với sự giúp đỡ của các chuyên gia Trung Quốc (ngoài công trình đê sông Hồng là công trình vĩ đại của dân tộc trong lịch sử để lại) Còn ở

miền Nam, những công trình nghiên cứu chỉnh trị sông một cách hệ thống được thực hiện sau năm 1975 Cách đây vài thập kỷ, các nghiên cứu trên mô hình toán học mới mới được phát triển với sự tham gia của các nhà khoa học thuộc Viện Cơ học Việt Nam, Viện Khí tượng Thủy văn những công trình về động lực học sông, chỉnh trị sông cũng được đưa vào các chương trình nghiên cứu trọng điểm cấp Nhà nước

Cho đến những năm cuối thập niên 90 (XX), những nghiên cứu về DBLD sông mới thật có bước phát triển mới cả trên phương diện số lượng, chất lượng công trình, phương pháp, nội dung nghiên cứu Trong giai đoạn 1970 - 2000, xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu về DBLD sông trong đó có các vấn đề liên quan tới sông ngòi Đồng bằng Bắc Bộ, xuất hiện nhiều những công trình nghiên cứu của Nguyễn Thới Giáp, Vũ Tất Uyên, Lương Phương Hậu, Nguyễn Văn Toán, Trần Xuân Thái, Trịnh Việt An, Trần Đình Hợi, Tôn Thất Vĩnh, Nguyễn Văn Phúc, Lê Ngọc Bích Các công trình vấn

đề của sông ngòi miền Trung có các nghiên cứu của Ngô Đình Tuấn, Đỗ Tất Túc, Nguyễn Bá Quỳ, Lương Phương Hậu, Trịnh Việt An, Nguyễn Văn Tuần, Nguyễn Kim Ngọc Những nghiên cứu về dòng chảy sông ngòi, nổi bật có các công trình về chuyển

24 động không ổn định của Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Cảnh Cầm, Nguyễn Như Khuê, Nguyễn Ân Niên, Lương Phương Hậu và sau này là Nguyễn Văn Điệp, Trịnh Quang Hòa Những công trình nghiên cứu về chuyển động bùn cát và DBLD sông có các công trình của Lưu Công Đào, Hoàng Văn Quý, Vi Văn Vị, Hoàng Hữu Văn, Võ Phán

Trong những năm đầu của thế kỉ XXI, kế thừa và phát huy những thành quả của các nghiên cứu trước, những nghiên cứu về DBLD sông tiếp tục được triển khai sâu rộng trên khắp cả nước Ở miền Bắc, có các công trình của các tác giả như Lương Phương Hậu, Trần Xuân Thái, Phạm Đình, Nguyễn Tùng Phong, Nguyễn Ngọc Quỳnh, Nguyễn Đăng Giáp Ở miền Nam, có các nghiên cứu của Hoàng Văn Huân, Lê Mạnh Hùng, Đinh Công Sản, Nguyễn Nghĩa Hùng, Trần Bá Hoằng, Nguyễn Ngọc Quỳnh những công trình chỉnh trị sông có tính khoa học cao đã xuất hiện, mang lại hiệu quả tốt như công trình chống bồi lấp cảng Hà Nội, cụm mỏ hàn Nghi Xuyên (Hưng Yên), công trình cắt sông, chống sạt lở cho tuyến đê sông Chu khu vực quản xá (Thanh Hóa), công trình

có kết cấu đảo chiều hoàn lưu trên sông Cái Phan Rang (Ninh Thuận), tổ hợp công trình chống sạt lở bờ sông Tiền khu vực Sa Đéc (tỉnh Đồng Tháp)

Hiện nay, nhà nước đang đầu tư các cơ sở nghiên cứu chuyên sâu như Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực sông biển2 (Viện Khoa học Thủy lợi

Việt Nam), phòng Thí nghiệm phòng chống thiên tai Hòa Lạc, Trung tâm Nghiên cứu chỉnh trị sông và phòng chống thiên tai 3 (Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam) Một lực lượng cán bộ trẻ được đào tạo ở trong và ngoài nước, đang nắm bắt được các thành tựu khoa học - công nghệ mới của thế giới, đóng góp tích cực cho sự phát triển của ngành khoa học động lực học dòng sông và chỉnh trị sông ở nước ta

Các công trình nghiên cứu tập trung đánh giá diễn biễn hình thái lòng dẫn sông, xây dựng mối quan hệ hình thái với khả năng ổn định lòng dẫn sông Theo hướng này các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Thủy lợi (1965 - 1970 với công

trình Nghiên cứu về DBLD sông Hồng đoạn Sơn Tây - Hà Nội; Lê Ngọc Bích (1968

- 1972), Nghiên cứu các chỉ tiêu ổn định và quan hệ hình thái sông Hồng đoạn Sơn Tây - Hà Nội; Trần Xuân Thái [39]; Nguyễn Thanh Hùng; Nguyễn Ngọc Quỳnh và

cs (2016) với Công trình bảo vệ bờ sông khu vực Bắc Bộ và Trung Bộ đã đánh giá

khái quát về đặc điểm sông ngòi, tình hình sạt lở, yêu cầu bảo vệ, đánh giá tính ổn định của các công trình bảo vệ sông ngòi khu vực Bắc Bộ và Trung Bộ, phân tích xu

hướng và giải pháp ứng dụng công nghệ mới dưới góc độ thủy văn, thủy lợi

Với các hoạt động khai thác dòng chính và lưu vực sông làm thay đổi chế độ dòng chảy, ảnh hưởng đến quá trình biến động lòng dẫn sông Vì thế, theo hướng này,

2 Xem thông tin chi tiết tại http://www.ihrce.org.vn/web/

3 Xem thông tin chi tiết tại website: http://www.siwrr.org.vn/?id=dv9

25

có các tác giả quan tâm như Vũ Tất Uyên, Nguyễn Đăng Giáp [24], Vũ Thanh Te Vũ

Tất Uyên trong công trình Nghiên cứu biến đổi lòng sông hạ du do ảnh hưởng điều tiết của hồ Hòa Bình Đây là đề tài đầu tiên về ảnh hưởng của điều tiết của hồ Hòa Bình,

một số những đánh giá, kết luận, dự báo của đề tài cho đến này được kiểm nghiệm là đúng đắn Trong đó, có đánh giá về điều tiết cắt lũ, xả lũ, tích nước của hồ Hòa Bình với khu vực hợp lưu sông Thao - sông Đà Vũ Thanh Te và cs (2011) với đề tài KHCN

