TỔNG QUAN
Các thành tựu khoa học trong và ngoài nước liên quan đến vấn đề nghiên cứu
1.1.1 Các thành tựu nước ngoài
Nghiên cứu xói lở bờ sông và bồi lắng lòng dẫn bao gồm việc xác định nguyên nhân và cơ chế, cũng như quy luật diễn biến của lòng dẫn Các nghiên cứu này nhằm đề xuất giải pháp phòng chống và giảm thiểu thiệt hại do xói lở và bồi lắng gây ra Đây là các lĩnh vực thuộc khoa học động lực học dòng sông, chuyển động bùn cát và chỉnh trị sông.
Khoa học về động lực dòng sông đã phát triển mạnh mẽ trong thế kỷ XIX tại các nước Âu Mỹ, với những nghiên cứu quan trọng từ các nhà khoa học Pháp như Du Boys về chuyển động bùn cát, Barré de Saint-Venant về dòng không ổn định, và L Fargue về hình thái sông uốn khúc Những công trình này vẫn giữ nguyên giá trị sử dụng cho đến ngày nay.
Vào đầu thế kỷ XX, các nhà khoa học Xô Viết như Lotchin V.M., Bernadski N.M., và Makkavêep V.M đã có những đóng góp quan trọng cho các thành tựu khoa học về tính ổn định của lòng sông và chuyển động bùn cát Thời kỳ này chứng kiến những cuộc tranh luận sôi nổi giữa lý thuyết khuếch tán và lý thuyết trọng lực, cùng với sự tham gia của các nhà khoa học Trung Quốc từ những năm 50 đến giữa những năm 60 Đồng thời, ở Tây Âu, E Meyer Peter và Muller đã nghiên cứu về chuyển động bùn cát, trong khi các nhà khoa học Anh như Kennedy R.G và Lindley E.S phát triển "Lý thuyết chế độ" (Regime theory) Các nghiên cứu của các nhà khoa học Mỹ như Einstein H.A cũng đóng góp vào lĩnh vực này.
Ven-te-Chow, Ning-chien,… có nhiều công trình nghiên cứu về dòng chảy và chuyển động bùn cát
Từ những năm 60 của thế kỷ XX, sự phát triển trong kỹ thuật tính toán đã dẫn đến những bước tiến mới trong mô hình hóa các hiện tượng thủy lực phức tạp, với các mô hình 2D, 3D như Mike 11, Mike 21 và Mike 21C cho kết quả tính toán dòng chảy và dự báo biến hình lòng dẫn chính xác Các thiết bị đo đạc hiện đại hiện nay cho phép khảo sát nhanh chóng và chính xác về vận tốc dòng chảy và độ sâu lòng dẫn tại các tọa độ địa lý mong muốn Nghiên cứu về bồi lắng lòng dẫn bằng chất đồng vị phóng xạ đã đạt được những kết quả đáng kể, trong khi mô hình vật lý về biến hình lòng dẫn cũng đã có những tiến bộ vượt bậc nhờ vào các chất liệu mới Bên cạnh đó, việc ứng dụng GIS trong nghiên cứu dự báo biến hình ngang lòng dẫn trong những thập niên gần đây cũng đã mở ra nhiều cơ hội mới cho lĩnh vực này.
Nhiều tên tuổi mới trong lĩnh vực nghiên cứu như Cunge J.A (Pháp), Borgadi J.L (Hungari), Hâncu Simion (Rumani), Mamak W (Ba Lan), và Grisanihin K.V (Liên Xô) đã nổi bật, cùng với các công trình của các tổ chức nghiên cứu như Bureau of Reclamation (Mỹ), SOGREAN (Pháp), VNIIG (Liên Xô), DELFT (Hà Lan), DHI (Đan Mạch), và Đ H Vũ Hán (Trung Quốc).
Trong những năm gần đây, công trình chỉnh trị sông đã có những bước tiến ấn tượng nhờ sự phát triển của công nghệ và vật liệu mới Các công trình này ngày càng trở nên gọn nhẹ và hiệu quả hơn, với việc sử dụng hệ dàn phao hướng dòng thay cho kè mỏ hàn, cùng với thảm bê tông bơm trực tiếp trong nước thay cho rồng tre và rọ đá.
1.1.2 Các thành tựu trong nước Ở Việt Nam, nghiên cứu động lực học dòng sông được bắt đầu vào cuối những năm 60 thế kỷ trước với các công trình phòng chống lũ lụt, giao thông thủy và chống bồi lắng cửa lấy nước tưới ruộng trên các sông miền Bắc Các nghiên cứu ban đầu thường được tiến hành trong các phòng thí nghiệm của Viện Khoa học Thủy lợi, Viện Thiết kế Giao thông Vận tải, Trường Đại học Xây dựng, Trường Đại học Thủy lợi Cách đây vài chục năm, các nghiên cứu trên mô hình toán mới được phát triển, với sự tham gia của các nhà khoa học thuộc Viện Cơ học Việt Nam, Viện Khí tượng Thủy văn,… Những vấn đề của động lực học dòng sông và chỉnh trị sông cũng được đưa vào đề tài trong các chương trình trọng điểm cấp nhà nước
Nghiên cứu về dòng chảy sông ngòi đã được thực hiện bởi nhiều tác giả nổi bật như Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Cảnh Cầm, Nguyễn Như Khuê, Nguyễn Ân Niên, Lương Phương Hậu, và sau này là Nguyễn Văn Điệp, Trịnh Quang Hoà, Nguyễn Tất Đắc Bên cạnh đó, các công trình nghiên cứu về chuyển động bùn cát cũng rất đáng chú ý với sự đóng góp của Lưu Công Đào, Vi Văn Vị, Hoàng Hữu Văn, Võ Phán.
Từ năm 1970 đến 2001, nhiều nghiên cứu về diễn biến và chỉnh trị lòng sông đã được thực hiện, tập trung vào các vấn đề của sông vùng đồng bằng Bắc Bộ như nghiên cứu của Vũ Tất Uyên, Lương Phương Hậu và các tác giả khác Trong mười năm gần đây, các vấn đề sông ngòi vùng Đồng bằng sông Cửu Long đã được Lê Ngọc Bích, Lương Phương Hậu và nhiều nhà nghiên cứu khác khai thác Ngoài ra, nghiên cứu về sông ngòi miền Trung cũng được thực hiện bởi Ngô Đình Tuấn, Đỗ Tất Túc và các chuyên gia khác, góp phần làm sáng tỏ nhiều khía cạnh liên quan đến tài nguyên nước tại các khu vực này.
Nhà nước hiện đang đầu tư vào các cơ sở nghiên cứu thí nghiệm chuyên sâu, bao gồm phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về động lực sông biển, phòng thí nghiệm phòng chống thiên tai tại Hòa Lạc, và phòng thí nghiệm Động lực và Chỉnh trị sông của Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam ở Bình Dương.
Lực lượng cán bộ khoa học trẻ, được đào tạo cả trong và ngoài nước, đã tiếp cận những thành tựu khoa học - công nghệ tiên tiến toàn cầu, hứa hẹn sẽ đóng góp tích cực cho sự phát triển ngành khoa học động lực học dòng sông và chỉnh trị sông tại Việt Nam.
Giới thiệu chung về các giải pháp bảo vệ bờ sông, bờ biển ở ĐBSCL 12 1 Nhóm giải pháp phi công trình
1.2.1 Nhóm giải pháp phi công trình Đây là giải pháp mang tính xã hội cao, kết hợp các hoạt động nắm bắt thông tin, theo dõi, dự báo nguy cơ sạt lở bờ, cảnh báo kịp thời từ các cấp quản lý tới nhân dân trước nguy cơ của thiên nhiên để kịp thời phòng tránh Các giải pháp thường được áp dụng như:
Tiến hành theo dõi sạt lở định kỳ để đánh giá quy mô, cường độ, biên độ và hướng dịch chuyển, đồng thời kết hợp đo đạc để phát hiện các bất thường trong các tình huống xảy ra.
