Tổng quan nghiên cứu

Trong khoảng 10 năm gần đây, hiện tượng bồi lấp lòng dẫn sông Trường Giang, tỉnh Quảng Nam, đã diễn ra nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động giao thông thủy, thoát lũ và phát triển kinh tế - xã hội khu vực. Sông Trường Giang dài 67 km, nối liền các huyện Duy Xuyên, Thăng Bình, Núi Thành và thành phố Tam Kỳ, đóng vai trò quan trọng trong vận tải thủy, nuôi trồng thủy sản và nông nghiệp ven biển. Tuy nhiên, hiện trạng bồi lấp đã làm thu hẹp bề rộng sông còn khoảng 30 m và chiều sâu dòng chảy giảm xuống khoảng 1 m tại nhiều đoạn, gây tắc nghẽn giao thông thủy và làm giảm hiệu quả thoát lũ.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá chế độ thủy động lực trong sông Trường Giang bằng mô hình toán học mã nguồn mở EFDC, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng bồi lấp, từ đó đề xuất các giải pháp chỉnh trị phù hợp nhằm đảm bảo thông thủy, phục vụ phát triển bền vững kinh tế vùng lân cận. Phạm vi nghiên cứu tập trung từ ngã ba An Lạc đến đầm An Hòa, tỉnh Quảng Nam, với dữ liệu thu thập chủ yếu trong năm 2019 và các giai đoạn khí tượng thủy văn từ 2008 đến 2020.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý, quy hoạch và đầu tư các công trình chỉnh trị sông, góp phần giảm thiểu thiệt hại do thiên tai, nâng cao hiệu quả khai thác tài nguyên nước và phát triển kinh tế - xã hội khu vực ven biển miền Trung.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng hai lý thuyết chính: lý thuyết thủy động lực học 3 chiều và mô hình toán học mã nguồn mở EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code). Lý thuyết thủy động lực học 3 chiều giúp mô phỏng chính xác dòng chảy, vận tốc và biến động mực nước trong sông, đặc biệt trong vùng cửa sông chịu ảnh hưởng phức tạp của thủy triều và dòng chảy sông biển. Mô hình EFDC được lựa chọn do tính linh hoạt, khả năng hiệu chỉnh tham số và mô phỏng đa dạng các quá trình thủy lực, vận chuyển bùn cát trong môi trường sông - biển.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Chế độ thủy động lực: đặc trưng dòng chảy, vận tốc, lưu lượng và biến động mực nước trong sông.
  • Bồi lấp lòng dẫn sông: quá trình tích tụ bùn cát làm thu hẹp lòng sông, ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ và giao thông thủy.
  • Điều kiện biên mô hình: bao gồm biên lưu lượng sông, biên mực nước biển, biên cứng và điều kiện gió, sóng.
  • Hiệu chỉnh mô hình: sử dụng số liệu thực đo để xác định các hệ số nhám Manning, hệ số kéo gió và hệ số khuếch tán nhằm nâng cao độ chính xác mô phỏng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm quan trắc trong khu vực (Đà Nẵng, Tam Kỳ, Trà My, Hội An, Núi Thành), số liệu thủy văn đo đạc lưu lượng, mực nước tại các mặt cắt sông Trường Giang và khu vực cửa sông trong năm 2019. Dữ liệu địa hình được tổng hợp từ bản đồ tỷ lệ 1/2000 và 1/5000, cùng ảnh vệ tinh Sentinel.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Xây dựng mô hình thủy động lực 3 chiều EFDC với lưới tính chi tiết, diện tích mô phỏng 12.905 ha, bao gồm sông Trường Giang, sông Tam Kỳ, đầm An Hòa và vùng biển mũi Bàn Than.
  • Hiệu chỉnh mô hình dựa trên số liệu thực đo tháng 8 và tháng 11 năm 2019, sử dụng các chỉ số RMSE, R² và NASH để đánh giá độ chính xác.
  • Phân tích chế độ thủy động lực trong mùa lũ và mùa kiệt, sử dụng biểu đồ hộp râu để thể hiện biến động lưu lượng và vận tốc dòng chảy tại các mặt cắt.
  • Đánh giá nguyên nhân bồi lấp dựa trên phân tích địa hình, chế độ thủy lực và cơ chế vận chuyển bùn cát.
  • Đề xuất giải pháp chỉnh trị dựa trên tiêu chí kỹ thuật, hiệu quả kinh tế và khả năng thực hiện.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2019 đến 2021, bao gồm thu thập số liệu, xây dựng và hiệu chỉnh mô hình, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chế độ thủy động lực mùa lũ: Lưu lượng tại hai đầu sông Trường Giang (ngã ba An Lạc và cửa Lở) dao động lớn, đạt tới 2500 m³/s tại thượng lưu sông Tam Kỳ, giảm dần về phía giữa sông (huyện Thăng Bình). Lưu lượng tại cửa Lở có biến động mạnh hơn do ảnh hưởng của đầm An Hòa và thủy triều. Vận tốc dòng chảy tại mặt cắt cửa Lở đạt tới 1 m/s, trong khi tại khu vực giữa sông gần như bằng 0, tạo điều kiện thuận lợi cho bồi lấp.