độc lập cấp Nhà nước Nghiên cứu, dự báo diễn biến bồi lắng, xói lở lòng sông Sài Gòn

- Đồng Nai dưới tác động của hệ thống công trình chống ngập úng và cải tạo môi trường cho khu vực TP Hồ Chí Minh đã dự báo diễn biến và khả năng xói lở, bồi tụ

lòng sông dưới tác động của hệ thống công trình chống ngập úng và đề xuất quy hoạch chỉnh trị tổng thể cho toàn tuyến sông Đồng Nai - Sài Gòn

Trong những năm gần đây, hầu hết trong các công trình nghiên cứu về DBLD sông của các nhà khoa học thủy lợi đều ứng dụng các mô hình toán vào đánh giá quá trình diễn biến, xây dựng các kịch bản để đưa ra các cảnh báo Tiêu biểu như Hoàng Văn Huân, 2009 [36]; Lương Phương Hậu, 2010 [60], Nguyễn Thế Biên [61], Lê Mạnh Hùng, Đinh Công Sản [62-65]

c) Theo hướng tổng hợp

Sử dụng GIS kết hợp phân tích tình trạng địa chất địa mạo bờ sông, mô hình toán, mô hình vật lý, phân tích viễn thám… trong đánh giá diễn biễn lòng dẫn sông Theo hướng nghiên cứu này được hình thành và phát triển trong các công trình của Nguyễn Văn Cư, Nguyễn Lập Dân4, Vũ Thị Thu Lan (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam); Nguyễn Ngọc Anh, Nguyễn Kim Ngọc (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

- ĐHQG Hà Nội), Bùi Thắng [66], Đỗ Quang Thiên (Đại học Khoa học - Đại học Huế) [67]… Theo hướng này, PPNC và tiếp cận trên quan điểm tổng hợp, ứng dụng nhiều phương pháp, cách thức tiếp cận khác nhau Vì thế, kết quả nghiên cứu cung cấp một cách nhìn khá toàn diện Tiêu biểu như Trần Ngọc Anh và cs [68]; Nguyễn Kim Ngọc và cs (1999) [69]; Hoàng Thanh Sơn, Vũ Thị Thu Lan và cs (2014) [70]

1.2.2.2 Nghiên cứu về sông phân nhánh

a) Những nghiên cứu về mặt lý thuyết

Trên cơ sở kế thừa những thành tựu về nghiên cứu sông phân nhánh trên thế giới, một số nhà khoa học như Lê Ngọc Bích [26], Lương Phương Hậu [71] đã có những đóng góp trong nghiên cứu diễn biến sông phân nhánh Lê Ngọc Bích tập trung nghiên cứu về đặc điểm hình thái, tác giả Lương Phương Hậu đề xuất các giải pháp mẫu về công trình điều chỉnh tỷ lệ phân lưu; phương pháp tính toán đập khóa trong nhánh phụ

4 Nguyễn Lập Dân và cs (2008) Nghiên cứu dự báo các nguy cơ tai biến thiên nhiên (lũ lụt, trượt lở, lũ quét, lũ bùn đá,

xói lở bờ sông) lưu vực sông Hương và đề xuất giải pháp phòng, giảm thiểu thiệt hại Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam

26

b) Những nghiên cứu ứng dụng thực tiễn

Các nghiên cứu về sông phân nhánh bằng mô hình vật lý và mô hình toán đã được ứng dụng thành công như công trình chỉnh trị sông phân nhánh đoạn Hà Nội trên sông Hồng do Nguyễn Ngọc Cẩn và cs, ứng dụng kè mỏ hàn để chỉnh trị sông đoạn phân nhánh Trung Hà trên sông Đà Bên cạnh đó, có những công trình được thực thi nhưng thất bại hoặc hiệu quả không như mong muốn như công trình chỉnh trị sông Quảng Huế (Quảng Nam); công trình Phú Gia - Tứ Liên (sông Hồng) Nguyên nhân

cơ bản là chưa hiểu đúng bản chất, đặc điểm của đoạn sông phân nhánh khu vực xây dựng công trình [30] Ngoài ra, còn có những nghiên cứu thực tiễn của Nguyễn Kiên Quyết [72], Nguyễn Ngọc Quỳnh [22] trên sông Hồng và sông Đuống

Các nghiên cứu này đã kế thừa phương pháp ở những công trình tiêu biểu trên

thế giới đồng thời vận dụng phương pháp hiện đại (ứng dụng ảnh viễn thám, mô hình hóa ) vào thực tiễn Việt Nam Những năm gần đây, việc ứng dụng tư liệu viễn thám

và mô hình hóa trong nghiên cứu biến động lòng dẫn sông được sử dụng khá phổ biến, trong đó nổi bật là các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam (Lê Ngọc Bích, Lương Phương Hậu, Hoàng Văn Huân, Lê Mạnh Hùng, Đinh Công Sản) và các tác giả khác như Nguyễn Đăng Vỹ đã vận dụng khá thành công đánh giá thực trạng xói lở bờ sông ở một số khu vực nghiên cứu

1.2.3 Các nghiên cứu DBLD sông ở vùng ĐBSCL và địa bàn nghiên cứu

1.2.3.1 Các hướng tiếp cận nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông

a) Theo hướng hình thái, cấu tạo lòng dẫn sông

Được quan tâm nghiên cứu bởi các nhà khoa học như Lê Ngọc Thanh, Nguyễn Siêu Nhân (Viện Địa lý Tài nguyên TP HCM); Hà Quang Hải, Thiềm Quốc Tuấn (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia TP HCM); Nguyễn Quang

Mỹ, Vũ Văn Vĩnh (Hội Địa chất - Đệ tứ Việt Nam)

Theo hướng tiếp cận địa vật lý (georadar, VLF- Very Low Frequency, điện trở] và địa chất, nhóm tác giả Lê Ngọc Thanh, Nguyễn Siêu Nhân, Nguyễn Văn Giảng [73], [74] phân tích cấu trúc địa chất bờ, làm cơ sở đánh giá nguồn gây sạt lở, cảnh báo xu thế diễn biến