Xây dựng cơ sở dữ liệu số được cập nhật theo thời gian (năm, tháng, ngày, giờ) và lưu trữ bằng máy tính Kết nối mạng thông tin giữa các cấp quản lý, cơ quan nghiên cứu khoa học và cộng đồng nhằm đảm bảo thông tin được cập nhật kịp thời, phục vụ cho việc ra quyết định chính xác và phù hợp.
Tổ chức xây dựng các kịch bản ứng cứu và lực lượng ứng cứu hiệu quả, đồng thời chuẩn bị phương tiện kỹ thuật và cơ sở vật chất chủ động nhằm bảo vệ an toàn cho nhân dân khi có sự cố xảy ra.
Điều chỉnh quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội ở cấp tỉnh, huyện, xã là cần thiết để ứng phó với tình trạng sạt lở Cần phân cấp mức độ sạt lở nhằm bố trí hợp lý các khu dân cư và công trình dân sinh Việc di dời dân cư ra khỏi khu vực nguy hiểm phải được thực hiện theo các hình thức di dời vĩnh viễn theo quy hoạch, di dời tạm thời khi có cảnh báo, và di dời khẩn cấp khi xảy ra sự cố.
Sự thành công trong việc thực hiện các bước phòng chống sạt lở bờ phụ thuộc vào sự hiểu biết và đồng thuận của cộng đồng Sự tham gia của cư dân ven sông, ven biển là rất quan trọng, giúp họ nhận thức được nguy cơ và tác hại của sạt lở, từ đó có thể đưa ra quyết định ứng cứu khi có cảnh báo Giải pháp phi công trình với chi phí tổ chức thấp là lựa chọn ưu tiên, nhưng nếu không có biện pháp can thiệp, tình trạng mất đất và đe dọa tính mạng sẽ tiếp tục gia tăng Việc di dời dân cư có thể làm thay đổi thói quen sinh hoạt và cơ cấu ngành nghề, do đó cần kết hợp giữa giải pháp phi công trình và công trình bảo vệ bờ để đảm bảo an toàn và bảo vệ môi trường.
1.2.2 Nhóm giải pháp công trình
Công trình đơn giản, hay còn gọi là công trình dân gian, là những công trình bảo vệ bờ sông được xây dựng từ các vật liệu sẵn có tại địa phương Một trong những phương pháp phổ biến là trồng cây để chống sóng, giúp bảo vệ bờ hiệu quả.
Các loại cây trồng để bảo vệ bờ gồm có bèo tây (lục bình), dừa nước, mắm, bần,…(xem hình 1-2)
Trồng cây dừa nước ở dọc sông Tiền, tỉnh Vĩnh Long
Trồng cỏ Vetiver bảo vệ bờ Kênh Bảy, tỉnh An Giang
Bèo tây kết hợp cây chống sóng bảo vệ bờ ở tỉnh Tiền Giang
Trồng lá dừa nước bảo vệ bờ, bảo vệ đê bao ở tỉnh Bến Tre Hình 1-1: Trồng cây chống sóng, chống xói, gây bồi bảo vệ bờ ở ĐBSCL
(Nguồn Viện KHTL Miền Nam)
Loại hình này được ứng dụng phổ biến dọc theo hệ thống sông ở ĐBSCL, đặc biệt tại các vùng cửa sông, sông, kênh rạch nhỏ, cồn (cù lao) và bãi dọc cửa sông Để bảo vệ bờ, việc sử dụng phên liếp và cọc cừ gỗ là rất quan trọng.
Các vật liệu bảo vệ bờ bao gồm phên tre, phên cừ tràm, cừ tràm được đóng ken sát nhau, kết hợp với bao tải cát, xà bần (gạch vỡ) và đất, tạo thành những bờ tường tạm thời để bảo vệ bờ.
Cọc tràm đóng ken sít để chắn sóng ở tỉnh Cà Mau
Cọc, cừ gỗ chống sóng vùng Tắc Cậu -
Xẻo Rô tỉnh Kiên Giang
Bảo vệ bờ bằng cừ tràm, tre đóng ken sát
- bên trong thả bèo, Tp Cần Thơ
Bảo vệ bờ bằng cừ tràm, tre đóng ken sát tại Hậu Giang Hình 1-2: Một số hình thức bảo vệ bờ bằng phên liếp, cọc, cừ gỗ ở ĐBSCL
Công trình bán kiên cố là những công trình có quy mô nhỏ, chưa hoàn toàn giải quyết được nguy cơ sạt lở bờ và chống xói chân kè do yêu cầu về khối lượng và kinh phí lớn, dẫn đến tuổi thọ không cao Vật liệu xây dựng chủ yếu bao gồm đá xây, rọ đá, tấm bê tông, cọc và cừ bê tông ngắn, với kết cấu dạng tường thẳng đứng hoặc nghiêng Ưu điểm của loại công trình này là kỹ thuật thi công đơn giản, dễ thực hiện và vật liệu phổ biến Tuy nhiên, nhược điểm là dễ bị xói chân, lún, nứt và hư hỏng phần chân kè do chưa được chống xói Công trình này được ứng dụng rộng rãi dọc theo hệ thống sông ở ĐBSCL và trên các kênh rạch nhằm bảo vệ nhà ở, xưởng sản xuất, vườn cây, trụ sở cơ quan và đường giao thông.
Kè xây đá ở tỉnh Kiên Giang Rọ đá tại quốc lộ 80- tỉnh Đồng Tháp
Kè đá xây mái nghiêng, chân có cừ tràm tại tỉnh Trà Vinh
Tường cừ tại xã Đại Ngãi - Long Phú-
Sóc Trăng Hình 1-3: Một số công trình bán kiên cố trên hệ thống sông Cửu Long
(Nguồn: Viện KHTL Miền Nam)
Công trình kiên cố với quy mô lớn và kết cấu vững chắc có tuổi thọ cao nhờ tuân thủ các quy trình và quy phạm hiện hành Vật liệu chính được sử dụng bao gồm đá xây, rọ đá, tấm bê tông, cừ bê tông, cọc BTCT và cừ thép Gần đây, các vật liệu và công nghệ mới như thảm bê tông và cừ bê tông ứng suất trước cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng Kết cấu chủ yếu của công trình là tường thẳng đứng bằng cọc bản kết hợp và tường nghiêng.
Tường bê tông tại Cà Mau Kè Nhà Mát, tỉnh Bạc Liêu
Kè phường 5, thành phố Vĩnh Long Kè bảo vệ bờ Bắc sông Bến Tre
Kè bờ khu vực Tỉnh ủy An Giang Kè cửa biển Gành Hào - Bạc Liêu Hình 1-4: Một số công trình kiên cố trên hệ thống sông Cửu Long
KC đóng 2m/cọc theo tuyến kè
KẾT CẤU TƯỜNG CỪ BÊTÔNG CỐT THÉP 535
Cọc BTCT(25x25x1000) Đóng khoảng cách 1.5m/cọc
1 Tường ; 2 Dầm ốp ; 3 Dầm mũ ; 4 Dầm giữ neo ; I Đáy thiết kế Kết cấu cừ thép chữ Z một neo
Hình 1-5: Công trình gia cố bờ trực tiếp
Công trình kè kiên cố chống xói lở tại các khu vực dân cư, thành phố và các điểm xói lở trọng điểm trên hệ thống sông ở ĐBSCL là rất cần thiết để giảm thiểu thiệt hại do sạt lở bờ sông Trước đây, các công trình bảo vệ bờ chủ yếu sử dụng đá, nhưng hiện nay đã được cải tiến bằng bê tông và BTCT (đổ tại chỗ hoặc lắp ghép) Khi nghiên cứu xây dựng các công trình này, các yếu tố liên quan sẽ được phân tích kỹ lưỡng.
