Qui trình công nghệ sự báo xói lở bồi tụ ở các khu vực trọng điểm hạ du sông đồng nai – sài gòn

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM Chương trình bảo vệ môi trường và phòng tránh thiên tai ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẤP NHÀ NƯỚC – MÃ SỐ KC-08.29

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM

Chương trình bảo vệ môi trường và phòng tránh thiên tai

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẤP NHÀ NƯỚC – MÃ SỐ KC-08.29

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KHCN ĐỂ ỔN ĐỊNH LÒNG DẪN HẠ DU HỆ THỐNG SÔNG ĐỒNG NAI - SÀI GÒN PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN

KINH TẾ - XÃ HỘI VÙNG ĐÔNG NAM BỘ

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ DỰ BÁO XÓI LỞ BỒI TỤ Ở CÁC KHU VỰC

TRỌNG ĐIỂM HẠ DU SÔNG ĐỒNG NAI – SÀI GÒN

5982-10

21/8/2006

Qui trình công nghệ dự báo xói lở bồi tụ ở các khu vực

trọng điểm hạ du sông Đồng Nai - Sài gòn

I GIớI THIệU CHUNG

Hạ du sông Đồng Nai-Sài Gòn là vùng kinh tế trọng điểm của phía Nam với thành phố Hồ Chí Minh, Biên Hòa, Bình Dương, Vũng Tàu Chế độ thủy văn dòng chảy chịu sự điều tiết của các hồ chứa thượng nguồn Dầu Tiếng, Trị An, Thác Mơ và trong tương lai gần là Phước Hòa Quá trình biến đổi lòng dẫn vùng hạ du chịu sự tác động giữa dòng chảy nguồn và dòng triều từ Biển Đông Trong thực tế, tổ hợp lưu lượng xả lũ theo thiết kế của các hồ chứa thượng nguồn sẽ tác

động đến quá trình lòng dẫn ở hạ du, hiện tượng xói lở, bồi tụ ở các khu vực trọng điểm rất cần thiết được quan tâm nghiên cứu

Nghiên cứu, đánh giá quá trình diễn biến toàn hệ thống thuộc hạ du Đồng Nai-Sài Gòn, cũng như cho các khu vực trọng điểm như Thanh Đa trên sông Sài Gòn, thành phố Biên Hòa trên sông Đồng Nai, tổng kho xăng dầu Nhà Bè, các công trình qua sông, các khu dân cư ven sông rất cần thiết xác định được hành lang an toàn để phòng tránh thiên tai do sạt lở bờ và qui hoạch phát triển

Trước những tổn thất rất nặng nề do hiện tượng xói lở, bồi tụ lòng dẫn hạ

du sông Đồng Nai-Sài Gòn trong gây hậu quả đặc biệt nghiêm trọng trong khoảng chục năm gần đây:

- Làm chết 07 người, 03 người bị thương;

- Một nhà 2 tầng và hàng chục nhà, quán chìm xuống sông, hàng chục nhà khác phải di dời khẩn cấp;

- 2 cần cẩu;

- 4000 tấn than;

- Tổng diện tích đất bị mất đi do sạt lở lên đến hàng vạn mét vuông;

Tổng thiệt hại về tài sản ước tính hàng chục tỷ đồng

Chính vì vậy, xây dựng qui trình công nghệ dự báo xói lở, bồi tụ tại các khu vực trọng điểm thuộc hạ du Đồng Nai-Sài Gòn hết sức cấp bách, có ý nghĩa

thiết thực trong công tác cảnh báo, dự báo sạt lở bờ để phòng, tránh giảm nhẹ thiên tai

II MụC ĐíCH, YÊU CầU

1 Mục đích

Nhằm xây dựng quy trình dự báo xói lở, bồi tụ ở các cấp độ và đối tượng sử dụng khác nhau đáp ứng được công tác cảnh báo, dự báo sạt lở bờ, trợ giúp cho các cấp chính quyền địa phương kịp thời di dời các hộ dân sinh sống trong vùng có khả năng xảy ra sạt lở cao nhằm tránh các tổn thất về người và tài sản của nhân dân, cơ

sở hạ tầng

2 Yêu cầu:

Qui trình công nghệ phải dựa trên cơ sở khoa học vững chắc, cập nhật bổ sung tài liệu cơ bản, quá trình biến đổi lòng dẫn và những thay đổi có liên quan

