Nghiên cứu sự biến đổi môi trường địa chất khu vực kênh quan chánh bố và kênh tắt trong quá trình vận hành tuyến luồng tàu biển tải trọng lớn vào sông hậu

Môi trường địa chất khu vực nghiên cứu đoạn kênh Quan Chánh Bố và kênh Tắt chịu tác động cúa các yếu tố tự nhiên - nhân tạo trong quá trình vận hành cần phải đề xuất các giải pháp phát t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỀN HỪU SƠN

NGHIÊN CỨU SỤ BIÉN ĐÓI MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHÁT KHU VỤ C KÊNH QUAN CHÁNH BÓ VÀ KÊNH TẤT TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH TUYẾN LUỒNG TÀU BIỂN TẢI TRỌNG

LỚN VÀO SÔNG HẬU

LUẬN ÁN TIẾN Sì

THÀNH PHỐ HÒ CHÍ MINH - NĂM 2022

ĐẠI HỌC Qưoc GIA TP HCM

TRUÔNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỀN Hửu SƠN

NGHIÊN cứu SỤ BIÉN ĐÓI MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHÁT KHU VỤC KÊNH QUAN CHÁNH BÓ VÀ KÊNH TẤT TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH TUYẾN LUÒNG TÀU BIẾN TẢI TRỌNG

LỚN VÀO SÔNG HẬU

Chuyên ngành: Kỳ thuật địa chất

Mã số chuyên ngành: 9520501

Phan biện độc lập: PGS.TS Huỳnh Ngọc Sang

Phản biện độc lập: PGS.TS Tạ Dức Thịnh

Phản biện: PGS.TS Phạm Trung Hiếu

Phan biện: PGS.TS Nguyễn Việt Kỳ

Phan biện: TS Phan Chu Nam

NGƯỜI HƯỚNG ĐẢN KHOA HỌC

PGS TS Đậu Văn Ngọ

LỜI CAM ĐOAN

Tác gia xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu cua bản thân tác gia Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực và không sao chép tù bất

kỳ một nguồn nào, dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham kháo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham kháo đúng quy định

Tác gia luận án

Nguyên Hừu Sơn

LÒĨ CÁM ƠN

Tác già xin bày to lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Đậu Vãn Ngọ đã quan tâm giúp đờ, tận tình hướng dần và cung cấp tài liệu tham khảo giúp tác giả hoàn thành luận án tiến sĩ

Tác già xin trân trọng cám ưn quý thây cô giảng viên Bộ môn Địa kỳ thuật, Khoa

TÓM TÁT LUẬN ÁN

Luận án này là kết quá nghiên cứu sự biến đổi môi trường địa chất khu vực kênh Quan Chánh Bố và kênh Tắt trong quá trình vận hành tuyến luồng tàu biến tải trọng lớn vào sông Hậu You tố tự nhiên và nhân tạo anh hướng đến xói lơ và bồi lang gồm cấu trúc địa chất dọc bờ, che độ dòng cháy thay đòi và sóng do tàu thuyền được nghiên cứu và

đề xuất các giải pháp phát triên bền vững được trình bày trong luận án này

Cấu trúc địa chất đường bờ có hàm lượng cát, bụi và sét được đánh giá theo thang tý lệ

“ROM” với năm cấp độ xói lở “nguy kịch”, “rất cao”, “cao”, “trung bình" và “thấp” ớ các độ sâu khác nhau và tính toán ứng suất cắt tới hạn cua vật liệu đường bờ dựa trên hàm lượng set - bụi Chế độ dòng chảy trước và sau khi vận hành tuyến luồng được mô phóng theo mô hình MIKE 21/3 tích hợp đè đánh giá mức độ thay đối về thuy động lực học vận chuyên bùn cát và quá trình bồi xói Sóng do tàu thuyền là yếu to quan trọng được đo đạc tính toán ứng suất anh hướng đến ổn định đường bờ Đe xuất các giải pháp phát tricn bồn vững, kế hoạch duy tu nạo vét tuyến luồng trong quá trình vận hành Luận

án cũng giới thiệu, trình bày phương pháp thực hiện và kết quả nghiên cứu của ba yếu

tố trên anh hường chính đến quá trình vận hành tuyến luồng được 5 năm lừ năm 2016

Kct quả phân tích cho thấy, cấu trúc địa chất đoạn kênh Quan Chánh Bố là ôn định theo thang đánh giá “ROM” ớ cấp độ xói lở “thấp”, đoạn kênh Tắt đánh giá theo thang tý lệ

“ROM" ở cấp độ xói lở “nguy kịch” ờ một số đoạn với các độ sâu khác nhau Tốc độ dòng sau khi có kênh Tai tăng lên khoảng 0,5 - 0,7m/s, đạt cực đại khoảng 1,3 - l,5m/s Sóng gây ra bơi tàu thuyền được đo đạc có chiều cao khoáng 0,3 - 1,4m, tùy thuộc vào điều kiện lãi trọng tàu tốc độ di chuyển cùa tàu và thủy triều Dường bờ kênh Quan Chánh Bố hiện hữu có khả năng chịu đựng được ứng suất tới hạn khoảng 19,6 - 22.4N/1TT, tương ứng với áp lực gây ra bời sóng do tàu thuyền có độ lớn khoang 0,68 - 0,74m Tương tự đoạn bờ kênh Tắt là 5.9 - 18,2N/m2, áp lực gây ra bởi sóng do tàu thuyền khoảng 0,45 - 0,69m tùy theo cấu trúc địa chất lừng đoạn

Môi trường địa chất khu vực nghiên cứu đoạn kênh Quan Chánh Bố và kênh Tắt chịu tác động cúa các yếu tố tự nhiên - nhân tạo trong quá trình vận hành cần phải đề xuất các giải pháp phát triển bền vững nhàm đam bao hoạt động hiệu quả của tuyến luồng

Các giải pháp dựa trên mức độ ảnh hường của các yếu tố cấu trúc địa chất, thủy lực dòng chày và tác động sóng do tàu thuyền Sáu giải pháp bao vệ bờ áp dụng cụ the cho lừng đoạn tuyến luồng với hai giài pháp phi công trình bàng cách trồng cây giàm sóng và bổn giái pháp công trình với các mức độ kiên cố khác nhau.

Kết quả phân tích ôn định với hai giải pháp phi công trình có hệ số ồn định dao động từ 1,29 và 1,32 có chi phí khái toán từ 5.095.000 đồng/m đến 28.173.000 đồng/m Đối với đoạn đã xói lơ, có nguy cơ xói lớ cao cần áp dụng giái pháp công trình dựa trên nguyên tắc kết hợp giừa hai giái pháp làm giảm lực gây trượt và làm tãng lực kháng Kết quả phân tích ổn định của với bốn giải pháp công trình có hệ số ổn định dao động từ 1,23 đến 1,74 có chi phí khái toán từ 34.182.000 đồng/m đến 67.932.000 đồng/m Tuy nhiên,

để chọn các phương áp phù hợp cho từng đoạn luồng nhằm giảm chi phí đầu tư xây dựng, cần khao sát bô sung số liệu, quan trắc ôn định công trình dô có giái pháp phát triển bền vừng tuyến luồng này đạt hiệu qua kinh tế và kỹ thuật

Duy tu bao dưỡng luồng sẽ phụ thuộc vào kết quá tính toán bồi lấng dọc theo tuyến luồng từ kênh Quan Chánh Bố đến tuyến kênh Tắt Mô hình mô phóng vận chuyền bùn cát và bồi xói được lính toán cho Irường họp nạo vét luồng hàng năm với ba kịch bản thấp, trung bình đến cao qua 11 mặt cat tương ứng là 872.342,48; 1.204.065,68 và 1,535.788,88m3/năm cho đoạn tuyến luồng dài 20.77km Đe xuất kế hoạch nạo vét định

kỳ hàng năm, hai năm và đại tu tuyến luồng sau 05 năm qua các mặt cắt nạo vét khác nhau nham đám bao hoạt động thông suốt và phát triển ben vừng tuyến luồng

This doctorate dissertation studies geological environment the changes on the geo­environment at Quan Chanh Bo and Tat Canals during the operation of the entrance navigation route to Hau River The objectives of this study are to determine the role of natural and artificial factor including geological structures along the shore, flow regime changes and ship-induced waves which effect on the erosion and deposition processes to propose the sustainable mitigating solutions

The geology structure of river banks compounded with sand, silk and clay is categorized on the “ROM" scale with five erosion levels such as “Critical”, “Very High”, “High”,

“Medium” and “Low” in depths varying and critical shear stress of the shoreline material based on clay-silk content The pre-operated and post-operated channel flow mode was simulated by the integrated MIKE 21/3 coupled to evaluate the change in hydrodynamics, sediment transport and erosion process Waves caused by vessels are an important factor in the operation process, which is measured to the stress affecting on the stability of the river bank It is proposing sustainable development solutions, planning for maintenance and dredging activities during the operation The study has also introduced and presented the implementation methods and study results of the three above factors influenced on the operation of the channel for 5 years since 2016

Study results show that, the inherent geological structure of the QCB is fall into the “low” region benchmarked the ROM scale Meanwhile, the Tat canal is assessed to be non-stable state Maximum severity is fallen into “Critical” level as per ROM scale in various depths

in respective Due to artificial canal, simulated current velocity is increased 0.5 - 0.7 m/s, maximum of 1.3 - 1.5 m/s Moreover, measured ship-generated wave height varies in 0.3 - 1.4m The height of ship wave depends on loading condition, vessel speed and tidal condition River banks of QCB channel withstands the critical shearstress of 19.6 - 22.4 N/m2, in respect of shcarstress generated by ship wave height of 0.68 - 0.74m In addition, natural bank structure of Tat canal withstands the shearstress of 5.9 - 18.2 N/m2 which is equal the impact by ship wave height of 0.45 - 0.69m

The geo-environment al study area is impacted by the natural and human factors During the operating of the channel, it is necessary to propose the preventive and mitigating

measures to ensure the effectiveness operation of the channel The controlled measures are based on geological structure, hydrodynamic condition, and ship-generated wave impacts

As results, there are total six (06) protection measures including two (02) non-structure measures (vegetation planting) and four (04) structures have been proposed to apply for every section of the channel

The slope stable analysis applied for two non-structured measures which has the estimated cost al 5,095.000VND/m to 28,173,000VND/m has provided the stable factor varying on the 1.29 and 1.32 Due to the risk level, it is recommended to applied the combined measure with aims to reduce the skid pressure and increase the skid-resistance pressure at the eroded sections Besides, stable analysis results of four structured measures (estimation cost of 34,182,000VND/m to 67,932,000VND/m) is in range of 1.23 - 1.74 However, it is necessary to carry out additional site survey and monitoring to provide the basis on selecting

of mitigation measure with purpose of ensure the sustainable developing and effectiveness operation of the channel both technically and financially

The maintenance and dredging activities of the channel is based on the simulation of deposition model As results, the scenario of Low, Medium and High applied for the 11 cross sections of 20.77km of channel provide the total deposited volume of 872,342.48; 1,204,065.68 and 1,535,788.88mVyear in respectively Finally, it is proposed the annual, bi-yearly and 5-year of maintenance plan to ensure the smoothly operation and sustainable development of the channel

MỤC LỤC

MỤC LỤC viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẢT xvii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TÔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN cúư VÈ BIÉN ĐÔI MÔI TRUÔNG ĐỊA CHÁT 8