Một số nhà khoa học lại tiếp cận trên cơ sở phân tích cấu tạo bờ sông theo đặc điểm trầm tích và đặc điểm địa mạo bờ sông để phân tích nguyên nhân làm cơ sở dự báo và đề xuất giải pháp ổn định bờ sông trong khu vực nghiên cứu Tiểu biểu theo cách tiếp cận này như Hà Quang Hải và cs [75], [76] chú trọng phân tích mối tương quan giữa xói lở - bồi tụ và đặc điểm hình thái bờ sông; Vũ Văn Vĩnh và cs [77] lại phân tích cấu trúc địa chất của bờ sông làm cơ sở cho những nghiên cứu DBLD sông

27

b) Hướng nghiên cứu về động lực dòng chảy

Những nghiên cứu về DBLD sông theo động lực dòng chảy bắt đầu từ những

đề tài, dự án do Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, Viện Kỹ thuật Biển, Trường Đại học Thủy lợi miền Nam và Đại học Bách Khoa TP HCM thực hiện

Các công trình nghiên cứu theo hướng này tập trung đánh giá thực trạng, quá trình diễn biến và dự báo xói lở dựa trên các phương pháp phân tích tài liệu thực đo, công thức kinh nghiệm, mô hình toán như Hoàng Văn Huân [36]; Nguyễn Thị Bảy [40], Nguyễn Thế Biên [61]; Lê Mạnh Hùng, Đinh Công Sản và cs [62-65]; Trương Thị Nhàn và cs [78], Cùng hướng nghiên cứu này nhưng Lê Ngọc Bích [26] đề cập đến những nghiên cứu về DBLD sông Cửu Long, đặc biệt nhấn mạnh mối quan hệ giữa hình thái lòng sông và dòng chảy trong nghiên cứu DBLD sông Cửu Long

Những nghiên cứu về tác động của hoạt động KT - XH đến hình thái lòng dẫn sông bước đầu được quan tâm Nhóm tác giả Lê Mạnh Hùng và cs (2013) [65] đã đánh giá thực trạng, dự báo nhu cầu, đánh giá tác động của khai thác cát đến thay đổi lòng dẫn sông, xây dựng quy trình kỹ thuật khai thác cát hợp lý và bản đồ bổ sung, điều chỉnh quy hoạch khai thác cát ở một số vị trí trọng điểm trên sông Tiền và sông Hậu giai đoạn 2013

- 2018; đề xuất hoàn thiện chính sách, cơ chế quản lý khai thác cát Đinh Công Sản và

cs đã chỉ ra những khoảng trống trong nghiên cứu về các công trình bảo vệ bờ sông Cửu Long [79]; Nguyễn Văn Điển [80] đánh giá ảnh hưởng của công trình bảo vệ bờ đến hình thái sông khu vực xã An Hiệp, huyện Châu Thành

c) Hướng nghiên cứu tổng hợp

Nghiên cứu về DBLD sông Cửu Long với việc kết hợp nhiều phương tiện khác nhau được quan tâm nghiên cứu bởi các tác giả Nguyễn Quang Mỹ và cs [81] đánh giá quá trình sạt lở bờ sông Tiền trong mối tương quan giữa dòng chảy và lòng dẫn sông cũng như xác định mối tương quan giữa động năng dòng chảy, vận tốc dòng chảy với cường độ xói lở, bồi tụ bờ sông Đây là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, nó khắc phục được những hạn chế về nguồn tư liệu Do đó, NCS sẽ vận dụng và phát triển trong việc thực hiện luận án Hoàng Văn Huân và cs với dự án điều tra cơ bản hệ thống các cửa sông Cửu Long, trong đó có phân tích quá trình DBLD sông dựa trên tổng hợp các phương pháp như kế thừa, tài liệu thực đo, phân tích ảnh viễn thám kết hợp, công thức kinh nghiệm đã trình bày khá toàn diện về quá trình biến động lòng dẫn sông Cửu Long (khu vực cửa sông) thời kỳ 1867 - 2003 trên mặt bằng và thời kỳ 1865 - 2000 theo mặt cắt ngang sông

Các nghiên cứu ứng dụng viễn thám được vận dụng trong nhiều công trình đánh giá biến động bờ sông gầy đây Nguyễn Văn Hải, Lê Trung Thành [82], Phan Đức Anh Huy, Trần Tuấn Tú [83]; Nguyễn Ngọc Lâm và cs (2010) [84]; Lâm Đạo

28 Nguyên và cs [85-87] Ưu điểm của phương pháp này đánh giá tương đối đồng bộ, toàn diện về sự thay đổi của bờ sông Tuy nhiên, hạn chế là nguồn ảnh có độ phân giải cao (Spot) sử dụng kinh phí lớn; ảnh được sử dụng miễn phí (như ảnh Landsat) thì độ phân giải thấp, sai số cao Mặt khác, năng lực xử lý ảnh của người sử dụng cũng ảnh hưởng đến kết quả đánh giá

Hướng phân tích tổng hợp được quan tâm nghiên cứu bởi các nhà khoa học thuộc Viện Địa lý Tài nguyên TP HCM như Hồ Chín, Nguyễn Siêu Nhân, Nguyễn Sinh Huy Trong các công trình nghiên cứu về Đồng Tháp Mười như [1], [88], [89] [90] đã lồng ghép đánh giá quá trình DBLD sông, vạch ra ranh giới bờ sông cổ, phân tích tổ hợp các nguyên nhân cho khu vực sông Tiền đoạn chảy qua vùng Đồng Tháp Mười Tiếp nối hướng nghiên cứu này, Trịnh Phi Hoành và cs (2016) đã thực hiện đề

tài KH&CN cấp Bộ trọng điểm Nghiên cứu quy luật biến động bờ sông Tiền đoạn chảy qua tỉnh Đồng Tháp, đề xuất giải pháp ứng phó giảm nhẹ thiệt hại [20] đề tài đã phân

tích, đánh một cách tổng thể thực trạng, nguyên nhân và các nhân tố ảnh hưởng, xác định quy luật biến động (xói lở, bồi tụ) bờ sông Tiền tỉnh Đồng Tháp

Dưới tác động mạnh mẽ của các hoạt động khai thác lưu vực, nhất là các công trình thủy điện và khai thác cát; đã có những nghiên cứu, phân tích đánh giá về mức

độ của chúng đến DBLD sông như của Tô Quang Toản và cs [91-97] đã tổng hợp phân tích đánh giá ảnh hưởng của các công trình thủy điện dòng chính sông Mekong tới những thay đổi bất lợi (dòng chảy, môi trường, KT-XH) vùng ĐBSCL Trong đó,

có đề cập đến vấn đề DBLD sông Cửu Long Các tác giả nước cũng quan tâm nghiên cứu như Lê Mạnh Hùng và cs, 2012 [98], 2013 [99]; MRC, 2013 [100], ICEM, 2010 [101]; M Naoki, S Kengo, S Pech, 2008 [102]; A J Adward, at el, (2015) [103];

