Luận Văn Thạc Sĩ: Giải Pháp Hợp Lý Cho Kè Bờ Tả Sông Lam

• Trường học: Trường Đại Học Nghệ An
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Giải Pháp Tối Ưu Cho Kè Bờ Sông Lam Trong Xây Dựng Công Trình Thủy
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Nghệ An

• 1. CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE CÁC GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH BAO VE BO SONG
• 1.1. Tổng quan về công trình bảo vệ bờ sông
• 1.2. Một số đặc điểm chung
• 1.3. Dé điều phòng chống lũ
• 1.4. Ké và công trình bảo vệ bờ
• 1.5. Tình hình xây dựng đê kè ở Việt Nam
• 1.6. Công tác xây dựng đê điều ở tỉnh Nghệ An qua các giai đoạn
• 1.6.1. Giai đoạn trước cách mạng tháng 8 năm 1945
• 1.6.2. Giai đoạn từ năm 1945 đến năm 1954
• 1.6.3. Giai đoạn sau hòa bình lập lại từ năm 1955 đến năm 1965
• 1.6.4. Giai đoạn từ năm 1966 đến năm 1975
• 1.6.5. Giai đoạn từ năm 1976 đến năm 1985
• 1.6.6. Giai đoạn từ năm 1986 đến năm 2010
• 1.7. Đánh giá tổng quan hiện trạng sạt lở tại các khu vực bờ sông
• 1.8. Hiện tượng sạt lở bờ sông Cửu Long trên địa bàn tỉnh Hậu Giang

I. Tính cấp thiết của đề tài

Hiện tượng sạt lở bờ sông, xói, và bồi lòng sông là những vấn đề tự nhiên không thể tránh khỏi trong quy luật vận động của dòng sông. Tuy nhiên, với sự biến đổi khí hậu toàn cầu và các tác động tiêu cực từ con người, tình trạng này đã trở thành một dạng thiên tai, đe dọa đến an toàn của các công trình thủy lợi và tính mạng, tài sản của người dân. Sông Lam, một trong những con sông lớn ở Bắc Trung Bộ, không chỉ cung cấp nguồn nước cho hoạt động kinh tế xã hội mà còn gây ra nhiều thiệt hại nghiêm trọng trong các trận lũ lớn. Tình trạng xói lở ngày càng gia tăng, đòi hỏi phải có các giải pháp xây dựng và bảo vệ bờ sông hiệu quả. Việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp hợp lý cho kè bờ sông Lam là rất cần thiết nhằm đảm bảo an toàn lâu dài cho người dân và tài sản.

II. Mục đích của đề tài

Đề tài này nhằm nghiên cứu tổng quan các giải pháp xây dựng bảo vệ bờ sông, đánh giá sự phù hợp, ưu nhược điểm của từng giải pháp. Nghiên cứu hiện trạng và phân tích nguyên nhân gây ra sạt lở bờ sông Lam cũng như các yếu tố tác động đến hiện tượng này. Mục tiêu cuối cùng là đề xuất các giải pháp công trình hợp lý nhằm đảm bảo ổn định bờ sông và bảo vệ an toàn cho các công trình thủy lợi trong khu vực. Việc áp dụng các phương pháp phân tích hiện trạng sẽ giúp xác định các điểm yếu trong hệ thống hiện tại và từ đó đưa ra các khuyến nghị cụ thể cho việc cải thiện và nâng cấp các công trình.

III. Các giải pháp công trình bảo vệ bờ sông

Các giải pháp công trình để bảo vệ bờ sông bao gồm nhiều hình thức khác nhau, từ việc xây dựng kè bờ đến các biện pháp kỹ thuật xây dựng khác. Các loại kè như kè đá, kè bê tông, và các giải pháp tự nhiên như trồng cây ven sông đều có vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tác động của xói lở. Việc lựa chọn giải pháp nào phụ thuộc vào đặc điểm địa chất, dòng chảy, và mức độ nguy cơ của từng khu vực. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc kết hợp nhiều giải pháp khác nhau sẽ mang lại hiệu quả cao hơn trong việc bảo vệ bờ sông, đồng thời đảm bảo tính bền vững trong dài hạn.

IV. Đánh giá hiện trạng và nguyên nhân sạt lở

Đánh giá hiện trạng sạt lở bờ sông tại khu vực sông Lam cho thấy nhiều yếu tố góp phần vào tình trạng này. Các nguyên nhân chính bao gồm sự thay đổi dòng chảy, khai thác tài nguyên ven sông, và tác động của khí hậu. Nhiều công trình thủy lợi hiện tại chưa đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật, dẫn đến tình trạng bảo vệ bờ không hiệu quả. Việc phân tích các yếu tố này sẽ giúp xác định các giải pháp phù hợp nhằm khắc phục tình trạng sạt lở, bảo vệ tài sản và an toàn của người dân. Đặc biệt, việc nâng cấp các công trình hiện có và xây dựng mới cần được thực hiện một cách đồng bộ và có kế hoạch rõ ràng.