- Nhằm giữ ổn định cho đường bờ khỏi tác động xâm thực của dòng chảy, của sóng, của nước ngầm và những tác nhân phá hoại khác
Công trình phòng ngự này được thiết kế để tăng cường khả năng chống đỡ mà không làm ảnh hưởng đến cấu trúc của dòng chảy sóng và triều, do đó mang tính chất bị động.
- Ứng dụng cho những nơi có điều kiện thuận lợi về địa chất công trình, ảnh hưởng của sóng triều ở những cấp độ cho phép
- Công trình gia cố bờ phổ biến là mái nghiêng, cũng có trường hợp sử dụng kết cấu thẳng đứng hoặc hỗn hợp vừa đứng vừa nghiêng
Giải pháp kè bảo vệ sát bờ mái nghiêng tại Việt Nam thường sử dụng vật liệu đá hộc và bê tông Kết cấu bằng đá hộc có ưu điểm thi công đơn giản và chi phí thấp, nhưng tuổi thọ không cao Ngược lại, kết cấu bê tông, dù bền hơn, lại phức tạp trong thi công do phải xây dựng trên nền đất yếu, yêu cầu phương tiện chuyên dụng và có giá thành cao Hơn nữa, việc sửa chữa các hư hỏng cục bộ cũng gặp khó khăn, và kết cấu này dễ bị xâm thực do tác động của sóng và nước mặn.
Giải pháp bảo vệ sát bờ tường đứng đang được nghiên cứu và ứng dụng với các kết cấu cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực và tường góc trên hệ cọc bê tông Bên cạnh đó, các kết cấu hỗn hợp tường đứng và mái nghiêng bảo vệ chân kè cũng đang được xây dựng tại Việt Nam.
Thực trạng xói lở bờ sông thủy triều vùng BĐCM
Hiện tượng xói lở bờ sông thủy triều tại vùng BĐCM đang gia tăng cả về mức độ và phạm vi, đặc biệt ở những tuyến sông có mật độ tàu thuyền lớn và khu vực ngã ba, cửa sông Thiệt hại từ sạt lở bờ rất nghiêm trọng, với nhiều công trình như cống, đập bị hư hỏng, gây ngập và nhiễm mặn cho ruộng vườn, hàng trăm nhà dân bị sập xuống sông, và hàng ngàn hộ phải di dời Ngoài ra, sạt lở bờ còn làm tăng lượng bùn cát trong dòng chảy, gây bồi lòng dẫn ở những khu vực khác, cản trở giao thông thủy và ảnh hưởng đến hệ thống tưới tiêu và thoát lũ.
Tại Cà Mau, mỗi năm có khoảng 900 ha đất bị sạt lở, chủ yếu ở vùng ven biển, với hơn 300 điểm sạt lở, trong đó 36 điểm có nguy cơ cao Bờ biển Tây dài khoảng 93 km, trong đó 8 km đang sạt lở nghiêm trọng, đặc biệt tại các huyện U Minh và Trần Văn Thời Bờ biển Đông dài khoảng 150 km cũng bị xói lở, gây sạt lở từ 10m đến hơn 30m, với tình trạng nghiêm trọng nhất tại khu vực Đất Mũi, nơi trước đây từng bồi lấn ra biển nhưng hiện nay đang đối mặt với sạt lở nghiêm trọng, ảnh hưởng đến du lịch địa phương Hậu quả của xâm thực là hàng ngàn ha rừng phòng hộ bị cuốn trôi và hàng trăm công trình phúc lợi xã hội, cơ sở hạ tầng nông thôn, cùng nhà ở của người dân bị phá hủy.
Hình 1-7: Sạt lở tại Đất Mũi, tỉnh Cà Mau
Từ năm 1999 đến nay, Bạc Liêu đã ghi nhận 35 vụ sạt lở, khiến 128 căn nhà trôi xuống sông và 29 căn bị hư hại nặng, với tổng thiệt hại ước tính trên 25 tỉ đồng Khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề nhất là cửa biển Gành Hào và Nhà Mát, nơi mỗi năm biển xâm thực vào đất liền từ 3 đến 5 mét Tại Gành Hào, trong vòng chưa đến 10 năm, biển đã lấy đi 33 ha đất và 50 căn nhà Tình hình tại cửa biển Nhà Mát cũng rất nghiêm trọng, với tuyến đê biển thường xuyên bị lấn vào đất liền, và vào tháng 2 năm 2011, nước dâng cao đã làm sạt lở nghiêm trọng, khiến hàng trăm căn nhà bị cuốn trôi và ngập sâu trong nước.
Hình 1-8: Sóng đánh sạt lở bờ kè biển Nhà Mát - Tp.Bạc Liêu
Theo báo cáo của Sở Nông nghiệp & PTNT Bạc Liêu và Cà Mau, nước biển dâng cao hơn mỗi năm đã làm ngập hàng chục ngàn héc-ta đất ven biển tại các huyện như U Minh, Ngọc Hiển, Năm Căn, Phú Tân, Cái Nước, Đầm Dơi (Cà Mau) và Đông Hải, Hòa Bình, Tp.Bạc Liêu (tỉnh Bạc Liêu) Hiện tượng sạt lở ven biển và các tuyến sông ngày càng trở nên nghiêm trọng, đe dọa đến sản xuất và đời sống người dân Mặc dù tỉnh Cà Mau đã xây dựng kè chống sạt lở đê biển Tây, nhưng đây chỉ là giải pháp tạm thời do thiếu kinh phí Tuyến đê biển Đông vẫn chưa được xây dựng, dẫn đến tình trạng sạt lở hàng năm từ 5 đến 20 mét Tại các tỉnh Kiên Giang, Sóc Trăng, tình trạng xâm thực và sạt lở bờ biển cũng diễn ra, khiến nhiều người dân lo lắng.
1.3.2 Phân loại xói lở bờ hệ thống sông rạch ở BĐCM
Theo quan sát và điều tra thực địa kết hợp phỏng vấn người dân địa phương, xói lở bờ diễn ra phổ biến ở hầu hết các sông rạch tại vùng BĐCM, ảnh hưởng bởi cả thủy triều biển Đông, biển Tây và dòng chảy thượng nguồn Hiện tượng xói lở xảy ra trong cả mùa mưa lẫn mùa khô, cho thấy diễn biến rất đa dạng và phức tạp Mỗi khu vực và vị trí sạt lở có những đặc điểm riêng, tuy nhiên có thể phân loại theo các hình thức sạt lở khác nhau.
Xói lở thường xảy ra tại các đoạn sông cong, điển hình như sông Gành Hào với các khu vực xã Hòa Tân (TP Cà Mau) và xã Tân Thuận (Đầm Dơi), cũng như sông Cửa Lớn tại các vị trí xã Tam Giang và Hàng Vịnh (Năm Căn).
- Xói lở bờ ở vùng phân lưu, nhập lưu gần nhau;
- Xói lở bờ đoạn sông gần biển, khu vực cửa sông, điển hình như: cửa Bồ Đề, cửa Hố Gùi, Sông Đốc, Nhà Mát,…
- Xói lở đọan sông tập trung đông dân cư có mật độ tàu thuyền đi lại nhiều, như: thị trấn Năm Căn, chợ Tân Tiến, thị trấn Đầm Dơi,…
1.3.3 Nhận xét về xói lở bờ hệ thống sông rạch ở BĐCM
Tình trạng xói lở bờ hệ thống sông ở BĐCM đang xảy ra khá phổ biến và có chiều hướng ngày một gia tăng
Xói lở bờ sông rạch diễn ra phổ biến tại các khu vực chịu tác động mạnh từ chế độ thủy triều của biển Đông, đặc biệt là ở các huyện như Đầm Dơi, Ngọc Hiển, Năm Căn (Cà Mau) và Đông Hải, thành phố Bạc Liêu (tỉnh Bạc Liêu).
