CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 1. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DỰ BÁO SẠT LỞ 1. Trong nước Trước tình hình sạt lở diễn ra ở nhiều nơi, gây mất đất, mất nhà cửa, ảnh hưởng lớn đến đời sống của người dân và hạ tầng kỹ thuật từ Bắc vào Nam, nên đã có nhiều nghiên cứu về sạt lở được thực hiện. - Nghiên cứu “Ứng dụng công thức kinh nghiệm Hickin & Nanson dự báo sạt lở bờ sông Cửu Long” của tác giả Lê Mạnh Hùng và Nguyễn Nghĩa Hùng thuộc Viện KHTLMN[1].
Hay một số công thức thực nghiệm giữa quan hệ hình thái sông của các tác giả: GS.TS Lương Phương Hậu, PGS.TS Lê Ngọc Bích. - “Phương pháp đánh giá dự báo khả năng sạt lở bờ sông theo chỉ tiêu tích hợp các yếu tố điều kiện kỹ thuật tự nhiên vùng ven sông” của tác giả TSKH Trần Mạnh Liểu Viện KHCN[2]. - “Nghiên cứu dự báo xói lở bờ sông bằng địa vật lý công nghệ không phá hủy Georadar” của trường ĐHKHTN thuộc ĐHQG. - Phương pháp dự báo bằng mô hình vật lý: Mô hình sông Hồng thực hiện ở phòng thí nghiệm của Viện KHTL.
- Phương pháp dự báo bằng mô hình toán: Ứng dụng bộ mô hình MIKE21 của Viện nghiên cứu thủy lực Đan Mạch DHI[22] để nghiên cứu về sông Hồng của công ty tư vấn thiết kế Cảng-Đường thủy, ứng dụng mô hình MIK21C để nghiên cứu về sông Hồng hay nhiều đoạn sông khác của Viên KHTL, ngoài ra còn có một số mô hình khác như Geo Slope của Canada[23], hay BSM của Mỹ[24]. Ngoài nước - Dự báo bằng công thức kinh nghiệm của Hickin & Nanson[25] dự báo sạt lở cho 189 đoạn sông cong ở Canada. - Dự báo sạt lở dựa trên xu thế diễn biến lòng dẫn, đường bờ của tác giả Sarker[26] trên các dòng sông ở Băng La Đét. Phan Văn Dũng Chuyên ngành xây dựng Công trình Thủy 6 - Đặc biệt phương pháp dự báo bằng mô hình vật lý hoặc mô hình toán.
Với một số mô hình toán nổi tiếng như bộ mô hình MIKE của Viện nghiên cứu thủy lực Đan Mạch DHI, Geo slope của Canada, hay BSM của Mỹ. Sau đây sẽ trình bày một số phương pháp dự báo sạt lở mà học viên quan tâm và nhận xét để lựa chọn phương pháp dự báo sạt lở phục vụ cho đề tài nghiên cứu. Dự báo xói lở bằng công nghệ không phá hủy Georadar 1. Nguyên lý hoạt động của Georadar (GPR) Sóng điện từ ở dải tần số cao được phát dưới dạng xung xuống đất, khi gặp các mặt ranh giới hay các di vật sẽ phản xạ trở lại.
Angten của thiết bị thu ghi lại xung phản xạ và lưu giữ vào máy (hình 1. Qua xử lý, phân tích, minh giải để phán đoán nguồn gây ra dị thường, tìm ra vị tr , k ch thước và bản chất của chúng. Nguyên lý hoạt động của Georadar 1. Ứng dụng của Georadar Hình 1.
Hố sụt tại giao lộ Hai Bà Trưng - Nguyễn Văn Thủ, Q.HCM Phan Văn Dũng Chuyên ngành xây dựng Công trình Thủy 7 GPR ngày càng được sử dụng rộng rãi cả trong xây dựng, khảo sát địa chất, kiểm tra chất lượng công trình. Ở nước ngoài: Tại Trung Quốc đã sử dụng công nghệ GPR để khảo sát nền móng của đê đập, đánh giá độ nứt nẻ, các khe nứt, tổ mối trong thân đê đập. Ở Ba Lan dùng để đánh giá hiện trạng các đường băng sân bay hay khảo sát tìm các vị trí dị vật trong thân đê đập, khoanh vùng các đoạn đê xung yếu có khả năng bị vỡ khi có lũ. Ở trong nước: Dùng để xác định tổ mối và các khuyết tật trong thân đê, hệ thống cống dưới đê, đập đất, khảo sát các điểm xung yếu để dự báo sạt lở bờ sông Tiền tại Hồng Ngự, nghiên cứu cấu trúc địa chất, môi trường dải ven bờ ở Bạc Liêu, Bình Thuận.
