Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Đồng Tháp, nằm trong khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, có hệ thống sông ngòi chằng chịt với sông Tiền dài 132 km chảy qua, đóng vai trò quan trọng trong phân chia không gian lãnh thổ và phát triển kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, tình trạng xói lở, sạt lở bờ sông và đê bao diễn ra nghiêm trọng, đặc biệt tại huyện Tân Hồng với các vụ sạt lở đê bao Cả Mũi (64m năm 2010), An Phước (108m năm 2015) và Tân Phước (6 đoạn, trung bình 30m năm 2015). Những sự cố này ảnh hưởng trực tiếp đến diện tích canh tác lúa vụ mùa, khoảng 800-900 ha mỗi đê bao, gây thiệt hại lớn về kinh tế và an ninh lương thực.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm đề xuất giải pháp chống xói lở bờ sông và đê bao khu vực Đồng Tháp bằng vật liệu rơm cuộn, tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào, chi phí thấp (khoảng 15 nghìn đồng/cuộn). Nghiên cứu tập trung khảo sát địa chất, tính chất cơ lý của đất và rơm cuộn, phân tích ổn định đê bao, thiết kế và thi công gia cường bằng rơm cuộn. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các vị trí đê bao sạt lở tại xã Tân Thành A, An Phước và Tân Phước, huyện Tân Hồng, trong giai đoạn từ năm 2010 đến 2015.

Giải pháp này có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc giảm thiểu thiệt hại do xói lở, bảo vệ diện tích canh tác, đồng thời góp phần phát triển bền vững công trình thủy lợi và đê bao tại Đồng Tháp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình phân tích ổn định mái dốc và bờ kè, bao gồm:

  • Phương pháp phá hoại dạng cung trượt: Mô tả cơ chế trượt đất theo dạng cung tròn, tính toán mô men gây trượt và mô men kháng trượt để xác định hệ số an toàn (FS). Phá hoại xảy ra khi FS < 1.

  • Phương pháp chia nhỏ mặt trượt thông thường (Fellenius): Chia mặt trượt thành nhiều phân tố độc lập, phân tích lực trượt và lực kháng trượt dựa trên công thức Mohr-Coulomb, tính hệ số an toàn tổng thể.

  • Phương pháp đơn giản Bishop (1954): Cải tiến từ phương pháp chia nhỏ, tính đến lực pháp tuyến giữa các phân tố, thỏa mãn cân bằng mô men, cho kết quả chính xác hơn.

  • Phương pháp Spencer (1967): Xét cân bằng lực theo phương ngang, phương thẳng đứng và cân bằng mô men, là phương pháp chặt chẽ nhất trong phân tích ổn định mái dốc.

Ngoài ra, nghiên cứu áp dụng các phương pháp tính toán áp lực thủy động, năng lượng sóng và vận tốc sóng để đánh giá tác động thủy lực lên đê bao và cuộn rơm.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số an toàn (FS), lực dính (c), góc ma sát trong (φ), áp lực nước lỗ rỗng (u), mô men gây trượt (MD), mô men kháng trượt (MR), và các thông số thủy động như chiều cao cột sóng (H), bước sóng (L), vận tốc nước đầu đỉnh sóng (Uc).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa khảo sát thực địa, thí nghiệm và mô phỏng tính toán:

  • Nguồn dữ liệu: Lấy mẫu đất tại các vị trí đê bao sạt lở Cả Mũi, An Phước và Tân Phước, huyện Tân Hồng. Thí nghiệm xác định dung trọng tự nhiên, độ ẩm, giới hạn dẻo, giới hạn chảy, chỉ số dẻo và thành phần cỡ hạt theo tiêu chuẩn TCVN 4196, 4197, 4198.

  • Thí nghiệm vật liệu rơm cuộn: Đo kích thước, khối lượng, tính bền liên kết trong môi trường nước, độ nổi và khả năng chịu tác động thủy động của cuộn rơm đơn và liên kết tam giác 3 cuộn.

  • Phân tích ổn định đê bao: Áp dụng các phương pháp Bishop và Spencer để tính toán hệ số an toàn mặt trượt, phân tích áp lực thủy động tác động lên đê bao và cuộn rơm.

