Tiến Sĩ Nghiên cứu diễn biến và giải pháp chỉnh trị đoạn sông phân lạch – Ứng dụng cho sông Cửu Long

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2014

MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU . 1
0.1. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 1
0.1.1Diễn biến lòng dẫn phức tạp ở các đoạn sông phân lạch gây sạt lở
bờảnh hưởng xấu đến an sinh xã hội . 1
0.1.2 Nhu cầu ổn định các cù lao trên sông để khai thác vào các mục
tiêu kinh tế- xã hội 6
0.2. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN . 7
0.3. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN 8
0.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 8
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU
VỀCÔNG TRÌNH CHỈNH TRỊ SÔNG PHÂN LẠCH 10
1.1. CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ SÔNG PHÂN LẠCH . 10
1.1.1. Nhu cầu nghiên cứu đoạn sông phân lạch . 10
1.1.2. Các vấn đề nghiên cứu 11
1.1.3. Phương pháp nghiên cứu . 12
1.2. CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI . 12
1.2.1. Nguyên nhân hình thành sông phân lạch 12
1.2.2. Diễnbiến sông phân lạch 14
1.2.3. Côngtrình chỉnh trị đoạn sông phân lạch . 15
1.3. CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM 19
1.3.1. Các hoạt động nghiên cứu . 19
1.3.2. Thành tựu nghiên cứu lý thuyết 20
1.3.3. Các công trình chỉnh trị đoạn sông phân lạch đã xây dựng 20
1.4. NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI TRONG NGHIÊN CỨU CHỈNHTRỊ
SÔNG PHÂN LẠCH 34
iii
1.4.1. Quan niệm về vai trò các bãi giữa 35
1.4.2. Mối quan hệ giữa các yếu tố hình thái và thủy lực của đoạn đơn lạch và
đoạn phân lạch . 35
1.4.3. Bố trí không gian công trình chỉnh trị . 35
1.4.4. Đánh giá hiệu quả của các hạng mục công trình chỉnh trị 36
1.5. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN . 36
1.5.1. Vấn đề nghiên cứu . 36
1.5.2. Phạm vi nghiên cứu . 37
1.5.3. Phương pháp nghiên cứu . 38
CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊNCỨU . 39
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHỈNH TRỊ SÔNG PHÂN LẠCH 39
2.1.1. Định nghĩa và phân loại đoạn sông phân lạch 39
2.1.2. Đoạn tiếp cận cửa sông trong vùng ảnh hưởng triều 41
2.1.3. Kết cấu dòng chảy tại khu vực phân lưu . 42
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu thông qua chỉnh lý, phân tích số liệu thực đo
từ sông thiên nhiên 45
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu trên mô hình vật lý . 48
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu bằng mô hình toán 63
CHƯƠNG 3.KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ CÁC ĐẶC TRƯNG SÔNG
PHÂN LẠCH VÀ BỐ TRÍ KHÔNG GIAN CÔNG TRÌNH CHỈNH TRỊ
CÁC ĐOẠN PHÂN LẠCH TRÊN SÔNG CỬU LONG . 75
3.1. NGHIÊN CỨU VỀ CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA SÔNG PHÂN LẠCH
ĐBSCL 75
3.1.1.Tổng quan sông phân lạch trên sông Cửu Long 75
3.1.2. Các đặc trưng cơ bản của sông phân lạch vùng thượng châu thổ
ĐBSCL 80
iv
3.1.3. Phân tích tính chất đặc thù của các đoạn phân lạch ĐBSCL 83
3.2. PHÂN TÍCH CÁC MỐI QUAN HỆ HÌNH THÁI VÀ TỶ LỆ PHÂN
LƯU TRONG SÔNG PHÂN LẠCH ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG . 87
3.2.1. Tổng hợp số liệu thực đo . 87
3.2.2. Xây dựng đồ thị và công thức quan hệ . 89
3.2.3. Phân tích 90
3.3. NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ PHÂN CHIA LẠI LƯU LƯỢNG GIỮA
CÁC LẠCH CỦA CÁC GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH ( LẤY ĐOẠN CÙ LAO
ÔNG HỔ LÀM ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU) . 92