B Jean-Paul, G Marc (2012) [104], 2013 [105]; B Guillaume, at el [106-107]; R.K Zan, K George Mathias, C.A Paul [108]; K.G Mathias, at el., 2014 [109] X Zuo,

at el, 2011 [110] quan tâm đến mối quan hệ giữa các đập thủy điện, gió mùa và ENSO (El Nino và La Nina) đến sự thay đổi lượng trầm tích sông Mekong; Natural Heritage Institute [111] đã tổng kết hội thảo đánh giá những hiểu biết và tác động của việc suy giảm hàm lượng phù sa và hàm lượng dinh dưỡng trong dòng chảy sông Mekong

1.2.3.2 Những nghiên cứu về sông phân nhánh

Phân nhánh là loại hình sông tồn tại khá phổ biến ở vùng ĐBSCL Tuy nhiên những nghiên cứu chuyên sâu về vấn đề này chưa nhiều Lê Ngọc Bích - một nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam với những công trình nghiên cứu

về biến động hình thái sông Trong đó, có phân tích tình hình sạt lở bờ sông nói chung

và sông phân nhánh nói riêng [26] Các nhà khoa học đi sau như Lương Phương Hậu,

Lê Mạnh Hùng, Đinh Công Sản, Hoàng Văn Huân và Nguyễn Nghĩa Hùng [112]

29 với những đề tài, dự án khoa học đã tập trung phân tích thực trạng, nguyên nhân và cảnh báo sạt lở bờ sông cho các khu vực trọng điểm dựa mô hình toán, mô hình vật

lý và công thức kinh nghiệm dựa trên động lực dòng chảy và hình thái lòng dẫn sông

Trong những năm gần đây, theo hướng nghiên cứu này đáng chú ý là luận án tiến sĩ kĩ thuật của Hồ Việt Cường, Trần Bá Hoằng Trần Bá Hoằng [27] đã khái quát đặc trưng sông phân nhánh ở vùng ĐBSCL, xây dựng một số quan hệ hình thái với tỷ

lệ phân lưu của sông phân nhánh làm cơ sở khoa học ứng dụng công trình chỉnh trị

dòng chảy, điều chỉnh hợp lý tỷ lệ phân lưu cho đoạn sông phân nhánh Tân Châu - Hồng Ngự trên sông Tiền Tác giả Hồ Việt Cường [30] xây dựng mối quan hệ giữa phân lưu dòng chảy, tỷ lệ phân chia bùn cát với yếu tố thủy lực, yếu tố hình thái sông phân nhánh; sự biến động của chế độ thủy lực do hoạt động nạo vét khai thác cát bằng

mô hình toán và vật lý; ứng dụng kết quả nghiên cứu vào khu vực phân nhánh trên sông Hậu đoạn chảy qua TP Long Xuyên (An Giang) Nguyễn Nghĩa Hùng và cs,

2016 [112] đã tập trung nghiên cứu những đoạn sông tồn tại cù lao đang có biến động mạnh về hình thái ở vùng ĐBSCL, nhất là cù lao Long Khánh và cù lao Tân Lộc Kết quả đề tài đã lý giải quá trình hình thành, phát triển; thực trạng sạt lở, dự báo thay đổi lòng dẫn tại một số khu vực sông có cù lao và đề xuất giải pháp ổn định cho đoạn sông Hậu đi qua TP Cần Thơ

1.2.4 Nhận xét chung về những thành tựu và vấn đề còn tồn tại trong nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông

1.2.4.1 Thành tựu

Những kết quả nghiên cứu về DBLD sông nói chung và sông phân nhánh thể

hiện ở một số thành tựu cơ bản sau:

- Về PPNC: phương pháp phân tích tài liệu thực đo; phương pháp mô hình vật lý; phương pháp mô hình toán; phương pháp viễn thám và GIS

- Về hướng nghiên cứu DBLD sông tập trung theo ba hướng tiếp cận: theo hình thái cấu tạo lòng dẫn sông; theo động lực dòng chảy và hướng tổng hợp Những công trình nghiên cứu riêng về sông phân nhánh tập trung theo 3 hướng tiếp cận trên

- Kết quả nghiên cứu đã tập trung đánh giá quá trình diễn biến, thực trạng

DBLD sông, bờ sông (chủ yếu là xói lở), phân tích nguyên nhân (chủ yếu là nguyên nhân tự nhiên) và các nhân tố ảnh hưởng tới biến động, bước đầu dự báo xu hướng

sạt lở bằng các phương pháp khác nhau Trong đó, chủ yếu là phương pháp mô hình toán và mô hình vật lý

- Đề xuất các giải pháp nhằm hạn chế biến động, giảm thiểu thiệt hại do biến động bờ sông gây ra ở lãnh thổ nghiên cứu Trong đó, tập trung vào các giải pháp

công trình (bờ kè, mỏ hàn )

30 Riêng những nghiên cứu về sông phân nhánh, chủ yếu tiếp cận trên quan điểm thủy văn - động lực dòng chảy; các giải pháp đề xuất chủ yếu là giải pháp công trình

1.2.4.2 Tồn tại liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận án

Cho đến nay, ngoài các phương pháp đo đạc thực tế nhằm xác định DBLD sông, các nghiên cứu vẫn tập trung đánh giá DBLD bằng các phương pháp riêng biệt, mang tính chất đơn ngành như sử dụng công thức kinh nghiệm, mô hình toán, mô

hình vật lý (đối với ngành Thủy văn, Thủy lợi), sử dụng ảnh viễn thám đa thời kỳ (ngành Công nghệ vũ trụ), sử dụng phương pháp địa động lực, đặc điểm hình thái lòng dẫn sông (ngành Địa chất, địa động lực) Vì vậy, kết quả nghiên cứu còn mang

tính cục bộ, địa phương, phòng chống xói lở - bồi tụ ở khu vực này lại xảy ra ở các vùng lân cận khác Bên cạnh đó, những nghiên cứu sử dụng mô hình toán đòi hỏi nguồn kinh phí cao; đặc biệt số liệu đầu vào lớn nhưng thực tế khó đáp ứng được nên