1.1 Tồng quan về nghiên cứu môi trường địa chất 8

1.1.1 Tình hình nghiên cứu môi trường địa chất 8

1.1.2 Nhu cầu nghiên cứu về biến đổi môi trường địa chất 11

1.2 Tông quan về nghiên cứu liên quan đen luận án 12

1.2.1 Tinh hình nghiên cứu nước ngoài 13

1.2.2 Tmh hình nghiên cứu trong nước 16

1.3 Những vấn đề tồn tại trong nghiên cứu biến đồi môi trường địa chất 20

1.4 Dặt vấn đề nghiên cứu của luận án 22

1.5 Cách tiếp cận và phưong pháp luận nghiên cứu 23

1.5.1 Phương pháp luận nghiên cứu biến đổi môi trường địa chất 23

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu 25

CHUÔNG 2 ĐẶC ĐIÉM MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT KHU vục NGHIÊN CÚƯ 28

2.1 Vị trí vùng nghiên cứu và quy mô tuyến luồng tàu biến tai trọng lớn 28

2.1.1 Vị trí vùng nghiên cứu 28

2.1.2 Quy mô tuyến luồng tàu biển tài trọng lớn vào sông Hậu 29

2.2 Đặc điêm môi trường địa chất khu vực nghiên cứu 31

2.2.1 Đặc điềm địa hình, địa mạo và tân kiến tạo 31

2.2.2 Đặc điểm cấu trúc địa chất 37

2.2.3 Đặc điềm khí tượng và thủy hái văn 39

2.3 Các yếu tố tự nhiên và nhân tạo ánh hường đến quá trình vận hành tuyến luồng tàu biên vào sông Hậu 53

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CÚƯ ẢNH HƯỞNG CÚA YÉU TÓ TỤ NHIÊN VÀ NHÂN TẠO ĐÉN QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH TUYẾN LUÔNG 56

3.1 Các nguyên nhân chính ãnh hương đến sự xói lử và boi lang tuyến luồng 56

3.1.1 Cấu trúc và tính chất vật lý của đất nen 56

3.1.2 Đặc điểm chế độ dòng chảy 58

3.1.4 Hiện trạng xói lở và bồi lắng dọc theo tuyến luồng 61

3.2 Đánh giá cấu trúc địa chất ảnh hưởng đến mức độ xói ló' đường bò’ 63

3.2.1 Phương pháp đánh giá mức độ xói lờ 64

3.2.2 Đánh giá mức độ xói lở cua cấu trúc địa chất bờ 67

3.2.3 Bàn đồ phân vùng mức độ xói lở cấu trúc địa chất theo độ sâu 72

3.3 Đánh giá ảnh hương của chế độ dòng chày đến ổn định đường bờ 82

3.3.1 Xây dựng mô hình dòng chày tuyến luồng trong quá trình vận hành 82

3.3.2 Dánh giá ảnh hưởng của dòng cháy đen ôn định đường bờ 93

3.4 Đánh giá ảnh hương cùa sóng do tàu thuyền đến ồn định đường bờ 96

3.4.1 Chiều cao sóng và ứng suất gây ra bới hoạt động cua sóng do tàu thuyền 96

3.4.2 Do đạc, quan trắc sóng gây ra bởi làu thuyền 96

3.4.3 Đánh giá ành hưởng của sóng gây ra bởi làu thuyền 99

CHUÔNG 4 DỤ BÁO KHẢ NĂNG BÒI LẢNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO VẬN HÀNH TUYẾN LUỒNG AN TOÀN VÀ HIỆU QUẢ 104

4.1 Quán lý và vận hành hiệu quả tuyến luồng tàu biên 104

4.1.1 Vận hành tuyến luồng tàu biên vào sông Hậu 104

4.1.2 Quan điếm và phương pháp dự báo vận hành hiệu quá tuyến luồng 104

4.2 Dự báo khá nàng bồi lắng tuyến luồng trong quá trình vận hành 106

4.2.1 Tốc độ biến đối và ứng suất đáy thay đối trong quá trình vận hành 106

4.2.2 Dự báo khối lượng bồi lắng tuyến luồng 109

4.3 Đe xuất giải pháp phát triển bền vững tuyến luồng ôn định vận hành 116

4.3.1 Lựa chọn giãi pháp thích hợp ốn định bờ tuyến luồng 116

4.3.2 Giai pháp phi công trình báo vệ bờ tuyến luồng 121

4.3.3 Giải pháp công trình kè kiên co 126

4.3.4 Đe xuất giái pháp báo vệ bờ tuyến luồng 132

4.3.5 Đề xuất kế hoạch duy tu nạo vét tuyến luồng đảm báo vận hành ôn định 136 KÉT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 140

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỚ 143

TÀI LIỆU THAM KHÁO 145

DANH MỤC CÁC HÌNH, BIÉU ĐÒ

Hình 0.1 Sơ đồ tuyến luồng cho tàu tái trọng lớn vào sông Hậu 3

Hình 0.2 Phạm vi nghiên cứu tuyến luồng 5

Hình 1.1 Thành phần của môi trường địa chất 9

Hình 1.2 Sơ đồ mô tá môi trường địa chất trong cấu trúc Trái đất 9

Hình 1.3 Các quá trình xảy ra trong môi trường địa chất 10

Hình 2.1 Vị trí vùng nghiêng cứu 29

Hình 2.2 Mặt bàng tống thế luồng sông Hậu 29

Hình 2.3 Mặt cắt dọc đoạn luồng kênh Quan Chánh Bố 34

Hình 2.4 Địa hình đoạn luồng kênh Tắt 35

Hình 2.5 Phân vùng các đơn vị cấu trúc hiện đại 35

Hình 2.6 Mặt cắt địa chất bờ phải - bờ trái kênh Quan Chánh Bố 38

Hình 2.7 Mặt cắt địa chất bờ phai - bờ trái kênh Tắt 39

Hình 2.8 Mực nước tại các cửa sông vào mùa lũ 40

Hình 2.9 Mực nước tại các cửa sông vào mùa kiệt 41

Hình 2.10 Mực nước lúc triều lên - Mùa lũ 41

Hình 2.11 Mực nước lúc triều xuống - Mùa lũ 41

Hình 2.12 Mực nước lúc triều lên - Mùa kiệt 41

Hình 2.13 Mực nước lúc triều xuống - Mùa kiệt 41

Hình 2.14 Vị trí các điềm tính toán 42

Hình 2.15 Trường phân bố dòng chảy lúc triều lên - Mùa lũ 43

Hình 2.16 Trường phân bố dòng cháy lúc triều xuống - Mùa lũ 43

Hình 2.17 Trường phân bố dòng chảy lúc triều lên - Mùa kiệt 44

Hình 2.18 Trường phân bổ dòng chày lúc triều xuống - Mùa kiệt 44

Hình 2.19 Hoa sóng - Mùa gió tây Nam 46

Hình 2.20 Trường sóng tây Nam phân bố lúc triều lên 46

Hình 2.21 Trường sóng tây Nam phân bô lúc triêu xuông 46

Hình 2.22 Hoa sóng - Mùa gió đông Bắc 47

Hình 2.23 Trường sóng Đóng Bắc phân bố lúc triều lên 47

Hình 2.24 Trường sóng Đông Bắc phân bố lúc triều xuống 47

Hình 2.25 Lưu lượng dòng chày lởn nhất các cửa sông Mê kông năm 2011 48

Hình 2.26 Lưu lượng hùn cát lớn nhất tại các cửa sông Mê kông năm 2011 49

Hình 2.27 Lưu lượng bùn cát và lưu lượng lớn nhất 49

Hình 2.28 Phân bố ứng suất ma sát đáy - Mùa gió tây Nam 50

Hình 2.29 Phân bố ứng suất ma sát đáy - Mùa gió đông Bắc 50

Hình 2.30 Tốc độ bồi xói dịa hình đáy mùa gió tây Nam 51

Hình 2.31 Tốc độ bồi xói địa hình đáy mùa gió đông Bắc 51

Hình 2.32 Tác động qua lại giữa các yếu tổ tự nhiên - nhân tạo đến hoạt động tuyến luồng và ánh hưởng cua tuyến luồng đến môi trường địa chất 54

Hình 3.1 Hình ảnh xói lở do tác động của dòng chảy 58

Hình 3.2 Các yếu tổ chính vùng ven bờ (US Army Engineering Corp, 2008) 59

Hình 3.3 Tác động cũa sóng gây xói lở bờ 60

Hình 3.4 Mô hình sóng và dòng chay do tàu điên hình trong một kênh hẹp của thiết kế hình thang được minh họa theo Quán đoàn kỹ sư Hoa Kỳ 2006 60

Hình 3.5 Hiện trạng xói lơ và bồi lắng dọc theo tuyến luồng 62

Hình 3.6 Quá trình xói mòn và vận chuyên trầm tích trong sông 63

Hình 3.7 Thành phần hạt của mầu đất lấy dọc tuyến luồng 65

Hình 3.8 Thu thập mẫu hiện trường và phân tích vật liệu cấu tạo bờ 65

Hình 3.9 Úng suất cắt tới hạn ước tính từ phần trăm bụi-sét 67

Hình 3.10 Phần trăm xói lơ bờ tuyến luồng kênh Tat theo thang tý lệ ROM 69

Hình 3.11 Cấp độ xói lở theo chiều sâu dọc theo tuyến luồng 69

Hình 3.12 Mức độ xói lở theo thang tỷ lệ ROM 71

Hình 3.13 Mức độ xói lở đoạn kênh Tắt theo thang ty lệ ROM 71

Hình 3.14 Mối quan hệ giữa ứng suất cắt tới hạn và thang tỳ lệ “ROM” 72

Hình 3.15 Ket quà phân lích thành phân hạt đường bờ kênh Quan Chánh Bố 73

Hình 3.16 Tương quan hàm lượng sét và ứng suất cắt tới hạn cùa vật liệu kênh Quan Chánh Bố 73

Hình 3.17 Kết quá phân tích thành phẩn hạt dường bờ Kênh Tắt 74

Hình 3.18 Tương quan hàm lượng sét và ứng suất cắt tới hạn cua vật liệu Kênh Tắt.74 Hình 3.19 Tọa độ vị trí hố khoan dọc theo tuyến luồng tàu biên 76

Hình 3.20 Bản dồ phân vùng cấp độ xói lớ theo thang tỷ lệ “ROM” ớ dộ sâu l,5m 77

Hình 3.21 Ban đồ phân vùng cấp độ xói lớ theo thang ty lệ “ROM” ờ độ sâu 3,5m 78

Hình 3.22 Bãn đồ phân vùng cấp độ xói lở theo thang tý lệ “ROM” ở độ sâu 5,5m 79

Hình 3.23 Bán đồ phân vùng cấp độ xói lớ theo thang tý lệ “ROM” ớ độ sâu 7,5m 80

Hình 3.24 Ban đồ phân vùng tổng hợp cấp độ xói lơ độ sâu thang ty lệ “ROM” 81

Hình 3.25 Quy trình xây dựng mô hình mô phong 82

Hình 3.26 Vùng nghiên cứu mở rộng 83

Hình 3.27 Lưới tính chi tiết 84

Hình 3.28 Lưới tính chi tiết cho kịch bản mô phỏng 84

Hình 3.31 Kiểm định mực nước tại sông cố Chiên 89

Hình 3.32 So sánh giá trị lưu lượng tính toán và thực đo qua mặt cắt tại cưa sông Cô Chiên 89

