Nguyên tắc khai thác cát là phải đảm bảo khai thác bền vững, lâu dài. Có nhiều yếu tố tác động đến việc đảm bảo khai thác cát bền vững, đó là tác động của các điều kiện tự nhiên và con người. Mặt khác cả hai tác động này lại thay đổi theo không gian và thời gian, cần phải dự báo được sự thay đổi này phục vụ cho quy hoạch. Để thực hiện được nguyên tắc này, cần phải đề ra các tiêu chí phù hợp, kiểm soát được trong quá trình thực hiện. Xét trên phương diện về ổn định lòng dẫn, không gây ra xói lở, không hủy hoại môi trường, các tiêu chí cần đảm bảo thể hiện trong Hình 1.
Trang 2MỤC LỤC
1 KHAI THÁC CÁT BỀN VỮNG 2
1.1 Nguyên tắc và các tiêu chí đảm bảo khai thác cát bền vững 2
1.1.1 Tiêu chí về khối lượng khai thác nhỏ hơn lượng bùn cát bồi lắng 2
1.1.2 Tiêu chí không gây xói lở khu vực khai thác cát 4
1.1.3 Tiêu chí về hình thái lòng sông ổn định lâu dài 6
1.1.4 Tiêu chí không hủy hoại môi trường 10
2 KỊCH BẢN KHAI THÁC CÁT BỀN VỮNG CHO TOÀN TUYẾN SÔNG TIỀN, SÔNG HẬU 10
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Sơ đồ các tiêu chí đảm bảo quy hoạch khai thác cát bền vững 2
Hình 2 Bản đồ phân đoạn tính toán trữ lượng cát trên sông Tiền, sông Hậu 3
Hình 3 Tính toán khoảng cách an toàn Lmin và chiều cao đống cát đổ trên bờ hmax tại phường Tân Lộc - Quận Thốt Nốt, Tp Cần Thơ 5
Hình 4 Quan hệ chiều rộng và chiều sâu ổn định trên mặt cắt ngang sông Cửu Long [4] 8
Hình 5 Khoảng lùi, đường giới hạn (redline) và độ sâu cho phép khai thác cát trong lòng dẫn – Nguồn: RSMMG – Malaysia [1] 9
DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Phân bố cân bằng bùn cát (tải lượng vào - tải lượng ra) trên các đoạn sông dọc sông Tiền, sông Hậu theo các kịch bản tính toán (đơn vị: triệu m3) 4
Bảng 2 Tính toán các giới hạn về khoảng cách và chiều cao (đắp) khai thác cát an toàn 5
Trang 31 KHAI THÁC CÁT BỀN VỮNG
1.1 Nguyên tắc và các tiêu chí đảm bảo khai thác cát bền vững
Nguyên tắc khai thác cát là phải đảm bảo khai thác bền vững, lâu dài Có nhiều yếu
tố tác động đến việc đảm bảo khai thác cát bền vững, đó là tác động của các điều kiện tự nhiên và con người Mặt khác cả hai tác động này lại thay đổi theo không gian và thời gian, cần phải dự báo được sự thay đổi này phục vụ cho quy hoạch Để thực hiện được nguyên tắc này, cần phải đề ra các tiêu chí phù hợp, kiểm soát được trong quá trình thực hiện Xét trên phương diện về ổn định lòng dẫn, không gây ra xói lở, không hủy hoại môi trường, các tiêu chí cần đảm bảo thể hiện trong Hình 1
Hình 1 Sơ đồ các tiêu chí đảm bảo quy hoạch khai thác cát bền vững
Để đạt được tiêu chí này, cần tính toán lượng bùn cát đến và đi ra khỏi một đoạn sông cần quy hoạch khai thác cát (có thể bằng mô hình toán hay các công thức kinh nghiệm) Nếu tổng lượng bùn cát lớn hơn bùn cát đi tại hai đầu đoạn sông, thì đoạn sông đó được bồi lắng, Để đảm bảo yếu tố bền vững, cần khai thác ít hơn lượng bùn cát lưu lại đoạn sông tính toán Trong hướng dẫn khai thác cát ở các sông suối của
Malaysia cũng sử dụng tiêu chí này [1], đó là “khối lượng cho phép khai thác hàng năm phải nhỏ hơn khối lượng cát bổ cập đo đạc được trên sông”.