ít nhiều ảnh hưởng đến chất lượng Mặt khác, do DBLD rất phức tạp, nhất là các sông quốc tế nên cho đến nay vấn đề đánh giá DBLD sông vẫn được xem là vấn đề của thế giới, chưa giải quyết được một cách thấu đáo Ngoài ra, tác động của những hoạt

động dân sinh trên lưu vực và tại địa phương (như phá rừng đầu nguồn, xây dựng các công trình thủy điện, thủy lợi; hoạt động khai thác cát không theo quy hoạch khoa học, trái phép ) chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều và đồng bộ

Ngoài ra, những nghiên cứu, đánh giá về sông phân nhánh chưa nhiều, đặc biệt theo tiếp cận theo góc độ địa lý tổng hợp, lịch sử và ngẫu nhiên chưa được sử dụng trong các nghiên cứu trước đây ở vùng nghiên cứu

1.2.4.3 Vấn đề nghiên cứu của luận án

Qua phân tích tổng quan các nghiên cứu về DBLD sông nói chung, sông phân nhánh nói riêng trên thế giới và ở Việt Nam cũng như địa bàn nghiên cứu, nội dung

chính của luận án sẽ coi lòng dẫn sông Tiền là đối tượng nghiên cứu chính Do đó,

luận án tập trung phân tích và làm rõ các vấn đề cụ thể như sau:

- Trên cơ sở tiếp cận lịch sử và ngẫu nhiên, đánh giá diễn biến (dọc, ngang) lòng dẫn sông Tiền tỉnh Đồng Tháp giai đoạn 1966 - 2015 Trong đó, chú trọng các khu vực có quá trình diễn biến phức tạp Qua đó, làm rõ được đặc điểm diễn biến của đoạn sông nghiên cứu

- Phân tích nguyên nhân và các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình DBLD sông

và mối quan hệ giữa chúng trên cơ sở tiếp cận tổng hợp và ngẫu nhiên Trong đó, tập trung đến ảnh hưởng của các hoạt động nhân sinh trên lưu vực và tại địa phương theo các thời kỳ khác nhau Kết quả phân tích làm cơ sở cho việc cảnh báo xu thế diễn biến và đề xuất giải pháp ứng phó

- Cảnh báo xu thế DBLD sông dựa trên cơ sở phân tích hình thái động lực lòng dẫn sông Tiền theo cách tiếp cận địa lý tổng hợp

31

- Ứng dụng kết quả đánh giá diễn biến, xác định nguyên nhân và cảnh báo xu thế vào đề xuất các giải pháp ứng phó với DBLD sông Tiền Trong đó, chú trọng đến

các giải pháp phi công trình (phòng ngừa, né tránh)

1.3 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.3.1 Cách tiếp cận

1.3.1.1 Tiếp cận địa lý tổng hợp

Là cách phân tích có hệ thống để xem xét, đánh giá vấn đề Tiếp cận địa lý

tổng hợp được phản ánh qua quá trình vận dụng các nguyên lý địa lý tự nhiên (địa chất - địa mạo; khí tượng - thủy văn; thổ nhưỡng…) và địa lý nhân văn (địa lý kinh

tế, địa lý lịch sử…) khi phân tích nguyên nhân, các nhân tố ảnh hưởng, quá trình diễn

biến cũng như trong công tác cảnh báo, đề xuất giải pháp ứng phó với DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp DBLD sông nằm trong mối tương quan trực tiếp giữa lòng dẫn sông và dòng chảy sông được tác động tổng hợp bởi nhiều nhân tố hay nói cách khác: lòng dẫn và dòng chảy là hai thành phần cấp 1 của hệ thống Hệ thống ấy bao gồm các yếu tố địa chất, địa mạo, dòng chảy, nhân sinh và giữa chúng có mối quan hệ tác động qua lại lẫn nhau Lòng dẫn sông chỉ biến đổi khi có sự tác động tổng hợp của các nhân tố trên Do đó, cần vận dụng cách tiếp cận địa lý tổng hợp để nhìn nhận, đánh giá vấn đề một cách toàn diện

Trong hệ thống này, các yếu tố xác định là địa chất - địa mạo, dòng chảy; các

yếu tố biến đối là các hoạt động KT - XH của con người; các yếu tố tất nhiên là các

quy luật tự nhiên; yếu tố ngẫu nhiên như trạng thái bất thường của tự nhiên (lũ lụt, hạn hán lịch sử, hoạt động nhân sinh…) Trong các yếu tố đó, quan hệ giữa dòng

chảy và lòng dẫn có tính tương hỗ, nhân quả Lòng dẫn vừa là quả - kết quả của dòng

chảy nhưng đồng thời là nhân đối với dòng chảy Hình thái lòng dẫn sông vừa là yếu

tố bị tác động của dòng chảy vừa là nhân tố chi phối, khống chế hoạt động của dòng chảy Do đó, trong luận án lòng dẫn sông, nhất yếu tố hình thái động lực được xem

xét với tư cách là hệ quả của quá trình biến đổi lòng dẫn sông do tác động của dòng

nước Đồng thời, nó là biểu hiện cho xu hướng DBLD sông Do vậy, luận án lấy lòng dẫn sông Tiền (hình thái, cấu trúc…) là đối tượng nghiên cứu chính để giải quyết vấn

đề diễn biến xói lở, bồi tụ; nhất là trong công công tác cảnh báo

1.3.1.2 Tiếp cận lịch sử

Tiếp cận lịch sử là xem xét vấn đề trong quá trình phát triển của sự vật, hiện tượng theo thời gian Tiếp cận lịch sử trong nghiên cứu DBLD sông Tiền nhằm mục đích làm sáng tỏ quá trình phát sinh, phát triển của sông Tiền, quá trình biến đổi lòng dẫn sông Tiền qua các giai đoạn, thời kỳ phát triển của nó, đặc biệt là trong khoảng thời gian gần 1 thế kỷ qua và thời gian gần đây (1966 - 2015) Đồng thời, nhận thấy được xu thế phát triển của lòng dẫn trong tương lai