Hình 3.33 Sơ đồ các vị trí tính toán 91

Hình 3.34 Sơ đồ các các mặt cắt tính toán 92

Hình 3.35 So sánh trường dòng chảy do ành hưởng của dự án 93

Hình 3.36 Kot quả mô phòng trường vận chuyển bùn cát sau khu có dự án 94

Hình 3.37 Trầm lích đố ra biên Dông thông qua kênh Tắt (Anh Landsal 8) 94

Hình 3.38 Sơ đồ vị trí các điểm quan trắc sóng và thiết lập cấu hình quan trắc đặc trưng sóng bàng máy đo sóng AWH-Infinity 98

Hình 3.39 Ảnh vệ tinh quan sát vệt nước nhiễu động do hoạt động cua tàu thuyền qua tuyến luồng 98

Hình 3.40 Hình ảnh tàu 5000DWT di chuyên quan luồng Quan Chánh Bố 98

Hình 3.41 Sóng gây ra bới hoạt động của tàu 5000 tấn khi đầy tải 99

Hình 3.42 Đặc trưng sóng quan trẳc tại trạm SK01 99

Hình 3.43 Đặc trưng sóng quan trắc tại trạm QCB01 100

Hình 3.44 Mối tương quan giữa chiều cao sóng và ứng suất gây ra bời hoạt động cua tàu thuyền tại trạm SK01 101

Hình 3.45 Mối tương quan giữa chiều cao sóng và ứng suất gây ra bởi hoạt động cua tàu thuyền tại trạm QCB01 102

Hình 3.46 Mối tương quan giữa chiều cao sóng, ứng suất và dòng chay gây ra bới hoạt động của tàu thuyền 102

Hình 4.1 Kết quả mô phóng tốc độ bồi xói hàng năm 107

Hình 4.2 Tốc độ bồi lắng hàng năm tại các vị trí tính toán 107

Hình 4.3 Phân bố ứng suất đáy lúc triều lên - Mùa lũ 108

Hình 4.4 Phân bò ứng suât đáy lúc triêu xuông - Mùa lũ 108

Hình 4.5 Phân bố ứng suất đáy lúc triều xuống - Mùa kiệt 108

Hình 4.6 Phân bố ứng suất đáy lúc triều lên - Mùa kiệt 108

Hình 4.7 Tác động của chân vịt dến quá trình xáo trộn bùn đáy 109

Hình 4.8 Sơ đồ mật cắt tính toán lưu lượng trầm tích vận chuyền 110

Hình 4.9 Lưu lượng trâm tích di chuyên qua các mặt cắt tính toán 111

Hình 4.10 Biến đổi địa hình đáy sau 1 năm tại mặt cất 4-4 111

Hình 4.11 Biến đối địa hình đáy sau 1 nãm tại mặt cắt 8-8 111

Hình 4.12 Biến đôi địa hình đáy sau 1 năm tại mặt cắt 11 -11 112

Hình 4.13 Kểt quá lính toán mô phỏng tốc độ bồi / xói hàng năm (m) 113

Hình 4.14 Hình ành quan trắc đo sâu hồi âm tuyến luồng 114

Hình 4.15 Mặt cắt đo sâu dọc tuyến kênh Tắt năm 2016 - 2021 115

Hình 4.16 Mặt cắt đo sâu dọc tuyến kênh Quan Chánh Bố năm 2016 - 2021 115

Hình 4.17 Các mặt cất ngang đo sâu tuyến luồng nám 2016 - 2021 116

Hình 4.18 Tác động của sóng tàu lên mái bờ Kênh 117

Hình 4.19 Xác định hệ số an toàn dựa trên phương pháp phân manh 120

Hình 4.20 Hệ thống hóa các giải pháp chống sạt lờ phù họp công trình 120

Hình 4.21 Tác động cùa đa dạng thực vật vcn bờ đến sự ồn định đường bờ 122

Hình 4.22 Mặt cắt công trình bão vệ bờ - Phương án đề xuất 1 (DXI) 123

Hình 4.23 Ốn định kè phương án đề xuất 1 (DX1) 123

Hình 4.24 Mật cắt công trình báo vệ bờ - Phương án đề xuất 2 (DX2) 124

Hình 4.25 õn định kè phương án đề xuất 2 (DX2) 124

Hình 4.26 Mặt cắt công trình bão vệ bừ - Phương án đề xuất 3 (DX3) 127

Hình 4.27 Ón định kè phương án đề xuất 2 (DX2) 127

Hình 4.28 Mặt cắt công trình bảo vệ bờ - Phương án đề xuất 4 (DX4) 128

Hình 4.29 Ón định kè phương án đề xuất 4 (DX4) 128

Hình 4.30 Mặt cất công trình bao vệ bờ - Phương án đề xuất 5 (DX5) 129

Hình 4.31 Ổn định kè phương án đề xuất 5 (DX5) 129

Hình 4.32 Mặt cắt công trình bảo vệ bờ - Phương án đề xuất 6 (DX6) 130

Hình 4.33 Ón định kè phương án đề xuất 6 (DX6) 130

Hình 4.34 Mặt bàng kè bảo vệ bờ đoạn kênh Quan Chánh Bố và cửa Đại An 135Hình 4.35 Mặt bằng kè bảo vệ bờ đoạn kênh Tắt và đoạn nối tiếp 136Hình 4.36 Thống kê khối lượng nạo vét luồng Định An qua các thời kỳ 137

DANH MỤC CÁC BẢNG SÓ LIỆU

Bảng 2.1 Báng thông số tàu qua luồng 30

Bang 2.2 Thông số tuyến luồng thiết kế 30

Bàng 2.3 Chiều rộng luồng tại đoạn kênh Quan Chánh Bố và kênh Tẳt 31

Báng 2.4 Chiêu sâu chạy tàu tại đoạn kênh Quan Chánh Bố 31

Báng 2.5 Mực nước trung bình lại các vị trí lính toán (m) 42

Báng 2.6 Vận lốc dòng chảy khu vực nghiên cứu 44

Báng 2.7 Phân bố hàm lượng bùn cát lơ lừng ven bờ biển Trà Vinh (g/m3) 49

Báng 2.8 Tốc độ bồi xói trung bình trong các mùa trong năm (cm/ngày) 51

Báng 3.1: Hàm lượng cát, bột và sét tuyến Luồng 57

Báng 3.2: Thông số một số chi tiêu cơ lý dọc tuyến luồng 57

Báng 3.3 Báng đánh giá cấp độ xói lơ theo thang tý lệ "ROM" 65

Bàng 3.4 Phần trăm chiếm giữ của sét bột và cát của đoạn Kênh Quan Chánh Bố 68

Báng 3.5 Phần trăm chiếm giừ cúa sét, bột và cát cùa đoạn Kênh Tắt 68

Báng 3.6 Chi số đánh giá câp độ xói lư và ứng suất tới hạn bờ phải tuyến luồng 70

Bảng 3.7 Chi sổ đánh giá câp độ xói lơ và ứng suất tới hạn bờ trái tuyến luồng 70

Bảng 3.8 Thông tin các kịch bán mô phỏng 86

Bảng 3.9 Các thông số đầu vào cho mô hình thùy lực 87

Báng 3.10 Các giá trị đầu vào cho mồ hình vận chuyên bùn cát 88

Bàng 3.11 Các vị trí tính toán 91

Báng 3.12 Vị trí các mặt cat tính toán 92

Báng 3.13 So sánh trường dòng cháy vị trí tính toán trước và sau khi có dự án 93

Bàng 3.14 So sánh biến đổi lượng trầm tích bồi láng lại các vị trí tính toán 95

Báng 3.14 Lượng trầm tích qua các mặt cắt (m3/năm) 95

Bảng 3.15 Thông số quan trắc đặc trưng sóng gây ra bơi tàu thuyền 97

Báng 3.16 Vận tốc dòng chảy và ứng suất sinh ra bới sóng do tàu thuyền 100

Báng 4.1 Tốc độ bồi lắng hàng nãm khi tuyến luồng vận hành 107

Bảng 4.2 Kết quá tính toán khối lượng trầm tích bồi láng hàng năm (mVnãm) 112

Báng 4.3 Kct quả tính toán mô phông tốc độ bồi / xói hàng năm (m) 113

Báng 4.4 Các thông số về vật liệu và địa chất tính toán 118

Báng 4.5 So sánh các giái pháp phi công trình (DX1 và DX2) và công trình (DX3) 125 Báng 4.6 So sánh các giải pháp công trình (DX4, DX5 và DX6) 131

Bảng 4.7 Mức độ ảnh hường của các yếu tố lên ôn định đường bờ tuyến luồng 133Báng 4.8 Bàng phân tích lựa chọn giải pháp gia co bờ đoạn kênh Quan Chánh Bô 133Báng 4.9 Báng phân tích lựa chọn giải pháp gia cố bờ đoạn kênh Tắt 134Báng 4.10 Đề xuất kế hoạch duy tu, nạo vét tuyến luồng 137Báng 4.11 Khối lượng nạo vét tuyến luồng dự báo 138

Địa chất công trìnhĐịa chất môi trườngĐịa hệ lự nhiên - kỳ thuật

Hệ số ốn định mái dốcGiá trị trung bình

Chiêu cao sóng

Kỹ thuật địa chấtMực nước lớn nhấtMực nước nho nhấtMực nước trung bìnhMực nước thấp thiết kếMôi trường địa chất

Đặt theo tên nhà nghiên cứu, Roslan và MazidahTông giá trị lớn nhất

Vận tốc lớn nhấtDồng tiền Việt Nam

V ận tôc trung bình

MỞ ĐÀU

1 Tóm tắt về công trình nghiên cứu

Luồng tàu biền cho ngành vận tai phục vụ phát triển kinh tế - xã hội vùng đồng bằng Sông Cừu Long (DBSCL) là nhiệm vụ cấp thiết, trong đó luồng cho tàu biên trọng tai lớn vào sông Hậu có vai trò rat quan trọng Đây là con đường vận tai thuy huyết mạch với quy hoạch nhóm Cảng biên số 6 mà Chính phu đã phê duyệt nhàm tập tiling đau tư xây dựng và phát triên càng cần Thơ nói riêng và hệ thống cảng biên tại khu vực ĐBSCL và một số vùng kinh tế trọng điếm phía nam là nơi vận chuycn gần như 80% lượng hàng hóa xuất khâu của ĐBSCL Luồng qua cửa Định An thường xuyên

bị bơi lấp rất khó cài lạo, vì vậy can mở luồng vào sông Hậu qua kênh Quan Chánh

Bố cho phép tàu 10.000DWT đầy tải và tàu 20.000DWT giám tài ra vào các cảng trên sông Hậu