  • Mô hình thí nghiệm thủy động: Thiết lập mô hình 1 cuộn và 3 cuộn rơm trong bể thử sóng, xác định chiều cao cột sóng, bước sóng, vận tốc sóng trước và sau khi qua cuộn rơm.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập dữ liệu và thí nghiệm trong khoảng 6 tháng, phân tích và thiết kế giải pháp trong 3 tháng tiếp theo.

Phương pháp chọn mẫu dựa trên vị trí sạt lở điển hình, đảm bảo đại diện cho đặc điểm địa chất và điều kiện thủy lực khu vực nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm địa chất đê bao Đồng Tháp: Kết quả thí nghiệm cho thấy đất đê bao chủ yếu là đất sét vô cơ ít dẻo, đất sét pha cát, với dung trọng tự nhiên dao động từ 1,40 đến 1,88 g/cm³, độ ẩm từ 7,9% đến 58,3%. Giới hạn dẻo từ 8,49 đến 38,67%, chỉ số dẻo từ 10,39 đến 18,79, cho thấy đất có tính dẻo vừa phải, dễ bị ảnh hưởng bởi áp lực nước và sóng.

  2. Tính bền và độ nổi của cuộn rơm: Thí nghiệm ngâm cuộn rơm trong nước 5 tháng cho thấy thể tích và độ nổi giảm dần theo thời gian, nhưng sau 90 ngày, độ nổi và tính tan rã vẫn ở mức chấp nhận được. Độ nổi của 1 cuộn rơm duy trì khoảng 5-10 cm, trong khi liên kết tam giác 3 cuộn duy trì độ nổi khoảng 20-40 cm, tăng khả năng chịu lực thủy động.

  3. Khả năng giảm năng lượng sóng của cuộn rơm: Mô hình thí nghiệm cho thấy cuộn rơm liên kết tam giác giảm năng lượng sóng tới 88-99%, vận tốc sóng sau khi qua cuộn giảm từ 74,4 cm/s xuống còn 0,38-0,42 cm/s, tương đương giảm trên 99%. So với cuộn đơn, liên kết tam giác hiệu quả hơn rõ rệt trong việc giảm tác động thủy lực.

  4. Phân tích ổn định đê bao: Áp dụng phương pháp Bishop và Spencer cho thấy hệ số an toàn FS của đê bao được gia cường bằng cuộn rơm tăng lên đáng kể, vượt mức an toàn tối thiểu 1,2 trong điều kiện sóng cao 10-30 cm và áp lực thủy động. Điều này chứng tỏ giải pháp rơm cuộn có khả năng ổn định bờ sông và đê bao hiệu quả.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính gây xói lở đê bao là do lớp đất sét mềm, có độ dẻo vừa phải, dễ bị tan rã dưới tác động sóng và áp lực thủy động, tạo hàm ếch và sạt lở. Việc sử dụng rơm cuộn tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương, chi phí thấp, dễ thi công và có tính cơ động cao, phù hợp với điều kiện địa chất và thủy lực Đồng Tháp.

So sánh với các phương pháp gia cố cứng như rọ đá, tường chắn, hoặc sinh học như trồng cỏ Vetiver, rơm cuộn có ưu điểm về chi phí và thời gian thi công nhanh, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường. Kết quả thí nghiệm và mô hình thủy động minh họa rõ hiệu quả giảm năng lượng sóng và tăng hệ số an toàn đê bao.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể tích và độ nổi cuộn rơm theo thời gian, bảng so sánh vận tốc sóng trước và sau khi qua cuộn rơm, cũng như bảng hệ số an toàn FS theo các phương pháp phân tích.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng rộng rãi giải pháp rơm cuộn trong gia cố đê bao: Khuyến nghị các đơn vị quản lý đê bao tại Đồng Tháp sử dụng cuộn rơm liên kết tam giác để gia cố bờ sông, đặc biệt tại các vị trí có địa chất đất sét mềm và thường xuyên chịu tác động sóng cao 10-30 cm. Thời gian sử dụng hiệu quả khoảng 90 ngày, phù hợp với mùa nước nổi.

  2. Xây dựng quy trình thi công chuẩn hóa: Đề xuất quy trình cuộn, buộc chặt rơm trong bao lưới cước, liên kết cuộn rơm với cây tre hoặc cừ tràm để tăng độ bền và ổn định. Chủ thể thực hiện là các đơn vị thi công công trình thủy lợi, thời gian chuẩn bị và thi công trong vòng 1 tháng.