32 Làm sáng tỏ quá trình DBLD sông Tiền, là CSTT và khoa học vững chắc để

dự báo DBLD sông Tiền và đề xuất các giải pháp ứng phó phù hợp

1.3.1.3 Tiếp cận ngẫu nhiên

Để xem xét các yếu tố bất thường tác động tới sự thay đổi lòng dẫn sông cần phải tiếp cận ngẫu nhiên Các yếu tố không thuộc tiến trình tự nhiên của dòng chảy được xem là các yếu tố ngẫu nhiên Các yếu tố ngẫu nhiên bao gồm: (i) Các yếu tố liên quan với hoạt động nhân sinh như: kênh dẫn, kênh thoát; các công trình xây dựng trên và ven sông; kè chống xói lở hoặc kè thu hẹp, cố định dòng chảy; các hố sâu do khai thác cát,…; ngăn đập, xả nước; (ii) Các yếu tố tự nhiên như như động đất, hoạt động của đứt gãy hoặc lũ lụt, hạn hán lịch sử… Trong đó, chú trọng phân tích các yếu tố liên quan đến hoạt động nhân sinh trên lưu vực và tại địa phương

Với các tiếp cận này, giúp NCS tiếp cận vấn đề để giải thích cho sự thay đổi bất thường trong DBLD sông Tiền trong những năm gần đây; nhằm đánh giá đúng nguyên nhân trực tiếp Trên cơ sở đó, đề xuất các giải pháp phù hợp

1.3.2 Quan điểm nghiên cứu

- XH) có mối quan hệ chặt chẽ với nhau

DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp được xem xét trong mối quan hệ với các yếu

tố tự nhiên và hoạt động KT-XH trên lưu vực và tại địa phương Quan điểm này là cách tiếp cận chủ đạo trong quá trình thực hiện các nội dung của luận án: khi xem xét bất kì một yếu tố liên quan đến DBLD sông Tiền đều xem xét trong một tổng thể của

hệ thống sông Mekong cũng như khi phân tích diễn biến, nguyên nhân của từng khu vực cụ thể đều đặt trong mối quan hệ với sông Tiền tỉnh Đồng Tháp

1.3.2.2 Quan điểm tổng hợp

Nghiên cứu đánh giá tổng hợp được sử dụng như một công cụ đắc lực phục vụ cho việc quy hoạch lãnh thổ, sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường Quan điểm tổng hợp đòi hỏi nghiên cứu không phải một thành phần riêng lẻ mà là toàn bộ các hợp phần của môi trường trong mối quan hệ tương hỗ Biến động lòng dẫn sông thực chất là mối tương tác giữa dòng chảy và lòng dẫn sông thông qua yếu tố trung gian là bùn cát Luận án xem xét vấn đề dưới góc độ Địa lý trên quan điểm tổng hợp

nhìn nhận, đánh giá vấn đề một cách toàn diện: bao gồm các nhân tố tự nhiên (địa

33

chất, địa hình, khí hậu, thủy văn…), các hoạt động khai thác (nguồn nước, vật liệu lòng dẫn sông…) trên lưu vực và tại địa phương có ảnh hưởng đến quá trình DBLD

sông Tiền tỉnh Đồng Tháp

Ngoài ra, để đảm tính toàn diện của vấn đề nghiên cứu, luận án vận dụng kiến

thức nhiều khoa học liên quan (Địa lý, Địa chất, Thủy văn, Viễn thám,…) Trong đó,

khoa học Địa lý là cách tiếp cận chủ đạo

1.3.2.3 Quan điểm liên kết lưu vực với cảnh quan và phát triển bền vững

Lưu vực sông được coi là một hệ thống tự nhiên tại đó có đặc trưng riêng về điều kiện tự nhiên, các quá trình có ảnh hưởng đến kiểu quản lý và sử dụng đất đai Nghiên cứu, phân tích các điều kiện phân bố và đặc điểm của quá trình địa mạo, điều kiện thủy văn, lớp phủ thực vật trong lựu vực sẽ cung cấp thông tin quan trọng nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng đất đai và bảo vệ môi trường Với lãnh thổ là đồi núi, các quá trình di chuyển vật chất trên sườn mạnh có tác động trực tiếp đến việc sử dụng đất và có ảnh hưởng trực tiếp đến quá bồi lắng

Theo quan điểm cảnh quan, các điều kiện tự nhiên cùng với dạng khai thác, sử dụng đất tạo thành một địa hệ (cảnh quan) Nguyên cứu cảnh quan cho phép làm rõ nguyên nhân xói mòn, bồi lắng và đề xuất giải pháp giảm thiểu theo không gian Nghiên cứu xói mòn đất theo lưu vực, cho phép đánh giá đúng lượng đất ở các sườn dốc và sườn tích tụ ở các địa hình thấp trũng Trong phạm vi lưu vực áp dụng nghiên cứu cảnh quan sẽ cho phép định hướng sử dụng đất hợp lý với điều kiện thực tế nhằm giảm thiểu xói mòn đất liên quan đến hoạt động kinh tế Theo quan điểm này, cho phép NCS nhìn nhận quá trình DBLD sông được trọn vẹn và hoàn chỉnh hơn

Quan điểm phát triển bền vững đòi hỏi phát triển KT-XH phải không mâu thuẫn với bảo vệ môi trường Ngược lại, bảo vệ môi trường không làm cản trở phát triển KT-XH Trong quá trình khai thác lưu vực sông Mekong ngày càng bộc lộ nhiều mâu thuẫn giữa khai thác, sử dụng tài nguyên và bảo vệ môi trường Vì vậy, khi đề xuất phương án ứng phó với DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp cần phải chú ý tới ảnh hưởng đến môi trường Cụ thể, giảm thiểu bồi lắng và ô nhiễm môi trường trong sông, rạch Ngoài ra, phát triển bền vững không thể tách rời với từng khu vực, lãnh thổ cụ thể Vì thế, quan điểm thực tiễn cũng xem xét trong quá trình nghiên cứu, nhất là trong việc phân tích nguyên nhân, đề xuất các giải pháp

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu

1.3.3.1 Phương pháp kế thừa

Thu thập, tổng hợp tài liệu, số liệu liên quan đến luận án đã được nghiên cứu, điều tra trước đó làm cơ sở khoa học và định hướng cho nghiên cứu Phương pháp này nhằm tận dụng, kế thừa những kết quả nghiên cứu trước và vận dụng thích hợp vào nội dung của đề tài Trong quá trình thực hiện luận án, NCS tiến hành thu thập, tổng

34 hợp các tài liệu có liên quan đến DBLD sông nói chung và ở sông Tiền tỉnh Đồng Tháp nói riêng ở trong và ngoài nước Qua đó, lựa chọn những nội dung phù hợp vận dụng vào luận án, nhất là phần CSLL và trong các kết luận khoa học