Thời gian gần đây, cùng với tốc độ phát triến kinh tế cao của vùng, hoạt động giao thương hàng hóa mật độ tàu thuyên lớn với tốc độ cao qua lại trên luồng ngày càng tăng lên nhanh chóng Những hoạt động đó làm ánh hưởng đến xói lở và bồi lắng tuyến luồng nghiêm trọng, làm mất đất canh tác và xây dựng, đe dọa ôn định nhà cửa

và cồng trình ở ven bờ, ánh hường khai thác hiệu quả, chi phí nạo vét, duy tu cua tuyến luồng trong tương lai Luận án tập trung nghiên cứu anh hường các yếu tố tự nhiên và nhân tạo trong quá trình vận hành tuyến luồng tàu tãi trọng lớn vào sông Hậu, các nhóm yếu tố tự nhiên và nhân tạo anh hưởng dến diền biến xói lở và bôi lang là những tai biến có thê phòng ngừa, chong giam thiếu thiệt hại ở mức độ khác nhau Cấu trúc địa chất đường bở có hàm lượng cát, bụi và sét được đánh giá theo thang tỷ lệ “ROM” với năm cấp độ xói lở “nguy kịch”, "rat cao”, “cao”, “trung bình”

và “thấp” ở độ sâu 1,5m, 3,5m, 5,5m và 7,5m và ứng suất cắt tới hạn cua vật liệu đường bờ được tính toán dựa trên hàm lượng sét và bụi Chế độ dòng chay trước và sau khi vận hành tuyến luồng được ứng dụng mô hình Mike 21/3 tích hợp đổ đánh giá mức độ thay đổi về thủy động lực học, vận chuyến bùn cát và quá trình bồi xói Sóng do tàu thuyền là yếu tố quan trọng trong quá trình vận hành được đo đạc tính toán ứng suất ảnh hưởng đến ôn định đường bờ Qua đó, đề xuất các giái pháp phát triển bồn vừng, kế hoạch duy lu nạo vét tuyến luồng trong quá trình vận hành

Trong nghiên cứu này, tác giả đã kết hợp các kết quà nghiên cứu trong và ngoài nước

về đánh giá mức độ xói lơ cấu trúc địa chất, che độ dòng chảy, vận chuyên trầm tích, sóng do tàu thuyền và ánh hướng của các công trình bảo vệ bờ (đê chắn sóng, công trình chỉnh trị, ) nhàm tìm ra nguyên nhân xói lơ và bồi lẳng tuyến luồng Môi trường dịa chất khu vực nghiên cứu đoạn kênh Quan Chánh Bố và kênh Tẳt chịu tác dộng cua các yếu tố tự nhiên và nhân tạo trong quá trình vận hành cần phai đề xuất các giải pháp phát triển bền vừng nhằm đảm báo hoạt động hiệu qua cua tuyến luồng Trong những giai pháp đáp ứng yêu cầu trên, tác gia đồ xuất sáu giãi pháp báo vệ bờ áp dụng

cụ thổ cho từng đoạn tuyến luồng dựa trên mức độ ảnh hưởng của các yếu tố cấu trúc địa chất, thúy lực dòng chảy và tác động sóng do tàu thuyền Trong đó, có hai giải pháp phi công trình bằng cách trồng cây giám sóng và bổn giải pháp công trình với các mức độ kiên cố khác nhau

Duy tu và nạo vét bao dưỡng luồng sè phụ thuộc vào kết quá tính toán bồi lắng dọc theo tuyến luồng từ kênh Quan Chánh Bố đen tuyến kênh Tắt Mô hình vận chuyên bùn cát và bồi xói được tính toán cho trường hợp nạo vét luồng hàng năm với ba kịch ban thấp, trung bình đen cao thông qua 11 mật cắt cho đoạn tuyến luồng dài 20,77km

và đề xuất kế hoạch nạo vét định kỳ hàng năm, hai năm và đại tu tuyến luồng sau năm năm qua các mặt cat nạo vét khác nhau nham đám bao hoạt động thông suốt và phát triển bền vừng tuyến luồng

2 Lý do lựa chọn luận án

Sông Tiền và sông Hậu là hai tuyển đường thuy cho các tàu biên quốc tế lưu thông

từ biên Đông đến tận Camphuchia đều đi qua khu vực ĐBSCL Cưa vào của ca hai tuyến này đều vướng phải trở ngại do hiện tượng bồi lắng tại các cưa sông Sông Hậu

có nhiều điều kiện thuận lợi hơn đế tiếp nhận tàu trọng tái lớn Tuy nhiên, sông Hậu cũng trở ngại đối với giao thông thuy do cứa Định An liên tục bị bồi lắng, khó có kha năng cai tạo Hơn 20 năm qua, công việc nạo vét được thực hiện định kỳ tại vùng cửa sông Hậu đê tạo ra luông vào trên sông tới khu cang Cân Thơ Việc nạo vét này cũng chi là tạm thời và sau một mùa mưa các bãi bồi lại trở lại tình trạng như cũ Do đó, việc nghiên cứu mớ ra luồng tàu mới, thay the cho luồng tàu qua cửa Định An là cần thiết cho phép tàu 10.000DWT đầy tái và tàu 20.000DWT giám tái ra vào các cáng

trên sông Hậu Toàn bộ tuyến luồng dài khoảng 40km, được chia ra làm 04 đoạn, đoạn luồng sông Hậu dài 6km, đoạn kênh Quan Chánh Bò dài 19km, đoạn Kênh Tăl dài 9km, đào mới hoàn toàn và đoạn luồng Biến dài 6km Đoạn Kênh Tắt được đào mới đi qua các xã Long Toàn, Long Khánh và Dân Thành, đầu kênh nối vào kênh Quan Chánh Bố, đầu kia thông ra bicn Bờ la thuộc địa phận xã Long Toàn và xã Dân Thành.Bờ hữu thuộc địa phận xã Long Khánh và xã Dân Thành Hình 0.1 thê hiện sơ

1

đô tuyên luông tàu tài trọng lớn vào sông Hậu [55]

ữrì H DỜ PHrì H Bơ DỢ srìu Kểnh OUHH CHrìHH Bơ

1500 161

•JDCO 1100

110011200 1200-1300

• 1 « 1

Hình 0.1 Sơ đô tuyên luông cho tàu tai trọng lớn vào sông Hậu

Sau khi công trình đưa vào khai thác vận hành được 5 nám từ năm 2016, chế độ dòng cháy thay đổi do khai thông đoạn kênh Tắt, cấu trúc địa chất bờ bị xáo trộn do nạo vét, đào mới mơ rộng và sóng tàu thuyền do gia tăng giao thông thủy tác động biến đối môi trường địa chất khu vực tuyền luồng dần lới mức độ xói lớ, bồi lắng của tuyến luồng gia tăng mạnh mõ, can trớ hoạt động giao thông thủy Những hoạt động đó gây hậu quả làm mất cân bàng chế độ dòng chảy, xói lơ và bồi lắng bờ nghiêm trọng ành hường khai thác hiệu quả tuyển luồng và cần phái có dự báo, đề xuấl các giải pháp trong tương lai

Vì vậy, nghiên cứu đánh giá sự biến đổi môi trưởng địa chất tác động đến hệ thống luồng tàu vào sông Hậu trong quá trình vận hành là cơ sờ khoa học đè đề ra biện pháp

800 900 ■ “•

9Q0 1000 ỉ RWJO.O

khai thác hợp lý và bâo vệ môi trường có ý nghĩa khoa học và thực tiên rât lởn có

tình câp thiêl cao Đây là lý do lựa chọn đê tài luận án nghiên cứu

Luận án làm rõ thành phần, tính chất và cấu trúc môi trường địa chất từ đoạn kênh Quan Chánh Bố đến hết đoạn kênh Tắt Làm sáng to tác động cua chế độ dòng cháy, sóng tàu do giao thông thúy làm mất ôn định và thúc đay quá trình xói lơ bờ Đánh giá tác động xói lở và bồi lắng hệ thống tuyến luồng tàu sau 5 năm vận hành từ năm

2016, đồng thời dự báo khối lượng bồi lắng hàng năm, kế hoạch nạo vét và đề xuất giải pháp phát triên bền vừng tuyến luồng trong quá trình vận hành

3 Cáu hởi nghiên cú u

Vận hành hệ thống tuyến luồng tác động nhiều mặt tới môi trường địa chất khu vực kênh Quan Chánh Bố và kênh Tat, trong khuôn khô luận án này, tác già tập trung làm sáng tỏ và trả lời nhùng câu hoi nghiên cứu sau:

Câu hỏi 1: Các yếu tố tự nhiên và nhân tạo chính nào làm gia tăng mức độ xói lờ - bồi lẳng trong quá trình vận hành tuyến luồng tàu biển vào sông Hậu đoạn từ kênh Quan Chánh Bố đến đoạn kênh Tắt (luồng tự nhiên và nhân tạo) và mức độ anh hương đến tuyến luồng?

Câu hói 2: Làm thế nào đè giâm thiếu tác động tiêu cực và dự báo duy tu nạo vét tuyến luồng nham dam bao vận hành òn định tuycn luông tàu biến tài trọng lớn vào sông Hậu hiệu quả trong tương lai?

4 Mục đích của luận án • •

Làm sáng tò tác động của các yếu tố tự nhiên và nhân tạo ành hương đến ốn định tuyên luông trong quá trình vận hành công trình tuyên luông kênh Quan Chánh Bô den het kênh Tẳt

5 Đôi tưọiĩg và phạm vi nghiên cún

r 5.1 Đôi tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu cùa luận án là môi trường địa chất khu vực kênh Quan Chánh

Bố và kênh Tắt Đó là hệ thống tuyến luồng đoạn kênh Quan Chánh Bố được nạo vét

mờ rộng đến hết đoạn kênh Tắt được đào mới hoàn toàn đã đưa vào vận hành làm biến đôi môi trường địa chất Trong đó, ba yếu tố tự nhiên và nhân tạo chính là cấu trúc địa chât bờ, chê độ dòng chảy và sóng do làu thuyên làm gia tăng xói lờ - bôi lắng là đối tượng tập Trung nghiên cứu

5.2 Phạm vi nghiên cún

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn bời môi trường địa chất khu vực tuyến luồng kênh Quan Chánh Bổ đen hết đoạn kênh Tắt, chiều dài tuyến luồng khoáng 20,77 Kin, be rộng tuyến luồng khoảng 200m, chiều sâu đáy luồng khoảng 7,5m đã vận hành được

5 năm từ năm 2016, trên quan điếm xem đây là địa hệ tụ nhiên - kỳ thuật và được phân tích đánh giá bằng lý thuyết hệ thống Hình 0.2 the hiện phạm vi nghiên cứu đoạn kênh Quan Chánh Bố và kênh Tắt [55],

Hình 0.2 Phạm vi nghiên cứu tuyên luông

6 Phưong pháp nghiên cứu

Đè giải quyêl mục đích, câu hoi nghiên cứu cua luận án đặt ra, các phương pháp nghiên cứu chính được sứ dụng gồm:

Phương pháp phân tích lịch sử tự nhiên (phương pháp địa chất): làm sáng tó sự hình thành và đặc điếm cấu trác địa chất, thành phần và tính chất cùa môi trường địa chất

Phương pháp phân tích hệ thống: dự báo các tương tác trong địa hệ tự nhiên - kỹ thuật và các quá trình thay đối dòng chảy, địa chất công trình do kết quà của tương tác này.