  2. Chế độ thủy động lực mùa kiệt: Lưu lượng dao động từ 100 đến 250 m³/s tại cửa Lở, vẫn chịu ảnh hưởng rõ rệt của thủy triều. Tại khu vực giữa sông, lưu lượng gần bằng 0, vận tốc dòng chảy thấp, làm tăng nguy cơ bồi lấp. Chế độ thủy động lực mùa kiệt có sự ổn định hơn so với mùa lũ nhưng vẫn duy trì đặc điểm lưu lượng lớn ở hai đầu sông.

  3. Hiện trạng bồi lấp: Một số đoạn sông bị thu hẹp lòng dẫn còn khoảng 30 m, chiều sâu dòng chảy giảm xuống khoảng 1 m, đặc biệt tại đoạn từ cầu Bình Đảo đến đập Cổ Linh và từ cầu Tạ Thanh đến cầu Tam Tiến. Khối lượng bùn cát tích tụ lớn, gây tắc nghẽn giao thông thủy và ảnh hưởng đến thoát lũ.

  4. Nguyên nhân bồi lấp: Do chế độ thủy lực yếu tại khu vực giữa sông, ảnh hưởng của các công trình xây dựng trên sông, hoạt động nuôi trồng thủy sản và sự tương tác phức tạp giữa dòng chảy sông và thủy triều biển. Mạng lưới sông ngòi phức tạp và sự biến động mực nước cũng góp phần làm thay đổi cơ chế vận chuyển bùn cát.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô hình EFDC cho thấy độ chính xác cao với RMSE mực nước tại trạm SMS là 0,074 m và chỉ số xác định R² đạt 0,9, chứng tỏ mô hình phù hợp để mô phỏng chế độ thủy động lực sông Trường Giang. Biểu đồ hộp râu thể hiện rõ sự biến động lưu lượng và vận tốc dòng chảy theo vị trí mặt cắt, giúp xác định các khu vực có nguy cơ bồi lấp cao.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã bổ sung phân tích chi tiết về ảnh hưởng của thủy triều và các yếu tố thủy lực trong mùa kiệt, đồng thời đánh giá tác động của các công trình xây dựng và hoạt động nuôi trồng thủy sản. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế các giải pháp chỉnh trị phù hợp, tránh các sai lầm trong quy hoạch dựa trên kinh nghiệm truyền thống.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ lưu lượng và vận tốc dòng chảy theo thời gian tại các mặt cắt, bản đồ phân bố bồi lấp và sơ đồ mô hình lưới tính EFDC để minh họa phạm vi và độ chi tiết của mô hình.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tuyển luồng sông Trường Giang: Thực hiện nạo vét và định vị lại tuyến luồng theo tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam TCVN S664-2009, đảm bảo chiều rộng và chiều sâu tối thiểu để tàu thuyền lưu thông an toàn. Thời gian thực hiện trong vòng 2 năm, do UBND tỉnh Quảng Nam phối hợp với Sở Giao thông Vận tải chủ trì.

  2. Bố trí hệ thống công trình chỉnh trị: Xây dựng kè mái nghiêng và kè đứng bằng cọc bê tông cốt thép tại các vị trí bồi lấp nghiêm trọng, kết hợp sử dụng kè mềm sinh thái để bảo vệ môi trường và tăng cường ổn định bờ sông. Thời gian triển khai 3-5 năm, do Ban Quản lý dự án đầu tư xây dựng tỉnh thực hiện.

  3. Ứng dụng mô hình EFDC trong quản lý: Sử dụng mô hình để dự báo biến động lòng sông, đánh giá hiệu quả các giải pháp chỉnh trị trước khi thi công, đồng thời cập nhật dữ liệu quan trắc thường xuyên để hiệu chỉnh mô hình. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và trường đại học liên quan.