Kết quả tính toán dự báo phải cụ thể và sát với thực tế để thông tin đến UBND các cấp địa phương, phòng chống lụt bão & giảm nhẹ thiên tai, đặc biệt tránh thiệt hại về người và tài sản

Để kết quả dự báo đem lại hiệu quả cao, cần có sự phối hợp cùng tham gia thực hiện của địa phương để qui trình công nghệ được hoàn thiện, phục vụ thiết thực công tác dự báo, dễ và tiện lợi trong sử dụng

III MộT Số ĐặC ĐIểM CHíNH CủA BIếN ĐổI LòNG DẫN Hạ DU

ĐồNG NAI-SàI GòN

Các kết quả nghiên cứu về nguyên nhân, cơ chế của hiện tượng xói bồi lòng dẫn hạ du Đồng Nai-Sài Gòn, đặc điểm của loại dạng lòng dẫn, các quy luật về hình thái và diễn biến của sông Sài Gòn, của sông Đồng Nai và các sông khác thuộc hạ

du với các đặc điểm sau:

Sông Sài Gòn:

- Xu thế bồi tụ chiếm ưu thế ở đoạn gần chân đập Dầu Tiếng bởi lưu lượng xả hạn chế, sạt lở chỉ xảy ra cục bộ và mạnh mẽ trên đoạn sông khu vực Thanh Đa;

- Sạt lở bờ với tính chất cấp tính, đơn lẻ, không liên tục trong năm, phần

lớn xảy ra vào thời điểm khi triều rút, mực nước hạ thấp trong các tháng triều kém tháng 5 đến tháng 7 dương lịch;

- Thực tế các đợt sạt lở xảy ra theo phương thức sạt trượt sâu, sụp thẳng

đứng Kích thước các khối đất sạt lở kéo dài từ 20 đến 100 mét, lấn sâu vào bờ từ

10 đến 20 mét; Một lưu ý là quá trình diễn ra sạt lở rất nhanh, rất bất ngờ và hâu quả nghiêm trọng;

- Sạt lở bờ - ngoài những nguyên nhân chung do địa chất mềm yếu, do dòng chảy - thì nguyên nhân do gia tăng tải lên khối đất ven bờ sông như tại xí nghiệp than, 2 xe cẩu xúc cát, xây nhà 2 tầng nhà họ Sa La Mai Thôn; Hay do xây dựng lấn chiếm lòng sông, ra ngoai bờ sông như Nhà hàng Hoàng Ty, cháo vịt Bích Liên

Sông Đồng Nai:

- Đoạn từ ngã ba sông Bé đến đầu cù lao Bạch Đằng, Tân Uyên, xói lở 2

bờ là chủ yếu, nguyên nhân do lòng sông là đá gốc Sạt lở bờ diễn ra hàng năm

có tính chất xói lở thường xuyên Hậu quả là gây mất đất hai bên bờ sông, chiều

rộng sông mở rộng dần;

- Xói lở khu vực thành phố Biên Hòa các nguyên nhân do khai thác quá mức và do hình thái lòng dẫn như tại khu vực hạ lưu cầu Ghềnh với bãi đá ngầm giữa dòng là nguyên nhân chính, tác động làm dòng chảy hướng thắng vào bờ gây xói lở;

- Sạt lở bờ khu vực hạ lưu cầu Đồng Nai - ngoài những nguyên nhân chung mang - thì nguyên nhân do khai thác cát bừa bãi, do sóng được tạo bởi các phương tiện vận tải thuỷ ra vào các cảng Đồng Nai, Bình Dương, Cát Lái gây sạt lở

Vùng các cửa sông Soài Rạp, Ngã Bảy, Đồng Tranh, Dừa

- Sạt lở bờ - ngoài những nguyên nhân chung mang - thì nguyên nhân chính do sóng vào các đợt triều cường nhất là khi gió Chướng, hoặc gió Tây Nam hoạt động mạnh;