Phương pháp mô hình toán: sư dụng mô hình thủy động lực MIKE 21/3 tích hợp đánh giá tác động và dự báo quá trình dòng chảy, vận chuyến bùn cát, bồi xói và cân bang vật chất tại vùng nghiên cứu, và phân tích ổn định tống thế bang phương pháp cân bằng giới hạn (GLE) các giải pháp ổn định tuyến luồng

Phương pháp kháo sát thực địa, lấy mẫu, do thực: đổ theo dõi diều biến các quá trình địa chat công trình tại các vùng môi trường địa chất không ôn định và hiệu chỉnh, kiêm định thông tin su dụng trong các mô hình toán

Trong quá trình thực hiện luận án, nghiên cứu sinh đã tiến hành khâo sát thực địa đo thực các vị trí diển hình để bổ sung số liệu và kiểm dịnh các thông tin thu thập dược

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn cúa luận án

7.1 Y nghĩa khoa học

Vận hành hệ thống tuyến luồng hợp lý và báo vệ môi trường địa chất là nhiệm vụ quan trọng và nặng nề cua khoa học địa chất công trình, sự biến đối sâu sắc, gây ra những tốn thất nghiêm trọng mang tính khu vực do ánh hưởng cùa một tập hợp tác động nhân tạo trong quá trình vận hành Các kết quà và kinh nghiệm nghiên cứu sự biến đôi môi trường địa chất của hệ thống tuyến luồng tàu khi xem xét các tương tác các yếu tố tự nhiên và nhân tạo là những đóng góp tích cực về lĩnh vực này

Các kết quả nghiên cứu quá trình xói lờ - bơi lắng và mất ôn định bờ luyến luồng do ảnh hường cua hiện tượng vật lý về vận chuycn trầm tích, chế độ dòng chảy, chế độ bùn cát, chế độ sóng tác động lên công trình là cơ sở khoa học quan trọng đê quan lý qui hoạch, phòng chống mat ồn định công trình và khai thông dòng chảy

Tối ưu các địa hệ lự nhiên - kỳ thuật lừ các thông số khao sát, thiết kế ổn định, dự báo thành lập khi thiết ke, chinh sứa giải pháp thiết kế từ các thông tin địa chất công trình, quan trắc trạng thái công trình trong quá trình thi công, hiệu quá trong vận hành

an toàn đam báo không vượt quá giới hạn quy định trong thiết ke

7.2 Y nghĩa thực tiên

Ket quà nghiên cứu của luận án là cơ sở giúp các nhà quan lý đề ra chiến lược và biện pháp ứng phó với xói lơ - bồi lang, nguyên nhân chính ánh hường đến mất ôn định đường bờ, sóng của giao thông thuy gây ra đế quán lý tốc độ cho phép cùa tàu thuyền

và áp dụng các giai pháp thích hợp bao vệ từng đoạn bờ nham phát trièn bền vững tuyến luồng trong quá trình vận hành

Kei quả sử dụng mô hình Mike 21/3 tích hợp đáp ứng được các yêu càu về dòng chảy, vận chuyên bùn cát - bồi/xói và cân bang vật chất tại vùng nghiên cứu có đối sánh với số liệu quan trắc thực tế Kết quả nghiên cứu có giá trị tham khảo khi xây dựng

hệ thống tuyến luồng tàu có môi trường dịa chất tương tự có ảnh hưởng do xói lơ bồi lắng trong quá trình vận hành ở các địa phương khác

-8 Co' sỏ' tài liệu của luận án

Luận án kế thừa và sứ dụng những các kết qua đã được nghiên cứu từ các đề tài nghiên cứu khoa học, các báo cáo và bài báo khoa học đã được công bố trong các hội nghị khoa học, trên các tạp chí trong và ngoài nước Tác giả đã tham khao và phân tích các tài liệu lưu trĩr cua nhiều tô chức và cá nhân các nhà khoa học trong và ngoài nước

9 Cấu trúc của luận án

Nội dung chính cúa luận án bao gồm:

Chương 1: Tống quan tình hình nghiên cửu về biến đổi môi trường địa chất

Chương 2: Đặc điếm môi trường địa chất khu vực nghiên cứu

Chương 3: Nghiên cứu ảnh hương cùa yếu tố tự nhiên và nhân tạo đến quá trình vận hành tuyến luồng

Chương 4: Dự báo kha năng bồi lắng và đề xuất giãi pháp dam báo vận hành tuyến luồng an toàn và hiệu quá

Kct luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TÓNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN củu VỀ BIÉN ĐÔI MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT

1.1 Tổng quan về nghiên cúu môi truòng địa chất

1.1.1 Khái quát vê môi trường địa chát

Môi trường địa chất phát sinh và phát triên trong sự tác động qua lại với quyên khí quyển nước, thạch quyến và những quyên bên trong cua Trái Đất Môi trường dịa chất (MTĐC) là các điều kiện vây quanh chúng ta tương tác với khí quyến, thúy quyến và các quyển bên trong cua Trái Đất Mối tương tác đó diễn ra trong suốt lịch

sử phát triển cua vó Trái Đất, tạo nên sự cân bàng nhất định trên bề mặt cũng như trong lòng đất với quy mô toàn cầu, khu vực hoặc cục bộ Nhưng cùng chính sự tương tác đó đã tạo ra những mâu thuẫn và là nguyên nhân tất yếu làm nay sinh và phát triên các quá trình địa chất dẫn đến sự thay đổi hoặc phá húy MTĐC và tạo ra một bộ mặt mới [1], [2],

MTĐC là lớp đất đá hay thô nhưỡng tạo nên phần trên cùng cùa thạch quyên, là một

hệ thống nhiều thành phần chịu tác động từ các hoạt động kinh tổ xây dựng của con người làm thay đối quá trình địa chất tự nhicn và làm xuất hiện các quá trình địa chất mới Hình 1.1 thô hiện các thành phan cúa môi trường địa chat [3J Trên quan diêm được hiếu là một phần cua môi trường tự nhiên, là phần trên cùng của thạch quyển cấu tạo từ các the ran, thế lóng và thê khí cùng với tất cá các tài nguyên chứa trong

đo và các trường vật lý vốn có của nó, là nơi cư trú và thực hiện các hoạt động sống của loài người, nơi dien ra tác dụng lương hỗ giữa thạch quyên với khí quyên, thuy quyến, sinh quyến và quyển kỹ thuật [4], Do đó nhiệm vụ chính hiện nay là tìm ra những cơ sớ lý luận khoa học đúng đắn đẽ dự báo và điều chinh các quá trình địa chất theo hướng cần thiết dê phòng ngừa, giám thiêu và ngăn chặn các mặt tiêu cực do con người gây ra

Như vậy, MTĐC được hiểu là một tập hợp các yếu tố của môi trường tự nhiên, phần trên cùng của vỏ Trái Đất, nơi con người sinh song, khám phá đê phát triên và tiến hành các hoạt động cho nhu cầu phát triển xã hội, bị chi phối, điều tiết một cách tự nhiên bơi các yếu tố, quá trình địa chất, tạo nên thuận lợi hoặc trở ngại cho hoạt động

nhân sinh Do đó, MTĐC là nền tảng và hợp phần quan trọng nhất của môi trường tự nhiên - kỷ thuật, gồm thạch quyển, thố quyển, thủy quyển, khí quyển dưới mặt đất

và sinh quyến, và là đối tượng nghiên cứu, điều tra và đánh giá cùa khoa học Kỹ thuật địa chất Hình 1.2 thè hiện môi trường địa chất trong cấu trúc Trái đất [31- Trên quan điểm dó nhiệm vụ chính nghiên cứu sự biến đổi môi trường địa chất hiện nay là vạch

ra những cơ sớ khoa học cho việc dự báo và điều khiến các quá trình địa chất theo hướng cần thiết cho con người phòng ngừa, hạn chế và ngăn chặn các quá trình hoạt động địa chất bất lợi

-Muc nuoc biển

Cac quần thể sinh vật

ở sổng núi dai dương

-1OOOO-Vi smh vật trong khỉ quyến

va cac loai chim

uyển

Đò cao lon nhít cho đong vát nnh sổng^

Đô cao lờn nhàt cho thưc vét sinh sổng^/

Độ cao lớn nhát cho con người cv trú -r /

Độ cao lớn nh4t con ngươi đả J.

Khỏng gian phàn bô canh tac nông nghièp cùa hẲu hét sinh vật vá diãn ra

hoat dộng của con người

Vi sinh vảt phản bổ trong khoảng

độ sảu vái nghìn met

MŨI khoan đia chát

sảu nhốt ma con ngưoi

đâ thực hi<n đạt 12.345 m ngoâi khơi đảo Sakhalin Nga

Mục tiêu cua khoa học Kỹ thuật địa chất (KTĐC) là nghiên cứu xây dựng các giải pháp nhằm phát huy lốt, sử dụng hợp lý các chức năng của MTĐC, đồng thời đề xuất các giái pháp báo vệ đế phát triên bền vững Các hoạt động kinh tế công trình cua con người mang những mâu thuần, vừa hoạt động có tính chất sáng tạo lại có tính chất làm mất cân bang tự nhiên, gây nên sự phát triên các quá trình và hiện tượng địa chất, làm thay đôi hoặc phá hoại, do vậy sư dụng hợp lý MTĐC là cần thiết MTĐC là bộ phận đặc biệt của môi trường tự nhiên, nhạy cảm với sự thay đôi không ngừng cua các quá trình tự nhiên và hoạt động nhân sinh Trong MTĐC có quá trình tự điều chinh và tự cân bàng (các quycn trong MTĐC sẽ tương tác, điều chính đe luôn cân bằng động) Hình 1.3 thê hiện các quá trình xáy ra trong MTĐC ngày càng được mở rộng và toàn diện hơn [4],

ỉ

Hình 1.3 Các quá trình xảy ra trong môi trường địa chât

Kỳ thuật địa chất dựa trên kiến thức khoa học của các bộ môn địa chất khác nhau như địa chất cấu trúc, địa hóa địa chất công trình, địa chất thuy văn, địa bàn học, địa vật

lý học thô nhường học không chi là những hồn hợp dơn thuần các khái niệm và phương pháp của khoa học đó, mà có xem xốt một cách thích đáng và tông hợp có định hướng những qui luật đã biết |3| KTĐC áp dụng thông tin địa chất đế giai quyết tat cá các vấn đe tương tác giữa con người với môi trường vật lý, tự nhiên, là khoa học ứng dụng các nguyên lý của địa chất học đế giai quyết về vấn đề môi trường [3]

Ớ Việt Nam, KTĐC có rất nhiều công trình, dự án, đề tài nghiên cứu như thành lập ban đồ đới ven biên, địa chất đô thị, địa chất tai biến, đánh giá tác động của các hoạt động nhân sinh như đắp đê hồ thuy điện, khai thác khoáng sàn tới môi trường, góp phần tích cực cho sự phát triển của Kỷ thuật địa chất ở Việt Nam.

1.1.2 Nhu cầu nghiên cún về hiến đôi môi trường địa chất

Cùng với hệ thống tự nhicn, luôn tồn tại các hệ thống mà các hợp phần của chúng gồm các đối tượng tự nhiên và nhân tạo Chính vì thế đã xảy ra một quá trình tương tác giữa hai yếu tố tự nhiên và kỹ thuật Sự tương tác giữa các đối tượng nhân tạo và các bộ phận thuộc quyển cùa Trái Đất - các địa quycn đòi hói phai xem xét các đối tượng tương tác này như là các hệ thống Các vật thế tự nhiên và đối tượng nhân tạo

là một hệ thống gồm hai hợp phần tương tác chính được gọi là địa hệ tự nhiên - kỳ thuật (ĐHTN-KT)

ĐHTN-KT là câu trúc không gian thời gian cua các hợp phân tương tác bao gôm các hợp phần nhân tạo có thể là các hoạt động sán xuất và các phối hợp phần tự nhiên bị biến đồi do hoạt động của con người ĐHTN-KT có tính chất là một hệ thống và là một hệ thống mớ, nghĩa là một hệ thống luôn sẵn sàng đón nhận mọi sự hoạt động tương tác của các yeu tố tự nhiên và kỹ thuật Trạng thái của địa hệ tự nhiên - kỹ thuật thay đổi theo thời gian vật lý và yếu tố kỹ thuật ngày càng một lớn chi phối đáng kê vào hệ thống Các tương tác ơ địa hệ tự nhiên - kỹ thuật này là tương tác điều khiển được, loại và đặc diêm tương tác tùy thuộc vào loại, kết cấu và chế độ vận hành công trình

Động thái cua địa hệ tự nhiên - kỳ thuật không cân bằng hoặc già ôn định phụ thuộc vào quá trình tương tác như xây dựng mới một tuyến luồng vào giai đoạn đầu quá trình xói lờ có thê được xem là kết thúc nhờ các giãi pháp công trình, nhưng qua một thời gian vận hành các quá trình xói lờ tâng dan phát sinh thêm các hiện tượng xói

lơ - bồi lang gia tâng làm ảnh hướng đến vận hành tuyến luồng và dẫn đến địa hệ mat trạng thái cân bang ôn định và không ít các trường hợp bị boi lang trầm trọng

ĐHTN-KT đơn vị là hệ thống gồm các hợp phần, về kỹ thuật là một công trình riêng

lê, đoạn tuyến luồng, còn về tự nhiên là quyên tương tác cua môi trường địa chất với

tập hợp các công trình với môi trường địa chất và được cấu tạo từ các ĐHTN-KT đơn

vị Các địa hệ đơn vị trong hệ địa phương phái tiếp giáp với nhau hoặc chờm lên nhau, ánh hưởng lẫn nhau và như thế thì vùng môi trường địa chất cứa hệ địa phương

là một vùng liên tục ĐHTN-KT khu vực bao gồm một khu vực trong đó có các ĐHTN-KT địa phương và các ĐHTN-KT đơn vị nằm trong đó Địa hệ khu vực có các địa hộ địa phương nằm cạnh nhau không liên kết với nhau tạo thành một không gian liên tục nên không tương tác trực tiếp lần nhau mà chi tương tác gián tiếp Như vậy, trong ĐHTN-KT khu vực các địa hệ địa phương không quyết định cấu trúc cua địa hộ khu vực và việc phân chia này không phụ thuộc vào diện tích và qui mô cua các địa hệ

Dịa hệ tự nhiên kỳ thuật bao gồm rất nhiều yếu tố tự nhiên như sự phân bố cùa các lớp đất đá, thành phần, kiến trúc, cấu tạo và các tính chất của chúng, sự phân bố các tang chứa nước dưới đất, các điều kiện về khí tượng thuy vãn, qui luật vận động cua

hệ thống sông, kênh, suối, khi con người tác động vào môi trưởng địa chất với các the nhân tạo Trong luận án này, sự vận động cùa địa hệ tự nhiên - kỹ thuật chu yếu

là do tương giừa thê nhân tạo và tự nhiên the hiện qua các quá trình kỹ thuật địa chất gom yếu tố nền địa chất, tác động dòng chày và xói lờ

Con người trong quá trình thiết kế công trình đã đặt ra vần đề là phải dự báo được về

sự biến dổi của hệ thống này trong thời gian vận hành nó Dự báo sự thay dổi cúa hệ thống theo thời gian Vì thế nên ngay từ khi thiết kế chúng ta cần phải tối ưu hóa tính chất cấu trúc cua ĐHTN-KT ngay tù khi bắt đầu công tác xây dựng, địa hệ này cứ phát triển dan và cấu trúc cùa hệ được hình thành sau khi xây dựng công trình một thời gian nào đó Dự báo sự vận động cua ĐHTN-KT đơn vị thường được thực hiện nhờ các phương pháp được trình bày trong các môn học như địa chất công trình, cư học đất, chế độ dòng chày, tính toán lún, trượt, thấm ĐHTN-KT địa phương và khu vực là vấn đề cua địa chất công trình hiện đại đê dự báo, khai thác hợp lý và bao vệ môi trường địa chất Đây là vấn đề và nhu cầu cần nghiên cứu về MTĐC đang gặp rất nhiều khó khăn và cần phai hướng tới giải quyết

1.2 Tổng quan về nghiên cứu liên quan đến luận án

Môi trường địa chất có mức độ chạy cam, dễ bị tốn thương khi chịu tác động tiêu cực cùa các yếu tố tự nhiên và nhân tạo MTĐC là một hệ thống cân bằng động, có kha năng tự điều chinh về các trạng cân bàng gần nhất nếu mức độ ánh hướng cua yếu tố

tự nhiên và nhân tạo dưới mức chịu đứng cùa địa hệ Khi MTĐC bị khai thác quá mức, các yểu tố địa hệ bị rối loạn, làm náy sinh nhiều vấn dề, xung đột giữa con người

với MTĐC ảnh hương đen mất ốn định đường bờ gây ra xói lớ và bồi láng đen quá

/ Xtrình vận hành tuycn luông

1.2.1 Tình hĩnh nghiên cứu nước ngoài

Hoạt động giao thông bàng đường thuy trên the giới đã góp phần quan trọng trong việc lưu thông hàng hóa, thương mại vận chuyển bằng dường thuy được dự báo ngày càng tăng cao Đe đam bào hoạt động giao thông được xuyên suốt và thuận lợi, các tuyến luồng cần thường xuyên được nâng cấp và mở rộng

Trên sông Watts Branch các dữ liệu đo đạc sự biến đôi ở các mặt cắt trong vòng 02 năm cho thấy, sự bất ôn định về bờ sông, dựa trên kết quả quan trắc cùa hệ thống cọc dọc theo bờ sông có hiện tượng xói lớ bờ xáy ra do sự tác động tông hợp cúa nhiều yếu tố tự nhiên và nhân tạo khác nhau [5], Quá trình xói lở bở sông Devon ở nước Anh dược tiến hành quan sát trong vòng 2,5 năm, các mốc quan trắc dã dược thiết lập tại các vị trí dọc theo bờ sông nham xác định tốc độ bồi xói qua từng thời điếm Bên cạnh đó, các dừ liệu về khí tượng thủy văn được thu thập, tông hợp và tiến hành đánh giá mô phong bằng mô hình số [6], Tại Malaysia, nồng độ tram tích lơ lửng trung bình ờ các con sông do xói lơ đất táng gần 34% vào năm 1998 Trong suốt mùa mưa, các trầm tích và đất xói lở đã rửa trôi xuống hạ lưu, kết quả là ờ hạ lưu trớ nên nông hơn và nước trớ nên đục hơn [7J Ớ Hoa Kỳ, lượng trầm tích phù sa phô biến ở sông

có thành phần vật liệu cấu tạo đường bờ chiếm khoang 80% tông lượng trầm tích lơ lửng Kêt qua cho thây, đường bờ bị xói khoáng 2,96m trong quá trình mô phong (trong khi giá trị thực te quan sát được là 3.18m) [8J

Sự tách rời đất làm cuốn theo các hạt lơ lửng ớ phần bờ sông khơi nguồn từ hai quá trình chính là sự xói mòn thuy lực và sự xói gần mặt đất Sự đào khoét và vét đáy do dòng chày có thê gây ra những xói lở bờ sông tại phân chân bờ được gọi là xói lỡ

thuỷ lực Một yêu tô khác nữa góp phân vào sự tách rời đât là sự xói lơ gân mặt đât

do các ảnh hưởng cua độ âm đất và thành phần kết cấu đất đóng vai trò chính trong việc làm suy yếu và phong hoá vật liệu bờ [9], Mô phong quá trình xói lờ và bồi lắng trong thời gian dài bằng mô hình số cho các dạng đường bờ khác nhau với các mô hình thúy lực, vận chuyền trầm tích và biến đổi đáy và bở sông đã góp phần làm sáng

tó các yếu tố tự nhiên anh hướng đến xói lơ và bồi lắng [10J Ờ miền Bắc Missisipi, hàm lượng phù sa cua các dòng suối được nghiên cứu bàng mô hình và đo thực nhàm đánh giá kha năng kháng xói và mô hình hóa dừ liệu thu thập được Kct qua cho thay

sự tương đồng giữa kct qua tính toán mô phóng và kết quá thực tc 1111

Gió và nước được xem là hai tác nhân làm gia tăng xói Trong đó, nước được xem là tác nhân chính làm xói lơ đất do đặc điếm cấu trúc địa chất bờ, địa hình và đường bờ Dấl xói lở làm hạt đất vận chuyến từ nơi cao và lắng đọng ờ nhùng nơi thấp hơn [12]

Dụ báo dược tốc dộ xói lơ giúp các nhà quan lý hoạch dịnh chiến lược, dặc biệt dổi với các vùng thiếu hụt tram tích Sư dụng các mô hình hóa được áp dụng đè tính toán tốc độ bồi xói và truyền tài lượng trầm tích nhằm phục vụ cho công tác quyết định chiến lược quản lý đất đai [13] Lượng trầm tích xói lở phụ thuộc vào tốc độ dòng chày, nếu ứng suat cat gây ra bơi dòng chay vượt quá ứng suất cắt hạt vật liệu thì các hạt bắt đầu di chuyển, lắng đọng ở phần hạ lưu do dòng chảy chậm lại làm bồi lắng tại các cứa sông Nghiên cứu về đất kết dính và các công thức tính khác nhau trong ứng suất cắt tới hạn liên quan đến các thuộc tính vật lý, hoá học, cơ học, các yếu tố sinh học và môi trường được quan tâm đặc biệt các mối quan hệ gián liếp liên quan đến tính ổn định cùa các bờ sông đổi với sự đào cắt và xói lớ Sự hièu biết về ứng suất cắt ở các bờ sông và ứng suất cắt tới hạn giúp cung cấp những ước tính trong tính ổn đụih bờ sông [14]

Tác động của sóng, dòng chảy cho thấy không chỉ độ lớn sóng và độ dốc bờ sông mà liên quan đến độ sâu mực nước, vận tốc dòng, chiều dài sóng, độ xiên sóng và chu kỳ sóng là những thông tin quan trọng đê dự đoán và thiết kế các biện pháp bảo vệ bờ [15], Sóng do làu đánh vào bờ tạo ra góc khác nhau, thường khác với sóng phát sinh bởi gió được xác định bởi hướng gió và chiều dài sóng Hơn nữa, trong môi trường nước chiều dài sóng bị hạn chế, độ cao, chu kỳ và năng lượng của sóng tàu có thế thường vượt quá sóng do gió ơ bờ Vì thế, sự thay đổi dường bờ gây ra bởi sóng tàu

có thè bàng hoặc vượt quá sự gây ra bơi sóng tự nhiên Các anh hưởng do sóng tàu phải được xem xét như lác nhân liềm ẩn cứa sự làm thay đôi và gây xói lờ đường bờ Chúng được xem là một dạng lượng năng lượng sóng và tốc độ sóng tác động lên đường bờ được xem rất quan trọng, khi năng lượng sóng lớn hơn ứng suất cắt của vật liệu sẽ gây ra xói đường bờ.