  4. Kiểm soát hoạt động nuôi trồng thủy sản và xây dựng công trình: Ban hành quy định quản lý chặt chẽ các hoạt động NTTS và xây dựng ven sông nhằm hạn chế tác động tiêu cực đến chế độ thủy lực và bồi lấp. Thời gian áp dụng ngay và duy trì liên tục, do UBND các huyện và Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và giao thông vận tải: Sử dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch quản lý, quy hoạch và đầu tư các công trình chỉnh trị sông, nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai và phát triển giao thông thủy.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành thủy lợi, kỹ thuật xây dựng công trình thủy: Tham khảo phương pháp xây dựng và hiệu chỉnh mô hình thủy động lực EFDC, cũng như các phân tích về cơ chế bồi lấp và giải pháp chỉnh trị cửa sông.

  3. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản và vận tải thủy: Hiểu rõ tác động của hiện tượng bồi lấp đến hoạt động sản xuất và vận chuyển, từ đó điều chỉnh kế hoạch kinh doanh và đầu tư phù hợp.

  4. Cộng đồng dân cư ven sông và các tổ chức phi chính phủ: Nâng cao nhận thức về tác động của bồi lấp và các biện pháp bảo vệ môi trường, tham gia giám sát và đề xuất ý kiến trong công tác quản lý tài nguyên nước.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao sông Trường Giang bị bồi lấp nghiêm trọng?
    Hiện tượng bồi lấp do chế độ thủy lực yếu tại khu vực giữa sông, ảnh hưởng của thủy triều, các công trình xây dựng và hoạt động nuôi trồng thủy sản làm thay đổi cơ chế vận chuyển bùn cát, gây tích tụ bùn cát trong lòng sông.

  2. Mô hình EFDC có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    EFDC là mô hình mã nguồn mở, cho phép hiệu chỉnh tham số linh hoạt, mô phỏng chính xác dòng chảy 3 chiều và các quá trình vận chuyển bùn cát, phù hợp với điều kiện phức tạp của cửa sông Trường Giang.

  3. Giải pháp tuyển luồng có thể cải thiện tình trạng bồi lấp như thế nào?
    Tuyển luồng giúp duy trì chiều sâu và bề rộng luồng giao thông thủy, giảm thiểu bồi lấp bằng cách tạo dòng chảy mạnh hơn, hỗ trợ vận chuyển bùn cát ra khỏi lòng sông, đảm bảo an toàn giao thông và thoát lũ.

  4. Các công trình kè mềm sinh thái có tác động ra sao?
    Kè mềm sinh thái không chỉ bảo vệ bờ sông khỏi xói lở mà còn duy trì hệ sinh thái ven sông, giúp cân bằng môi trường nước và giảm thiểu tác động tiêu cực so với kè cứng truyền thống.

  5. Làm thế nào để cập nhật và duy trì hiệu quả mô hình thủy động lực?
    Cần thu thập số liệu quan trắc thường xuyên, hiệu chỉnh mô hình định kỳ, kết hợp với công nghệ GIS và phần mềm phân tích để dự báo biến động lòng sông, hỗ trợ quản lý và ra quyết định kịp thời.

Kết luận

  • Mô hình thủy động lực EFDC được xây dựng và hiệu chỉnh thành công, cho kết quả chính xác cao trong mô phỏng chế độ thủy lực sông Trường Giang.
  • Chế độ thủy động lực mùa lũ và mùa kiệt đều cho thấy lưu lượng lớn ở hai đầu sông, giảm dần về giữa sông, tạo điều kiện bồi lấp tại khu vực giữa sông.
  • Nguyên nhân bồi lấp chủ yếu do chế độ thủy lực yếu, ảnh hưởng của thủy triều, công trình xây dựng và hoạt động nuôi trồng thủy sản.
  • Đề xuất các giải pháp tuyển luồng, bố trí công trình chỉnh trị kết hợp kè cứng và kè mềm sinh thái, kiểm soát hoạt động ven sông và ứng dụng mô hình EFDC trong quản lý.
  • Tiếp tục cập nhật số liệu quan trắc, hiệu chỉnh mô hình và triển khai các giải pháp trong vòng 2-5 năm để đảm bảo hiệu quả chỉnh trị và phát triển bền vững khu vực.

Luận văn kêu gọi các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cùng phối hợp thực hiện các giải pháp nhằm bảo vệ và phát triển bền vững sông Trường Giang, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và phát triển kinh tế vùng ven biển miền Trung.