Hay dùng GPR để dò tìm các hố sụt tại giao lộ Hai Bà Trưng Nguyễn Văn Thủ, Q1, TP. Sử dụng GPR để xác định ranh giới, đề xuất các giải pháp khắc phục sự cố hố sụt trên mặt đường cao tốc tại Đồng Mỏ - Lạng Sơn. Ưu, nhược điểm của phương pháp - Ưu điểm: Khả năng không phá hủy, thu thập số liệu nhanh, độ phân giải cao, phân biệt tốt các dị thường gần nhau. - Nhược điểm: Thường bị nhiễu khi sử dụng angten khảo sát tần số cao trong thành phố và khu đông dân cư.
Dự báo xói lở bằng công thức kinh nghiệm 1. Cơ sở của phương pháp Áp dụng các công thức kinh nghiệm đã có, hay xây dựng công thức kinh nghiệm để tính tốc độ diễn biến lòng dẫn trên cơ sở các tài liệu đo đạc thực tế để áp dụng. Trong thực tế thì mỗi khu vực nghiên cứu đều có những đặc điểm riêng nên việc tìm công thức kinh nghiệm phù hợp để áp dụng là tương đối khó khăn. Vì vậy ta thường xây dựng công thức kinh nghiệm cho từng mặt cắt ngang sông tại những khu vực có tài liệu cần thiết.
Tuy nhiên hạn chế của các công thức kinh nghiệm này là phụ thuộc nhiều vào tài liệu xây dựng công thức và mang tính chất cục bộ cho từng vị trí, mặt khác Phan Văn Dũng Chuyên ngành xây dựng Công trình Thủy 8 chỉ đề cập tới các yếu tố hình học của khối đất lở và lòng dẫn, mà chưa nói tới các yếu tố dòng chảy như trị số, thời gian duy trì, hay các yếu tố vật liệu cấu tạo lòng dẫn chỉ được đề cập qua các hệ số thực nghiệm. Điều đó làm kết quả không chính xác khi các năm có dòng chảy khác thường. Một số công thức kinh nghiệm tính tốc độ xói lở bờ 1. Công thức kinh nghiệm tính tốc độ xói lở bờ cho đoạn sông cong Ibadzade[5].
Ri Bxi Bxo EXP[ ] (1-1) Bi Trong đó: - Bxi: Là tốc độ xói lở ngang (m/năm) tại mặt cắt thứ i. - Bxo: Là tốc độ xói lở ngang lớn nhất tại đoạn nghiên cứu (m/năm) trong quá khứ. - Ri: Bán kính cong tại mặt cắt thứ i (m). - Bi: Chiều rộng sông tại mặt cắt thứ i (m).
- α: Hệ số thực nghiệm. Công thức kinh nghiệm tính xói lở bờ của Pôpôp[6] xây dựng từ tài liệu đo diễn biến xói lở nhiều năm trên các sông vùng Trung Á.T H max H 0 Trong đó: - F: Diện tích khối đất bờ xói lở trong khoảng thời gian T năm (m2). - L: Chiều dài đường bờ sạt lở của từng giai đoạn (m). - T: Thời gian xói lở (năm).
- Hmaxi: Độ sâu lớn nhất tại mặt cắt tính toán thứ i (m). - Hmax: Độ sâu lớn nhất của đoạn xói lở nghiên cứu (m). - Ho: Độ sâu ổn định tại mặt cắt quá độ (m). Công thức kinh nghiệm xây dựng từ tài liệu đo đạc bờ tả sông Tiền khu vực Thường Phước tỉnh Đồng Tháp[7].
