Cấu trúc địa hình lòng sông ( Biên dịch Nguyễn Thanh Sơn ) - Chương 5 pptx

Những trở ngại chính mang tính nguyên tắc trong bước đường tối ưu hóa như vậy là tính biến động cao của hệ thống dòng ư lòng sông, tính nhiều nhân tố từ bên ngoài ảnh hưởng tới sự vận hà

Chương 5

các nguyên lý điều tiết tối ưu cấu

trúc địa hìnhlòng sông nhằm khai

thác tự nhiên hợp lý

Điều tiết các lòng sông là một trong số ít ví dụ quản lý các

hệ thống động lực phức tạp của tự nhiên phi sinh vật

Điều tiết tối ưu sự vận hành của hệ thống dòng ư lòng sông

một chế độ làm việc ổn định của đối tượng kinh tế

phân bố trong lòng sông và trên bãi sông trong phạm vi ảnh

hưởng của dòng khi chúng ta sử dụng tối đa xu thế tự nhiên của

quá trình lòng sông, ít gây tổn hại nhất đối với tự nhiên và các

đối tượng kinh tế khác, và trong khi tuân thủ các điều kiện đó,

phải giảm thiểu tối đa đầu tư và chi phí khai thác Những trở

ngại chính mang tính nguyên tắc trong bước đường tối ưu hóa

như vậy là tính biến động cao của hệ thống dòng ư lòng sông,

tính nhiều nhân tố từ bên ngoài ảnh hưởng tới sự vận hành của

Mục đích của điều tiết quá trình lòng sông thường là làm

ổn định cấu trúc sẵn có của hệ thống: trường vận tốc và hình

t

d

công;

) tăng cường quá trình lòng sông bằng cách làm thay đổi hoặc

ất ít biến đổi

Đượ

ng các thế kỉ 18ư1

ên một trong các bậc hình thái động lực nhiều cấp bậc

trìn

là tạo ra

hệ thống và tổ chức nội tại phức tạp của hệ thống

hái lòng sông hay chế độ thủy văn của sông và chế độ biến

ạng lòng sông Các biện pháp điều tiết cơ bản là:

1) làm suy yếu quá trình lòng sông bằng cách tạo ra địa

c cần thiết của lòng sông nhờ các côn

2

là địa hình lòng sông, hoặc là trường vận tốc để đạt được

sự ổn định cần thiết của lòng sông nhờ chính dòng nước;

3) tạo ra lòng sông nhân tạo với những tham số cho trước Thông thường trong thực tiễn điều tiết lòng sông, tùy trường hợp cụ thể người ta áp dụng kết hợp các biện pháp đó

5.1 Làm yếu quá trình lòng sông

Làm yếu quá trình lòng sông được thực hiện hoặc bằng cách gia cố lòng sông bằng những công trình thủy công lớn, hoặc bằng cách tạo ra các sườn tựa Nói chung đó là một biện pháp hữu hiệu điều tiết lòng sông Sự gia cố các lòng sông có tương tự trong tự nhiên ư các lòng sông xuyên qua đá gốc r

c biết có rất nhiều cách xây dựng các công trình gia cố bờ, chúng ngày càng hoàn thiện do xuất hiện những vật liệu và công nghệ mới Việc gia cố toàn bộ lòng sông của một con sông (cả bờ và đáy) tương đối hiếm khi được áp dụng tro

9 (một số sông loại vừa của Tây Âu [14]), hiện nay nhiều

đoạn dài của các lòng sông tự nhiên nói chung chưa được gia cố Thường người ta chỉ thực hiện làm yếu cục bộ quá trình lòng sông tr

của địa hình lòng sông Thí dụ, làm ổn định hình dạng lòng sông ư xây dựng các bờ tường ư được thực hiện ở phần lớn các thành phố ven sông Một số yếu tố ổn định hình dạng lòng sông

g các kết cấu chắc thường gặp ở hầu hết tất cả các côn

h thủy công

Trong khi làm yếu quá trình lòng sông bằng phương pháp

ổn định chỉ một phần lòng sông phải lưu ý rằng các dạng lòng

sông thuộc các cấp bậc khác nhau không phản ứng như nhau

hệ thống dòng ư lòng sông

Thí

có thể làm tăng cường sự di chuyển của các hạt trầm

thì các công trình sẽ ở trong chế độ bất ổn định và

sẽ l

lượng thông tầu bị cố định ngh

đối với cùng những thay đổi trong

dụ, việc ổn định hình dạng lòng sông có thể dẫn đến làm

tăng những biến đổi lòng sông ở cấp các thành tạo nội tại lòng

sông Thí dụ, việc gia cố bờ của lòng sông ít uốn khúc của sông

Visla (Ba Lan) bằng các công trình dọc bờ ở cuối thế kỉ 19 đã

gây nên sự rửa trôi các bãi bồi ven bờ, tái thiết chúng thành các

bài giữa và làm tăng tốc độ dịch chuyển chúng về phía hạ lưu

ổn định các thành tạo cấp trung bình ư đó là làm giảm chiều

rộng tích cực của lòng sông, mài mòn bờ lõm, tức làm tăng

cường những biến đổi dạng lòng sông Một thí dụ: việc gia cố các

bãi bồi ven bờ sông Brazos (Mỹ) bằng lau sậy ở đầu thế kỉ 20,

kết quả là khả năng chảy qua của sông giảm rất mạnh [114]