Kết quả tính toán lượng bùn cát đến các đoạn sông Tiền, sông Hậu và đặc biệt tại các trọng điểm Tân Châu – Hồng Ngự, Long Xuyên, Mỹ Thuận – Vĩnh Long và khu vực Thốt Nốt trên sông Hậu đã được đề tài tính toán từ thượng nguồn về theo các kịch bản khác nhau
Vị trí các đoạn sông được phân chia để xem xét khối lượng bùn cát đến từ thượng nguồn trình bày trên Hình 2 Kết quả tính toán trên các đoạn sông dọc sông Tiền,
Khối lượng khai thác nhỏ hơn lượng bùn cát bồi lắng
Hình thái lòng sông ổn định lâu dài
Không gây sạt lở bờ khu vực khai thác
Không huỷ hoại môi trường cho khu vực và vùng lân
cận
KHAI THÁC CÁT BỀN VỮNG
Trang 4sông Hậu theo các kịch bản tính toán thể hiện trên Bảng 1 Trong kịch bản hiện trạng, tổng lượng bùn cát bồi lắng trên cả hai sông trung bình trong 3 năm
2009-2011 là khoảng 28 triệu m3, trong đó tổng lượng bùn cát bồi lắng trên sông Tiền là khoảng 17 triệu m3, trên sông Hậu là khoảng 11 triệu m3
Theo kết quả tính toán bằng mô hình SWAT, lượng bùn cát trung bình năm từ thượng nguồn về Kratie trung bình trong giai đoạn 2009-2011 trong các kịch bản nền, KB1, KB2, KB3 lần lượt là 125, 77.5, 35.2 và 24.6 triệu m3 Như vậy, lượng bùn cát về tại Kratie trong các kịch bản KB1, KB2, và KB3 lần lượt giảm so với kịch bản nền (hiện trạng) là 38%, 72%, và 80% Sự suy giảm tải lượng bùn cát này chắc chắn ảnh hưởng sâu sắc đến phân bố bùn cát và biến đổi hình thái phía hạ lưu,
cụ thể lòng dẫn ngay sau Kratie (chẳng hạn từ Kratie đến Phnom Penh) sẽ bị xói để
bù đắp lượng bùn cát thiếu hụt trong những năm đầu Theo thời gian, quá trình xói
lở sẽ lan dần về phía hạ lưu trên các sông Tiền và sông Hậu
Kết quả tính toán trình bày trongBảng 1 cho thấy, tổng lượng bùn cát bồi lắng trên sông Tiền và sông Hậu trong các kịch bản KB1, KB2, và KB3 lần lượt là 20.39, 14.96, 10.23 triệu m3, mức giảm tương ứng là khoảng 27%, 47%, và 64% Mức giảm này so với mức giảm của tải lượng bùn cát về tại Kratie là nhỏ hơn nhiều Lý
do là một phần bùn cát được bù đắp từ lòng dẫn phía thượng lưu trong quá trình vận chuyển
Hình 2 Bản đồ phân đoạn tính toán trữ lượng cát trên sông Tiền, sông Hậu
Trang 5Bảng 1 Phân bố cân bằng bùn cát (tải lượng vào - tải lượng ra) trên các đoạn sông
dọc sông Tiền, sông Hậu theo các kịch bản tính toán (đơn vị: triệu m 3 )
Nguyên tắc là khai thác cát không được ảnh hưởng đến sạt lở bờ sông, do đó ở mỗi đoạn sông có điều kiện địa hình và địa chất khác nhau sẽ có một khoảng cách khác nhau
Để xác định khoảng cách bờ an toàn tính từ vị trí bắt đầu cho khai thác cát cho đến
bờ sông và chiều cao đống cát có thể đổ trên bờ sông, đề tài đã sử dụng phần mềm GEOSLOPE để tính toán ổn định mặt cắt ngang sông ở khu vực khai thác cát cho một số vị trí khai thác có tài liệu địa hình, địa chất Kết quả tính được trình bày trong Bảng 2
Cách làm là lấy độ sâu khai thác cát (trung bình) theo quy hoạch ứng với khoảng cách khai thác cách bờ cho phép (Lqh) và lùi dần khoảng cách này cho đến khi hệ số