3.3.1. Phân tích các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến sự biến động trong phân
chia lưu lượng của sông phân lạch 92
3.3.2. Các giải pháp cơbản nhằm điều chỉnh tỷ lệ phân lưu trong sông phân
lạch 94
3.3.3. Kết quả nghiên cứu hiệu quả phân chia lại lưu lượng giữa các lạch của
giải pháp công trình hướng dòng 96
3.3.4. Hiệu quả phân chia lại lưu lượng giữa các lạch của giải pháp công trình
đón dòng từ đầu bãi giữa . 101
3.3.5. Hiệu quả phân chia lại lưu lượng giữa các lạch của giải pháp công trình
đập khóa ngầm 102
3.3.6. Hiệu quả phân chia lại lưu lượng giữa các lạch của giải pháp nạo vét
lòng sông trong lạch cần tăng lưu lượng . 107
3.3.7. Hiệu quả phân chia lại lưu lượng giữa các lạch của giải pháp tổ hợp
công trình . 108
3.3.8. Phân tích chung về hiệu quả kỹ thuật của các giải pháp công trình với
các phương án bố trí không gian khác nhau . 110

CHƯƠNG 4.ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THỰC TẾ
CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG PHÂN LẠCH 112
4.1. LỰA CHỌN ĐOẠN SÔNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ YÊU
CẦU CHỈNH TRỊ . 112
4.1.1.Giới thiệu đoạn sông nghiên cứu . 112
4.1.2. Yêu cầu chỉnh trị . 113
4.2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH . 115
4.2.1. Phân tích chung . 115
4.2.2. Các tham số thiết kế 115
4.2.3. Phương án bố trí công trình . 116
4.3. PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH CHỈNH
TRỊ 118
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 121
KẾT LUẬN . 121
KIẾN NGHỊ 123
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 124
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 126
PHỤ LỤC 133


MỞ ĐẦU
0.1. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
Sông phân lạch là loại hình sông tồn tại khá phổ biến trên các sông
tương đối lớn vùng đồng bằng.Trong vùng đồng bằng Bắc Bộ(ĐBBB), các
đoạn sông phân lạch xuất hiện gần như trên khắp các con sông chính.Đi dọc
theo các triền đê ven sông, sẽ luôn bắt gặp những cồn bãi xanh mướt cây
trồng bồng bềnh giữa các lạch sông mang nặng phù sa, kể cả đoạn sông Hồng
qua thủ đô Hà Nội. Tại vùng đồng bằng Nam Bộ (ĐBNB), trên sông Tiền và
sông Hậu, có đến hơn 40% tổng số chiều dài là các đoạn sông phân lạch, so
với 20% trên các sông vùng ĐBBB.Đặc điểm chủ yếu của đoạn sông này là
lòng sông thu hẹp 2 đầu, giữa phình ra, dòng chảy chia thành hai lạch hoặc
nhiều lạch, giữa các lạch là bãi giữa (người Nam Bộ gọi là cù lao hoặc cồn),
có cao trình tương ứng với bãi tràn, trên đó sinh trưởng thực vật hoặc có dân
cư sinh sống. Đặc điểm nổi bật nhất của sông phân lạch là sự phát triển không
đồng đều, không ổn định của các lạch,dẫn đến sự thay đổi ngôi thứ (chính,
phụ) diễn ra ở một mức độ nào đó có tính chu kỳ. Chính những đặc điểm diễn
biến đó, làm cho sông phân lạch gây trở ngại cho thoát lũ, giao thông thủy,
lấy nước và cuộc sống của cư dân trên các bãi hoặc ở hai bờ, nếu dòng sông là
địa giới hành chính.Nhưng sông phân lạch cũng có những khía cạnh có thể
khai thác đáp ứng các yêu cầu về tôn tạo cảnh quan, môi trường sinh thái
phục vụ xây dựng thành phố, du lịch.
0.1.1.Diễn biến lòng dẫn phức tạp ở các đoạn sông phân lạch gây sạt lở
bờ ảnh hưởng xấu đến an sinh xã hội
- Đoạn phân lạch Long Khánh trên sông Tiền: Đây là đoạn sông phân 3
lạch, biến đổi lòng dẫn rất phức tạp. Trước đây, dòng chủ lưu đi về nhánh bên
trái (Thường Phước- Hồng Ngự), hiện nay lạch này đang bị lấp dần và nhánh
chủ lưu đi về phía bên phải (Long Thuận).