Đồng thời độ sâu lòng sông và vận tốc dòng tăng lên, điều này

dẫn tới tăng kích thước và tốc độ dịch chuyển các thành tạo đáy

ổn định các thành tạo đáy ư tạo ra độ nhám nhân tạo của lòng

sông ư thường được áp dụng trong các kênh dẫn và các dòng xiết

để làm giảm vận tốc chảy Nó hiếm khi được áp dụng để điều

tiết các dòng sông tự nhiên Những nghiên cứu lý thuyết của B

A Shuliak [99] cho thấy rằng bằng việc tạo ra vi địa hình gia cố

trong dòng

tích do vận tốc sát đáy ở bên trên các đỉnh gợn sóng đáy tăng

lên 10ư30 %

Trên thực tế, bằng việc xây dựng các hệ thống đập với âu

thuyền, nhờ đó dòng sông tự do trở thành một loạt các đoạn

sông bị chặn chảy chậm, đều làm yếu quá trình lòng sông một

cách hoàn toàn và ở tất cả các cấp bậc địa hình lòng sông Các

dòng sông được thiết kế âu thuyền có lưu lượng vận tải tầu thủy

rất lớn, bồn nước thường có chức năng tổng hợp Người ta dùng

biện pháp này để điều tiết cả các sông không lớn (ví dụ, sông Bắc Đonét), lẫn các sông lớn (sông Missisipi phía trên Ohaio, sông Vonga) Nhờ việc tạo ra những đoạn chặn mà các quá trình lòng sông thực tế không biểu hiện, sự tích tụ trầm tích và sự tái tạo bờ dạng sóng trở nên áp đảo [13]

Phương pháp làm yếu quá trình lòng sông rất tiện ích do nó

đơn giản và hữu hiệu, vì vậy nó được áp dụng khá rộng rãi Tuy nhiên, không thể nói nó là phương pháp tối ưu Hiện thực hóa phương pháp này sẽ dẫn tới sự biến đổi bản chất của đối tượng

tự nhiên ư dòng sông Trong khi gia cố lòng sông, người ta cố ý triệt tiêu tính chất chủ yếu của hệ thống dòng ư lòng aông ư sự tương tác của các hợp phần cơ bản của nó Bây giờ chỉ còn là tác

động một chiều của lòng sông không bị mài mòn lên dòng nước Trong điều kiện đó, nếu hình dạng và các kích thước của lòng sông vững chắc không tương thích với các đặc trưng thủy lực học của dòng

uôn có nguy cơ bị dòng phá hủy Điều này không phải là hiếm trong thực tế điều tiết, đặc biệt với một lòng sông được ổn

định không hoàn toàn

Khi làm âu thuyền, dòng sông không còn là nó nữa, mà trở thành một chuỗi bồn nước dạng hồ ít lưu thông, chất lượng nước thường kém đi, điều kiện sống của động vật, cá bị phá hoại Trong phạm vi hồ chứa nước xảy ra quá trình lắng bùn, phá hủy bờ bởi sóng, gia tăng các quá trình trượt sụt đất, xuất hiện một loạt hậu quả bất lợi do dao động mùa và ngày của mực nước Xuất hiện các vấn đề ở mạng thủy văn dưới đoạn chặn và các vùng mực nước biến đổi [96] Lưu

iêm ngặt, và trong trường hợp cần thiết tăng lưu lượng thì

hệ thống các âu thuyền phải thiết kế lại Việc làm yếu quá trình lòng sông đòi hỏi đầu tư lớn và chi phí khai thác đáng kể

5.2 Tăng cường quá trình lòng sông

Phương pháp điều tiết hệ thống dòng ư lòng sông bằng cách

tăng cường quá trình lòng sông được áp dụng từ lâu Đó là thiết

lập các đập ngăn nước và các đập tràn trên các sông Tây Âu ở

thế kỉ 18ư20, chặn các nhánh sông không chạy tầu, xây dựng

các đập chuyển hướng dòng nước v.v [14, 136] Phương pháp

này đã được các kĩ sư cầu đường triển khai triệt để nhất ở Nga

trong thế kỉ 19 để đảm bảo điều kiện thông tầu trên các sông

lớn của nước Nga, nơi không thể áp dụng kinh nghiệm Tây Âu

Đầu thế kỉ 20, V M Lokhtin và N S Leliavski đã xây dựng các

phư

các cấu trúc động lực học của dòng nước trong một tập hợp cụ thể

Về mặt kĩ thuật thì tăng

ững khúc uốn của lòng

gì đáng kể ư chính là

để á

ơng pháp nắn sông bằng cách sử dụng năng lượng của dòng

nước, còn N P Puzưrevski, V E Timonov và V G Kleiber đã

sử dụng cách nạo vét đáy nhằm cùng những mục đích đó [15]

Hai cách tiếp cận cơ bản này về sau được tổng hợp trong các

công trình của các kĩ sư và chuyên gia Liên Xô về quá trình lòng

sông ư M V Potapov, N I Makkaveev, A I Losievski, N A

Pgianisưn, V V Đegtiarev, R S Chalov

Căn cứ lý thuyết của phương pháp tăng cường quá trình

lòng sông là tính chất của hệ thống dòng ư lòng sông hình thành

nên những tổ hợp hình thái ổn định trên cơ sở những biến đổi

nhỏ của các yếu tố bất ổn định của địa hình lòng sông và

những nhân tố hình thành lòng sông

cường quá trình lòng sông ư đó là nắn lại nh

sông; phá bỏ các bãi bồi và doi đất; xây dựng các luồng lạch

chính để phân phối lại dòng nước cho các sông nhánh hay cho

các lòng sông rộng; dẫn dắt lòng sông tới bờ đá gốc cao; tiến

hành công tác nạo vét bùn đất để tăng (hoặc giảm) cục bộ vận

tốc và độ sâu dòng; thiết lập cát bùn và tạo ra độ gồ ghề nhân

tạo để làm tăng độ tích tụ; thiết kế các công trình lái dòng nước

xiết, chặn bớt nước, phân lớp dòng nước và điều tiết trầm tích;

lấp bỏ các sông nhánh trong các lòng sông nhiều nhánh; triệt tiêu định kì vật cản tại đáy dòng; lấy bớt trầm tích khỏi các vùng tích tụ mạnh theo các tuyến thấm trầm tích và kênh dẫn nước Tất cả những biện pháp này thường không đòi hỏi phải biết trước các tham số cụ thể của lòng sông hình thành ư chỉ cần