- Sạt lở có tính chất chu kỳ (thường xuyên) vào mùa gió Đông Bắc (gió chướng) và Tây Nam;

- Thường xói lở lớp đất trên mặt;

IV CáC PHƯƠNG PHáP Dự BáO SạT Lở

Dự báo biến đổi lòng dẫn có thể bằng nhiều phương pháp khác nhau: từ tài liệu cơ bản thực đo kết hợp điều tra thực tế, từ các công thức thực nghiệm, kinh

nghiệm, hay thông qua thí nghiệm mô hình vật lý, tính toán bằng mô hình toán, phân tích ảnh viễn thám, không ảnh, công nghệ không phá huỷ

Trên cơ sở tổng hợp tài liệu cơ bản địa hình, địa chất, thủy văn bùn cát thu thập được của đề tài, chúng tôi xây dựng qui trình công nghệ dự báo áp dụng cho các khu vực xói lở trọng điểm hạ du Đồng Nai-Sài Gòn theo phương pháp truyền thống (phân tích, tính toán dự báo xói lở từ tài liệu cơ bản thực đo kết hợp với các đợt điều tra hiện trạng), phương pháp phân tích ảnh viễn thám với GIS, phương pháp mô hình toán và phương pháp theo công nghệ không phá huỷ, xem sơ đồ tổng quát

Việc dự báo định tính có tính chất xu thế từ số liệu đo đạc địa hình thực tế nhiều giai đoạn trong quá khứ cho đến hiện tại để dự báo cho tương lai được sử dụng phổ biến nhất có thể thông qua các công thức thực nghiệm được xây dựng mới, hay bằng kinh nghiệm biểu thị mối quan hệ giữa các yếu tố lòng dẫn với nhau hay kết hợp với yếu tố dòng chảy

Trong khi đó dự báo định lượng nhằm xác định một cách cụ thể phạm vi sạt

lở, chiều rộng sạt lở mới được nghiên cứu và cũng gặp khó khăn do nguồn kinh phí hạn hẹp, hay nguồn số liệu đầu vào cho tính toán không đồng bộ, đầy đủ

Phương pháp tổng hợp, phân tích, tính toán suy luận từ tài liệu thực đo: một thực tế là toàn bộ tài liệu, số liệu cơ bản lòng dẫn hạ du Đồng Nai-Sài Gòn thu thập của các ngành, các cơ quan, đơn vị: nhiều khu vực không có, hoặc rất ít, hoặc thiếu đồng bộ, thiếu tính liên tục; mặt khác nguồn kinh phí để đo đạc thường xuyên, định kỳ nhằm xây dựng một ngân hàng số liệu khá lớn để có thể

đạt được kết quả khả quan khi sử dụng phương pháp này

Phương pháp công thức kinh nghiệm (cần nhiều liệt số liệu đo đạc thực tế

và các yếu tố xem xét – dòng chảy, lòng dẫn): áp dụng công thức kinh nghiệm thường gặp sai số do chủ quan Một khó khăn mang tính đặc thù riêng của hạ du

Đồng Nai-Sài Gòn là sự đa dạng của các khu vực sạt lở bờ về hình thức, tính chất, cơ chế sạt lở, điều kiện lòng dẫn Tuy nhiên, cũng cần có sự lựa chọn các công thức đã có của các tác giả trong và ngoài nước sao cho phù hợp, đặc biệt là chú trọng để xây dựng công thức kinh nghiệm cho từng khu vực sạt lở trọng

điểm của hạ du Đồng Nai-Sài Gòn

Phương pháp mô hình toán: cùng với sự phát triển không ngừng của máy tính, các phần mềm phát triển nhanh và luôn được bổ sung Mô hình toán một chiều, hai chiều, ba chiều mô phỏng rất sát thực các quá trình tự nhiên trong đó

có chế độ thủy văn, thủy lực, diễn biến lòng dẫn Một ưu điểm nổi bật của mô hình toán là cho kết quả nhanh, chính xác

Phương pháp mô hình vật lý: trong kế hoạch 2006(2010, chúng ta hoàn toàn có thể dự báo bằng phương pháp mô hình vật lý khi cơ sở thí nghiệm tổng hợp của Viện Khoa học Thuỷ lợi miền Nam được đầu tư xây dựng hoàn chỉnh vào cuối 2006

V CƠ Sở KHOA HọC XÂY DựNG QUI TRìNH CÔNG NGHệ Dự BáO

1 Cơ sở dữ liệu

Nguồn tài liệu, số liệu đa dạng, phong phú bao gồm tài liệu lịch sử (1895,

1939, 1965), tài liệu không ảnh, ảnh viễn thám, tài liệu địa chất dọc theo các tuyến sông, tài liệu thủy văn của các trạm cơ bản, tài liệu chi tiết của các khu vực

Kết quả điều tra khảo sát hàng năm vào mùa lũ, mùa kiệt về tình hình diễn biến lòng sông, khai thác dòng sông của các ngành kinh tế, cập nhật việc xây dựng các công trình trên sông và bảo vệ bờ của Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam từ 1978 đến nay

Kết quả nghiên cứu của đề tài KC-08.29 thể hiện trên báo cáo chuyên đề xác định nguyên nhân, cơ chế của hiện tượng sạt lở bờ, nghiên cứu và xác lập quy luật hình thái, quy luật diễn biến lòng dẫn hạ du Đồng Nai-Sài Gòn

2 Thiết bị máy móc và phần mềm

Với các thiết bị máy móc được trang bị ngày càng hiện đại, có độ chính xác cao cho phép đo đạc:

- Các yếu tố dòng chảy: vận tốc (trị số & hướng) của các tầng nước từ trên mặt xuống đến lòng sông, lưu lượng nước, mực nước, diện tích bằng máy ADCP; phân bố bùn cát, lượng lượng bùn cát bằng máy đo trầm tích OBS

- Lòng dẫn: với bộ máy GPS Trimble 4800 kết nối với máy hồi âm hai tần

số ODOM ECHOTRACT - MKIII cho phép đo vẽ các bản đồ địa hình lòng dẫn

tỷ lệ lớn 1/2000, 1/1000, 1/500 sai số tọa độ đến citimet; Việc theo dõi diễn biến

đường bờ do sạt lở - xói bồi của một khu vực là hoàn toàn có thể thực hiện, cũng như cho phép nghiên cứu diễn biến quá trình biến đổi lòng dẫn trên hệ thống các mặt cắt ngang cố định

- Thiết bị radar xuyên đất với công nghệ không phá huỷ;

Với các trang thiết bị hiện có để thu thập tài liệu cơ bản hoàn toàn có thể nâng công tác nghiên cứu diễn biến lòng sông ở một tầm cao hơn Các quy luật diễn biến lòng dẫn và hình thái sông hạ du Đồng Nai-Sài Gòn được bổ sung và khẳng định, trợ giúp đắc lực cho công tác dự báo biến đổi lòng dẫn, sạt lở bờ

Các phần mềm tin học càng ngày càng phát triển, đáp ứng nhu cầu nghiên cứu, tính toán, thiết lập bản đồ, quản lý - cập nhật - khai thác cơ sở dữ liệu

Với phần mềm ArcView GIS khi tăng cường độ phân giải không gian các kênh đa phổ theo kênh toàn sắc thì ảnh QuickBird sẽ cho ảnh có độ phân giải 0,61m

Các phần mềm MIKE 11, mô hình toán MIKE 21C của Viện Thủy lực

Đan Mạch cho phép tiếp cận nghiên cứu dự báo xói lở, bồi tụ

Sử dụng bộ mô hình MIKE 11 và MIKE 21C tính toán cho mạng lưới sông hạ du Đồng Nai-Sài Gòn đã được thiết lập, các bộ thông số được kiểm nghiệm đạt độ chính xác, cho phép việc dự báo xói lở, bồi tụ ngắn hạn và dài hạn cho các khu vực trọng điểm thuộc hạ du sông Đồng Nai-Sài Gòn: Thanh Đa, cầu Bình Phước, Biên Hòa, Tân Uyên, cầu Đồng Nai, Tổng kho xăng dầu Nhà Bè, cầu Mương Chuối v.v Đặc biệt bằng phương pháp mô hình toán sau thời gian từ