Hình 0.1. Đoạn Phân lạch Long Khánh trên sông Tiền
Trước 1996, khi lạch trái Hồng Ngự đang sở hữu trên 60% lưu lượng,
sạt lở diễn ra thường xuyên trên chiều dài khoảng 8km thuộc các xã Thường
Phước 1, Thường Phước 2, Thường Thới Tiền, với tốc độ lấn vào bờ hàng
chục mét mỗi năm, đã làm mất rất nhiều đất, nhiều hộ dân phải di dời nhà cửa
nhiều lần.Sau 1996, khi chủ lưu chuyển sang lạch Long Khánh, sạt lở đặc biệt
nghiêm trọng xảy ra ở bờ hữu thuộc địa phận các xã Long Thuận, Phú Thuận
B. Nhiều vị trí sạt lở sâu vào bờ từ 10 30m. Tại xã Long Thuận, có đoạn bờ
sông đã vào sát đường giao thông, làm sạt lở gần hết đường. Năm 2010, vừa
xảy ra vụ sạt lở gần 1.000m bờ sông, làm đứt thêm 30m đường nhựa, tuyến
giao thông liên xã bị đứt năm đoạn dài.
Hai phía đầu và cuối cù lao Long Khánh, sạt lở cũng xảy ra rất mạnh,
sâu vào bờ từ 20 30m /năm, đã làm mất nhiều nhà cửa và diện tích đất canh
tác.
- Đoạn phân lạch cù lao ông Hổ trên sông Hậu: Đây là đoạn sông có
chiều dài khoảng 10km, nằm trên sông Hậu, khu vực thành phố Long Xuyên,
gồm có cù lao Ông Hổ, cù lao Phó Ba, biến động mạnh tốc độ sạt lở trung
bình 15m/năm. Bên cạnh đó đối diện với thành phố Long Xuyên là cù lao Phó
Ba đang trong giai đoạn xói lở mạnh với tốc độ hàng năm lên tới 30m/năm cả
đầu và đuôi cù lao. Ước tính xói lở tại các cù lao thuộc khu vực thành phố
Long Xuyên mỗi năm đã cuốn trôi khoảng hơn 50.000 m2, làm cho hàng trăm
hộ dân rơi vào cảnh mất nhà cửa hoặc phải di dời.
Hình 0.4. Sạt lở bờ sông Hậu tại khu vực Long Xuyên (An Giang)
-Các đoạn phân lạch trên sông Hậu khu vực thành phố Cần Thơ: Hiện
tượng xói lở trên sông Hậu thuộc địa bàn thành phố Cần Thơ diễn ra ở mức
độ khác nhau theo không gian và thời gian.Đoạn sông này có 4 đoạn phân
lạch chính: Cồn Tân Lộc, Cồn Khương, Cồn Sơn và cồn Ấu, có tổng diện tích
khoảng 3.700ha.
Khu vực cồn Tân Lộc thuộc quận Thốt Nốt (3.200ha), đầu cồn sạt lở
mạnh, đất bờ có dạng hàm ếch, chưa có biện pháp phòng chống, trên dọc
tuyến hai bên cồn chỗ nào sạt mạnh người dân và chính quyền địa phương
đóng cọc dừa hoặc cừ tràm, gia cố bao tải cát để bảo vệ.
Tại khu vực Cồn Sơn (69ha), tốc độ xói lở lớn, nhất là khu vực đầu cồn
10,8m/năm. Trong qui hoạch tương lai, Cồn Sơn sẽ là khu du lịch, khu nghỉ
, đây là những điểm lý tưởng đến tôn lên nét đẹp đô thị sông
nước của thành phố Cần Thơ. Hiện nay, Cồn Sơn là khu vực tập trung nhiều
các ao nuôi cá Tra và cá Ba Sa, đất trồng cây ăn trái. Tại đầu cù lao Sơn, xói
lở diễn ra rất mạnh, theo nghiên cứu sinh (NCS) đo được từ ảnh vệ tinh, qua 6
năm, tốc độ sạt lở khoảng 65m. Do sạt lở uy hiếp, người dân đã dùng nhiều
biện pháp để giữ đất: trồng cây, cừ cọc tre, bao tải cát, (xem hình 0.5).
Khu vực Cồn Khương (293ha), cũng giống như Cồn Sơn,sạt lở ở Cồn
Khương diễn ra gần như trên toàn chu vi, đặc biệt đầu cồn sạt lở mạnh, có
chỗ vào sâu 8ư10m. Cồn Khương đang được quy hoạch thành khu biệt thự
cao cấp, nhà hàng, du lịch, cần thiết phải tính toán phạm vi an toàn, và bố trí
công trình để tôn tạo cảnh quan và bảo vệ những công trình nơi đây.

- Đoạnphân lạch An Bình trên sông Cổ Chiên (tỉnh Vĩnh Long): An
Bình là đoạn phân lạch lớn nằm ở ngã ba sông Tiền và sông Cổ Chiên, phía
hạ lưu cầu Mỹ Thuận. Quá trình diễn biến lòng sông và đặc trưng hình thái
sông của khu vực này chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố: dòng chảy thượng nguồn,
dòng bùn cát, dòng triều. Về hình thái lòng sông khu vực này biến đổi rất lớn
trong hàng chục năm qua. Dòng chủ lưu của dòng chảy ép sát bờ tả (bến phà
Mỹ Thuận) sau đó chuyển hướng về phía bờ hữu (Vĩnh Long) gây xói lở
mạnh ở khu vực thành phố Vĩnh Long.
- Đoạn phân lạch Đồng Phú trên sông Tiền (tỉnh Tiền Giang): Đây là
đoạn phân lạch nằm trên sông Tiền, phía hạ lưu cầu Mỹ Thuận, phải nói trong
vòng 10 năm cù lao này đã phát triển mạnh mẽ. Năm 2001 chỉ là một dải đất
rất nhỏ nằm ở bờ phải khúc sông cong của sông Tiền, đến nay cù lao này đã
dịch chuyển về phía hạ lưu khoảng 304m (ở đầu cù lao) và 598m (phía đuôi
cù lao), tốc độ bình quân xấp xỉ 40m/năm. Như vậy ở cù lao này sau 7 năm từ
một bãi non thành một vùng đất để người dân khai thác nuôi trồng thủy sản
rất có giá trị.
0.1.2.Nhu cầu ổn định các cù lao trên sông để khai thác vào các mục tiêu
kinh tế- xã hội
Ngoài mục tiêu chống sạt lở trong các lạch để bảo đảm an sinh xã hội,
chống bồi lấp suy thoái lạch chạy tàu, chỉnh trị sông phân lạch còn hướng đến
phát triển kinh tế trên đất cù lao. Một nhà đầu tư Nhật Bản sau khi tham quan
Cồn Ấu (Cần Thơ) nhận xét: “Chỉ cần bán không khí cũng hốt bạc”. Hiện
nay, việc khai thác các cù lao trên sông phục vụ phát triển kinh tế đang diễn ra
ở nhiều tỉnh, thành Nam Bộ.
Cù lao Thới Sơn (Tiền Giang) nối kết với các cù lao Bến Tre, cồn Ấu
(Cần Thơ) với khu du lịch Phù Sa, cù lao An Bình (Vĩnh Long) đã định
hình thành tuyến du lịch sông nước nhộn nhịp suốt đêm ngày. Hàng loạt cồn
trong vùng được quy hoạch thành khu du lịch, giải trí, nghỉ dưỡng cao cấp.
Cù lao Long Trị thuộc xã Long Đức, thành phố Trà Vinh, với diện tích
tự nhiên gần 200ha, nằm trải dài hơn 7km giữa dòng sông Cổ Chiên. Ngành
du lịch địa phương đang triển khai kế hoạch hình thành một tuyến du lịch sinh
thái sông nước trên chuỗi cù lao này.
Ở Cần Thơ, dự án du lịch quốc gia “Hệ thống 5 cồn dọc sông Hậu, mỗi
cồn là một làng du lịch". Một dự án có tổng đầu tư 490 tỷ đồng vừa được khởi
công đầu tháng 6-2011: khu du lịch Sông Hậu rộng 94.550m² trên một cồn
“nửa nổi nửa chìm” (nổi lên khi nước cạn và chìm xuống khi nước lên) ngay
ngã ba sông đối diện bến Ninh Kiều.
Từ các trình bày ở trên, thấy rõ ràng, chỉnh trịđể bảo vệ an toàn và khai
thác tiềm năng kinh tế trên các đoạn sông phân lạch là một nhu cầu thực tế
bức xúc cho sự phát triển bền vững kinh tế - xã hội và môi trường vùng Đồng
bằng sông Cửu Long (ĐBSCL).
0.2. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
Chỉnh trị sông phân lạch là một vấn đề khoa học-công nghệ khó, một số
công trình đã xây dựng không những không đạt được mục tiêu cải thiện tình
hình, mà còn gây ra những hậu quả xấu,ví dụ nhưcông trình chỉnh trị đoạn
Dền trên sông Đuống (đợt đầu- những năm đầu của thập kỷ 60 thế kỷ trước),
công trình chỉnh trị đoạn Phú Gia-Tứ Liên trên sông Hồng, khu vực Hà Nội;
công trình chỉnh trị sông Quảng Huế, Quảng Nam (đợt đầu) .