đánh giá đúng xu thế phát triển của các biến dạng lòng sông và những kích thước tới hạn của lòng sông Tuy nhiên, điều này không có nghĩa rằng đối với phương pháp tăng cường quá trình lòng sông không cần một căn cứ lý thuyết

p dụng nó cần phải biết những chi tiết tương tác dòng và lòng sông để làm sao hướng quá trình lòng sông về phía cần thiết Thí dụ, N I Makkaveev [68] đưa ra những luận điểm chung sau đây cần phải tính đến khi vạch ra các tuyến trên các sông có chạy tầu: nghiên cứu địa hình lòng sông, triền sông và

bờ đá gốc, chế độ tái hình thành lòng sông tại khúc sông đang xét, sự phân bố các vùng tăng và giảm dòng chảy ứng với lượng tiêu nước chấp nhận theo chiều rộng và chiều dài lòng sông, những đặc điểm xuất hiện các dòng chảy hoàn lưu cục bộ trong dòng, những nguồn nhập trầm tích vào lòng sông, những tuyến

đường di chuyển của các tích tụ trầm tích, đặc điểm đất bờ và

đáy Trong từng trường hợp cụ thể phải tính đến những điều kiện đặc thù của quá trình lòng sông N I Makkaveev và các cộng sự của ông [66] đã xem xét một số lượng lớn các tổ hợp điển hình của quá trình lòng sông và những nhân tố quyết định quá trình lòng sông và đưa ra những tổ hợp khuyến cáo về các công trình chỉnh trị

Những nguyên tắc chung phải quán triệt trong khi áp dụng phương pháp tăng cường quá trình lòng sông là: tạo ra các điều kiện để di chuyển vùng biến dạng theo hướng không mong muốn đến một nơi khác của lòng sông và kích thích những biến dạng ngược dấu Thí dụ, khi xói lở mạnh bờ cong lõm vào có thể

đổ rải dọc bờ các khối tứ diện để tăng độ gồ ghề và kích thích sự

tích tụ trầm tích; bằng các hệ thống công trình nắn tia nước tạo

ra hoàn lưu ngang với dấu đối ngược và đồng thời kích thích sự

tích tụ trầm tích; nắn thẳng đoạn bờ cong và di chuyển các quá

trình xói lở đến chỗ khoét nắn thẳng; thực hiện rửa thủy lực

nhân tạo ở chỗ bờ lõm vào; thực hiện cắt xén bờ nhô ra; tạo ra

vùng tích tụ ở bờ lõm vào bằng hệ thống bun v.v Sự đa dạng

các biện pháp điều tiết lòng sông cho phép người ta chọn lấy

phương án hệ thống công trình hiệu quả và rẻ nhất trong từng

trường hợp cụ thể Trong khi tăng cường quá trình lòng sông có

thể kích thích sự hình thành lại toàn bộ phức hệ các thành tạo

lòng sông nhiều cấp bậc sao cho hình dáng của lòng sông ở các

cấp khác nhau biến đổi hài hòa Tuy nhiên, ở đây cũng phải lưu

ý đến tốc độ biến dạng, đôi khi cả dấu, khác nhau của các thành

tạo ở các cấp bậc cấu trúc Người ta thường hay áp dụng nhất là

các biện pháp nắn lòng sông có kết hợp làm yếu quá trình lòng

sông ở một số cấp bậc hình thái động lực địa hình lòng sông với

tăng cường nó ở các cấp bậc khác Thí dụ, N C Leliavski đã đề

xuất

gây thiệt hại lớn Vì vậy, việc tăng cường quá

những điều kiện

phương pháp nắn lòng sông bằng cách gia cố các bờ bị rửa

xói tại những nơi uốn cong Trong đó quá trình lòng sông được

cường hóa ở cấp bậc các thành tạo đáy, tăng lưu lượng trầm tích

tại các khúc nắn thẳng và tăng độ sâu lòng sông áp dụng biện

pháp này làm giảm đáng kể khối lượng nạo vét khai thác để duy

trì độ sâu thông tầu và giữ cho các công trình xây dựng dọc bờ

khỏi bị rửa xói [15]

Cũng cần phải tính đến sự tăng cường biến dạng lòng sông

với dấu ngược lại nhất thiết sẽ kéo theo ở trên các đoạn sông

liên hợp khác, dự tính ảnh hưởng của những biến dạng ấy tới

những công trình kinh tế Trong một số trường hợp, khi sự

cường hóa quá trình lòng sông sẽ dẫn tới những biến dạng dư,

chúng ta phải dùng tới phương pháp ổn định bồi hoàn tiếp theo

đối với địa hình lòng sông Thí dụ, trên các sông của Tây Âu, nơi

đã tiến hành nắn lòng sông một cách đại trà bằng cách làm hẹp cả hai phía bằng các đập tràn, người ta đã phải gia cố đáy sông bằng vệt đá rải [14] Trong những trường hợp ấy các phương pháp tăng cường và làm yếu quá trình lòng sông thực tế là chuyển từ phương pháp này sang phương pháp kia

Trong khi điều tiết sự vận hành của hệ thống dòng ư lòng sông bằng phương pháp tăng cường quá trình lòng sông, có thể

sử dụng tối đa cách quản lý tối ưu hệ thống, tức là áp dụng nhằm mục đích nắn năng lượng riêng có của hệ thống và khả năng thay đổi tương đối nhỏ các tính chất tự nhiên Tuy nhiên,

do nhiều bộ phận của lý thuyết quá trình lòng sông chưa được nghiên cứu đầy đủ, sẽ dẫn tới chỗ là xây dựng các công trình chỉnh trị, đặc biệt trên các sông lớn với chế độ lòng sông phức tạp, luôn gắn liền với một sự mạo hiểm lớn ư thay vì tạo ra những thay đổi lòng sông theo thiết kế, có thể xuất hiện những thay đổi khôn lường

trình lòng sông trên các sông vừa được tiến hành thận trọng, gồm một số giai đoạn, có được hiệu quả cần thiết nhất quán và chỉnh sửa các sai lầm nảy sinh Còn trên các sông lớn chủ yếu áp dụng giải pháp đơn giản và an toàn nhất ư nạo vét khai thác và từng bước, kèm theo một vài yếu tố chỉnh trị

5.3 Tạo lập các lòng sông nhân tạo

Khi trong lòng sông tự nhiên các biến đổi lòng sông diễn ra mạnh mẽ thì việc điều tiết chúng bằng những phương tiện kĩ thuật là không hợp lý vì đòi hỏi chi phí cơ bản, chi phí khai thác cao và dẫn tới biến dạng hoàn toàn lòng sông Trong

đó thì việc tạo ra một lòng sông nhân tạo (kênh) bên cạnh lòng sông tự nhiên và được cấp nước từ nó là tối ưu Giải pháp

tương tự được chấp nhận trong trường hợp không có một dòng

nước tự nhiên thích hợp để tưới, vận tải, cấp nước ở địa phương

Trong một con kênh như vậy có thể tạo ra chế độ thủy văn và

lòng sông thuận lợi cho các nhu cầu kinh tế Khi thiết kế các con

kênh với lòng mài mòn phải giải quyết hai vấn đề liên quan lẫn

nhau: lựa chọn các kích thước kênh đủ để cho qua lượng nước

cần thiết và (hoặc) các tầu với trọng tải định trước, và đảm bảo

độ di dịch nhỏ của các con kênh Cả hai vấn đề đã được giải

quyết và hiện nay đang giải quyết bằng chọn lựa độ rộng và độ

sâu kênh “ổn định” tương ứng với lưu lượng nước định trước và

đảm bảo trong kênh một vận tốc dòng “không làm lắng bùn” Cơ

sở lý luận của điều này là nguyên lý về tính có hạn các tổ hợp

hình thái và phương pháp liên hệ thủy lực ư hình thái trắc đạc

đã được xây dựng ở Liên Xô trên cơ sở nguyên lý này và lý

thuyết về chế độ trong sách báo Anh ư Mỹ Tuy nhiên, do sự đa

dạng của các nhân tố tự nhiên quyết định các điều kiện ban đầu

trình mô tả quá trình lòng sông

i và bảo

phức tạp đã được

áp

và điều kiện biên của những phương

, để dự tính các tham số ổn định của lòng sông nhân tạo

thường thiếu thông tin và các tham số đó được tính không đúng

Sự ảnh hưởng của nhiều nhân tố quan trọng hình thành lòng

sông, thí dụ chế độ thủy văn, chưa được nghiên cứu đầy đủ

Một con đường tối ưu hơn nhiều, đó là tạo ra trong các kênh

lớn một chế độ lòng sông thuận lợi để khai thác chúng, làm sao

đảm bảo được sự ổn định của hình dạng lòng sông, ổn định cục

bộ các yếu tố thành tạo cấp vừa (ở những nơi lấy nước và có

công trình) và di chuyển tích cực mạnh nhất các thành tạo đáy,

các trầm tích di đáy và trầm tích lơ lửng Khi có vận tải hàng

giang, cần phải duy trì lưu lượng tầu Phức tạp nhất là việc giải

quyết bài toán thứ nhất, vì ở đây việc làm yếu quá trình lòng

sông phải được hoạch định trước Nên tạo ra một lòng kênh uốn

khúc thoải có gia cố cục bộ các bờ lõm vào ở chỗ uốn khúc bằng

các công trình thủy công có yếu tố gia tăng độ gồ ghề Đồng thời lòng kênh uốn khúc sẽ đảm bảo một chế độ tái thiết các thành tạo cấp vừa và làm tăng sự di chuyển các thành tạo đáy Nếu lượng trầm tích nhập vào kênh vẫn vượt trội khả năng vận chuyển của dòng nước thì hoặc là phải làm cho chế độ thủy văn năng động hơn ư tạo thêm các kênh thông, hoặc là thúc đẩy các quá trình tích tụ trầm tích trong các bể lắng

Như vậy, công cụ chính để điều tiết sự vận hành của hệ thống dòng ư lòng sông là làm tăng các quá trình tương tác giữa dòng và lòng sông ở đây xuất hiện khả năng sử dụng năng lượng của dòng nước trong lòng sông (trong trường hợp đánh giá

được đúng xu thế tự nhiên của các quá trình tái thiết lòng sông)

để tạo ra một chế độ biến dạng lòng sông có lợi cho con ngườ tồn được lòng sông như là một đối tượng tự nhiên với các