Trên cơ sở các tài liệu, tư liệu đã có, nhất là những tài liệu được thu thập thông qua các đề tài, dự án được thực hiện ở khu vực nghiên cứu Những tài liệu về địa chất, địa mạo được kế thừa chủ yếu qua kết quả nghiên cứu của các khoa học thuộc Viện Địa lý Tài nguyên TP HCM và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG TP HCM, Hội Địa chất - đệ tứ Việt Nam Những tài liệu về khí tượng thủy văn được thu thập từ Đài Khí tượng Thủy văn Nam Bộ và MRC Tư liệu về DBLD sông được kế thừa từ các đề tài, dự án do Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, Viện Kỹ thuật Biển thực hiện Nguồn dữ liệu chính được kế thừa và phát triển từ những kết quả nghiên cứu của chính NCS Trên cơ sở, NCS tiến hành chọn lọc, sắp xếp theo yêu cầu của luận án; phân tích, so sánh kết quả và lựa chọn những tư liệu phù hợp nhất để vận dụng vào chứng minh các luận điểm của luận án

1.3.3.2 Phương pháp điều tra, khảo sát và đo đạc thực địa

Là PPNC sự vật, hiện tượng địa lý trên cơ sở đi thực địa, quan sát, mô tả, đo đạc các đối tượng Khảo sát thực địa giúp chúng ta cập nhật, bổ sung thông tin về đối tượng nghiên cứu và làm giàu thêm CSLL Nghiên cứu thực trạng, quy luật, nguyên nhân gây DBLD sông Tiền chúng tôi tiến hành khảo sát, đo đạc, đánh giá mức độ DBLD sông cụ thể trong 5 năm (2012 - 2017), mỗi năm tiến hành 02 đợt trong mùa mưa và mùa khô ở một số khu vực “trọng điểm” về biến động như bờ sông Tiền khu vực TP Sa Đéc, xã Bình Thành, huyện Thanh Bình, khu vực huyện Hồng Ngự và bờ

sông Tiền thị xã Hồng Ngự theo các tuyến khảo sát: (i) TP Cao Lãnh - Thanh Bình - thị

xã Hồng Ngự - huyện Hồng Ngự; (ii) TP Cao Lãnh - Lấp Vò - huyện Cao Lãnh - Sa Đéc - Châu Thành (xem hình PL1)

Trên các tuyến khảo sát này, NCS dừng lại ở các khu vực có DBLD sông mạnh (cù lao Long Khánh, cù lao Tây, xã Bình Thành, TP Sa Đéc - xã An Hiệp) để đo đạc, phỏng vấn người dân khu vực ven bờ về thời gian, diễn biến các đợt sạt lở, sự thay đổi quá trình diễn biến

1.3.3.3 Phương pháp viễn thám và GIS

Công tác lựa chọn và đi điểm khảo sát thực địa luôn được thực hiện bằng việc

sử dụng kết hợp với nhiều loại bản đồ khác nhau: bản đồ hành chính, bản đồ giao thông, bản đồ thủy văn, Kết quả nghiên cứu được thể hiện dưới dạng bản đồ theo đúng quy định hiện hành của Nhà nước về Đo đạc bản đồ Mặt khác, nhằm gia tăng độ chính xác của kết quả nghiên cứu, mở rộng phạm vi ứng dụng các công nghệ hiện đại vào nghiên cứu, phương pháp ứng dụng Viễn thám và GIS đã được sử dụng trong luận

án Để thực hiện luận án, NCS đã sử dụng nhiều loại bản đồ khác nhau:

Nguồn dữ liệu ảnh viễn thám đa thời gian (bảng PL1.1) được xử lý bằng phần

35 mềm xử lý ảnh viễn thám ENVI 5.0; các kết quả về diễn biến và dự báo biến động lòng dẫn sông được phân tích, đánh giá và trình bày trên phần mềm ArcGIS Desktop 10.1

(hình 1.9) Bản đồ địa chất và khoáng sản Việt Nam tỷ lệ 1:200.000 (tờ Long Xuyên

và tờ Châu Đốc) do Cục Địa chất Việt Nam xuất bản năm 1995 [113] Bản đồ địa hình miền Nam Việt Nam do quân đội Mỹ đo vẽ trong thời kỳ chiến tranh Việt Nam

1954 - 1975, xuất bản năm 1966 và 1970, 1971, tỷ lệ 1:50.000, các tờ: Hồng Ngự, Tân Châu, An Long, Phong Mỹ, Cao Lãnh, Sa Đéc Cơ sở dữ liệu hành chính Việt Nam năm 2009: phục vụ cho công tác biên tập bản đồ hành chính và cung cấp dữ liệu nền cho các bản đồ chuyên đề về hiện trạng và dự báo Các bản đồ chuyên đề khác: bản

đồ thủy văn, bản đồgiao thông, các bản đồ lòng dẫn sông và hình thái lòng dẫn sông của các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học thủy lợi miền Nam; các hệ thống ảnh viễn thám qua các thời kỳ từ MRC và Ủy hội sông Mekong Việt Nam, Trung tâm Viễn thám miền Nam

Hình 1.9 Sơ đồ ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động bờ sông Tiền

- Hiệu chỉnh hình học

- Tính chỉ số NDWI

- Vector hóa

PHẦN MỀM XỬ LÝ ẢNH VIỄN THÁM ENVI 5.0

- Nội suy không gian

- Phân tích không gian (overlay, intersect,….)