Phan Văn Dũng Chuyên ngành xây dựng Công trình Thủy 9 .T H max H 0 Trong đó: - Các kí hiệu như trong công thức (1-2). - β: Hệ số thực nghiệm. Dự báo xói lở bồi lắng trên xu thế diễn biến lòng dẫn, đường bờ 1. Cơ sở của phương pháp Là các quy luật diễn biến lòng dẫn đã được xác định trong quá khứ và kinh nghiệm, sự hiểu biết của người làm dự báo.
Nội dung của phương pháp - Thu thập tài liệu về địa hình lòng sông, tài liệu về thủy văn, dòng chảy, bùn cát., các tài liệu không ảnh hay có ảnh chụp từ vệ tinh về khu vực nghiên cứu. - Xác định quy luật diễn biến lòng dẫn trên mặt bằng, mặt cắt dọc và mặt cắt ngang, bằng cách chập các bình đồ đo đạc lòng sông trong nhiều năm kết hợp với việc xếp chồng các tài liệu ảnh. - Xây dựng mối quan hệ giữa diễn biến lòng dẫn trên mặt bằng, mặt cắt dọc và mặt cắt ngang với các yếu tố thủy văn dòng chảy, tính chất cơ lý của đất, cấu tạo lòng sông, bờ sông, các yếu tố sóng. - Dự báo chế độ thủy văn dòng chảy trong khoảng thời gian cần dự báo xói lở.
- Dự báo tốc độ, quy mô xói lở cho từng mốc thời gian yêu cầu. Trên cơ sở các quy luật diễn biến đã xác định được phân tích đánh giá xu thế diễn biến thực tế. Dự báo xói lở bằng mô hình vật lý 1. Nội dung Là phương pháp xây dựng mô hình nguyên mẫu ngoài thực tế cho một đoạn bờ cụ thể nào đó hoặc các công trình theo tỉ lệ thu nhỏ.
Các tác động trong tự nhiên tới bờ sông như sóng, dòng chảy, sự biến đổi mực nước do thủy triều.được tạo ra trong phòng thí nghiệm với tỉ lệ tương ứng với tỉ lệ mô hình. Các số liệu về mực Phan Văn Dũng Chuyên ngành xây dựng Công trình Thủy 10 nước, dòng chảy và sự biến đổi của bờ sông được ghi nhận lại thông qua các thiết bị đo đạc tự động hoặc bán tự động đặt trong mô hình. Ưu, nhược điểm - Ưu điểm: Phương pháp này cho kết quả có độ tin cậy cao. Với những dự án quan trọng, có vốn đầu tư lớn, phương pháp này thường được dùng để kiểm chứng lại các kết quả của phương pháp khác.
- Nhược điểm: Xây dựng mô hình vật lý để mô phỏng lại các diễn biến đường bờ trong phòng thí nghiệm nên hết sức tốn kém và phức tạp. Yêu cầu nơi xây dựng và thí nghiệm mô hình phải được trang bị đầy đủ các thiết bị thí nghiệm, các thiết bị đo đạc, xử lý, phân tích số liệu đồng bộ và hiện đại, phải có đội ngũ chuyên gia và các kỹ thuật viên lành nghề và có chuyên môn cao. Dự báo xói lở bằng mô hình toán 1. Cơ sở của phương pháp Là phương pháp mô phỏng và tính toán sự vận chuyển bùn cát, quá trình diễn biến đường bờ thông qua các phương trình toán.
Với các điều kiện biên ban đầu xác định thì lượng vận chuyển bùn cát qua một số mặt cắt ngang trong một đơn vị thời gian sẽ được tính toán từ các tác động sóng, dòng chảy, thủy triều. Trong khoảng thời gian tính toán, khi tổng lượng bùn cát vận chuyển trên một đoạn bờ được xác định thì vị tr đường bờ mới sẽ được xác định theo phương pháp cân bằng bùn cát. Nếu tổng lượng bùn cát vận chuyển tới lớn hơn tổng lượng bùn cát vận chuyển đi thì bờ bị bồi, hoặc nếu lượng bùn cát vận chuyển tới nhỏ hơn lượng bùn cát vận chuyển đi thì bờ bị xói lở, còn nếu lượng bùn cát vận chuyển đi cân bằng lượng bùn cát vận chuyển đến thì bờ ở trạng thái ổn định.