V. Kiến nghị giải pháp công trình hợp lý

Để đảm bảo an toàn cho kè bờ sông Lam, kiến nghị các giải pháp công trình cụ thể như nâng cao độ và cải thiện kết cấu của các công trình hiện có. Việc áp dụng công nghệ mới trong xây dựng và bảo trì các công trình sẽ giúp tăng cường khả năng chống xói lở. Đồng thời, cần có một kế hoạch quản lý nước hiệu quả để giảm thiểu tác động của lũ lụt. Các giải pháp này không chỉ đảm bảo an toàn cho bờ sông mà còn góp phần phát triển bền vững cho khu vực ven sông, bảo vệ môi trường và tài nguyên nước.

Tổng quan nghiên cứu

Sạt lở bờ sông, xói mòn và bồi lắng lòng sông là hiện tượng tự nhiên trong quy luật vận động của dòng sông, tuy nhiên, dưới tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu và hoạt động của con người, hiện tượng này đã trở thành thiên tai nghiêm trọng, đe dọa an toàn đê điều và tài sản của người dân. Lưu vực sông Cả, với diện tích khoảng 27.200 km², phân bố trên địa bàn ba tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh và Thanh Hóa, trong đó Nghệ An chiếm hơn 55% diện tích lưu vực với khoảng 2,1 triệu dân sinh sống, là khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề của sạt lở bờ sông. Sông Cả đóng vai trò quan trọng trong cung cấp nước cho các hoạt động kinh tế - xã hội và phát triển nông nghiệp của tỉnh Nghệ An. Tuy nhiên, các trận lũ lớn trong các năm 1978, 1988, 2002, 2007 và 2010 đã gây thiệt hại nặng nề về người và tài sản, với mức độ ngập lụt ngày càng tăng và lũ phức tạp hơn.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá hiện trạng, phân tích nguyên nhân sạt lở bờ tả sông Lam, đồng thời nghiên cứu và đề xuất các giải pháp công trình bảo vệ bờ sông phù hợp nhằm đảm bảo ổn định bờ sông và an toàn đê điều. Phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các công trình chống sạt lở bờ sông và mái ngoài đê trên địa bàn tỉnh Nghệ An, đặc biệt là khu vực bờ tả sông Lam. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác xây dựng, nâng cấp đê, kè, góp phần giảm thiểu thiệt hại do thiên tai và biến đổi khí hậu gây ra.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về thủy động lực học, địa kỹ thuật và sinh thái học trong bảo vệ bờ sông. Hai khung lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết thủy động lực học dòng chảy sông: Phân tích tác động của dòng chảy, dao động mực nước, sóng và lưu tốc dòng chảy đến hiện tượng xói mòn và bồi lắng bờ sông. Các khái niệm chính bao gồm lưu tốc dòng chảy, áp lực thủy lực, và sự cân bằng động của lòng sông.

2. Lý thuyết địa kỹ thuật công trình đất có cốt và công trình bảo vệ bờ sông: Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật như kè mỏ hàn, rọ đá, thảm đá, kỹ thuật đất có cốt và ứng dụng cỏ Vetiver trong gia cố mái bờ sông. Các khái niệm chính gồm độ ổn định mái dốc, lực chống trượt, và khả năng chịu lực của vật liệu.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: kè mỏ hàn cứng và mềm, rọ đá, thảm cát, đất có cốt, cỏ Vetiver, và mô hình toán SLOPE/W dùng để phân tích ổn định mái đê.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp, kế thừa các nghiên cứu trước đây và đánh giá chuyên gia, kết hợp với phân tích hiện trường và hiện trạng công trình đê, kè bờ sông tại tỉnh Nghệ An. Nguồn dữ liệu bao gồm số liệu thống kê về diện tích lưu vực, dân số, các trận lũ lịch sử, hiện trạng công trình đê kè, và các báo cáo thiệt hại do sạt lở.