3 giờ đến 6 giờ su khi nhận được dữ liệu đầu vào (biên lưu lượng, biên mực nước), sẽ cho kết quả dự báo nhanh xói lở bờ sông hạ du Đồng Nai-Sài Gòn tại một số khu vực trọng điểm

3 Các nhà khoa học và cơ quan

Việc phối hợp cùng thực hiện các vấn đề nóng bỏng, bức xúc trong công cuộc xây dựng phát triển đất nước, phát triển vùng của các cơ quan và cá nhân các nhà khoa học thể hiện sức mạnh tổng hợp, trí tuệ để nhằm giải quyết các vấn

đề nêu trên Tuy nhiên rất cần thiết được sự quan tâm của các Bộ, Ngành và nhất

là của các cấp chính quyền địa phương

Các cơ quan quản lý, nghiên cứu và địa phương:

- Các đơn vị quản lý khai thác hồ chứa: Nhà máy Thủy điện Trị An, Công

ty Khai thác Thủy lợi Dầu Tiếng, Công trình Thác Mơ (tương lai là Phước Hòa)

- Đài khí tượng thủy văn khu vực Nam bộ

- Ban chỉ huy PCLB & TKCN các tỉnh, các địa phương Đông Nam bộ

- Đài phát thanh, truyền hình Bình Dương, Đồng Nai, TP Hồ Chí Minh

- Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam

VI TRìNH Tự CáC BƯớC THựC HIệN TRONG QUI TRìNH CÔNG NGHệ Dự BáO XóI Lở BồI Tụ ở CáC KHU VựC TRọNG ĐIểM Hạ

DU ĐồNG NAI - SàI GòN

Đối với hạ du sông Đồng Nai-Sài Gòn là vùng bị khống chế, điều tiết dòng chảy bởi các công trình thượng nguồn, tổng hợp các kết quả:

- Điều tra thực tế các đợt sạt lở;

- Kết quả tính toán sạt lở bằng công thức kinh nghiệm ;

- Kết quả phân tích từ tài liệu đo đạc, từ phương pháp phân tích ảnh hàng không, ảnh viễn thám ; phương pháp địa vật lý;

- Kết quả xác lập loại hình lòng dẫn, quy hoạch hình thái, quy luật diễn biến hạ

du Đồng Nai-Sài Gòn ;

- Kết quả bước đầu tính toán biến đổi lòng dẫn bằng mô hình toán Mike 11, Mike 21C ;

đề xuất quy trình công nghệ dự báo xói lở bồi tụ các khu vực trọng điểm hạ du Đồng Nai-Sài Gòn (xem hình 1)

Điều tra thực tế và đo

đạc, cập nhật thên tài liệu, số liệu

- Xác định nguyên nhân gây biến đổi lòng dẫn

- Dự báo xu thế

- Xác lập quy luật biến đổi lòng dẫn

Tổng hợp:

- Các kết quả nghiên cứu, điều tra đo đạc

(phụ lục VI.2)

- Kết quả từ công nghệ phá hủy (sơ đồ hình 2)

- Bản đồ kết quả biến động đường bờ (sơ đồ hình 3)

1 Tính toán dự báo sạt lở bằng:

- Công thức kinh nghiệm

- Mô hình toán MIKE 11, MIKE 21C (hình 5)

- Mô hình vật lý

2 Tổng hợp, phân tích kết quả dự báo

Thông báo kết quả dự báo (bản đồ tỷ lệ lớn kèm sơ

họa chi tiết các vị trí có khả năng xảy ra sạt lở) đến

địa phương (UBND các cấp) Ban PCLB & TKCN

Hình 1: Quy trình công nghệ dự báo sạt lở bờ hạ du sông Đồng Nai - Sài Gòn

Phân tích chế độ thuỷ văn dòng chảy lũ-triều

Qui trình công nghệ chung dự báo xói lở bờ sông hạ du Đồng Nai-Sài Gòn được kết hợp nhiều phương pháp khác nhau: phương pháp tổng hợp, phân tích suy luận từ tài liệu cơ bản kết hợp điều tra diễn biến tình hình thực tế, phương pháp mô hình toán (sử dụng công cụ mô hình một chiều MIKE11 và mô hình hai chiều MIKE 21C) và các phương pháp khác Kết quả tổng hợp, phân tích để đưa ra bản đồ dự báo sạt lở (bản đồ số các khu vực có khả năng sạt lở cao, vị trí, phạm vi hành lang)