ổn định Kmin(hiện trạng) bắt đầu giảm, khi đó xác định được chiều rộng (Lmin), với ý nghĩa là nếu khai thác cát cách bờ với khoảng cách và độ sâu này, sẽ bắt đầu ảnh hưởng đến ổn định bờ sông Tiếp theo đó, giả định là việc khai thác cát được đổ lên trên bờ với chiều cao khác nhau, xác định được hmax là chiều cao đổ tối đa để hệ số
ổn định không nhỏ hơn hệ số ổn định cho phép (xấp xỉ bằng 1.15) Hình 3là một ví
dụ điển hình diễn tả cách xác định các thông số Lmin, hmax tại khu vực phường Tân Lộc
- Quận Thốt Nốt, Tp Cần Thơ
Trang 6Hình 3 Tính toán khoảng cách an toàn L min và chiều cao đống cát đổ trên bờ h max
tại phường Tân Lộc - Quận Thốt Nốt, Tp Cần Thơ
Bảng 2 Tính toán các giới hạn về khoảng cách và chiều cao (đắp) khai thác cát an
toàn
Mặt
cắt
Tỉnh
/Tp
Sông Khu vực khai thác K min
(hiện trạng)
L min
(m)
K min L qh
(m)
h max
(m) 1-1 Tiền
Giang
Tiền Xã Hòa Hưng, H Cái
Bè
2-2 Vĩnh
Long
Cổ Chiên
H.Long Hồ; phường 9 thành phố Vĩnh Long
3-3 Vĩnh
Long Cổ Chiên Xã Thanh Đức - huyện Long Hồ 1.18 10 1,11 200 2
4-4 Cần
Thơ Hậu Phường Thới Thuận, Tân Lộc - Thốt Nốt 1.56 15 1.12 250 3.5
5-5 Cần
Thơ
Hậu Phường Thuận Hưng và
- Quận Thốt Nốt
6-6 Cần
Thơ Hậu Phường Tân Lộc - Quận Thốt Nốt 1.19 56 1.16 200 2
7-7 An
Giang
Tiền Xã Vĩnh Xương - Tân
Châu
8-8 An
Giang
Tiền Xã Vĩnh Hòa - Tân
Châu
9-9 An
Giang
Tiền Xã Tân An - Tân Châu 1.33 61 1.13 200 1
10-10 Đồng
Tháp
Tiền Xã Thường Phước 1&2
- Hồng Ngự
11-11 Đồng
Tháp
Tiền Xã Thường Thới Tiến,
Thường Phước 2 - Hông Ngự
Trang 712-12 Đồng
Tháp
Tiền Xã Thường Thới Tiền,
Long Khánh A,B- Hông Ngự
13-13 Đồng
Tháp
Tiền KV2, xã Long Khánh
A,B, Long Thuận - Hồng Ngự
KV2B, xã Long Khánh
B - Huyện Hồng Ngự
14-14 An
Giang
Hậu xã Long Giang - H
Chợ Mới
1.28 (trái)
Xã Mỹ Hoà hưng - TP
Long Xuyên
1.521 (phải)
Kết quả tính toán cho thấy khoảng cách khai thác cát cách bờ tối thiểu là từ 8 đến
60 m, tùy thuộc vào điều kiện địa chất và địa hình So sánh với khoảng cách cách
bờ tối thiểu cho phép trong quy hoạch của các tỉnh (Lqh) từ 100 đến 200 m, thì khoảng cách quy định trong các quy hoạch là rất an toàn, không ảnh hưởng đến ổn định bờ sông
Từ kết quả tính toán biến đổi vận tốc ở một số điểm quan tâm về xói lở lòng dẫn ở các khu vực trọng điểm, thì khai thác cát ít có tác động xấu đến xói lở khu vực và vùng lân cận Mặc dù vậy, đề tài kiến nghị vẫn quy định khoảng cách cách bờ tối thiểu (Lqh) theo như quy hoạch của các tỉnh Lý do là ngoài việc xem xét tác động đến xói lở bờ, còn nhiều những tác động khác như ảnh hưởng đến độ đục của nước đối với việc lấy nước sinh hoạt của người dân, của đời sông các sinh vật thủy sinh, các hoạt động nuôi trồng thủy sản v.v… mà chúng ta chưa xem xét được tác động của khai thác cát, nhưng về định tính, thì việc khai thác càng xa bờ càng ít gây tác động
Để ổn định lòng dẫn lâu dài, khai thác cát cần đảm bảo:
a) Không khai thác sâu hơn chiều sâu ổn định lâu dài của lòng dẫn
Việc khai thác cát hợp lý không được ảnh hưởng đến hình thái ổn định lâu dài của dòng sông Ở đây xét đến chiều sâu trung bình tại một mặt cắt nhất định Đối với các dòng sông rộng như sông Cửu Long, thì chiều sâu trung bình được tính bằng tỷ
lệ giữa diện tích mặt cắt ướt và chiều rộng sông Như vậy, chiều sâu trung bình của lòng dẫn sau khi khai thác cát không được lớn hơn chiều sâu “ổn định” này
Trang 8Đây là một tiêu chí rất rõ ràng về mặt lý thuyết, nhưng lại khó có thể áp dụng trên thực tiễn Lý do là các nghiên cứu về hình thái ổn định đối với lòng dẫn sông ở Việt Nam nói chung và sông Cửu Long nói riêng vẫn còn ít và chưa đạt được độ tin cậy cao, còn phải tiếp tục nghiên cứu trong tương lai
Tổng quát về các kích thước ổn định lòng dẫn sông Cửu Long, sông ảnh hưởng triều có thể sử dụng các công thức bán thực nghiệm của Đinh Công Sản [5] Tuy nhiên, vì thiếu số liệu thực đo để tìm các hệ số kinh nghiệm và nghiệm chứng các công thức này, mà việc sử dụng chúng còn gặp nhiều khó khăn
Có một số công thức có thể áp dụng tính toán kích thước mặt cắt ổn định của Lê Ngọc Bích và Lương Phương Hậu [7] ứng với lưu lượng tạo lòng trên sông Cửu Long [2] Tuy nhiên đối với các công thức này, thì việc khó khăn nhất vẫn là xác định lưu lượng tạo lòng Q, nên rất khó áp dụng
Gần đây, Đinh Công Sản và Lê Mạnh Hùng [4] đề xuất cách xác định tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu ổn định của lòng dẫn ứng với mực nước tạo lòng Hai yếu tố quan
trọng của mặt cắt sông ổn định được xét ở đây là chiều sâu trung bình h và chiều
rộng mặt cắt B ứng với mực nước tạo lòng – được lấy với mực nước ngang “bãi già”
Kết quả tính toán cụ thể ví dụ cho khu vực Tân Châu như sau:
Các công thức hình thái ổn định lòng dẫn trên sông Cửu Long [7]
h = 0.64*Q1/3 B = 5.9*Q1/2
V = 0.27*Q1/6 W = 3.8*Q5/6 Trong đó:
- h là chiều sâu trung bình ổn định của mặt cắt ngang sông (m);
- B là chiều rộng của mặt cắt ứng với mực nước tạo lòng (m);
- V là vận tốc trung bình ứng với lưu lượng và mực nước tạo lòng (m/s);
- W là diện tích mặt cắt ứng với lưu lượng và mực nước tạo lòng (m2);
- Q là lưu lượng tạo lòng của đoạn sông nghiên cứu (m3/s)
Ứng với lưu lượng tạo lòng đề nghị cho đoạn Tân Châu – Hồng Ngự [6] là 19,000
m3/s, thay vào các công thức trên tính được chiều sâu trung bình ổn định của đoạn sông này là 17,08 m
Trang 9 Công thức hình thái ổn định lòng dẫn trên sông Cửu Long của Đinh Công Sản và Lê Mạnh Hùng [4] trình bày cách xác định tỷ lệ B/h như trình bày trên Hình 4
Hình 4 Quan hệ chiều rộng và chiều sâu ổn định trên mặt cắt ngang
sông Cửu Long [4]
Đối với sông Tiền: B/h = 214,59 – 28,05 Ln (X) Đối với sông Hậu: B/h = 214,59 – 28,05 Ln (X) Trong đó:
- B/h là tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu trung bình của mặt cắt sông ứng với mực nước tạo lòng (không thứ nguyên);
- X là khoảng cách từ mặt cắt tính toán đến cửa sông (Km)
Tại đoạn sông Tân Châu, khoảng cách từ cửa sông đến Tân Châu là X = 220 (km) Giả thiết khai thác cát ở vùng có chiều rộng sông tương đối ổn định là B=1.100 m
Thay vào công thức tính được h = 17,38 m.
Sử dụng công thức này có thể nội suy các giá trị về chiều rộng ổn định của mặt cắt ngang sông nếu ta biết chiều rộng sông ổn định ở trước và sau mặt cắt tính toán Do
Trang 10đó, trong giai đoạn hiện nay, trong khi chờ đợi những kết quả nghiên cứu tin cậy hơn, có thể sử dụng phương pháp này để xác định chiều sâu ổn định của lòng dẫn trong khai thác cát
b) Không khai thác không sâu hơn đáy thấp nhất của lòng dẫn ở khu vực có công trình trên sông
Cao trình tuyến lạch sâu của sông là một tham số cơ bản về sự phát triển tự nhiên của một con sông Chính vì thế, khi xem xét ảnh hưởng của các hoạt động do con người can thiệp, người ta thường đưa tuyến lạch sâu để tham khảo Trường hợp đối với các quy định cho phép về khai thác cát ở Malaysia, cao độ thấp nhất của đáy sông cho phép khai thác (redline) phải cao hơn cao trình tuyến lạch sâu tối thiểu là 1,0 m Chiều sâu cho phép khai thác tối đa là 1,5 m (xem Hình 5)
Hình 5 Khoảng lùi, đường giới hạn (redline) và độ sâu cho phép khai thác cát
trong lòng dẫn – Nguồn: RSMMG – Malaysia [1]
Tuy nhiên, đối với sông Cửu Long là một sông rất rộng và sâu, vấn đề quan trọng là tác động của khai thác cát đến độ sâu nào là bị ảnh hưởng đến xói lở hay môi trường của khu vực khai thác cát và các khu vực lân cận
Theo kết quả tính toán từ mô hình MIKE21C tại các khu vực trọng điểm đối với các chiều sâu khai thác cát khác nhau trong các chuyên đề, vì sông Cửu Long rộng và sâu, nên các tác động do khai thác cát theo quy hoạch (theo các chiều rộng, độ sâu khác nhau) là không đáng kể đến xói lở lòng dẫn sông trong khu vực
Trang 11Do đó, việc khai thác cát nói chung chỉ cần quan tâm đến các khu vực có các công trình (như cầu, trạm bơm nước….) mà có thể bị tác động đến chân các công trình này Trong các trường hợp này, khi cấp phép khai thác cho khu vực có các công trình phải có những tính toán đánh giá tác động riêng Nguyên lý là không cho phép khai thác làm hạ thấp cao độ đáy sông tự nhiên thấp nhất của lòng dẫn khu vực có công trình Phạm vi khai thác cát cách công trình đối với các sông ở Malaysia quy định là 1 km Đối với sông Cửu Long, đề tài kiến nghị khoảng cách này tối thiểu là bằng 2.5 lần chiều rộng của đoạn sông có khai thác cát Vì chưa có điều kiện nghiên cứu cụ thể, thiên về an toàn lấy giống như trường hợp khoảng cách giữa 2 mỏ hàn trên sông
Để đạt được tiêu chí này, đảm bảo môi trường không bị hủy hại, đặc biệt liên quan đến chất lượng nước phục vụ cho các ngành kinh tế, mỗi dự án quy hoạch khai thác cát cần thực hiện công tác ĐTM và đề xuất biện pháp giảm thiểu, như đã trình bày trong chuyên đề đánh giá tác động môi trường do hoạt động khai thác cát Do đó, quy hoạch khai thác cát ở đây chưa xét đến vấn đề này
2 KỊCH BẢN KHAI THÁC CÁT BỀN VỮNG CHO TOÀN TUYẾN SÔNG TIỀN, SÔNG HẬU
Xét về các kịch bản phát triển thượng nguồn, lượng bùn cát về sông Cửu Long theo kịch bản 1 (KB1), tức là khi ở Trung Quốc đã xây dựng xong cả 9 đập ở thượng lưu (hiện nay đã xây dựng xong 5 đập) là phù hợp nhất với quy hoạch trong giai đoạn từ nay đến năm 2020
Trong thời gian tới, tất nhiên, còn tùy thuộc vào mức độ phát triển các công trình ở thượng nguồn để chọn kịch bản cho phù hợp Sau khi đã chọn được kịch bản phù hơp( KB2hoặc KB3)với khối lượng bùn cát từ thượng lưu về cần được đảm bảo khai thác không vượt quá khối lượng này
Kết hợp với các tiêu chí tính toán được như trình bày trong mục 1.1, tức là đảm bảo không gây xói lở lòng dẫn, khai thác không vượt quá “độ sâu ổn định” của lòng dẫn, không hủy hoại môi trường, đó chính là kịch bản khai tác cát bền vững cho sông Tiền và sông Hậu