Phân tích nguyên nhân sạt lở dựa trên diễn biến thực tế, các yếu tố tác động như biến đổi khí hậu, khai thác cát, và hoạt động xây dựng. Nghiên cứu ứng dụng khung phân tích đa tiêu chí để đánh giá các giải pháp công trình bảo vệ bờ sông, đồng thời sử dụng mô hình toán SLOPE/W để phân tích ổn định các giải pháp lựa chọn.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các đoạn kè bờ tả sông Lam với chiều dài từ Km53 đến Km104, khảo sát hiện trạng và đánh giá kỹ thuật. Phương pháp chọn mẫu là chọn các vị trí xung yếu, có hiện tượng sạt lở nghiêm trọng và các công trình kè đã xây dựng để phân tích chi tiết.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 1-2 năm, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, phân tích hiện trạng, đánh giá giải pháp và đề xuất phương án công trình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiện trạng sạt lở bờ sông Lam nghiêm trọng: Các đoạn kè như Nam Hòa (Km58-Km59,8), Hưng Long (Km61-Km64), Hưng Xuân (Km74,6-Km77,4) và Làng Bo (Km93-Km94,5) đều có dấu hiệu sạt lở cục bộ hoặc bồi lắng, ảnh hưởng đến an toàn đê điều. Ví dụ, kè Nam Hòa đã bị sạt lở cục bộ nhưng vẫn duy trì khả năng chống xói tốt; kè Hưng Xuân có nhiều đoạn bị sạt trượt mái kè, cần sửa chữa.

2. Nguyên nhân sạt lở chủ yếu do biến đổi dòng chảy và khai thác cát trái phép: Dòng chảy chủ lưu dịch chuyển sang bờ hữu sông Lam, làm tăng áp lực xói mòn bờ tả. Hoạt động khai thác cát dưới lòng sông làm mất cân bằng động của lòng sông, gây xói sâu và hàm ếch. Tại xã Nam Cường, mỗi năm mất khoảng 50m bờ sông do sạt lở.

3. Hiệu quả của các giải pháp công trình bảo vệ bờ sông khác nhau: Kè lát mái bằng bê tông và đá hộc có độ bền cao, nhưng chi phí lớn. Rọ đá và thảm đá có khả năng chịu lực tốt, thoát nước hiệu quả và chi phí thấp hơn. Cỏ Vetiver được đánh giá cao về khả năng ổn định mái bờ, giảm xói mòn với chi phí thấp và thân thiện môi trường.

4. Các công trình đê kè hiện tại còn nhiều hạn chế: Chiều cao đê chưa đủ, mặt cắt không đảm bảo an toàn chống lũ, nhiều đoạn đê được xây dựng trên nền đất yếu chưa xử lý kỹ thuật, dẫn đến nguy cơ vỡ đê khi lũ lớn. Hệ thống đê chưa có công trình cắt lũ lớn cho hạ du, làm tăng nguy cơ ngập lụt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân sạt lở bờ sông Lam được xác định là sự kết hợp của yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Biến đổi khí hậu làm tăng cường độ và tần suất lũ lụt, trong khi khai thác cát và xây dựng không kiểm soát làm mất cân bằng dòng chảy. So sánh với các nghiên cứu tại đồng bằng sông Cửu Long và sông Hồng, hiện tượng sạt lở có tính chất tương tự nhưng mức độ và quy mô khác nhau do đặc điểm địa hình và lưu lượng dòng chảy.

Việc áp dụng các giải pháp công trình như kè mỏ hàn, rọ đá, thảm cát và trồng cỏ Vetiver đã được chứng minh hiệu quả trong việc giảm thiểu xói mòn và bảo vệ bờ sông. Mô hình toán SLOPE/W cho thấy các giải pháp này có thể nâng cao độ ổn định mái đê, giảm nguy cơ trượt lở. Tuy nhiên, chi phí và điều kiện thi công là những yếu tố cần cân nhắc kỹ lưỡng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh mức độ sạt lở trước và sau khi áp dụng các giải pháp công trình, bảng thống kê thiệt hại do sạt lở theo từng năm, và bản đồ phân bố các điểm sạt lở nghiêm trọng trên bờ tả sông Lam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường xây dựng và nâng cấp hệ thống kè lát mái bằng đá hộc và bê tông nhằm bảo vệ các đoạn bờ sông có nguy cơ sạt lở cao, đặc biệt tại các vị trí xung yếu như kè Nam Hòa, Hưng Long và Làng Bo. Thời gian thực hiện trong 3-5 năm, chủ thể thực hiện là Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Nghệ An phối hợp với các đơn vị thi công chuyên ngành.

2. Ứng dụng rộng rãi kỹ thuật trồng cỏ Vetiver để gia cố mái bờ sông và mái đê, giảm chi phí bảo trì và thân thiện môi trường. Khuyến khích các địa phương trong lưu vực sông Lam triển khai trồng cỏ Vetiver trên diện tích mái đê và bờ sông trong vòng 2 năm tới.