điều kiện cảnh quan ư sinh thái đặc hữu của nó Các phương pháp điều tiết lòng sông khác ư làm yếu quá trình lòng sông và tạo ra các lòng sông nhân tạo, thì phải sử dụng như là các phương pháp bổ sung trong trường hợp bằng phương pháp chính không thể đạt được hiệu quả cần thiết

5.4 Các vấn đề điều tiết lòng sông ở hạ lưu sông Terek bằng phương pháp tăng cường quá trình lòng sông

Việc làm tăng các quá trình lòng sông bằng cách tác động tới hình dạng lòng sông, biến đổi cả hình dáng hoạch định của lòng sông lẫn hình dáng của trắc diện dọc là hiệu quả nhất Trong trường hợp này địa hình lòng sông ở các cấp bậc tổ chức thấp hơn sẽ được biến đổi một cách hài hòa Thí dụ, phương pháp tăng cường quá trình lòng sông như vậy ở các sông có độ tái thiết lòng mạnh và cấu trúc địa hình lòng

dụng ở vùng hạ lưu sông Terek Về trung bình, Terek vận

chuyển 17,1 triệu tấn trầm tích ứng với lưu lượng nước năm

8,54 km3

Trong 500 năm gần đây, trong phạm vi đồng bằng

châu thổ sông Terek đã 7 lần thay đổi vị trí của hệ thống nhánh

chính Chu trình phát triển của mỗi hệ thống bao gồm sự phá

dòng theo một hướng mới về phần thấp của đồng bằng châu thổ

(thường là do được kích thích bằng công trình xẻ mương ban

đầu), thời kỳ tạo đầm lau sậy, sự hình thành các bờm trầm tích

phụ nổi cao lên trên khu vực bằng trầm tích sông, trong phạm

vi bờm đó lòng sông được hình thành Chu trình phát triển cuối

cùng của nhánh chính đã bắt đầu vào năm 1914 bằng đợt phá

dòng Kargalin, chính theo đó mà người ta gọi tên nhánh chính

Lòng của sông phá Kargalin đã trải qua tất cả các thời kỳ phát

triển của nó: thời kỳ hình thành đầm lau sậy (năm 1914ư1939),

i 77) [5]

hành nắn thẳng những chỗ cong dốc đứng của lòng sông Tron

thời kỳ lòng sông nhiều nhánh ổn định (năm 1940ư1962), thờ

kỳ lòng sông một nhánh nâng cao (năm 1963ư19

Sự tăng liên tục cao trình đáy lòng sông trong khi tích tụ

trầm tích đã dẫn tới giảm khả năng tiêu thoát nước của lòng

sông Thí dụ, năm 1967 khả năng tiêu nước của lòng sông Terek

ở phía dưới nút sông Kargalin (đỉnh điểm của nhánh chính)

bằng 1350 m3

/s, ở trạm Kytan-Aul (cách nút sông 34,5 km về phía dưới) ư 1240 m3/s, ở trạm Alikazgan (cách 84,3 km) ư 400

m3

/s Lưu lượng nước cực đại trong thời gian lũ vượt trên 1600

m3

/s, tại các đoạn dưới của sông, trong phạm vi đồng bằng châu

thổ, từ lòng sông xuất ra hơn 3,5 km3

nước Đã làm ngập các

điểm dân cư, các cánh đồng canh tác tạm thời, khu vực nông

nghiệp, phá hủy đê đập của các hồ nuôi cá Trong các năm

1954ư1977 tổn thất do ngập lụt ước tính bằng 49,1 triệu rúp

[62]

Biện pháp truyền thống đấu tranh với lũ ở hạ lưu sông

Terek ư xây dựng các đê bao ngăn lũ Hiện nay, đê bao ở bờ phải

sông kéo dài đến kilômét thứ 80 kể từ nút Kargalin, ở bờ trái ư

đến kilômét thứ 100 (bán đảo Agrakhan) Trên đoạn 0ư40 km các đê đảm bảo cho qua 2000 m3/s, trên đoạn 40ư83 km ư 1000ư1800 m3

/s Tuy nhiên, việc làm đê bao không khắc phục

được nguyên nhân chính của các đợt lũ ư sự tích tụ trầm tích và rửa xói bờ Hơn nữa, sự hạn chế vùng phân chia nước dẫn tới làm tăng tốc độ tăng trưởng của triền sông trong không gian giữa các đê bao và làm giảm tiết diện ướt của lòng sông

Từ giữa những năm sáu mươi, ở hạ lưu sông Terek người ta bắt đầu áp dụng các phương pháp làm tăng các quá trình lòng sông Tại các bờ lõm bị rửa xói của các đoạn cong dốc đứng của lòng sông mà sự di chuyển của chúng có thể dẫn tới phá hoại đê

và tràn nước vào những nơi trũng của địa phương, người ta thiết kế mái bao từ những yếu tố có độ gồ ghề cỡ lớn ư các khối

bê tông tứ diện Các khối này được bố trí rải rác thành những dải dài bằng 2ư3 chiều rộng của lòng sông và tại các đoạn bị xói rửa mạnh nhất Phần lớn trường hợp mái bao bằng các khối tứ diện tăng cường sự tích tụ trầm tích tại chỗ và dẫn tới hình thành các thành tạo lòng sông ở bờ lõm của các đoạn sông cong giữ cho bờ khỏi bị xói trôi Để làm giảm mức nước lũ, người ta tiến

g điều kiện vùng hạ lưu sông Terek, các rãnh xuyên hẹp thẳng trên nền trầm tích có thảm cây bụi dày đặc khá ổn định, dần dần bị xói mòn đến độ rộng của lòng sông chính Hiện nay người ta đã thiết kế 11 đoạn sông nắn thẳng như thế, toàn bộ hoặc phần lớn lưu lượng nước và trầm tích chảy qua 10, chỉ có 1