- Hầu hết các sông rạch là tuyến trục giao thông thủy chính trong khu vực đều xảy ra hiện tượng sạt lở
- Các cửa sông đổ ra biển Đông như: cửa Gành Hào (15÷30 m/năm), cửa
Hố Gùi và cửa Bồ Đề có tốc độ sạt lở mạnh hơn so với các cửa sông đổ ra biển Tây, với Hố Gùi đạt 5÷10 m/năm và cửa Bồ Đề đạt 10 m/năm Trong khi đó, cửa Ông Đốc và cửa Khánh Hội chỉ có tốc độ sạt lở từ 5 m/năm đến 7 m/năm.
Bờ sông tại các khu vực thành phố, thị xã và thị trấn như Năm Căn, chợ Tân Tiến và Đầm Dơi đang chịu tác động nghiêm trọng từ hoạt động khai thác của con người và mật độ tàu thuyền qua lại cao, dẫn đến tình trạng sạt lở nghiêm trọng.
Các khu vực phân nhập lưu và ngã ba sông như vàm Lương Thế Trân, ngã ba Gành Hào - kênh Xáng Độ Cường, ngã ba Gành Hào - rạch Mương Điều, ngã ba sông Đầm Dơi - sông Hố Gùi (chợ Vàm Đầm), và ngã ba Tam Giang (sông Cửa Lớn - kênh 17) thường gặp tình trạng sạt lở bờ.
Sạt lở bờ biển thường xảy ra vào đầu mùa mưa, đặc biệt là tháng 4, tháng 5, sau những trận mưa lớn và vào ban đêm khi triều hạ thấp Tại một số khu vực ở huyện phía Đông, tình trạng này còn diễn ra vào cuối mùa mưa, từ tháng 11 đến tháng 12 Để ứng phó với xâm thực bờ biển, các địa phương như Cà Mau, Bạc Liêu đã tiến hành gia cố đê, xây dựng đê mới và trồng rừng ngập mặn với các loại cây phù hợp Tuy nhiên, những biện pháp này chỉ mang tính tạm thời, không đủ sức chống chọi với sóng lớn Để giải quyết triệt để vấn đề, cần có giải pháp khoa học và sự đầu tư kịp thời từ Chính phủ cho các công trình đê biển kiên cố Một số đê bê tông do Chính phủ đầu tư tại Bạc Liêu, Trà Vinh đã phát huy hiệu quả, nhưng việc xây dựng các công trình này vẫn tốn kém và chỉ được thực hiện ở những đoạn cấp bách.
Định hướng các giải pháp kỹ thuật phòng chống xói lở bờ sông thủy triều vùng BĐCM
1.4.1 Một số vấn đề cần xem xét trong công tác bảo vệ bờ chống xói trên sông vùng triều
Hiện tượng sạt lở bờ đang diễn ra phổ biến và liên tục tại nhiều khu vực, do đó, cần xem xét và lựa chọn một cách hợp lý các chủ trương, biện pháp và vị trí để bảo vệ bờ.
Do địa hình thấp và tình trạng sạt lở, việc không có chỗ để lùi và di dời khiến chúng ta phải cân nhắc kỹ lưỡng về tác động kinh tế xã hội và sự an toàn của người dân.
+ Biện pháp công trình phải tiết kiệm đất, không để bạt mái Công trình bảo vệ bờ ở thị trấn, thành phố phải bền vững và mỹ quan
Các biện pháp công trình cần đảm bảo không làm ảnh hưởng đến giao thông thủy Khi sử dụng các công trình mỏ hàn, cần xem xét kỹ lưỡng để phù hợp với điều kiện thủy triều Đặc biệt, ngay trong khu vực kè bảo vệ bờ, cũng cần chú ý đến phần bến bãi và cầu tàu.
Việc sử dụng các biện pháp công trình bồi ở ĐBSCL gặp nhiều hạn chế do bùn cát và sự thiếu hụt vật liệu bảo vệ bờ truyền thống như đá Do đó, cần xem xét các vật liệu bảo vệ bờ hợp lý hơn Hơn nữa, chế độ bán nhật triều gây ảnh hưởng đến mực nước, làm cho lòng sông rộng và sâu, vì vậy các biện pháp công trình cần chú ý đến điều kiện thi công trong vùng triều và ứng dụng vật liệu, công nghệ mới cũng như biện pháp thi công lắp ghép trong nước.
1.4.2 Kiến nghị về chủ trương và định hướng các giải pháp kỹ thuật chống xói lở bảo vệ bờ trên sông vùng triều
Trong bối cảnh hiện tại, việc dự báo di dời và phòng tránh thiên tai cần được ưu tiên, đồng thời kết hợp với bảo vệ bờ tại những khu vực trọng điểm, như những nơi có ý nghĩa kinh tế - xã hội quan trọng hoặc những vị trí then chốt liên quan đến hình thái sông và quá trình biến đổi lòng dẫn.
Công trình cần phải phù hợp với các điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội và môi trường, đồng thời phải tuân thủ quy hoạch chỉnh trị sông và lợi dụng tổng hợp Đảm bảo tính bền vững và mỹ quan của công trình sẽ góp phần tôn tạo cảnh quan môi trường và chỉnh trang đô thị.
+ Công trình bảo vệ bờ trên sông thủy triều cần phải được xem xét:
Đặc thù của sông vùng triều ở ĐBSCL bao gồm lòng sông rộng và sâu, ảnh hưởng mạnh từ thủy triều, cùng dòng chảy hai chiều, đòi hỏi các công trình bảo vệ bờ sông phải tuân theo quy hoạch tuyến chỉnh trị Các công trình điều chỉnh từ xa cần phải có kích thước đủ lớn, vuông góc với dòng chảy để không gây ảnh hưởng đến giao thông thủy Việc xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật thường thông qua thí nghiệm mô hình vật lý, mặc dù quy trình này thường rất tốn kém.
Để ổn định mái bờ sông vùng triều, việc bảo vệ phần chân kè là rất quan trọng, vì khối lượng của phần chân kè chiếm hơn 80% tổng khối lượng công trình kè lát mái.
Trong bối cảnh hiện tại, khi chưa thể thực hiện toàn bộ tuyến chỉnh trị, việc bảo vệ bờ trực tiếp tại chỗ theo quy hoạch đã được xác định là một phương án mặc dù bị động nhưng lại mang lại hiệu quả ngay lập tức và có ý nghĩa vô cùng quan trọng.
Dòng chảy mạnh với mực nước lũ cao và thời gian kéo dài làm gia tăng hiện tượng xói ngầm và cát chảy, đặc biệt khi địa chất lòng sông và bờ sông yếu Do đó, việc bảo vệ mái bờ bằng cách tạo một lớp áo giáp để chống lại dòng chảy và dòng thấm khi lũ rút là rất quan trọng.
Mục tiêu bảo vệ chống xói lở và ổn định mái bờ thường tập trung ở các khu vực đông dân cư như thị tứ, thị trấn, thành phố, nơi có công trình xây dựng gần mép bờ sông với tải trọng lớn Khi không thể di dời hoặc dịch lùi để tạo mái ổn định, cần nghiên cứu các phương án chống xói lở như tường chắn đất, cừ bản bê tông cốt thép, hoặc cừ bản thép, đồng thời chú trọng đến việc bảo vệ chân bờ, tôn tạo cảnh quan môi trường và chỉnh trang đô thị.
Với sự cạn kiệt của các vật liệu bảo vệ truyền thống tại ĐBSCL, cùng với lòng sông rộng và sâu, việc nghiên cứu và ứng dụng các vật liệu và công nghệ mới trong công trình bảo vệ bờ sông là điều cần thiết.
Đối với sông vùng triều, việc nghiên cứu chống xói và bảo vệ bờ cần có kế hoạch cụ thể Đầu tiên, cần tiến hành khảo sát, đo đạc và thu thập các tài liệu cơ bản về thủy văn, bùn cát, địa chất, địa hình và môi trường Tiếp theo, nghiên cứu quy luật diễn biến lòng sông và hình thái sông để xác định rõ nguyên nhân gây xói lở bờ Cuối cùng, cần thực hiện quy hoạch chỉnh trị, xác định các tham số và kích thước công trình chỉnh trị, cùng với việc bố trí hệ thống công trình trong quy hoạch này.
Kết luận chương 1
Sạt lở bờ là một vấn đề nghiêm trọng, đòi hỏi sự can thiệp liên tục giữa con người và thiên nhiên Việc chống sạt lở bờ không chỉ mang tính cấp bách mà còn cần giải pháp lâu dài, liên quan đến sự phát triển của xã hội và môi trường Bảo vệ tính mạng con người và ổn định xã hội là lý do chính khiến vấn đề này thu hút sự quan tâm từ nhà nước, địa phương và các ngành liên quan Đồng thời, nó cũng đặt ra thách thức cho các chuyên gia nghiên cứu và là cơ sở cho sự phát triển của các luận văn trong lĩnh vực này.
NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG THỦY TRIỀU VÙNG BÁN ĐẢO CÀ MAU
Phân tích những ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên đến xói lở bờ sông thủy triều vùng BĐCM
2.1.1 Ảnh hưởng của địa hình, địa mạo khu vực
BĐCM là vùng đất trẻ với địa hình bằng phẳng, tiếp giáp biển Đông và vịnh Thái Lan, có chiều dài bờ biển 453 km, chiếm 14% tổng chiều dài bờ biển cả nước Hệ thống sông ngòi, kênh rạch phong phú giúp phát triển giao thông đường thủy và nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản Tuy nhiên, đặc điểm này cũng dẫn đến tình trạng bồi lắng và xói lở nghiêm trọng, cùng với tác động của con người trong phát triển kinh tế - xã hội, gây ra sạt lở đất ven sông, ven biển, ảnh hưởng xấu đến sản xuất, tài sản và tính mạng người dân ở khu vực ven bờ.
Tuy nhiên, tại các cửa sông lớn như: Mỹ Thanh, Nhà Mát, Gành Hào,
Tại khu vực BĐCM, hàng chục ngàn hộ dân đang lo lắng về tình trạng lở đất và nước tràn đê sông, gây thiệt hại cho sản xuất và mất nhà Sạt lở ven biển diễn ra mạnh mẽ từ cửa Gành Hào đến cửa Hố Gùi, đặc biệt tập trung ở chợ Tân Tiến, thị trấn Năm Căn, cảng Năm Căn, ấp Cái Nai, chợ Nhưng Miên và chợ Ông Trang Những khu vực này chịu tác động nghiêm trọng từ dòng chảy sông và biển, với mức sạt lở lên tới 30-40m vào đất liền mỗi năm.
Hình 2-1: Bản đồ địa hình khu vực bán đảo Cà Mau
(Nguồn Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam)
Theo báo cáo của Sở Nông nghiệp & PTNT tỉnh Cà Mau, tình trạng sạt lở đất ven sông đã gây mất khoảng 300 ha đất mỗi năm, với hơn 30 vụ sạt lở lớn từ năm 1998 đến nay, dẫn đến thiệt hại về người và tài sản, bao gồm 4 người chết và 126 căn nhà bị sập Từ cuối tháng 6/2010, huyện Năm Căn đã ghi nhận 3 vụ sạt lở nghiêm trọng Nhiều khu vực trong tỉnh, đặc biệt ở các huyện Đầm Dơi, Năm Căn, Ngọc Hiển và các sông như Gành Hào, Đầm Dơi, đang tiềm ẩn nguy cơ sạt lở rất cao.
Cuối năm 2007, trong khoảng thời gian từ 25/10 đến 10/11, đã xảy ra hai đợt triều cường nghiêm trọng, khiến hơn 300 km bờ bao bị tràn Thiệt hại sản xuất ước tính lên tới 4.886 ha, trong đó 3.478 ha tôm nuôi chuẩn bị thu hoạch bị mất trắng, 510 ha cá nuôi theo sông và biển bị cuốn trôi, cùng với 898 ha lúa bị nước mặn xâm nhập Tổng thiệt hại ước tính trên 4 tỷ đồng.
Năm 2008, lũ lụt đã làm ngập đê, gây thiệt hại cho hơn 10.632 ha sản xuất, trong đó có trên 7.000 ha tôm nuôi và 3.114 ha hoa màu bị mất trắng, tổng thiệt hại ước tính lên đến 10 tỷ đồng.
Vào năm 2009, trong chỉ 3 ngày từ 04-06/11, triều cường đã gây thiệt hại nghiêm trọng cho 14.795 ha đất sản xuất, bao gồm gần 11.000 ha diện tích nuôi tôm và 3.867 ha lúa, với tổng mức thiệt hại lên tới 15 tỷ đồng Ngày 27/05/2009, 13 căn nhà ở khu vực chợ ven sông xã Nguyễn Huân, huyện Đầm Dơi bị cuốn trôi xuống sông, để lại đoạn nứt sâu 30 m kéo dài 150 m Tiếp theo, vào ngày 09/06/2009, sạt lở đất xảy ra nghiêm trọng tại đoạn sông Ông Búp, xã Tân Tiến, huyện Đầm Dơi, với chiều dài sạt lở trên 35 m khiến 3 hộ dân bị cuốn trôi Ngày hôm sau, đất lở tại sông Cửa Lớn, ấp 2, xã Hàng Vịnh, huyện Năm Căn, cũng gây thiệt hại nặng nề khi cuốn trôi một trại tôm giống dài 27 m và rộng 12 m.
Từ tháng 6 đến tháng 9 năm 2010, theo báo cáo từ Chi cục Thủy lợi tỉnh Cà Mau, khoảng 2.000 m² đất ở các huyện Năm Căn, Ngọc Hiển, Đầm Dơi đã bị sụp xuống lòng sông, dẫn đến việc 17 căn nhà và trại giống bị nhấn chìm, gây thiệt hại vật chất đáng kể.
1 tỉ đồng Ngày 26/6/2010 xảy ra vụ sạt lở đất ở ven sông Trại Lưới, thuộc ấp
Trại Lưới A, nằm tại xã Đất Mới, có kích thước khoảng 48m chiều dài, 20-25m chiều rộng và độ sâu từ 3-5m Vào ngày 28/6/2010, tại ven sông Trại Lưới thuộc ấp Biện Trượng, xã Lâm Hải đã xảy ra vụ sạt lở đất với chiều dài khoảng 20m, chiều rộng 5-6m và độ sâu khoảng 2,5m Sự cố này đã gây thiệt hại nặng nề, làm sập hoàn toàn một căn nhà và làm hư hỏng nghiêm trọng bốn căn nhà khác của người dân.
Nghiên cứu khoa học về sạt lở và bồi lắng tại tỉnh Cà Mau vào tháng 10/2008 (Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam) đã chỉ ra rằng hiện tượng sạt lở và bồi lắng trên địa bàn đang gia tăng cả về mức độ lẫn phạm vi Đặc biệt, nghiên cứu này cũng nhấn mạnh những biến đổi lớn về dòng chảy và triều cường, cảnh báo về nguy cơ lớn đối với các xóm làng ven cửa sông và cửa biển Cà Mau.
2.1.2 Ảnh hưởng của điều kiện địa chất khu vực
Hiện tượng sạt lở và mất ổn định đất ở vùng triều ĐBSCL liên quan chặt chẽ đến điều kiện địa chất công trình của đồng bằng Tây Nam bộ và các khu vực cụ thể Sự phát sinh và phát triển của những hiện tượng này phụ thuộc vào đặc điểm địa chất riêng biệt của từng khu vực ven sông.