36

Ưu điểm của phương pháp viễn thám và GIS cho phép NCS nhận biết được hiện trạng, đánh giá được quá trình DBLD sông trên mặt bằng (đường bờ); nhận diện được dấu hiệu hình thái động lực của lòng dẫn sông

1.3.3.4 Phương pháp chuyên gia

DBLD sông là một vấn đề phức tạp, liên quan đến nhiều lĩnh vực khác nhau

Vì thế, phương pháp chuyên gia sẽ giúp NCS nhìn nhận toàn diện hơn vấn đề nghiên cứu cũng như những kết luận mang tính khách quan Thông qua các cuộc phỏng vấn, hội thảo chuyên đề theo nhóm nhỏ để xin các ý kiến góp ý các chuyên gia về các luận

cứ khoa học, cách tiếp cận cũng như các vấn đề liên quan đến DBLD sông Tiền

Các chuyên gia được NCS xin ý kiến thuộc Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, Viện Kỹ thuật biển; Hội Địa chất - địa mạo Việt Nam, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG TP HCM; Viện Địa lý, Viện Địa lý Tài nguyên TP HCM thuộc Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam cũng như các nhà quản lý thuộc Sở TN&MT,

Sở NN&PTNT tỉnh Đồng Tháp Các ý kiến được hỏi tập trung vào các vấn đề luận điểm bảo vệ, điểm mới của luận án, cách tiếp cận… để phù hợp nội dung của luận án

và hướng tiếp cận, nghiên cứu của NCS

1.3.3.5 Phương pháp phân tích, tổng hợp

Trên cơ sở tiếp cận địa lý tổng hợp, luận án sử dụng phương pháp địa lý tổng hợp (hay phương pháp phân tích, tổng hợp) xem xét DBLD sông Tiền liên quan đến nhiều thành phần trong một tổng thể thống nhất Phương pháp này được sử dụng trong tổng hợp các kết quả nghiên cứu có liên quan từ các ngành khoa học bộ phận Đồng thời, được vận dụng trong phân tích nguyên nhân, các nhân tố ảnh hưởng cũng như trong cảnh báo và đề xuất giải pháp hạn chế quá trình DBLD sông

 Phân tích

Luận án tiến hành phân tích, xem xét từng yếu tố như xác định cấu tạo và mức

độ ổn định của các vách bờ thông qua cấu tạo địa chấtvà đặc điểm địa mạo; xác định hình thái lòng dẫn sông theo một số thời điểm (1966, 1996, 2005, 2015); xác định DBLD sông qua các thời kỳ, giai đoạn (1966 - 1996, 1996 - 2005, 2005 - 2015); phân tích đặc điểm và quá trình diễn biến tại các mặt cắt ngang, dọc lòng dẫn sông điển hình ở khu vực nghiên cứu; xác định đặc điểm dòng chảy qua các thời điểm, thời kỳ

và sự khác biệt của chúng theo trắc diện ngang, dọc của sông Bên cạnh đó, phân tích các yếu tố liên quan và nguyên nhân trực tiếp gây DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp nói chung và từng khu vực, địa điểm trọng điểm về DBLD nói riêng

- Xác định, cảnh báo mức độ DBLD sông trên bình đồ (mặt bằng)

- Xác định mối liên quan về không gian và thời gian biến đổi lòng dẫn sông

- Xác định mối quan hệ và vai trò của các yếu tố tự nhiên gây DBLD sông

- Hình thái lòng dẫn sông vừa phản ánh và chi phối quá trình động lực của

dòng chảy Phân tích hình thái lòng dẫn sông, sự thay đồi của chúng là cơ sở dự báo DBLD sông

Phương pháp phân tích, tổng hợp cho phép NCS nhìn nhận toàn diện vấn đề nghiên cứu, từ điều kiện tự nhiên, KT-XH đến thực trạng DBLD sông Qua đó, làm cơ

sở cho việc cảnh báo, xác định nguyên nhân và đề xuất giải pháp thích ứng phù hợp

1.3.4 Các bước nghiên cứu

Để đánh giá DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp phục vụ phòng tránh thiên tai

theo góc độ Địa lý, luận án được tiến hành theo 04 bước (hình 1.10):

Bước 1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu của luận án bằng việc thu thập các

tư liệu có liên quan, tiến hành phân tích, tổng hợp kết hợp với điều tra, khảo sát thực địa để xây dựng CSLL và thực tiễn; xác định vấn đề nghiên cứu; cách tiếp cận, quan điểm và PPNC

Bước 2 Đánh giá quá trình, đặc điểm DBLD sông Tiền trên cơ sở tiếp cận lịch

sử với các phương pháp chính là kế thừa, phân tích - tổng hợp; viễn thám và GIS

Bước 3 Phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến DBLD sông Tiền tỉnh Đồng

Tháp cũng như xác định nguyên nhân tại các đoạn sông điển hình trên cơ sở tiếp cận

hệ thống, ngẫu nhiên và các phương pháp kế thừa, phân tích - tổng hợp

Bước 4 Dựa vào đặc trưng hình thái để cảnh báo xu thế DBSD sông Kết hợp

với kết quả đánh giá ở bước 2, 3 làm cơ sở đề xuất giải pháp trên cơ sở tiếp cận tổng hợp địa lý

- 37 -

Hình 1.10 Sơ đồ các bước nghiên cứu của luận án

Đặc điểm diễn biến

Hiện trạng diễn biến

Bản đồ địa chất, địa mạo

Số liệu thủy văn

Ảnh VT, tư liệu mặt cắt

(ngang, dọc)

Tiếp cận lịch sử;

PP kế thừa, phân tích - tổng hợp,

VT & GIS

Đặc điểm DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp

DIỄN BIẾN LÒNG DẪN SÔNG TIỀN

(ĐOẠN CHẢY QUA TỈNH ĐỒNG THÁP)

PHỤC VỤ PHÒNG TRÁNH THIÊN TAI

MỤC TIÊU

Các bước nghiên cứu

Tổng quan các vấn đề

nghiên cứu của luận án

Đánh giá DBLD sông Tiền tỉnh

Đồng Tháp

Phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp

Cảnh báo và đề xuất giải pháp ứng phó với DBLD sông Tiền tỉnh Đồng Tháp

Luận điểm 2

- Nhân tố ảnh hưởng;

Tiếp cận hệ thống; PP kế thừa, phân tích

- tổng hợp

Tiếp cận ngẫu nhiên; PP kế thừa, phân tích

- tổng hợp

Nhâ

n tố

tự nhiê

Nhân

tố KT-

sông

- Hiện trạng, đặc điểm, nguyên nhân diễn biễn;

- Đặc điểm TN, KT-XH, quy hoạch phát triển

Tiếp cận địa lý tổng hợp; PP phân tích - tổng hợp;

VT&GIS

Tiếp cận địa lý tổng hợp; PP phân tích - tổng hợp; chuyên gia

Ba nhóm giải pháp

Điểm mới 2

38

1.4 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội lưu vực sông Mekong

1.4.1.1 Khái quát điều kiện tự nhiên lưu vực sông Mekong

Sông Mekong bắt nguồn từ cao nguyên Tây Tạng (tỉnh Thanh Hải, Trung

Quốc) ở độ cao hơn 4.500 m [13, p 3]

Hình 1.11 Lưu vực sông Mekong [Nguồn: MRC]