bị vùi lấp bởi trầm tích Chiều dài lòng sông đã giảm đi 4 km, mực nước cực đại đã giảm 0,1 m ở trạm Kytan-Aul, 0,7 m ở nút Kargalin Do tăng vận tốc trong các rãnh nắn thẳng mà kích thước của các thành tạo địa hình cỡ vừa hình thành ở đó đã giảm Chúng nhanh chóng di chuyển về phía dưới theo dòng, khác hẳn với các dạng địa hình cỡ vừa ở trong lòng sông chính

của Terek thực tế rất ổn định Trong thời gian lũ, kích thước

của các dạng địa hình vi mô ở đây lớn hơn đáng kể so với ở trong

lòng sông chính Trong các kênh thẳng hẹp (chiều rộng 30ư50

m) với độ sâu 6ư8 m và vận tốc chảy tới 3,0 m/s đang hình

thành nhanh các gò, đụn Cường độ biến đổi của tổ hợp các

thành tạo lòng sông nhiều cấp trong các đoạn nắn thẳng lớn

hơn đáng kể so với ở trong lòng sông chính, điều này thúc đẩy

sự suy thoái của lòng sông chính Trong lòng sông Terek còn lại

5 đoạn cong chưa được nắn thẳng với hệ số hình dạng

6 ,

1

4

,

1

/ λ =

S Nếu nắn thẳng chúng có thể làm giảm chiều

dài sông tới 4,0 km Các tính toán tiến hành theo mô hình trắc

diện dọc thiết kế [4, 86] cho thấy rằng điều này sẽ dẫn tới tiếp

tục tăng cường quá trình lòng sông, giảm cao độ đáy và mực

nước cực đại tới 1,0ư1,2 m tại đỉnh đoạn sông

ở phần dưới lòng sông Terek đoạn nắn thẳng lớn nhất là

kênh thoát qua bán đảo Agrakhan Nhờ kênh này mà cửa sông

Terek dịch chuyển từ vùng nước nông Bắc Kaspi tới đới nước

sâu Bắc Kaspi ý tưởng xây dựng rãnh thoát như vậy là của B

A Shumakov, năm 1929 ông đã trải qua một chuyến khảo sát

qua vùng ngập lũ vỡ đê Kargalin, đưa ra lý giải khoa học sâu

sắc về các quá trình hình thành lòng sông và tam giác châu

sông Terek trong những điều kiện mới, đồng thời lập dự báo sự

lắng bùn của vịnh Agrakhan và khả năng hiểm họa phá dòng

mới của sông Terek vào phần thấp của đồng bằng châu thổ

[100]

Nhờ kết quả thiết kế rãnh thoát, chiều dài sông Terek đã

giảm 25 km (đoạn lòng sông phía bắc kéo dài 30 km đã được

thay thế bằng kênh dài 5 km) Mực nước ở đầu rãnh thoát đã

giảm 3 m Tại đoạn dưới của lòng sông đã hình thành đường

cong giảm mặt nước tự do với độ dốc trong rãnh 8 ⋅ 10ư4 Bắt đầu

quá trình xâm thực mạnh ở đáy và các bờ rãnh thoát và lòng

sông Ngay sau 1 tháng đới tăng độ dốc mặt nước tự do và xâm

òng đã lan lên tới 20 km về phía trên sông, sau 13 tháng sau khi mở rãnh thoát ư tới 45 km Vùng xói mòn cực đại, tương ứng với vùng tăng cực đại độ dốc mặt nước, sau 1 năm khi

mở rãnh thoát đã phân bố ở 10 km cách cửa sông (xói lở ở đây bằng 2,1 m), sau 2 năm ư 15 km cách cửa (2,3 m), sau 6 năm ư

20 km cách cửa (1 m), sau 10 năm ư 26 km

thực sâu của l

cách cửa (0,4 m)

vỡ các đê bao và ngập lụt ở địa phương

Tổng cộng trong lòng sông Terek trong năm 1973 và từ năm

1977 đến năm 1987 đã xói trôi 4,54 triệu m3

trầm tích, trong đó 3,94 triệu m3

mang ra biển, phần còn lại tái lắng đọng trong lòng sông [62]

Sự cường hóa quá trình lòng sông trên tất cả các cấp bậc cấu trúc khi thiết kế nắn dòng qua bán đảo Agrakhan đã làm giảm mạnh nguy cơ lũ lụt ở hạ lưu sông Vào các năm 1978ư1989, ở hạ lưu sông Terek đã diễn ra những đợt lũ với lưu lượng nước cực đại đến 900 m3

/s Mực nước biển Kaspi trong thời kỳ đó nâng cao 1,3 m, nhưng trong những năm đó không xảy ra

Tuy nhiên, việc cường hóa quy mô lớn quá trình lòng sông, thay đổi căn bản hình dạng lòng sông ở vùng cửa sông có ảnh hưởng tiêu cực tới tình trạng sinh thái trong khu vực Việc dẫn lưu sông Terek vào Bắc Kaspi đã dẫn tới làm khô hạn phần phía bắc vịnh Agrakhan Từ giữa những năm bốn mươi, ở đây