2.1.2.1 Về cấu tạo địa chất
Toàn bộ vùng nghiên cứu ở ĐBSCL được phủ bởi trầm tích trẻ, với lớp đất trên cùng được hình thành trong kỷ Đệ Tứ Đặc biệt, từ độ sâu 30 đến 70m, đất nền mới hình thành trong thời kỳ Holocen Đặc điểm địa chất này được thể hiện rõ trên mặt cắt địa chất của ĐBSCL, bao gồm hai phần: lớp đất trên cùng là trầm tích phù sa trẻ (Holocen - QIV) và lớp đất dưới là trầm tích phù sa cổ hình thành trong Pleitocen.
Đất trầm tích phù sa trẻ mới hình thành có cấu trúc xốp và chưa trải qua quá trình nén chặt tự nhiên, với các hạt chưa được gắn kết Nguồn gốc từ biển và sông biển hỗn hợp, đất này chứa nhiều hạt mịn và muối hòa tan, tạo nên tính chất cơ lý và hóa lý đặc biệt Điều này khiến đất dễ nhạy cảm với tác động bên ngoài, và tính chất của nó dễ biến đổi, dẫn đến khả năng sạt lở và mất ổn định khi có các yếu tố khác tác động.
2.1.2.2 Về đặc điểm địa chất công trình của đất nền dọc theo sông vùng triều
Các hố khoan địa chất dọc theo các con sông vùng triều ở ĐBSCL cho thấy rằng đất nền ở những khu vực xảy ra sạt lở bờ sông chủ yếu được cấu tạo từ các lớp đất yếu thuộc trầm tích phù sa trẻ Đất bùn sét và đất dẻo chảy là sản phẩm của trầm tích trẻ, đang ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất - đá, và chưa trải qua quá trình cố kết tự nhiên Đặc biệt, độ ẩm tự nhiên của chúng vượt quá độ ẩm giới hạn chảy.
Đất bùn sét có giá trị dung trọng tự nhiên thấp, khoảng 1,50 g/cm³, và dung trọng khô dưới 1 g/cm³ Khi chứa vật chất hữu cơ, cả hai giá trị này đều giảm Nếu đất bùn sét có cát mịn, dung trọng tự nhiên và dung trọng khô sẽ cao hơn nhưng không vượt quá 1,80 g/cm³ và 1,3 g/cm³ Đất này có lực dính kết nhỏ, không quá 0,1 kg/cm², và góc ma sát trong tối đa chỉ đạt 7° đến 8°.
Đất bùn sét và sét dẻo chảy trước đây hình thành trong môi trường nước biển với ion Na + Sau quá trình trầm tích, môi trường của các loại đất này đã thay đổi, dẫn đến sự rửa trôi dần dần ion Na + và giảm hàm lượng của chúng Thay vào đó, các ion muối có hóa trị cao như Ca 2+ xuất hiện.
Xác định các nguyên nhân, yếu tố ảnh hưởng tới sạt lở bờ sông thủy triều vùng BĐCM
2.2.1 Nguyên nhân của hiện tượng xói lở bờ sông thủy triều
Một dòng sông được cấu thành từ hai yếu tố chính: dòng nước chuyển động và lòng dẫn mà dòng nước tạo ra trên bề mặt lục địa Dòng nước có tính năng động hơn, thường chiếm ưu thế và thay đổi liên tục, trong khi lòng dẫn có vai trò kiểm soát dòng chảy Nguyên nhân chính gây xói lở bờ sông là do tác động cơ học, lý học và hóa học của dòng nước lên lòng dẫn, khiến bùn cát bị cuốn trôi Tốc độ xói lở tại một vị trí phụ thuộc vào khả năng bào xói và thời gian duy trì khả năng đó của dòng chảy, được đánh giá qua sự sai khác giữa vận tốc dòng chảy và vận tốc cho phép không xói của đất trong lòng dẫn.
Nguyên nhân xói lở bờ sông vùng triều chủ yếu do sóng và dòng chảy với vận tốc lớn, có thể đạt 2-3 m/s, tác động vào lòng và bờ sông có tính chất cơ lý thấp Trong thời gian lũ xuống và triều rút, vận tốc dòng chảy tăng lên, đặc biệt ở các đoạn sông hẹp và cong, khiến khối đất bờ trong trạng thái bão hòa nước trở nên không ổn định Tuy nhiên, mỗi vị trí sông có những đặc thù riêng do điều kiện địa hình, địa chất và thủy văn, do đó cần xác định các yếu tố chính và phụ gây xói lở tại từng vị trí để làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất giải pháp công nghệ xây dựng công trình phòng chống và bảo vệ bờ sông hiệu quả.
Qua nghiên cứu và điều tra thực địa tại hệ thống sông rạch vùng BĐCM, có thể xác định bốn nguyên nhân chính gây ra sạt lở bờ: Thứ nhất, sạt lở xảy ra khi dòng chảy có vận tốc vượt quá giới hạn cho phép, dẫn đến xói mòn lòng dẫn Thứ hai, hoạt động của sóng tàu thuyền di chuyển trong sông rạch cũng góp phần gây sạt lở Thứ ba, sóng gió tại khu vực cửa sông tạo ra áp lực lên bờ, gây ra hiện tượng sạt lở Cuối cùng, sự gia tải quá mức lên mép bờ sông rạch là nguyên nhân quan trọng không thể bỏ qua.
2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới xói lở bờ sông thủy triều vùng BĐCM
Quá trình xói lở bờ phụ thuộc vào nhiều yếu tố có thể thay đổi theo thời gian và vị trí, với một số yếu tố có vai trò chính trong một thời điểm nhưng chỉ là yếu tố thứ yếu ở thời điểm khác Do đó, việc xác định nguyên nhân và các nhân tố ảnh hưởng đến xói lở bờ chỉ mang tính tương đối Để hiểu rõ hơn về nguyên nhân gây ra sạt lở bờ sông, cần tiến hành phân tích cụ thể từng yếu tố ảnh hưởng.
2.2.2.1 Yếu tố làm tăng lực gây trượt mái bờ
Gia tải lên mép bờ sông, việc san lấp mặt bằng và xây dựng nhà cửa, công trình lấn chiếm bờ sông, cũng như việc neo tàu thuyền vào bờ, đều gây ra hiện tượng sóng do tàu thuyền và gió tác động vào bờ.
- Đất bờ sông bị bão hòa nước do mưa làm tăng trọng lượng khối đất bờ, phát sinh áp lực thấm
- Khi lũ xuống hoặc triều rút, mực nước sông thấp xuống, khi đó trọng lượng khối đất và áp lực nước thấm từ bờ ra sông đều tăng lên
2.2.2.2 Yếu tố làm giảm tải trọng khối chống trượt
Dòng chảy của sông rạch có vận tốc vượt quá giới hạn cho phép, dẫn đến hiện tượng xói mòn bờ sông và lòng sông Hệ quả là nước bào mòn cấu trúc bờ, làm giảm trọng lượng của khối chống trượt, gây ra nguy cơ mất ổn định cho khu vực ven sông.
- Đất bờ sông bị thay đổi trạng thái liên tục, khô-ướt gây nứt nẻ làm giảm lực liên kết giữa chúng
2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của dòng chảy do thủy triều tác động đến bờ sông vùng BĐCM
2.3.1 Cơ chế xói lở bờ sông thủy triều
Qua quan sát và nghiên cứu thực địa, các điểm xói lở trên sông ở ĐBSCL cho thấy cơ chế xói lở bờ sông chủ yếu do ảnh hưởng của chế độ thủy triều, diễn ra theo hai giai đoạn Giai đoạn đầu là mở rộng lòng sông, kết quả của quá trình bào xói mái bờ dưới tác động của thủy triều, sóng gió và tàu thuyền Giai đoạn cuối là đào sâu lòng sông do tác động của dòng chảy ven bờ Những vị trí sạt lở bờ sông thể hiện rõ đặc điểm của quá trình này.