  3. Kết hợp giám sát và bảo trì định kỳ: Thiết lập hệ thống giám sát hiện trạng đê bao sau khi gia cố bằng rơm cuộn, kiểm tra độ bền và độ nổi định kỳ mỗi 30 ngày để kịp thời bổ sung hoặc thay thế. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý đê điều.

  4. Nghiên cứu mở rộng và cải tiến vật liệu: Khuyến khích nghiên cứu bổ sung về khả năng kết hợp rơm cuộn với các vật liệu sinh học khác như cỏ Vetiver hoặc sơ dừa để tăng thời gian sử dụng và hiệu quả chống xói lở lâu dài. Thời gian nghiên cứu dự kiến 1-2 năm, do các viện nghiên cứu và trường đại học thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các cơ quan quản lý đê điều và thủy lợi: Nhận được giải pháp gia cố đê bao hiệu quả, chi phí thấp, giúp bảo vệ diện tích canh tác và giảm thiệt hại mùa lũ.

  2. Các nhà thi công công trình thủy lợi: Áp dụng quy trình thi công rơm cuộn chuẩn, nâng cao chất lượng công trình, tiết kiệm chi phí vật liệu và nhân công.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp: Tham khảo phương pháp phân tích ổn định mái dốc, áp lực thủy động và ứng dụng vật liệu sinh học trong bảo vệ bờ sông.

  4. Người dân và cộng đồng địa phương: Hiểu rõ về nguyên nhân xói lở và giải pháp bảo vệ đê bao, từ đó phối hợp với chính quyền trong công tác bảo vệ và khai thác bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chọn rơm cuộn làm vật liệu chống xói lở?
    Rơm cuộn tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào, chi phí thấp (khoảng 15 nghìn đồng/cuộn), dễ thi công, có khả năng giảm năng lượng sóng tới 99%, phù hợp với điều kiện địa chất và thủy lực Đồng Tháp.

  2. Thời gian sử dụng hiệu quả của rơm cuộn là bao lâu?
    Thí nghiệm cho thấy rơm cuộn duy trì độ nổi và tính bền trong môi trường nước khoảng 90 ngày, đủ để bảo vệ đê bao trong mùa nước nổi.

  3. Phương pháp phân tích ổn định nào được áp dụng trong nghiên cứu?
    Nghiên cứu sử dụng phương pháp đơn giản Bishop và Spencer, cả hai đều cho kết quả chính xác và phù hợp với điều kiện đất sét bão hòa tại Đồng Tháp.

  4. Giải pháp rơm cuộn có thể áp dụng ở những khu vực nào khác?
    Giải pháp phù hợp với các vùng có địa chất đất sét mềm, nguồn rơm dồi dào và điều kiện thủy lực tương tự, đặc biệt ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long.

  5. Có cần kết hợp rơm cuộn với các biện pháp khác không?
    Có thể kết hợp với các biện pháp sinh học như trồng cỏ Vetiver hoặc sử dụng sơ dừa để tăng độ bền lâu dài và hiệu quả chống xói lở bền vững.

Kết luận

  • Đặc điểm địa chất đê bao Đồng Tháp chủ yếu là đất sét ít dẻo, dễ bị xói lở dưới tác động sóng và áp lực thủy động.
  • Rơm cuộn là vật liệu sinh học hiệu quả, chi phí thấp, có khả năng giảm năng lượng sóng tới 99% và tăng hệ số an toàn đê bao.
  • Phương pháp phân tích ổn định Bishop và Spencer cho kết quả tin cậy, phù hợp với điều kiện thực tế.
  • Giải pháp rơm cuộn nên được áp dụng rộng rãi tại Đồng Tháp, kết hợp với quy trình thi công chuẩn và giám sát định kỳ.
  • Nghiên cứu mở rộng về kết hợp vật liệu sinh học khác sẽ nâng cao hiệu quả và thời gian sử dụng giải pháp.

Next steps: Triển khai thí điểm tại các vị trí sạt lở trọng điểm, hoàn thiện quy trình thi công và giám sát, đồng thời nghiên cứu cải tiến vật liệu.

Call-to-action: Các cơ quan quản lý và nhà thi công cần phối hợp triển khai giải pháp rơm cuộn để bảo vệ đê bao, giảm thiệt hại mùa lũ và phát triển bền vững vùng Đồng Tháp.