Tổng quan nghiên cứu

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng đất có vị trí chiến lược quan trọng về kinh tế - xã hội của Việt Nam, chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Trong đó, kênh Thủ Thừa, nằm giữa hai sông Vàm Cỏ Đông và Vàm Cỏ Tây, cách biển khoảng 70 km, là tuyến đường thủy quan trọng kết nối các tỉnh phía Tây ĐBSCL với thành phố Hồ Chí Minh. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, hiện tượng sạt lở bờ kênh Thủ Thừa diễn ra nghiêm trọng, gây thiệt hại lớn về tài sản, ảnh hưởng đến đời sống người dân và các công trình công cộng ven bờ. Một số đoạn bờ kênh bị sạt lở sâu tới tận nhà dân, làm mất an toàn giao thông và buộc người dân phải tự khắc phục bằng các biện pháp tạm thời như cọc tràm, cọc dừa.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đề xuất các giải pháp công trình bảo vệ bờ kênh Thủ Thừa trong điều kiện biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến năm 2050, nhằm đảm bảo an toàn lâu dài cho khu vực. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đoạn kênh từ cổng Ông Trọng đến cổng Rạch Đảo, khu vực chịu tác động phức tạp của dòng chảy và thủy triều. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ tài sản, tính mạng người dân, duy trì trật tự xây dựng và phát triển kinh tế - xã hội bền vững tại địa phương. Theo ước tính, khoảng 65,57% diện tích huyện Thủ Thừa có nguy cơ bị ngập do nước biển dâng, làm gia tăng áp lực lên hệ thống công trình bảo vệ bờ kênh hiện hữu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về thủy lực, cơ học đất và kỹ thuật công trình thủy, bao gồm:

  • Lý thuyết xói lở bờ sông: Quá trình xói lở bờ sông được xem là kết quả của sự mất cân bằng giữa lực gây trượt và lực chống trượt của khối đất bờ, chịu ảnh hưởng bởi vận tốc dòng chảy, sóng, tải trọng gia tăng mép bờ và đặc tính cơ lý của đất. Khả năng gây xói lở được đánh giá qua vận tốc dòng chảy thực tế vượt vận tốc khởi động của bùn cát cấu tạo lòng dẫn.

  • Mô hình thủy lực MIKE 11: Ứng dụng mô hình toán MIKE 11 để mô phỏng ảnh hưởng của nước biển dâng và biến đổi dòng chảy thượng nguồn đến chế độ mực nước khu vực nghiên cứu, giúp dự báo các kịch bản mực nước trong tương lai.

  • Phương pháp tính toán ổn định công trình bảo vệ bờ: Sử dụng mô hình SLOPE/W để phân tích tính ổn định tổng thể của các giải pháp công trình bảo vệ bờ, đảm bảo an toàn chịu lực và khả năng chống xói lở.

Các khái niệm chính bao gồm: xói lở bờ sông, dòng chảy hai chiều, tải trọng mép bờ, biến đổi khí hậu, nước biển dâng, công trình bảo vệ bờ kênh, mô hình thủy lực, ổn định công trình.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp các phương pháp sau:

  • Thu thập và phân tích số liệu thực địa: Dữ liệu về địa hình, địa chất, thủy văn, mực nước, dòng chảy và hiện trạng sạt lở được thu thập từ các trạm quan trắc như Mỹ Tho, Tân An, Bảo Định, cùng các báo cáo ngành và khảo sát thực tế tại khu vực kênh Thủ Thừa.

  • Mô hình hóa toán học: Mô hình MIKE 11 được thiết lập và hiệu chỉnh dựa trên số liệu thực đo để mô phỏng các kịch bản nước biển dâng và biến đổi dòng chảy thượng nguồn. Mô hình SLOPE/W được sử dụng để tính toán ổn định công trình bảo vệ bờ.

  • Phân tích đánh giá: So sánh các kịch bản mực nước, vận tốc dòng chảy và kết quả tính toán ổn định công trình nhằm đánh giá hiệu quả và tính khả thi của các giải pháp đề xuất.

  • Thời gian nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn từ năm 2015 đến 2020, với dự báo và đề xuất giải pháp cho đến năm 2050.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu được thu thập từ hơn 10 trạm quan trắc chính và khảo sát thực địa tại các điểm nóng sạt lở trên kênh Thủ Thừa, đảm bảo tính đại diện cho toàn bộ khu vực nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết, mô hình toán và khảo sát thực tế nhằm đưa ra các giải pháp công trình bảo vệ bờ kênh hiệu quả, bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của nước biển dâng đến mực nước vùng nghiên cứu: Mô hình MIKE 11 cho thấy, theo kịch bản RCP4.5, mực nước biển dâng trung bình đến năm 2050 khoảng 22 cm, làm tăng mực nước triều cường và nguy cơ ngập lụt tại khu vực kênh Thủ Thừa. Tỷ lệ diện tích ngập do nước biển dâng tại huyện Thủ Thừa ước tính lên đến 65,57%, ảnh hưởng trực tiếp đến hơn 10.000 hộ dân.

  2. Biến đổi dòng chảy thượng nguồn và tác động đến xói lở bờ kênh: Dòng chảy hai chiều, vận tốc biến động mạnh và sự thay đổi hình thái lòng sông đã làm gia tăng hiện tượng xói lở bờ kênh. Vận tốc dòng chảy thực tế vượt vận tốc khởi động của bùn cát (khoảng 0,3-0,6 m/s) trong nhiều thời điểm, đặc biệt vào mùa lũ, dẫn đến xói mòn chân mái bờ và sạt lở nghiêm trọng.

  3. Tính chất cơ lý đất yếu và tác động của tải trọng gia tăng mép bờ: Đất cấu tạo lòng dẫn có dung trọng khô từ 1,1 đến 1,7 tấn/m³, góc ma sát trong thấp (2°-3°), nên dễ bị biến dạng khi chịu tải trọng gia tăng do xây dựng nhà cửa, cơ sở hạ tầng ven bờ. Ứng suất dư vượt quá khả năng chịu tải của đất làm phát triển vùng biến dạng dẻo, thúc đẩy quá trình sạt lở.

  4. Đánh giá các giải pháp công trình bảo vệ bờ kênh: Phân tích mô hình ổn định công trình cho thấy các giải pháp kè bê tông cốt thép kết hợp bao tải cát và rọ đá tại chân kè có khả năng chống xói lở hiệu quả, đảm bảo an toàn chịu lực trong các điều kiện thủy lực phức tạp. Chi phí xây dựng ước tính khoảng 100 triệu đồng/mét dài kè, phù hợp với khả năng đầu tư của địa phương.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng sạt lở bờ kênh Thủ Thừa là sự kết hợp giữa tác động của biến đổi khí hậu làm nước biển dâng, thay đổi dòng chảy thượng nguồn và đặc tính cơ lý đất yếu. Mực nước biển dâng làm tăng mực nước triều cường, kéo dài thời gian duy trì vận tốc dòng chảy lớn, làm gia tăng khả năng xói mòn bờ kênh. Đồng thời, khai thác cát trái phép và gia tải mép bờ do xây dựng không kiểm soát làm giảm tính ổn định của bờ kênh.

So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả mô hình và đánh giá ổn định công trình phù hợp với các báo cáo về tác động của biến đổi khí hậu đến công trình thủy lợi ven biển. Việc ứng dụng mô hình MIKE 11 và SLOPE/W giúp dự báo chính xác hơn các kịch bản mực nước và đánh giá hiệu quả giải pháp công trình, từ đó đề xuất các biện pháp kỹ thuật phù hợp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ diễn biến mực nước trung bình theo các kịch bản, bảng so sánh chi phí và hiệu quả các loại công trình bảo vệ bờ, cũng như sơ đồ mô phỏng biến dạng công trình dưới tải trọng thủy lực.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống kè bê tông cốt thép kết hợp bao tải cát và rọ đá tại các đoạn bờ kênh Thủ Thừa có nguy cơ sạt lở cao: Giải pháp này nhằm tăng cường khả năng chống xói lở, đảm bảo ổn định công trình trong điều kiện biến đổi khí hậu. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 5 năm, chủ thể thực hiện là chính quyền địa phương phối hợp với các đơn vị thi công chuyên ngành.

  2. Áp dụng mô hình toán MIKE 11 để giám sát và dự báo mực nước, dòng chảy theo thời gian thực: Giúp kịp thời phát hiện các nguy cơ sạt lở và điều chỉnh phương án bảo vệ bờ phù hợp. Cần đầu tư hệ thống quan trắc và đào tạo nhân lực vận hành trong 2 năm đầu.

  3. Kiểm soát và hạn chế khai thác cát trái phép trên sông, đặc biệt tại khu vực kênh Thủ Thừa: Đây là nguyên nhân làm thay đổi hình thái lòng sông, gia tăng xói lở bờ. Cần phối hợp giữa các cơ quan chức năng để tăng cường thanh tra, xử lý nghiêm vi phạm trong vòng 3 năm.

  4. Quy hoạch và quản lý xây dựng ven bờ kênh, hạn chế gia tải mép bờ không kiểm soát: Đề xuất di dời các công trình xây dựng trái phép, đồng thời hướng dẫn người dân áp dụng các biện pháp gia cố bờ kênh an toàn. Thời gian thực hiện từ 3-5 năm, do chính quyền địa phương chủ trì.

  5. Nâng cao nhận thức cộng đồng về tác động của biến đổi khí hậu và bảo vệ bờ kênh: Tổ chức các chương trình tuyên truyền, đào tạo kỹ thuật bảo vệ bờ cho người dân và cán bộ quản lý. Thực hiện liên tục trong suốt quá trình triển khai dự án.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về thủy lợi và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và quản lý công trình bảo vệ bờ kênh, ứng phó với biến đổi khí hậu.

  2. Các đơn vị thi công và thiết kế công trình thủy lợi: Áp dụng các mô hình và giải pháp kỹ thuật đề xuất để thiết kế, thi công các công trình bảo vệ bờ kênh hiệu quả, bền vững.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật công trình thủy: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình toán và phân tích ổn định công trình trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

  4. Cộng đồng dân cư ven kênh Thủ Thừa và các vùng lân cận: Nắm bắt thông tin về nguyên nhân, tác động và các biện pháp bảo vệ bờ kênh, từ đó chủ động tham gia bảo vệ môi trường và tài sản của mình.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao kênh Thủ Thừa lại bị sạt lở nghiêm trọng?
    Hiện tượng sạt lở do sự kết hợp của biến đổi khí hậu làm nước biển dâng, thay đổi dòng chảy thượng nguồn, đặc tính đất yếu và khai thác cát trái phép. Vận tốc dòng chảy vượt ngưỡng khởi động bùn cát làm xói mòn chân mái bờ.

  2. Mô hình MIKE 11 có vai trò gì trong nghiên cứu này?
    MIKE 11 giúp mô phỏng chính xác ảnh hưởng của nước biển dâng và biến đổi dòng chảy đến mực nước khu vực, từ đó dự báo các kịch bản ngập lụt và hỗ trợ thiết kế giải pháp công trình bảo vệ bờ.

  3. Giải pháp công trình nào được đề xuất để chống sạt lở bờ kênh?
    Giải pháp kết hợp kè bê tông cốt thép, bao tải cát và rọ đá được đánh giá cao về hiệu quả chống xói lở và ổn định công trình trong điều kiện thủy lực phức tạp.

  4. Làm thế nào để hạn chế tác động của khai thác cát đến sạt lở bờ?
    Cần tăng cường kiểm soát, thanh tra và xử lý nghiêm các hoạt động khai thác cát trái phép, đồng thời quy hoạch khai thác hợp lý để bảo vệ lòng sông và bờ kênh.

  5. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến công trình bảo vệ bờ kênh?
    Biến đổi khí hậu làm tăng mực nước biển, thay đổi chế độ dòng chảy và tần suất các hiện tượng khí hậu cực đoan, gây áp lực lớn lên công trình bảo vệ bờ, đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật phải thích ứng và bền vững hơn.

Kết luận

  • Hiện tượng sạt lở bờ kênh Thủ Thừa diễn ra nghiêm trọng do tác động tổng hợp của biến đổi khí hậu, nước biển dâng, thay đổi dòng chảy và đặc tính đất yếu.
  • Mô hình toán MIKE 11 và SLOPE/W được ứng dụng hiệu quả trong dự báo mực nước và đánh giá ổn định công trình bảo vệ bờ.
  • Giải pháp công trình kết hợp kè bê tông cốt thép, bao tải cát và rọ đá được đề xuất nhằm đảm bảo an toàn và bền vững cho bờ kênh.
  • Cần kiểm soát khai thác cát và quản lý xây dựng ven bờ để giảm thiểu nguy cơ sạt lở.
  • Khuyến nghị triển khai các giải pháp trong vòng 5 năm tới, đồng thời nâng cao nhận thức cộng đồng và áp dụng công nghệ giám sát hiện đại.

Hành động tiếp theo: Chính quyền địa phương và các đơn vị liên quan cần phối hợp triển khai các giải pháp công trình, đồng thời đầu tư hệ thống quan trắc và đào tạo nhân lực để ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu. Đề nghị các nhà nghiên cứu tiếp tục cập nhật dữ liệu và hoàn thiện mô hình dự báo nhằm nâng cao độ chính xác và hiệu quả quản lý bờ kênh.