đã hình thành châu thổ phân chia của sông Terek và đến năm

1977 vịnh thực tế đã bị lấp hoàn toàn bởi bởi trầm tích sông Lòng sông Terek đã bị lẩn khuất trong thảm lau sậy với độ sâu nước 5ư30 cm; dòng nước tập trung chỉ thấy ở luồng kênh đào làm lối di chuyển cho cá qua các cửa Chakan dẫn đến biển Trong vịnh lắng đọng các trầm tích thuộc mọi tướng nhập từ sông Tuy nhiên, quá trình suy thoái tự nhiên của vịnh diễn ra chậm, còn sau khi kết thúc chu trình phát triển Kargalin cần

phải hình thành một vùng đầm lau sậy Trong các điều kiện

chuyển dòng sông Terek sang lòng sông mới theo kiểu công

nghệ thì sự suy thoái vịnh đã diễn ra nhanh một cách tai họa

Mùa

ược nối với sông

ng nhỏ của cao độ

đáy có độ bất ổn định ban đầu trong dải bước sóng rộng Trong tiến trình phát triển của các nhiễu động nhỏ sẽ hình thành các thành tạo lòng sông dạng gợn sóng hẹp với các tham số hình thái ổn định động lực

Tổ hợp ổn định động lực các thành tạo lòng sông có các tính chất liên tục Nó được tạo thành nhờ kết quả tác động của những định luật động lực học thống nhất đối với tất cả các thành tạo lòng sông Sự liên tục của các thành tạo lòng sông

được đặc trưng bởi phổ biên độ hai chiều liên tục Đồng thời, sự liên tục này có các tính chất gián đoạn Trong nó một cách khách quan có thể nhận ra một số thành tạo có thể liên kết lại thành những tổ hợp cấu tạo nhiều tầng ư các nhân cấu trúc và các bậc cấu trúc: những gợn sóng nhỏ nhất; những gợn sóng nhỏ

và trung bình; những gợn sóng lớn hơn; những gợn sóng lớn hất Sở dĩ chúng liên tục là do có sự ảnh hưởng qua lại giữa các thành tạo riêng biệt và các tổ hợp của chúng thông qua sự tương tác của chúng với dòng nước lòng sông Đồng thời các tính chất gián đoạn và tổ chức cấu trúc nhiều tầng dẫn đến sự xuất hiện nhữ

đông năm 1973 cá bị chết dưới băng dầy Không còn nơi

quen thuộc cho chim làm tổ, chỗ sống cho muông thú Vùng

nước nông ấm làm nơi kiếm ăn của con non các loài cá măng

quý biến mất Chúng bắt đầu bị dồn về phía vùng trung tâm

Kaspi với độ muối tới 13 %o; có ý kiến cho rằng điều đó sẽ dẫn

tới tiêu diệt chúng Hiện nay vùng nước phần phía bắc vịnh

Kagrakhan được bổ sung đầy nước xâm nhập từ Kaspi trong

thời kỳ mực nước biển này dâng lên Vịnh đ

Terek bằng kênh nhân tạo Kybiakin Điều này đã tạm thời làm

giảm căng thẳng các vấn đề sinh thái liên quan tới việc cường

hóa các quá trình lòng sông ở hạ lưu sông Terek Tuy nhiên, sau

khi lắng bùn cạn kênh Kybiakin và hạ thấp mực nước biển thì

những vấn đề đó lại xuất hiện Thí dụ về sông Terek cho thấy

rằng tính tối ưu của những dự án quy mô lớn cường hóa các quá

trình lòng sông đang giảm đáng kể do chúng tác động tới một

tập hợp lớn các quá trình địa sinh thái

Kết luận

Sự phân tích cấu trúc địa hình lòng sông làm rõ tính hai mặt trong các tính chất của hệ thống dòng ư lòng sông và quá trình lòng sông diễn ra trong nó

1 Trong sự tương tác giữa dòng và lòng sông ở những điều kiện thủy lực không đổi thì những thăng giá

2

n

ng quy luật phát triển khác nhau của các thành tạo lòng

sông trên các cấp bậc cấu trúc, thí dụ, các kiểu liên hệ khác

nhau của hình thái các thành tạo lòng sông với các nhân tố

quyế

á trình tương tác dòng và lòng sông , tính

đa n

ụ thể các nhân tố thủy lực sẽ hình thành nên cấu

trúc

đối

ồn dòng sông như một đối tượng tự nhiên Song làm tăng quá

t định

3 Cấu trúc địa hình lòng sông bị quy định bởi các đặc trưng

thủy lực của dòng và hình thái ban đầu của lòng sông Điều này

cho phép nói về tính có hạn của các tập hợp hình thái học tự

nhiên và tính đơn trị của tổ chức địa hình lòng sông Tuy nhiên,

sự phức tạp của các qu

hân tố hình thành lòng sông dẫn tới sự gia tăng vượt trội số

nhân tố tự nhiên mà chúng ta phải hiểu biết để làm giảm số bậc

tự do của hệ thống dòng ư lòng sông Điều này gây nên sự

không chuẩn xác trong phép phân tích lòng sông, sự không xác

định trong việc xác định cấu trúc địa hình lòng sông trong điều

kiện nghiên cứu chưa đầy đủ các nhân tố hình thành lòng sông

Mức độ không xác định tăng lên do đặc điểm không ổn định của

sự tương tác dòng và lòng sông, cũng như bản chất xác suất của

các mối liên hệ giữa hình thái địa hình lòng sông và các đặc

trưng thủy lực của dòng, điều đó làm cho chúng ta phải có

những tiếp cận thống kê trong nghiên cứu quá trình lòng sông

4 Những phức tạp khó khắc phục trong việc xác lập những

mối liên hệ thủy lực trong hệ thống dòng ư lòng sông lại được bù

trừ bằng độ ổn định cao của các đặc trưng hình thái động lực

của địa hình lòng của thung lũng sông, cảnh quan của lưu vực

sông, chế độ thủy văn sông và lưu lượng trầm tích, các nhân tố

địa chất ư địa mạo của quá trình lòng sông Dưới ảnh hưởng của

một tổ hợp c

nhiều tầng của địa hình lòng sông Các nhân tố cảnh quan

ư khí hậu dẫn tới sự ổn định của các thành tạo lòng sông ở một

bậc cấu trúc nào đó Tổng tác động của hai nhóm nhân tố này

quyết định kiểu hình thái lòng sông và cấu trúc nhiều tầng hình

thái động lực của nó: thành tạo siêu lớn ư thành tạo lớn ư thành

tạo vừa ư thành tạo nhỏ ư thành tạo siêu nhỏ, hay hình dạng phức tạp của lòng sông ư dạng lòng sông ư dạng thứ sinh của lòng sông ư các gợn sóng lớn ư các gợn sóng vừa ư các gợn sóng nhỏ

