Tổng quan nghiên cứu

Rạch Cù Lao Giêng, một nhánh sông Tiền thuộc huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang, đóng vai trò quan trọng trong cung cấp nước sinh hoạt, sản xuất và giao thông thủy vận chuyển hàng hóa từ các xã ven sông ra ngoài. Trong những năm gần đây, lòng sông tại khu vực này có sự biến động lớn về hình thái, với sự hình thành các bãi bồi dài gây cản trở giao thông thủy và hạn chế nguồn nước phục vụ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp. Việc nạo vét thông luồng rạch Cù Lao Giêng là cần thiết nhằm duy trì khả năng lưu thông và cân bằng dòng chảy, tuy nhiên hoạt động này chắc chắn ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy và biến đổi hình thái khu vực nghiên cứu.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng mô hình toán 2 chiều MIKE 21C để mô phỏng và dự báo biến đổi hình thái lòng sông rạch Cù Lao Giêng trước và sau khi nạo vét thông luồng, từ đó đánh giá tác động của nạo vét đến dòng chảy và hình thái lòng sông. Phạm vi nghiên cứu tập trung trên nhánh sông phía Nam cù lao Giêng, dài khoảng 15,8 km, thuộc địa bàn các xã Tân Mỹ, Bình Xuyên, Mỹ Luông, Mỹ An và Hội An, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang. Thời gian nghiên cứu chủ yếu dựa trên số liệu thu thập từ năm 2018 đến 2019.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý, khai thác và bảo vệ nguồn tài nguyên nước, đồng thời hỗ trợ phát triển kinh tế - xã hội bền vững tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả mô hình giúp dự báo chính xác biến đổi lòng sông, từ đó đề xuất các giải pháp nạo vét hợp lý, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và phát triển giao thông thủy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng hai lý thuyết và mô hình chính:

  1. Lý thuyết biến đổi hình thái lòng sông: Dòng sông là hệ thống phức tạp chịu tác động của sự cân bằng giữa dòng chảy, bùn cát và hình thái lòng sông. Các biến đổi như xói lở, bồi tụ được giải thích dựa trên các yếu tố thủy lực, vận chuyển bùn cát và sự tương tác giữa dòng chảy và lòng sông. Các khái niệm chính bao gồm: dòng chảy 2 chiều, vận chuyển bùn cát, xói lở và bồi tụ, mô hình toán hình thái lòng sông.

  2. Mô hình toán MIKE 21C: Đây là mô hình thủy lực 2 chiều được phát triển dựa trên phương trình Navier-Stokes rút gọn, mô phỏng dòng chảy và vận chuyển bùn cát trong lòng sông. MIKE 21C bao gồm các thành phần: mô hình dòng chảy 2D, mô hình vận chuyển bùn cát, mô hình biến đổi hình thái lòng sông. Mô hình cho phép mô phỏng chi tiết sự biến đổi lòng sông theo thời gian dưới các kịch bản khác nhau.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm: dòng chảy 2 chiều trung bình theo chiều sâu, vận chuyển bùn cát đặc và bùn cát lơ lửng, hệ số Manning, hàm gia trọng, vận tốc dòng chảy, độ sâu dòng chảy, xói lở và bồi tụ lòng sông.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

  • Số liệu thủy văn, địa hình, bùn cát thu thập tại 6 vị trí trên rạch Cù Lao Giêng, bao gồm lưu lượng dòng chảy, độ sâu, vận tốc, nồng độ bùn cát.
  • Tài liệu địa hình chi tiết khu vực nghiên cứu được đo bằng máy thủy âm với diện tích khoảng 2,5 km².
  • Số liệu nạo vét thông luồng theo Quyết định 69/2015/TT-BGTVT và các tài liệu liên quan.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình toán MIKE 21C để mô phỏng dòng chảy và biến đổi hình thái lòng sông. Mô hình được thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định dựa trên số liệu thực tế thu thập trong năm 2018-2019. Các kịch bản tính toán bao gồm hiện trạng và sau nạo vét với các mức độ nạo vét khác nhau.

Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ khu vực rạch Cù Lao Giêng dài 15,8 km, tập trung vào các vị trí có biến động hình thái lớn. Phương pháp chọn mẫu dựa trên vị trí địa hình đặc trưng và các điểm quan trắc thủy văn quan trọng. Thời gian nghiên cứu từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Biến động dòng chảy theo mùa: Lưu lượng dòng chảy trung bình tại các trạm đo dao động từ 1.815 m³/s (tháng IV) đến 2.400 m³/s (bình quân 1990-2018). Mực nước chân triều tại An Giang dao động từ 35 cm đến 263 cm tùy mùa, ảnh hưởng lớn đến chế độ dòng chảy rạch Cù Lao Giêng.

  2. Biến đổi hình thái lòng sông: Khu vực nghiên cứu xuất hiện các bãi bồi dài, đặc biệt ở bờ trái cuối rạch với mức độ bồi tụ khoảng 0,3 - 0,5 m/năm, gây cản trở giao thông thủy. Các vị trí xói lở tập trung tại bờ phải cù lao Cù Lao Giêng với mức độ xói lở lên đến 0,5 m/năm.

  3. Ảnh hưởng của nạo vét thông luồng: Mô hình MIKE 21C dự báo sau nạo vét, độ sâu lòng sông tăng trung bình 3-5 m tại các vị trí nạo vét, giúp cải thiện lưu thông thủy. Tuy nhiên, nạo vét quá sâu có thể gây mất cân bằng dòng chảy, làm tăng nguy cơ xói lở bờ sông lên đến 15% so với hiện trạng.

  4. Hiệu chỉnh mô hình: Mô hình được hiệu chỉnh với sai số lưu lượng dưới 5% và sai số độ sâu dưới 10%, đảm bảo độ tin cậy trong dự báo biến đổi hình thái lòng sông.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân biến động dòng chảy và hình thái lòng sông chủ yếu do sự thay đổi mực nước triều, lưu lượng dòng chảy theo mùa và sự tích tụ phù sa từ thượng nguồn. So với các nghiên cứu tại sông Brahmaputra-Jamuna (Bangladesh) và sông Hoàng Hà (Trung Quốc), kết quả mô hình MIKE 21C tại rạch Cù Lao Giêng cho thấy tính ứng dụng cao trong dự báo biến đổi lòng sông do nạo vét.

Việc nạo vét thông luồng cần được thực hiện cân đối giữa mục tiêu cải thiện giao thông thủy và bảo vệ môi trường lòng sông. Các biểu đồ dòng chảy và bản đồ biến đổi độ sâu lòng sông mô phỏng qua mô hình MIKE 21C minh họa rõ ràng sự thay đổi sau nạo vét, giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định chính xác.

Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy tầm quan trọng của việc thu thập số liệu thực tế đầy đủ và chính xác để hiệu chỉnh mô hình, từ đó nâng cao độ tin cậy của dự báo. So với các phương pháp mô hình vật lý và phân tích dữ liệu truyền thống, mô hình toán MIKE 21C cung cấp giải pháp toàn diện và hiệu quả hơn trong quản lý lòng sông.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thực hiện nạo vét định kỳ theo kế hoạch: Đề xuất nạo vét thông luồng rạch Cù Lao Giêng với độ sâu tăng thêm 3-5 m tại các vị trí bồi tụ nghiêm trọng, nhằm đảm bảo lưu thông thủy thuận lợi. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, do Sở Giao thông Vận tải tỉnh An Giang chủ trì.

  2. Giám sát biến đổi hình thái sau nạo vét: Thiết lập hệ thống quan trắc thủy văn và địa hình định kỳ 6 tháng/lần để theo dõi biến đổi lòng sông, phát hiện sớm các hiện tượng xói lở hoặc bồi tụ bất thường. Chủ thể thực hiện là Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam phối hợp với địa phương.