- Vừa có xói phổ biến, vừa có xói cục bộ, vừa có sạt lở mái bờ sông
- Xâm thực vừa có tính xung kích thủy lực từ dòng chảy sông vừa có tác động của dòng nước ngầm
Sạt lở xảy ra do sự mất cân bằng về sức tải cát và cơ học của đất, thường diễn ra cả trong mùa mưa bão lẫn mùa khô hạn.
2.3.2 Đặc điểm của quá trình xói lở bờ sông
Các kết quả phân tích ban đầu cho thấy:
1 Sự chênh lệch của cao trình lòng sông và bãi sông (Z) càng lớn sự biến đổi của biên độ nước trong sông càng lớn (H), vận tốc dòng chảy (V) càng lớn, lưu lượng (Q) càng lớn, tổng lượng nước về nguồn càng lớn (W), thời gian lũ (T) càng kéo dài thì tốc độ sạt lở bờ càng nhanh;
2 Sự phân bố của các lớp đất mềm yếu, lớp cát dễ xói càng nông thì tốc độ xói lở càng nhanh, ngược lại sự phân bố các lớp dễ xói càng chôn sâu, chiều dày độ chôn sâu càng sâu (chiều dày và độ chôn sâu) thì tốc độ sạt lở bờ sông càng chậm và khi sạt lở thường hình thành cung trượt lở lớn
Lớp đất mềm yếu và cát bên dưới bị xói mòn nhanh chóng hơn lớp đất trên bề mặt, dẫn đến mái bờ sông trở nên dốc và vượt quá giới hạn an toàn Điều này buộc bờ sông phải sạt lở để tạo ra sự ổn định tạm thời cho mái bờ Tuy nhiên, quá trình xói mòn tiếp tục diễn ra, khiến cho mái bờ sông lại trở nên dốc và dẫn đến những đợt sạt lở mới Do đó, sông không bị bào mòn một cách liên tục mà xảy ra theo từng đợt sạt lở, tạo ra đường viền bờ sông không có hình cong trơn tru.
2.3.3 Ứng dụng mô hình Mike trong nghiên cứu dự báo xói lở bờ sông thủy triều vùng BĐCM cho một số khu vực trọng điểm
2.3.3.1 Khái quát về mô hình toán tính diễn biến lòng dẫn
Dự báo xói bồi lòng dẫn thông qua mô hình toán học là quá trình mô phỏng sự bào mòn, vận chuyển bùn cát và bồi lắng lòng dẫn dưới ảnh hưởng của dòng chảy theo thời gian, sử dụng công cụ toán học và hỗ trợ từ máy tính điện tử.
Phương pháp nghiên cứu dự báo diễn biến lòng dẫn bằng mô hình toán yêu cầu máy tính có bộ nhớ lớn và tốc độ xử lý cao Để đảm bảo độ chính xác, cần có điều kiện biên, điều kiện ban đầu và tài liệu kiểm chứng mô hình phù hợp Mô hình toán phải mạnh mẽ và có khả năng mô phỏng chính xác các điều kiện và quá trình diễn biến thực tế Ngoài ra, cần có tài liệu dự báo dòng chảy, bao gồm độ lớn và quá trình diễn biến như lũ và kiệt Trong trường hợp thiếu tài liệu dự báo, có thể sử dụng chế độ dòng chảy năm điển hình.
Trong bối cảnh hiện nay, với trình độ khoa học và kinh tế của nước ta, đặc biệt là ở BĐCM, việc sử dụng phương pháp mô hình toán để tính toán và dự báo xói lở bờ là rất phù hợp.
Hiện nay, có nhiều mô hình toán được sử dụng để mô phỏng quá trình diễn biến lòng dẫn sông, bao gồm mô hình Mike của Viện Kỹ thuật Tài nguyên nước và Môi trường Đan Mạch (DHI Water & Environment), mô hình HECRAS của Mỹ, và mô hình WROCLAW từ Đại học Nông nghiệp Warszaw (Ba Lan) Trong nước, có các mô hình như Hydrogis của TS Nguyễn Hữu Nhân và mô hình 3 chiều lòng động của TS Lê Song Giang, hiện đang trong giai đoạn thiết lập và thử nghiệm.
Đề xuất lựa chọn các giải pháp công trình bảo vệ bờ sông thủy triều
2.4.1 Nguyên lý chung về bảo vệ bờ sông
Lực tác dụng của dòng chảy trong sông, được biểu thị bằng động năng hoặc vận tốc dòng chảy (V), có thể thắng được lực cố kết của đất tạo nên lòng dẫn, dẫn đến hiện tượng xói sâu lòng sông và sạt lở bờ sông Do đó, nguyên lý chung để bảo vệ bờ sông khỏi xói lở là rất quan trọng.
Giảm vận tốc và thay đổi hướng dòng chảy mà không tác động trực tiếp đến bờ sông có thể thực hiện thông qua các biện pháp như mở rộng lòng sông, phân chia dòng chảy theo hướng khác, xây dựng kè để điều hướng dòng và ngăn chặn sạt lở, cũng như sử dụng phao để định hướng dòng chảy.
Để tăng trị số vận tốc cho phép của đất lòng sông và bờ sông, có thể tạo ra một "áo giáp" cho lòng dẫn sông bằng cách sử dụng các vật liệu như thảm bê tông, thảm đá, rọ đá hoặc gia cố lòng dẫn bằng cách phun hóa chất và xi măng.
2.4.2 Tổng hợp các giải pháp phòng chống xói lở bờ
Xói lở bờ sông là hiện tượng tự nhiên liên quan đến sự vận động và phát triển của sông, xảy ra do nhiều nguyên nhân và yếu tố ảnh hưởng khác nhau Để ứng phó với xói lở, các giải pháp phòng chống cần được điều chỉnh phù hợp với điều kiện kinh tế và xã hội của từng khu vực Tổng hợp từ các nghiên cứu trước đây và điều tra thực tế, có thể xây dựng các giải pháp hiệu quả nhằm giảm thiểu thiệt hại do xói lở bờ sông gây ra.
Hình 2-21: Sơ đồ tổng quát các giải pháp phòng chống sạt lở bờ
2.4.3 Đề xuất giải pháp bảo vệ bờ sông thủy triều vùng BĐCM
Hiện nay, có nhiều giải pháp khoa học công nghệ đa dạng về bảo vệ bờ sông trên thế giới Việc lựa chọn giải pháp phù hợp cho các sông vùng ảnh hưởng triều nhằm tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và kỹ thuật là một thách thức lớn Đặc điểm của sông vùng triều bao gồm lòng sông sâu, dòng chảy hai chiều và đất bờ sông rất mềm yếu.
Giải pháp chống xói lở bờ được chia thành hai loại: công trình chủ động và công trình bị động Công trình chủ động bao gồm các hệ thống như giàn phao hướng dòng, kè mỏ hàn và công trình phá sóng xa bờ, nhằm tác động trực tiếp vào dòng chảy Trong khi đó, công trình bị động tập trung vào việc bảo vệ lòng dẫn, ví dụ như kè bảo vệ bờ và gia cố kết cấu đất bờ.
Hệ thống sông rạch ở BĐCM có dòng chảy hai chiều, do đó việc áp dụng giải pháp công trình chủ động không phù hợp và có thể gây phản tác dụng Các công trình như phao hướng dòng và kè mỏ hàn có khả năng gây xói lở bờ đối diện, đồng thời việc xây dựng các công trình này cũng làm thu hẹp dòng chảy.
CÁC GIẢI PHÁP GIẢM NHẸ THIỆT HẠI DO XÓI LỞ BỜ
- Quy họach tuyến luồng chạy tàu, quy định vận tốc chạy tàu tối đa.
- Nâng cao nhận thức cho nhân dân về xói lở
- Quy hoạch phát triển trong tương lai nằm ngoài hành lang an toàn
- Di dời ra khỏi khu vực có nguy cơ sạt lở
- Điều chỉnh hướng dòng chảy
- Tăng khả năng cố kết khối đất bờ (tăng khà năng chịu lực, chống xói)
CÁC GIẢI PHÁP PHI CÔNG
Các giải pháp công trình nhằm cản trở giao thông thủy bao gồm việc ứng dụng các biện pháp bị động để ngăn chặn sạt lở trên hệ thống sông, kênh, rạch ở BĐCM Cụ thể, biện pháp này bảo vệ trực tiếp bằng cách mặc cho mái bờ một áo giáp, giúp chống lại tác động gây xói của dòng chảy và sóng Đối với những khu vực không tập trung dân cư, có mái bờ thoải, có thể áp dụng các biện pháp dân gian như trồng hàng cây hoặc thả phên liếp để chắn sóng Các loại cây trồng hiệu quả để chắn sóng bao gồm dừa nước, mắm, đước, bần, vẹt, lau sậy, và bình bát Việc trồng các loại cây này thành quần thể sẽ nâng cao hiệu quả chống xói lở.
Do lòng sông có cấu trúc đất yếu với tính chất cơ lý thấp, việc ứng dụng tường chắn đất không được khuyến khích, ngoại trừ ở các khu vực thị trấn và thị xã cần mở rộng diện tích đất bên sông Lý do chính là khối đất phía sau tường chắn sẽ gia tăng lực trượt, đòi hỏi phải gia cố chân kè nhiều hơn và sử dụng cọc đóng sâu hơn để đảm bảo ổn định lâu dài cho công trình Điều này dẫn đến chi phí không kinh tế.
Khi xây dựng công trình bảo vệ bờ bằng tường chắn, cần chú ý đến việc chọn vật liệu có góc ma sát trong lớn cho phần sau tường, như cát hoặc đá Nếu sử dụng đất, cần bố trí các lớp vải địa chất có độ bền và tuổi thọ phù hợp để giảm áp lực ngang Công trình này thường được ứng dụng tại trung tâm các đô thị.
MẶT ĐẤT TỰ NHIÊN CÁT SAN LẤP ĐẦM CHẶT
Hình 2-22: Kết cấu kè bảo vệ bờ khu vực đông dân cư, thị trấn
Trong quy hoạch công trình kè chống xói lở, đối với những khu vực còn quỹ đất, nên áp dụng công trình kè lát mái Giải pháp này bao gồm việc bạt mái để ổn định mái bờ, đồng thời phủ lên mái bờ một lớp vật liệu chất lượng cao, có khả năng chống lại tác động của sóng và dòng chảy, cũng như bền vững trong điều kiện môi trường.
Kè bảo vệ bờ dạng lát mái mang lại nhiều lợi ích, nhưng để tối ưu hóa hiệu quả thiết kế, cần chú ý đến ba phần chính: chân kè, thân kè và đỉnh kè Đỉnh kè không chỉ tạo cảnh quan mà còn đảm bảo độ bền trước tác động của dòng chảy mặt Trong khi đó, việc bố trí thân kè và chân kè cần phù hợp với mục đích bảo vệ bờ trước sóng và dòng chảy, nhằm tránh lãng phí tài nguyên.
Tại các ngã ba sông, sự tác động của dòng chảy và sóng lòng thường tạo ra hố xói sâu, làm mất ổn định mái bờ do khối đất phản áp giảm Để đảm bảo ổn định bờ sông, cần chú trọng đến phần chân kè và đắp bù đất đã bị cuốn trôi, nâng cao trình mái hố xói Khối lượng vật liệu cần đắp phụ thuộc vào điều kiện địa hình và địa chất khu vực Kinh nghiệm từ các công trình kè bảo vệ bờ tại ĐBSCL cho thấy, việc tạo mái m = 3 từ đỉnh kè đến lòng sông là đủ để đảm bảo ổn định Để ngăn chặn xói mòn, cần phủ một lớp vật liệu chống xói có đường kính lớn hơn theo tiêu chuẩn 14TCN84-91.
- là hệ số ổn định cho phép [] =1.1;
- U là lưu tốc bình quân thủy trực lớn nhất thực đo;
- h là chiều sâu dòng chảy;
- d là đường kính vật liệu ;
- m là hệ số mái dốc;
- mo là hệ số mái tự nhiên của đá thả rời trong nước;
- là góc hợp bởi đường mép nước và hình chiếu hướng chảy của dòng nước trên mái dốc
Hình 2-24 là một dạng công trình bảo vệ bờ trước tác động của dòng chảy đã ứng dụng có hiệu quả ở ĐBSCL
Công trình bảo vệ bờ sông rạch là giải pháp quan trọng để chống lại tác động của dòng chảy, sóng và tàu thuyền, nhằm giảm thiểu tình trạng sạt lở Phạm vi sạt lở bờ thường xảy ra từ cao trình Zc đến mực nước Zđ, như thể hiện trong hình 2-25.
Hình 2-25: Phạm vi bảo vệ bờ do nguyên nhân sóng tàu
Trong đó cao trình đỉnh Zđ được tính theo công thức:
Zmax là mực nước triều lớn nhất, trong khi hsl là chiều cao sóng leo tối đa do gió hoặc tàu thuyền gây ra Chiều cao sóng leo do tàu thuyền được tính gần đúng bằng công thức: hsl = 2 rr H cos với 2 Trong đó, rr là hệ số giảm liên quan đến độ gồ ghề bề mặt, được lấy từ bảng 3-5 trong Hướng dẫn thiết kế kênh chạy tàu nội địa.
- góc giữa đường đỉnh sóng với đường bờ (đối với kênh thẳng = 55 0 )
H - Chiều cao sóng các đỉnh giao thoa (m) (tính theo hướng dẫn thiết kế kênh chạy tàu nội địa)
L - Chiều dài sóng của các đỉnh giao thoa (m) m - hệ số mái dốc
Cao trình chân (Zc) của lớp bảo vệ được xác định theo công thức:
Zc = Zmin - 2,5hs; trong đó:
Zmin - là mực nước tính toán thấp nhất (m) hs - là chiều cao sóng ngang đuôi tàu lớn nhất (m) (tính theo hướng dẫn thiết kế kênh chạy tàu nội địa)
Kết qua tính toán sơ bộ phạm vi bảo vệ bờ cho một số sông rạch ở BĐCM (trường hợp mái dốc bảo vệ bờ m=3) được trình bày trong bảng 2-3
Bảng 2-3: Phạm vi bảo vệ mái bờ sông chịu tác động chủ yếu của sóng tàu
Tên sông Đá đổ Bêtông nhẵn
Thảm, rọ đá Đá xây Zc (m)
Cửa Lớn 2.91 3.72 3.12 3.52 -4.16 Đầm Chim 2.07 2.32 2.14 2.26 -6.49 Đầm Dơi 2.07 2.32 2.14 2.26 -5.83
Kết luận chương 2
Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến xói lở bờ sông trong vùng chịu tác động của thủy triều cho thấy rằng địa hình, địa chất, và thủy văn - hải văn đều có những yếu tố bất lợi ảnh hưởng đến sự ổn định của bờ Khi các yếu tố này đồng thời xảy ra, chúng sẽ gây ra quá trình xói lở mạnh mẽ ở bờ sông.
Quá trình xói bồi và biến hình lòng sông, cũng như sạt lở mái bờ sông ở vùng BĐCM, là kết quả của sự tương tác phức tạp giữa dòng nước và lòng sông, chịu ảnh hưởng từ điều kiện tự nhiên và tác động của con người Dòng nước đóng vai trò chủ đạo trong quá trình này, đặc biệt khi lòng sông có các đặc trưng cơ lý và hóa học của địa chất nền yếu Mỗi vị trí sông có những đặc thù riêng, phụ thuộc vào địa hình, địa chất, thủy văn và chế độ dòng chảy tại đó Do đó, việc xác định các yếu tố chính và phụ gây xói lở lòng sông và bờ sông là cần thiết để xây dựng cơ sở khoa học cho các giải pháp công nghệ nhằm phòng chống và bảo vệ hiệu quả.