Kết quả điều tra khảo sát thực tế hàng năm để cập nhật về những thay đổi do tự nhiên hay do các hoạt động từ con người, phỏng vấn dân địa phương, ghi hình, chụp ảnh

là một phần không thể thiếu trong công nghệ dự báo

Bằng đo đạc thực tế, kết quả khảo sát địa hình, thuỷ văn bùn cát là cơ sở khoa học

để tính toán, chạy mô hình toán, phân tích những biến đổi của lòng dẫn Tuy nhiên, việc

đo đạc đòi hỏi kinh phí tương đối lớn

Các bước trình tự thực hiện:

1 Thu thập các tài liệu (xem phụ lục 2);

2 Điều tra thực tế, đo đạc cập nhật tài liệu ;

3 a, Phân tích nguyên nhân gây biến đổi lòng dẫn, dự báo xu thế diễn biến từ tổng hợp kết quả 3 phương pháp:

- Địa vật lý (nếu có) (xem hình 2);

- Phân tích ảnh viễn thám (xem hình 3);

- Tài liệu đo đạc mới, kết quả điều tra: (xem hình 4);

b, Quy luật biến đổi lòng dẫn;

4 Dự báo định lượng bằng mô hình toán Mike 11, Mike 21C (xem hình 5), bằng công thức kinh nghiệm;

5 Kết quả dự báo dưới dạng bản đồ, bảng biểu (vị trí, phạm vi, hành lang);

6 Tổng hợp kết quả điều tra, phân tích kết quả dự báo và thông báo

đến địa phương (UBND các cấp) và ban chỉ huy PCLB & TKCN

VII KIếN NGHị:

1) Nhà nước, các Bộ, Ngành và địa phương cần có chiến lược và sự đầu tư liên tục cho công tác dự báo sạt lở bờ sông HDSĐNSG nhằm phòng tránh thiệt hại về người, của cải vật chất, cơ sở hạ tầng

2) Sạt lở bờ là vấn đề của toàn xã hội, cần thiết lập một tiểu ban thường trực phục vụ cho công tác dự báo sạt lở hạ du sông Đồng Nai-Sài Gòn có các cơ quan quản lý, nghiên cứu và địa phương, xây dựng và ban hành quy chế phối hợp làm việc một cách chặt chẽ

3) Để đưa ra được kết quả dự báo có độ chính xác cao, cần phải kết hợp nhiều phương pháp cho từng khu vực khác nhau; Đồng thời cần đầu tư hoàn chỉnh khu thí nghiệm sông ngòi để có thể phối hợp giữa các phương pháp mô hình hình toán-mô hình vật lý-phương pháp truyền thống từ tài liệu thực đo, phương pháp phân tích ảnh viễn thám và phương pháp địa vật lý

4) Xây dựng hệ thống mặt cắt ngang phục vụ cho đo đạc định kỳ hàng năm để phục vụ nghiên cứu quá trình biến đổi lòng dẫn, đặc biệt là phục vụ công tác dự báo sạt lở bờ hàng năm

5) Tài liệu cơ bản vô cùng cần thiết: tài liệu địa hình các mặt cắt ngang (đo định kỳ) các khu vực phân nhập lưu chính, bình đồ lòng sông khu vực sạt lở; tài liệu thuỷ văn bùn cát đo bằng các thiết bị hiện đại ADCP (đo tổng hợp các yếu tố dòng chảy) và máy OBS (máy đo bùn cát lơ lửng)

6) Đối với từng đoạn sông, trên cơ sở hệ thống được quá trình biến đổi lòng dẫn, sạt lở bờ sông để lựa chọn phương pháp dự báo hay kết hợp cùng lúc nhiều phương pháp (nếu điều kiện cho phép)

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2005