  3. Áp dụng mô hình toán MIKE 21C trong quản lý lòng sông: Sử dụng mô hình MIKE 21C làm công cụ hỗ trợ đánh giá tác động của các dự án nạo vét, xây dựng công trình thủy lợi và giao thông thủy. Thời gian triển khai liên tục, do các cơ quan quản lý chuyên ngành đảm nhận.

  4. Tuyên truyền và nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình đào tạo, hội thảo về tác động của nạo vét và bảo vệ môi trường lòng sông cho người dân và các bên liên quan. Thời gian thực hiện trong 1 năm, do UBND huyện Chợ Mới phối hợp với các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về thủy lợi và giao thông vận tải: Hỗ trợ xây dựng chính sách, quy hoạch nạo vét và quản lý lòng sông hiệu quả, giảm thiểu tác động môi trường.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành thủy lợi, môi trường: Cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp mô hình toán và dữ liệu thực tế để phát triển nghiên cứu sâu hơn về biến đổi hình thái lòng sông.

  3. Doanh nghiệp thi công nạo vét và xây dựng công trình thủy lợi: Tham khảo các kịch bản mô phỏng để thiết kế thi công phù hợp, đảm bảo an toàn và bền vững.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức bảo vệ môi trường: Nâng cao nhận thức về tác động của nạo vét đến môi trường và đời sống, từ đó tham gia giám sát và bảo vệ nguồn nước.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần nạo vét rạch Cù Lao Giêng?
    Nạo vét giúp duy trì độ sâu luồng, đảm bảo giao thông thủy thông suốt và cung cấp nước cho sinh hoạt, sản xuất. Các bãi bồi tích tụ gây cản trở dòng chảy và giao thông, ảnh hưởng đến kinh tế địa phương.

  2. Mô hình MIKE 21C có ưu điểm gì?
    MIKE 21C mô phỏng dòng chảy 2 chiều và vận chuyển bùn cát chi tiết, cho phép dự báo biến đổi hình thái lòng sông theo thời gian thực tế, hỗ trợ đánh giá tác động của các hoạt động nạo vét và xây dựng công trình.

  3. Nạo vét có ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường không?
    Nếu nạo vét quá sâu hoặc không đúng kỹ thuật, có thể gây mất cân bằng dòng chảy, tăng xói lở bờ sông và ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Do đó cần giám sát và điều chỉnh phù hợp.

  4. Làm thế nào để giám sát biến đổi lòng sông sau nạo vét?
    Thiết lập hệ thống quan trắc thủy văn, địa hình định kỳ, sử dụng công nghệ đo đạc hiện đại như máy thủy âm và ảnh vệ tinh để theo dõi biến đổi độ sâu, bùn cát và dòng chảy.

  5. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
    Phương pháp và mô hình có thể áp dụng cho các sông, rạch có điều kiện tương tự, tuy nhiên cần hiệu chỉnh mô hình dựa trên đặc điểm địa hình, thủy văn và bùn cát từng khu vực.

Kết luận

  • Rạch Cù Lao Giêng có biến động lớn về hình thái lòng sông, ảnh hưởng đến giao thông thủy và nguồn nước sinh hoạt, sản xuất.
  • Mô hình toán MIKE 21C được xây dựng, hiệu chỉnh thành công, cho phép dự báo biến đổi lòng sông trước và sau nạo vét.
  • Nạo vét thông luồng cần được thực hiện cân đối để vừa đảm bảo giao thông, vừa hạn chế tác động xói lở và mất cân bằng dòng chảy.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho quản lý, khai thác bền vững nguồn tài nguyên nước tại Đồng bằng sông Cửu Long.
  • Đề xuất triển khai giám sát định kỳ và áp dụng mô hình toán trong quản lý lòng sông, đồng thời nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường.

Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai các giải pháp nạo vét, giám sát và ứng dụng mô hình MIKE 21C để bảo vệ và phát triển bền vững rạch Cù Lao Giêng. Đọc thêm và áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước.