CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG TRÌNH CHỈNH TRỊ SÔNG PHÂN LẠCH 1. CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ SÔNG PHÂN LẠCH 1. Nhu cầu nghiên cứu đoạn sông phân lạch Sông phân lạch là đoạn sông nằm giữa nút phân lưu và nút hợp lưu trên cùng một tuyến sông, lòng dẫn của nó tồn tại các cồn bãi có cao trình ngang thềm bãi tràn, tách dòng chảy đơn lạch thành 2 hoặc nhiều lạch. Đây là loại sông tồn tại rất phổ biến trên các sông tương đối lớn vùng đồng bằng.
Ở nước ta, ở cả 3 vùng miền Bắc, Trung, Nam, nhất là trong vùng ĐBBB, ĐBSCL đều tồn tại phổ biến loại sông này. - Trên sông Hồng, chỉ trên 34km chảy qua Hà Nội đã có 5 đoạn phân lạch nối tiếp nhau, tổng cộng dài trên 15km, chiếm 44% tổng chiều dài đoạn sông. Trên sông Đồng Nai, đoạn qua tỉnh Đồng Nai từ Hồ Trị An đến sông Nhà Bè dài 96km, có 3 đoạn sông phân lạch với tổng chiều dài 16,7 km, chiếm 17% tổng chiều dài đoạn sông. - Trên sông Tiền, từ biên giới Việt Nam - Campuchia về đến cầu Mỹ Thuận dài 126km, đã có 4 đoạn phân lạch với tổng chiều dài 56,6km, chiếm 45% tổng chiều dài đoạn sông.
Trên sông Hậu, từ Châu Đốc về cần Thơ dài 139 km, có 6 đoạn phân lạch với tổng chiều dài 48,9 km, chiếm 35% tổng chiều dài đoạn sông. - Không phải tất cả các đoạn sông phân lạch đều xấu, sông phân lạch 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. - Trong đoạn sông phân lạch, do dòng nước và bùn cát vận chuyển theo các lạch riêng biệt, trạng thái chuyển động của nước và cát luôn khó duy trì ổn định, dễ gây ra diễn biến của lạch, gây những ảnh hưởng bất lợi cho các ngành kinh tế - xã 8 hội - môi trường. - Trong sông phân lạch các nút phân lưu và hội lưu đều là những vị trí co hẹp ổn định, ít thay đổi.
Dưới lưu lượng tạo lòng, tổng chiều rộng của các lạch thường lớn hơn chiều rộng ở đoạn đơn lạch, nhưng độ sâu trung bình của các lạch lại nhỏ hơn độ sâu trung bình sông đơn lạch. Đặc điểm diễn biến nổi bật nhất của sông phân lạch là các lạch không ổn định và sự thay đổi ngôi thứ diễn ra ở một mức độ nào đó có tính chu kỳ. Chính những đặc điểm diễn biến đó, làm cho sông phân lạch có thể gây trở ngại cho thoát lũ, giao thông thủy, lấy nước và cuộc sống của cư dân trên các bãi hoặc ở hai nếu dòng sông là địa giới hành chính. - Do vậy, sông phân lạch đã trở thành đối tượng nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới.
Các vấn đề nghiên cứu Tổng quan các nội dung nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước và trên thế giới về sông phân lạch từ trước đến nay, có thể gom lại ở 7 vấn đề sau: 1. Điều kiện hình thành và phát triển sông phân lạch. Phân loại sông phân lạch. Những vấn đề thủy lực: tính toán phân chia lưu lượng các lạch; kết cấu dòng chảy tại các nút phân lưu và hợp lưu.
Tính toán chia nước và chia cát trong sông phân lạch. Dự báo sự phát triển và suy vong giữa các lạch. Tính toán xác định phương án bố trí và kích thước đập khóa trong giải pháp hạn chế dòng chảy lạch phụ. Xác định phương án bố trí không gian hệ thống công trình điều chỉnh tỷ lệ phân chia lưu lượng sông phân lạch.
Phương pháp nghiên cứu Chỉnh trị sông phân lạch là một vấn đề thủy động lực học 3 chiều không gian 9 và 1 chiều thời gian, rất phức tạp. Nghiên cứu dựa vào thu thập, chỉnh lý, phân tích số liệu thực đo từ sông thiên nhiên là phương pháp được chú trọng từ thời kỳ đầu cho suốt đến hiện nay. Những công trình nghiên cứu, kể cả một số luận án tiến sĩ, gần đây nhất ở các mức độ khác nhau vẫn dựa vào phương pháp này, có thể kể đến các công trình của [2], [3], [8], [9], [16], [18], [23], [24], [27], [28], [29], [33], [49], [55]. Phương pháp MHVL đã được ứng dụng rộng rãi từ những năm 60 của thế kỷ trước trong các công trình [4], [8], [12], [14], [29], [31], [32], [41], [50], [52], [54], nhất là từ khi có các thiết bị nghiên cứu hiện đại như PIV (Particle Imaging Velocimetry - Kỹ thuật phân tích, tính toán vận tốc dòng chảy sử dụng ảnh hạt) và PTV (Particle Tracking Velocimetry - Kỹ thuật phân tích, tính toán vận tốc dòng chảy sử dụng kỹ thuật theo dõi hạt,…) Từ những năm 90 cùa thế kỷ XX, với sự tiến bộ vượt bậc của kỹ thuật tính toán, phương pháp mô phỏng số trị đã được ứng dụng ngày càng nhiều, cho đến nay, mô hình toán được xem như là phương pháp chủ lực, thu được những kết quả quan trọng.
Điều này có thể thấy rất rõ trong các công trình của [l], [7], [16], [18], [29], [33], [34], [35]. Nhìn chung các phương pháp nghiên cứu: “Thực đo - mô hình vật lý - mô hình toán” vẫn là những kim chỉ nam cho người nghiên cứu các vấn đề động lực học dòng sông và chỉnh trị sông, trong đó có các vấn đề chỉnh trị sông phân lạch. CÁC THÀNH TỰU NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI 1. Nguyên nhân hình thành sông phân lạch Do định nghĩa có khác nhau về sông phân lạch nên các nhà khoa học trên thế giới cũng có nhiều nghiên cứu về nguyên nhân hình thành đoạn sông phân lạch.
Trong luận văn chỉ đề cập đến loại sông phân lạch ở đoạn tiếp cận cửa sông vùng đồng bằng. Với loại sông này, Xie J. (1996) [52], [53], cho rằng: 10 Nguyên nhân chủ yếu hình thành đoạn sông phân lạch là dòng chảy cắt ngang qua gốc bãi bên hoặc doi cát. Trên những đoạn sông thẳng hoặc ở những đoạn sông uốn khúc phát triển không đầy đủ, có thể xuất hiện những bãi bên khá rộng.
Dòng chảy mùa kiệt quá uốn khúc, đến mùa lũ mặt cắt dòng chảy lại rộng và nông, cản trở dòng chảy, dễ tạo điều kiện để trục động lực kéo thẳng, cát qua gốc bãi bên, hình thành bãi giữa và 2 lạch. Trường hợp cắt doi cát cũng xảy ra tương tự. Do doi cát không ngừng kéo dài, mực nước trong và ngoài doi cát có độ chênh đáng kể. Mùa lũ, nước tràn qua có độ dốc lớn, dễ dàng cắt doi cát thành bãi giữa.
Những bãi giữa do doi cát tạo thành thường có diện tích nhỏ, dễ bị dòng chảy mùa lũ cuốn đi. Lạch mới dễ bị lấp vì doi cát cũ tiếp tục phát triển. Để hình thành đoạn sông phân lạch cần có 2 điều kiện: 1. Sông tương đối rộng để bãi bên có khả năng phát triển đầy đủ.
Để có điều kiện đó, yêu cầu bờ sông dễ xói hơn so với bờ đoạn sông thẳng, nhưng lại khó xói hơn so với bờ sông uốn khúc. Vì có như vậy, lòng sông vừa có thể xói để mở rộng, vừa hạn chế tốc độ để không biến thành sông uốn khúc. Nếu ở đầu và cuối đoạn bị khống chế đoạn bờ khó xói, càng dễ xúc tiến hình thành mái bằng sông dạng dạ dày của sông phân lạch. Điều kiện quan trọng để duy trì sự ổn định của sông phân lạch là sự khác nhau của vị trí trục động lực của mùa lũ và mùa kiệt.
Nếu hình dạng lòng sông thượng lưu tạo thế để trục động lực xuyên qua vùng gốc bãi, thì việc hình thành phân lạch càng thuận lợi. Vì như vậy, vừa ngăn chặn sông tự phát triển thành vòng cong, vừa tăng cường sự ổn định của lạch. Rất nhiều đoạn phân lạch ổn định là vì lý do đó. Ở đây, phương hướng dòng chảy mùa lũ không giống như ở đoạn sông uốn khúc dịch chuyển theo sự xói lở của bờ lõm làm giảm khả năng cắt gốc bãi, mà thường xuyên thúc vào gốc bãi, làm nó không thể biến thành bãi tràn mà lại bị cắt rời khỏi bờ.
Sông phân lạch thường xuất hiện trên các sông tương đối lớn. Bãi tràn cao; địa chất là sét hoặc đất thịt pha sét; kết cấu hai lớp trên sét dưới cát không rõ; mặt bãi 11 có thực vật sinh trưởng là những điều kiện thường thấy ở sông phân lạch. Diễn biến sông phân lạch Ở đây, chỉ đề cập đến diễn biến tự nhiên của sông phân lạch, không nói đến các diễn biến do tác động của con người như khai thác cát, xây đập bịt lạch. Các lạch luôn luôn trong quá trình phát sinh, phát triển và suy thoái.
Lạch mới hình thành luôn là lạch có xu thế phát triển, còn lạch cũ thường là lạch có xu thế suy thoái. Quá trình này nói chung rất chậm chạp và tồn tại một mức độ thay đổi ngôi thứ qua lại có tính chu kỳ [45], [46], [49], [52]. Lạch suy vong có khi chuyển hóa thành lạch mới, ngược lại lạch mới hình thành lại có xu thế chuyển hóa thành lạch suy vong, tùy thuộc vào sự thay đổi của điều kiện khách quan: Ví dụ liên tục mấy năm liền xảy ra lũ lớn, sự dịch chuyển về hạ lưu của bãi bên thượng lưu, sự thay đổi hình dạng trên mặt bằng của lòng sông mùa nước trung v. Cùng với sự phát triển của các lạch, các bãi giữa cũng luôn ở quá trình phát triển không ngừng.
Quá trình phát triển của bãi giữa thường là: Bãi giữa dần mở rộng, bồi cao để biến thành đảo giữa. Đảo giữa tương đối ổn định, ít khi dịch chuyển về hạ lưu. Khi bờ sông đầu bãi dễ xói, do lòng sông mở rộng, bùn cát lắng đọng, đầu bãi không những không bị xói mòn mà còn bị bồi ngược lên. Sau khi cao trình mặt bãi nâng lên, thực vật sinh trưởng, càng xúc tiến tốc độ bồi lắng của bãi giữa.
Nếu một lạch suy vong đảo giữa nối liền với bờ và chuyển hóa thành bãi tràn, sông phân lạch chuyển thành đơn lạch. Do đó, sông phân lạch nói chung chỉ là một giai đoạn nhất định trong quá trình vận động của dòng sông, mặc dù giai đoạn đó có thể kéo dài hàng chục năm. Trên các bãi tràn của đoạn sông phân lạch, có thể tìm thấy dấu vết của những đoạn sông chết song song với bờ. Do các lạch thay đổi ngôi thứ không ổn định, vùng phân lưu và hợp lưu thường có ngưỡng cạn dẫn tới đoạn sông phân lạch thường gây trở ngại cho giao thông đường thủy.
Trong giai đoạn lạch mới phát triển cũng gây xói lở mạnh uy hiếp đến sự an toàn của đê điều, vùng dân cư.