Vấn đề khoa học quyết định sự thành bại của công trình chỉnh trị sông
phân lạch chính làsự điều chỉnh tỷ lệ phân nước và phân cát giữa các lạch.
Do sự phân nước, phân cát tại nút phân lạch thường không đồng đều về
số lượng và về sự phân bố trên chiều thẳng đứng, tùy theo hình thái lòng sông
và các quá trình thủy văn, bùn cát từ thượng lưu đến. Để nắm được các quy
luật phân bố này và các yếu tố ảnh hưởng, yêu cầu phân tích sâu sắc đầy đủ
cơ chế chuyển động theo không gian và thời gian của các yếu tố thủy thạch
động lực vùng nghiên cứu. Từ đó, mới có thể vạch ra các giải pháp điều chỉnh
theo các kịch bản chỉnh trị.
Hiệu quả của các giải pháp chỉnh trị lại phụ thuộc vào việc bố trí không
gian (cả trên mặt bằng và trên mặt thẳng đứng) của hệ thống công trình, như
8
vị trí tuyến, góc độ, chiều dài, chiều rộng, cao trình đỉnh, khoảng cách .Ngoài
ra còn phụ thuộc vào kết cấu công trình (khối đặc hay xuyên thông, bình
thường hay đảo chiều hoàn lưu .).Nói tổng quát là cần có sự phân tích chính
xác về đối tượng chỉnh trị (phần lòng dẫn bố trí công trình) và đối tượng tác
động (dòng chảy hay lòng dẫn).
Thực hiện những nghiên cứu trên là tiến hành nghiên cứu các vấn đề
biến động cả về không gian lẫn thời gian, tương tác giữa chất lỏng (dòng
chảy), chất rắn (công trình)và chất rời (bùn cát)nên cần huy động nhiều
phương pháp phối hợp nhau như chỉnh lý số liệu thực đo, mô hình vật lý
(MHVL) và mô hình toán (MHT). Do đó, kết quả nghiên cứu sẽ mang tính
thực nghiệm hoặc bán thực nghiệm và có phạm vi ứng dụng xác định.
0.3. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN
Nghiên cứu các loại giải pháp công trình điều chỉnh tỷ lệ phân chia lưu
lượng trong chỉnh trị sông phân lạch và đánh giá hiệu quả của chúng khi áp
dụng các phương án bố trí không gian khác nhau.
Trên cơ sở nghiên cứu các đặc điểm, đặc trưng và yêu cầu chỉnh trị của
các đoạn sông phân lạch vùng ĐBSCL, nghiên cứu đề xuất phương án bố trí
không gian hợp lý cho các giải pháp công trình để đạt mục tiêu chỉnh trị cho
một vài đoạn sông phân lạch trọng điểm trên sông Cửu Long (SCL).
0.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
1. Phân loại và phân tích đặc điểm hình thái, diễn biến, nêu rõ bản chất và quá
trình hình thành, phát triển của các đoạn sông phân lạch vùng ĐBSCL, chỉ ra
rằng đó là dấu tích của các delta triều cửa sông trong quá trình lấn ra biển.
2.Thông qua chỉnh lý số liệu thực đo, đề xuất phương pháp xác định tỷ lệ
phân chia lưu lượng trong đoạn sông phân lạchvùng triều sông theo quan hệ
giữa các yếu tố hình thái lòng sông các lạch và các yếu tố thủy lực dòng chảy.
Từ đó chỉ ra độ nhạy của các yếu tố tác động đến tỷ lệ phân chia lưu lượng.
3.Bằng phương pháp thí nghiệm thủy lực trên MHVL, nghiên cứu xây dựng
các biểu đồ đánh giá hiệu quả điều chỉnh tỷ lệ phân chia lưu lượng của các sơ
đồ bố trí không gian khác nhau trong công trình chỉnh trị sông phân lạch vùng
triều sông, phục vụ lựa chọn phương án công trình thích hợp với mục tiêu
chỉnh trị.
4.Ứng dụng các kết quả nghiên cứu, thông quaphần mềm MIKE 21C, tiến
hành các thí nghiệm số trên mô hình toán lòng động, đánh giá hiệu quảcủa các
phương ánbố trí hệ thống công trình cho hiệu quả đề ra trong chỉnh trị đoạn
phân lạch Cù lao Long Khánh trên sông Tiền.