Khi một con tàu chạy trôn bề mặt nước, sự khác nhau về áp suất giừa mặt phân cách nước và không khí tạo ra một dãy sóng Kết quá cùa sự tương tác phức tạp từ vận tốc của dòng chảy qua thân tàu, hình dạng làu khoáng trống giừa thân tàu, bờ kênh và đáy làm gia tăng cường độ ứng suất sóng do làu, các luồng nước Thời gian, hướng truyền cùa sóng phụ thuộc vào tốc độ tàu và độ sâu nước [16] Tàu lớn có xu hướng làm phát sinh sự hạ mực nước lớn và độ cao sóng nhó, trong khi những tàu nhỏ, như tàu du lịch, làm phát sinh sự hạ mực nước nhỏ và dộ cao sóng lớn Thêm vào đó, sóng

do tàu ờ một tốc độ nhất định có độ cao, thời gian lan truyền và mức năng lượng khác nhau Do đó, khó đế dự đoán theo lý thuyết nhùng đặc tính sóng đuôi cho một tàu cụ the Dự đoán tác động, đặc tính và anh hưởng cứa sóng khi chúng tương tác với đường

bờ còn có nhiều vấn đề khó giải quyết [17]

Hầu hết các sinh vật trong hệ sinh thái đều bị anh hưởng bới sóng do tàu thuyền từ việc khuấy động trầm tích, nguồn thức ăn, sinh vật phù du, [18] Nhàm làm sáng tò các tác động tiềm ân do hoạt động cua tàu thuyền, các thí nghiệm phân tích về các hố xoáy gây ra bới chân vịt tàu thuyền đến quá trình vận chuyến trầm tích bao gồm (1)

hố xoáy nhỏ nằm bôn dưới chân vịt, (2) hố xoáy chính nằm ngay sau hố xoáy nhó và (3) hố xoáy nằm phía sau hố xoáy chính Các công thức thực nghiệm đã được chứng minh nhàm đánh giá ảnh hường các hố xoáy gây ra bời chân vịt tàu [19], Sóng gây ra bời làu thuyền được nghiên cúu mô phỏng bang mô hình toán 2 chiêu và 3 chiều nhàm xác định hình dạng các xoáy nước gây ra bời hoạt động cua chân vịt bàng phương trình Breusers’ độc lập với thời gian [20]

Theo các kết quá phân tích hiện trường đối chiếu với các công thức thực nghiệm, tác động do chân vịt gây ra xói lớ đã dự báo được khả năng xói lở Kct qua cho thay độ sâu anh hưởng do hoạt động cùa chân vịt gây ra lớn nhất trong vòng 06 tháng đau vận hành tuyến luồng mới [21], Mô hình 3 chiều phân tích ánh hường cua sóng do tàu

thuyền đến vấn đề xói lờ đã được thực hiện cho thấy, có 03 cơ chế xói lở được nhận diện, bao gồm: (1) xói trên bề mặt dốc, (2) xói chân kè và (3) xói chân cột [22], Sóng

do tàu thuyền gây ra tác động đến cơ chế vận chuyến trầm tích dẫn đến anh hương đến quá trình bồi xói cục bộ tại khu vực ven bờ Ờ hạ lưu sông Shuswap, British Columbia, kết qua cho thấy sóng do giao thông bang thuyền cao tốc là nguyên nhân chính gây xói lở bờ sông bên cạnh các nguyên nhân khác như dòng cháy, hình thái sông [23] Các phương pháp thực nghiệm, phần tích và mô hình số đổ đánh giá ánh hương cua sóng do tàu thuyền gây ra, từ đó đồ xuất giai pháp giam thiểu xói lớ gây

ra do sóng tàu thuyền cũng được nhiều tác giả nghiên cứu ở bờ tuyến luồng do các hoạt động tự nhiên và nhân tạo ơ nhiều nơi sụ xói lở rất nghiêm trọng, các quá trình xói lờ và bồi lắng trong quá trình vận hành tuyến luồng đến nay vần đang diễn ra mạnh mẽ

Như vậy, cho thấy các nghiên cứu trên thế giới tập trung phân tích mất ổn định bờ sông qua nhiều hướng khác nhau, các yếu tố tự nhiên và nhân tạo, và nguyên nhân gây ra xói lớ, bồi lắng do hình thái, địa hình sông, lưu lượng dòng chảy, sóng do gió, sóng do giao thông thuy, ứng suất cắt tới hạn cua vật liệu bờ, tốc độ dien biến xói lờ

bờ sông do các hoạt động kinh le và kỳ thuật Tuy nhiên, các yếu tố này không có lính quy luật mà phụ thuộc vào môi trường địa chát, địa hệ đơn vị, địa phương và khu vực cùa mỗi con sông, tuyến luồng đi qua Vì vậy, việc tống hợp đánh giá là cần thiết, khu vực nghiên cứu khác nhau thì các nguyên nhân lác động đến môi trường địa chất

sẽ khác nhau cần phái nghiên cứu quá trình tương tác xói lơ và bồi lắng do các yếu

tổ tự nhiên và nhân tạo, và đề xuất các giai pháp giám thiếu tác động tiêu cực đến quá trình vận hành

1.2.2 Tình hình nghiên cún trong nước

Các công trình nghiên cứu về môi trường địa chất, dịa mạo hầu hết đề cập đến lịch

sử phát triển địa chất và địa hình- địa mạo vùng đồng bàng sông Cưu Long (ĐBSCL)

từ trước Kainozoi đến Holocen ờ ĐBSCL Các công trình nghiên cứu về xói lở và bồi lắng bở sông vùng ĐBSCL được tiến hành kết hợp với các công trình khác bắt dầu từ nám 1976 đen nay [24], [25], [26], [27] Có nhiều công trình nghiên cứu độc lập về xói lớ và bồi lắng bờ sông, trong đó chu yếu đề cập đen xói lơ - bồi tụ bờ sông Tiền,

sông Hậu từ năm 1995 đến nay, còn ít các công trình nghiên cứu về bồi lắng và xói

lờ đánh giá định lượng các yếu tố lự nhiên và nhân tạo Tuy nhiên, những nghiên cứu

và phân tích về diễn biến xói lở và bồi tụ bờ sông liên quan đến môi trưởng địa chất trên phần lãnh thổ ĐBSCL vẫn được xem còn khá khiêm tốn do tác động kinh tế và

kỳ thuật [28], [29J, [30],

Đối với các vùng cửa sông vcn biền, quá trình xói lở và bồi lắng được xem là một trong những điểm đặc biệt cần quan tâm đối với hoạt động phát triển kinh tế và xã hội Có nhiều nguyên nhân ảnh hướng đến quá trình xói lở và bồi lẳng lại các khu vực cửa sông, bao gồm các quá trình tự nhiên như sóng, thúy triều và dòng chay, địa hình, và quá trình nhân tạo Lụt bão, sóng biến làm xói lờ bờ biến, làm biển dạng các cồn cát đất cát di chuyên vào vùng trong, lấn dan thu hẹp đất canh tác khu dân cư, dần đến địa hình và độ phì nhiêu của đất biến đồi ngày càng bất lợi, gây nhiều thiệt hại VC tài sản, đất đai luồng tàu qua các cứa biến quan trọng bị bồi lấp nặng và biến đổi thường xuyên gây nhiều thiệt hại cho giao thông vận tải, cũng như làm giảm kha năng thoát lũ cùa các cứa sông Ị311 [32J Việt Nam có đường bờ biến dài hơn 3000km đang chịu ãnh hường nặng nề xói lơ, đây luôn là đe tài thu hút nhiều sự quan tâm cùa các nhà khoa học trong và ngoài nước Vùng bicn từ Vũng Tàu đen Hà Tiên chịu ảnh hường mạnh mẽ của hạ lưu sông Mekong, quá trình bồi xói diễn ra mạnh

mẽ và không đồng đều tại các khu vực khác nhau [33] Trong hệ sinh thái ven biến, rừng ngập mặn được xem là lá chan sống giúp báo vệ bờ biên cua quá trình xâm thực cua biển Rừng ngập mặn vừa đóng vai trò chong xói lớ bờ, vừa có tác dụng gia tăng

sự lắng đọng phù sa, mở rộng diện tích, báo vệ môi trưởng, báo vệ đa dạng sinh học

và các hệ sinh thái Tuy nhiên, diện tích rừng ngập mặn tại khu vực đong bang sông Cứu Long trong vài thập niên gần đây bị suy giám [34], [35] Nguyên nhân suy giam diện tích rừng ngập mặn bắt nguồn từ nhiều nguyên nhân khác nhau, do các quá trình

tự nhicn, xói lớ đường bờ hoặc có the do các hoạt động nhân sinh [36]

Được xem là “vựa lúa cua Việt Nam” đỏng bằng sông Cửu Long hiện nay đang phải đổi mặt với rất nhiều mối đe dọa từ hiện tượng biến đổi khí hậu, hạn hán diễn ra ngày càng khất nghiệt hơn, các cơn bão lớn có xu hướng về phía Nam diễn ra thường xuyên hơn Bên cạnh đó, xói lơ bờ sông cũng đang diễn ra ngày càng phức tạp hơn Các

sông chính ở đồng bàng sông Cưu Long, sông Tiền và sông Hậu là những dòng chính chuyên chơ phù sa, góp phần to lớn cho việc phát triền nền kinh tế nông nghiệp cho vựa lúa lớn nhất cả nước Tuy nhiên, trong vài năm trở lại đây, hiện tượng xói lớ bờ sông Tiền và sông Hậu đang diễn ra nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống kinh tế cua người dân Xói lở bờ sông bắt nguồn từ nhiều nguyên nhân khác nhau, bao gồm đặc điếm cấu trúc địa chất, ánh hương cua chế độ thủy động lực, đặc điểm diễn biến hình thái lòng dần Bên cạnh các yếu tố tự nhiên, các nhà nghiên cửu cũng đã tập trung phân tích các nguyên nhân dẫn đến xói lớ bờ sông do các hoạt động nhân sinh Trong quá trình phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu vật liệu xây dựng trớ nên cần thiết

và cấp bách, chính vì lẽ đó hoạt động khai thác cát đã diễn ra vô cùng phức tạp Khai thác cát làm biến đôi lòng dẫn bờ sông làm mất cân bằng trầm tích, gây xói lở bờ sông [37], [38],

Các hệ thống sông lớn trong khu vực như sông Tiền, sông Hậu, sông Đồng Nai, sông Sài Gòn, đã và đang góp phần quan trọng cho việc vận chuyển hàng hóa trong nước

và khu vực Các cứa sông tại đồng bang sông Cưu Long, đặc biệt là của Định An bị bồi lắng thường xuyên làm gián đoạn hoạt động giao thông thủy từ biển Đông vào sâu đất lien Nhàm đàm bào việc lưu thông hàng hóa qua các luyến luồng, việc nạo vét duy lu hàng năm là cần thiết Nạo vét các tuyến luồng sẽ mang lại không ít các tác động về môi trường, làm ảnh hưởng đến sinh vật đáy và xổi lơ bờ sông Bên cạnh các nghiên cứu vê tác động đến môi trường do nạo vét, các nghiên cứu vê quy luật bồi lắng, giai pháp chmh trị cũng đã được tập trung nghiên cứu [39], [40] Ket qua nghiên cứu đã chỉ ra được các quy luật bồi lắng, tính toán lượng phù sa bồi lắng hàng năm và lập nên các kế hoạch nạo vét, duy tu tuyển luồng Ngoài tác động do bồi lang, tác động do hoạt động cua tàu thuyền cũng được các nhà nghiên cứu trong nước quan tâm trong vài năm trở lại đây Trong quá trình hoạt động, chân vịt tàu thuyền gây ra xáo trộn bùn cát và phân bố lại bùn cát trong phạm vi luồng tàu chạy gây nen bồi lắng trờ lại luồng tàu ở các khu vực nước nông hơn trên tuyến luồng làm quá trình vận chuyến bùn cát do chân vịt tàu có the anh hưởng tới biến đổi địa hình đáy và trầm tích lơ lửng [41], Nhẩm làm sáng tò ánh hưởng cúa sóng gây ra bới chân vịt tàu, các

mô hình số về chuyến động cùa tàu trên luồng trong điều kiện khi chưa tính đến ành hương cùa các yếu lố ngoại cảnh cũng như tương tác thuy động học đến quá trình xói

lờ bờ sông đã được nhóm tác giả chi ra được các nguyên nhân chính dần đen xói lở đường bờ Ket qua quan sát thực tế dừ liệu hoạt động của làu thuyền, kết hợp với việc lấy mẫu phân tích và tính toán kha năng xói lở cùa vật liệu đường bờ cho thấy, đối với các tàu có tải trọng lớn, sóng do tàu thuyền gây ra ứng suất lớn làm phá vờ cấu trúc đường bờ dược cấu tạo bởi các thành phần hạt dính [42].