5 Tính phân đới địa lý phương ngang của các nhân tố hình thành lòng sông tạo nên sự chung nhất khu vực của các dạng biểu hiện của các quy luật hình thành cấu trúc địa hình lòng sông và hình thái động lực học của nó Trên những không gian lớn của các sông hình thành nên các lòng sông cùng những kiểu hình thái động lực như nhau Đó là do những tính chất hội tụ của địa hình lòng sông, do các tham số hình thái trắc đạc tương của các thành tạo lòng sông bậc cấu trúc khác nhau (nhất là của các nhân cấu trúc) ít khác nhau Nhưng trong khi đó thì lại

có vô số những tổ hợp tác động có thể có từ các nhân tố thủy lực

và địa lý tới lòng sông, lịch sử phát triển địa hình các thung lũng sông rất muôn màu muôn vẻ Điều này tạo ra sự phong phú của các kiểu hình thái động lực lòng sông và gây nên những khó khăn khi đưa ra sự phân loại tổng hợp về các lòng sông

6 Sự đa dạng hình thái động lực các lòng sông và hoạt

động kinh tế muôn vẻ của con người trên các thung lũng sông tạo nên sự cần thiết điều tiết chế độ tái thiết lòng sông để đảm bảo sự ổn định của các công trình kĩ thuật trong sông Làm tăng quá trình lòng sông, sử dụng tiến trình tự nhiên của quá trình lòng sông để tạo ra hình thái lòng sông ổn định cần thiết là tối

ưu xét cả từ quan điểm cắt giảm chi phí xây dựng công trình lẫn bảo t

trình lòng sông trong các sông ở quy mô lớn cũng dẫn tới những biến đổi địa sinh thái đáng kể trên các đơn vị cảnh quan liên quan với sông, và vì vậy, đòi hỏi một sự thẩm định địa lý và sinh thái thận trọng

Phô lôc

2 1 3

2 1 2

1

1 9

2 1 8 7

2 1 6

2 1 5

4

( ) ( 15 +B16k12+B17yk12) (i/k1)

2 1 14

2 13 12

2 1 11

10

3

B

yk B k B y B k 1 B

B

+

+ +

+ +

+

=

;

( )

1 26

2 1 25 24

23

2 1 22

2 1 21 20

2 1 19

18

4

k i yk B k B y

B

B

yk B k B y B k 1 B

B

A

/

/ + +

+

+

+ +

+ +

+

=

;

( )

1 35

2 1 34 33

32

2 1 31

2 1 30 29

2 1 28

27

5

k i yk B k B y

B

B

yk B k B y B k 1 B

B

A

/

/ + +

+

+

+ +

+ +

+

=

; 0

1

B1= , ; B2=β1H(H+M) ; B3=β1H(H+S) ;

( 1)U ( 1) (U M H)

B4 = α1−α2− 1− α− 1 / ;

H U M

H

U

B5=β1 1 −α2β1 1 + + β2 1 + ;

( 1)U HM U H(H 2S) 2 U H(H S)

B6 =β1 α− 1 −α1β1 1 + − β2 1 + ;

1 1

B =−δ − ;

(H M)

H

U

B8= β1δ 1 + ; B9 =2β1fU1H(H+S) ;

B10= α− α2 − 12 / + α1+α2+α1α2 12 − + ;

2

1

B =− δ ; B12 =g(H+S) ;

(H S)

H U 2

M H U M

H

U

2

B13= β2 12 +α2β1 12 + α2β2 12 + ;

2 S H U

B14=α1β1 12 − α− β2 12 + α1β2 12 + −β3 12 +

Tµi liÖu tham kh¶o

1 Алабян А М., Сидорчук А Ю Метод расчета переформирований разветвленного русла при изменении гидрологического Метеорология и гидрология

1987 № 10 С 82−89

2 Алексеевский Н И Характеристики руслового рельефа и их связь со структурой речной сети Вестник ун-та Сер геогр № 3 С 41−47

3 Алексеевский Н И., Горбатенко А В

Физикогеографические аспекты транспорта наносов на равнинных реках Вестник Моск ун-та Сер

геогр 1989 № 4 С 61−

4 Алексеевский Н И., Михайлов В Н., Сидорчук А Ю

Гидролого-морфологическое обоснование оптимального регулирования русла в низовьях р Терек Вестник Моск

ун-та Сер геогр 1985 № 4 С 99−105

5 Алексеевский Н И., Михайлов В Н., Сидорчук А Ю

Процессы дельтообразоиания в устьевой области Терека

Водные ресурсы 1987 № 5 С 123−128

Андреев О В., Ярославцев И А Моделирование русловых деформаций (основные положения) Русловые процессы

М 1958 С 162-172

., Попов И В Динамика русловых потоков

режима

Моск 1987

влекомых

68

6

7 Барышников Н Б