Các nghiên cứu mô hình hai chiều mô phong đặc tính thúy lực và tính toán bồi xói ớ vùng cưa sông, kết quả tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo tính toán sự thay đổi địa mạo đáy sông cho các hệ thong cửa sông ở DBSCL và có xu hướng xói lở dọc bờ

Cù Lao Dung lại vùng cưa sông Định An [43], Cơ chế bồi lắng luồng tàu do sóng biển đã ứng dụng mô hình số Mike 21, kết quá cho thấy có thế áp dụng đê tính cho bất cứ khu vực luồng tàu nào chịu ãnh hương cùa sóng biên có chiều cao lớn, nhừng vùng không dược che chan [44], Có the nhận thấy xói lớ và bồi lắng đang xảy ra ơ khắp mọi nơi vùng ven sông và ven biên Rõ ràng hiện tượng này xay ra trên toàn cầu không phải riêng ở Việt Nam, trong đó các yêu tố tụ nhiên và nhân tạo cúa mồi vùng nghiên cứu sẽ anh hướng khác nhau như cấu tạo địa chất bờ sông, đặc điếm địa hình

- địa mạo, hướng dòng cháy, lưu lượng dòng chảy, giao thông thúy Tốc độ diễn biến xói lở - bồi lắng bờ sông, luyến luồng được xem là nguy cư ngày càng gia tăng xảy

ra khu vực đồng bằng sông Cửu Long ánh hường giao thông thúy, đất đai làm biến đồi môi trường địa chất do nguyên nhân từ các yếu tố tự nhiên và nhân tạo

Như vậy, quá trình xói lở - bồi lắng bờ sông, tuyến luồng tàu là một trong những đề tài thu hút nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước Các cơ chế ánh hương của yếu

tố tự nhiên và nhân tạo như chế độ dòng cháy, hình thái, địa hình sông, sóng, hoạt động xây dựng, khai thác cát và vận chuyển trầm tích, đen việc ổn định đường bờ

đã và đang được nghiên cứu Trong xu thế phát triển kinh tế cùa khu vực đồng bàng sông Cửu Long, hoạt động giao thông bằng đường thuy góp phần quan trọng trong việc lưu thông hàng hóa và đi lại của các phương tiện Bên cạnh các luyến luồng hàng hai tự nhiên, tuyên luông tự nhiên - nhân tạo chính tăc (được nạo vét khai thông và kênh đào mới) cũng được chú ý phát triển nhàm đáp ứng nhu cầu vận chuyến bàng đường thủy Tuy nhiên, ngoài các yếu tố tích cực, hoạt động của các tuyến luồng mang lại, còn nhiều tác động tiêu cực đối với môi trường địa chất xung quanh Cho

đến nay, chưa có nghiên cứu nào tông hợp đánh giá định lượng các yếu tố tự nhiên

và nhân tạo về mức độ xói lớ - boi lang do cấu trúc địa chất theo độ sâu dọc luyến luồng, chế độ dòng chảy thay đổi sau khi vận hành tuyến luồng và anh hường cua sóng do tàu thuyền Đặc biệt, các tuyến luồng mới chính tắc được hình thành thì vấn

đề xói lở - bồi lang quyết dịnh tính hiệu quả trong quá trình vận hành, duy tu tuyến luồng Do đó, cần phái xác định nguyên nhân, dự báo và đề xuất các giai pháp ngăn ngừa, giảm thiêu tác động tiêu cực và phát tricn ben vừng tuyến luồng

Từ những phân tích trên, đê làm sáng tỏ thêm mối quan hệ tương hỗ giữa các quá trình địa chất môi trường và hoạt động tự nhiên - nhân lạo, đe lài luận án “Nghiên cún sự biến đổi môi trường địa chất khu vục kênh Quan Chánh Bố và kênh Tắt trong quá trình vận hành hệ thống luồng tàu biến tải trọng lón vào sông Hậu”

tập trung vào các quá trình địa chất môi trường anh hương đến đoạn kênh Quan Chánh

Bố và đến hết đoạn kênh Tắt là tuyến luồng kết hợp giữa nạo vét mở rộng và đào mới hoàn toàn trong quá trình vận hành nham đánh giá tác động đen môi trường địa chất

do yếu tố tự nhiên và nhân lạo ảnh hưởng đến xói lờ - bồi lẳng Việc hiểu rõ nguyên nhân ânh hưởng tiêu cực giúp dự báo và đề xuất giải pháp ổn định bờ, đảm báo sự ồn định bền vững, góp phan mang lại hiệu quả kinh tế, góp phan thúc đẩy sự phát triên cua ngành giao thông thúy nói riêng và sự phát triển cua ca khu vực nói chung

1.3 Nhũng vấn đề tồn tại trong nghiên cún biến đổi môi truòng địa chất

Trong giai đoạn vận hành cua tuyến luồng tàu tái trọng lớn bến phà và bến sà lan gây nguy cơ xói lơ hai bên bờ kênh Quan Chánh Bố và kênh Tắt Vận hành tuyến luồng

về lâu dài ánh hưởng tới tình hình xói lư - boi lang, ngập lụt, xâm nhập mặn tại khu vực nghiên cứu Hoạt động của tàu thuyền, đặc biệt là hoạt động cua các tàu trọng tái lớn tác động xấu tới chế độ thùy dòng chày, cấu trúc địa chất bờ tại cửa ra vào tuyến luồng Việc đánh giá được thực hiện trên quan diem phân tích hệ thống xem đối tượng tương tác là một chính thê thống nhất, một địa hệ tự nhiên - kỳ thuật là một công việc khó, cho đến nay vẫn còn nhiều nghiên cứu đang triển khai Hệ thống tuyến luồng đã vận hành được 5 năm từ năm 2016, cơ chế anh hướng của các yếu tố tự nhiên và nhân tạo đến tuyến luồng đã hình thành và tương tác đã làm biến đổi chế độ dòng chay và xói lở hai bên bờ Mặc dù đã có nhiều thành tựu nghiên cứu về xói lở - bồi lắng bờ

sông nhưng còn tồn tại nhiều vấn đề chưa có lời giãi thấu đáo cho tuyến luồng mới này Trong đó, cấu trúc địa chất bờ bị xáo trộn do nạo vét và đào mới, chế độ dòng chay thay đối do hình thành tuyến luồng và sóng do tàu thuyền được đánh giá tác dộng trực tiếp đến quá trình vận hành làm xói lở - bồi lắng cần tính toán khối lượng bồi lang hàng năm, dề xuất giai pháp giám thiêu tác dộng tiêu cực và biện pháp quán

lý vận hành ổn định tuyến luồng là những vấn đề còn tồn tại cùa tuyến luồng này cần được nghiên cứu

Xói lở bồi lắng dái ven bờ là một quá trình tự nhiên và nhân tạo phức tạp là hệ qua tương tác giữa rất nhiều nhân lố Các yếu tố lác động đen quá trình xói lư bồi lắng bờ được phân làm hai nhóm là các yểu tố tự nhiên và tác động cùa con người Thông qua việc phân tích các số liệu sần có, kế thừa các nghiên cứu trước, cùng như sử dụng các

mô hình toán để nghiên cửu phân tích chế độ thuy động lực, cơ chế xói lơ bồi lắng và vận chuyên bùn cát đe xác định được các nguyên nhân chính gây ra xói lơ bờ Xói lớ

và bồi lắng tuyến luồng mới hình thành là một công việc khó, mặc dù đã có nhiều thành tựu, nhưng vẫn tồn tại một số vấn đề chưa có lời giái thấu đáo Đê làm rõ thêm các vấn đe còn tồn tại nêu trên, luận án tập trung nghiên cứu các nội dung chính sau:

Nghiên cứu đặc điểm môi trường địa chất hệ thống tuyến luồng đoạn kênh Quan Chánh Bố đến hết đoạn kênh Tắt, phân chia các cấp độ xói lơ dọc theo tuyến luồng theo các độ sâu khác nhau

năm đầu tiên và các giai đoạn sau là cơ sờ cho cơ quan quản lý luồng tàu đạt hiệu qua

về kinh tế và ôn định lâu dài Các kết quả khăng định cơ sở khoa học phục vụ cho các nghiên cứu chuyên sâu về xây dựng hệ thống luồng tàu mới trong tương lai với môi trường địa chất khu vực tương tự

1.4 Đặt văn đê nghiên cứu cùa luận án

Từ các nghiên cứu tông quan đã trình bày ờ trên, trong khuôn khô luận án tác giả tập

trung chu yêu giải quyêt các vân đê sau:

Tìm hiểu điều kiện tự nhiên khu vực hiện trạng trước và sau khi hình thành tuyến luồng Trong đó, tìm hiểu mối quan hệ giữa các yếu tổ làm thay đồi chc độ dòng cháy, vận chuyển bùn cát theo các kịch ban khác nhau

Nghiên cứu, đánh giá mức độ xói lớ do cấu trúc địa chất dọc theo tuyến, chế độ dòng cháy và sóng do tàu thuyền ảnh hương đến đường bờ tuyền luồng Bên cạnh đó, dự báo quá trình vận chuyển bùn cát, bồi xói, khối lượng nạo vét hàng năm

Đe xuất giải pháp giảm thiếu tác động tiêu cực và biện pháp quân lý vận hành ôn định tuyến luồng bằng những giái pháp phi công trình và công trình kiên cố cũng như đề xuất kế hoạch nạo vét, duy tu tuyến luồng đám bão phát triển bền vừng

Luận án lấy phạm vi nghiên cứu được giới hạn bới hệ thống tuyến luồng tàu từ đoạn kênh Quan Chánh Bố đến hết đoạn kênh Tắt dài 20,77km, bề rộng luyến luồng khoáng 200m, chiều sâu khoảng 7,5m đã vận hành được 05 năm từ năm 2016, xem đây là địa hệ tự nhiên và kỹ thuật đơn vị trên quan diêm địa hệ tự nhiên - kỳ thuật và được phân lích đánh giá bang lý thuyết hệ thống

Luận án chủ yếu quan tâm đến nguyên nhân xói lơ - bồi lắng, dự báo khối lượng nạo vét hàng năm và các giái pháp phát triển bồn vững tuyến luồng Trong đó, ba yếu tố

tự nhiên và nhân tạo là cấu trúc địa chất dọc theo tuyến luồng, chế độ dòng cháy trước/sau khi hình thành tuyến luồng và sóng do tàu thuyền được nghiên cứu

Luận án đề xuất các giái pháp giãm thiêu tác động tiêu cực biện pháp quàn lý vận hành, kế hoạch duy tu nạo vét dám bao ôn định tuyến luồng Trong đó, các giải pháp

bố trí không gian cua công trình đề cập đến vị trí kích thước mặt bằng, mức độ xói