3. Kiểm soát chặt chẽ hoạt động khai thác cát và các hoạt động tác động đến lòng sông nhằm hạn chế mất cân bằng dòng chảy và giảm thiểu nguy cơ sạt lở. Cần có sự phối hợp giữa chính quyền địa phương, ngành tài nguyên môi trường và công an để giám sát và xử lý nghiêm các vi phạm.

4. Nâng cao năng lực thiết kế, thi công và giám sát công trình đê điều bằng cách cập nhật tiêu chuẩn kỹ thuật, đào tạo chuyên môn cho đội ngũ kỹ sư và công nhân, đồng thời áp dụng công nghệ tiên tiến trong thiết kế và thi công. Thời gian thực hiện liên tục, ưu tiên trong các dự án nâng cấp đê kè hiện có.

5. Xây dựng hệ thống công trình cắt lũ lớn cho hạ du lưu vực sông Cả nhằm giảm áp lực lũ lên hệ thống đê điều, góp phần giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt. Đây là giải pháp dài hạn, cần nghiên cứu kỹ lưỡng và huy động nguồn lực đầu tư trong 5-10 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách về đê điều và phòng chống thiên tai: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật để xây dựng chính sách phát triển hệ thống đê kè bền vững, giảm thiểu thiệt hại do sạt lở và lũ lụt.

2. Các kỹ sư, chuyên gia thiết kế và thi công công trình thủy lợi, đê điều: Tài liệu chi tiết về các giải pháp công trình bảo vệ bờ sông, phương pháp phân tích ổn định mái đê và kỹ thuật thi công sẽ hỗ trợ trong công tác thiết kế và thi công thực tế.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành thủy lợi, địa kỹ thuật và môi trường: Luận văn cung cấp kiến thức tổng quan về hiện tượng sạt lở bờ sông, các giải pháp kỹ thuật và ứng dụng mô hình toán học trong phân tích ổn định công trình.

4. Chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư sống ven sông: Hiểu rõ nguyên nhân và giải pháp chống sạt lở giúp nâng cao nhận thức, phối hợp thực hiện các biện pháp bảo vệ bờ sông, giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguyên nhân chính gây sạt lở bờ sông Lam là gì?
   Nguyên nhân chủ yếu là sự thay đổi dòng chảy do biến đổi khí hậu, khai thác cát trái phép và hoạt động xây dựng không kiểm soát, làm mất cân bằng động của lòng sông, dẫn đến xói mòn và sạt lở nghiêm trọng.

2. Các giải pháp công trình nào được đánh giá hiệu quả nhất trong bảo vệ bờ sông?
   Kè lát mái bằng đá hộc và bê tông có độ bền cao; rọ đá và thảm đá giúp thoát nước tốt; cỏ Vetiver là giải pháp sinh học hiệu quả, chi phí thấp và thân thiện môi trường.

3. Phương pháp trồng cỏ Vetiver có ưu điểm gì?
   Cỏ Vetiver có bộ rễ sâu, phát triển thành mạng lưới giữ đất chắc chắn, giảm xói mòn, chịu được điều kiện khí hậu khắc nghiệt, chi phí trồng và chăm sóc thấp, phù hợp với nhiều vùng sinh thái.

4. Làm thế nào để kiểm soát khai thác cát gây sạt lở?
   Cần tăng cường giám sát, xử lý nghiêm các hành vi khai thác cát trái phép, phối hợp giữa các cơ quan chức năng và nâng cao nhận thức cộng đồng về tác hại của khai thác cát không kiểm soát.

5. Mô hình toán SLOPE/W được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Mô hình SLOPE/W phân tích ổn định mái đê và các giải pháp công trình, giúp đánh giá khả năng chịu lực và nguy cơ trượt lở, từ đó lựa chọn giải pháp kỹ thuật phù hợp để bảo vệ bờ sông.

Kết luận

• Sạt lở bờ sông Lam là hiện tượng nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn đê điều và đời sống người dân tỉnh Nghệ An.
• Nguyên nhân chính bao gồm biến đổi khí hậu, khai thác cát trái phép và các yếu tố địa kỹ thuật.
• Các giải pháp công trình như kè lát mái, rọ đá, thảm đá và trồng cỏ Vetiver được đánh giá có hiệu quả trong việc ổn định bờ sông.
• Cần nâng cao năng lực thiết kế, thi công và giám sát công trình, đồng thời kiểm soát chặt chẽ hoạt động khai thác tài nguyên lòng sông.
• Đề xuất xây dựng hệ thống công trình cắt lũ lớn cho hạ du lưu vực sông Cả nhằm giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt trong dài hạn.

Next steps: Triển khai các dự án nâng cấp kè bờ sông, mở rộng ứng dụng cỏ Vetiver, tăng cường quản lý khai thác cát và nghiên cứu xây dựng công trình cắt lũ.

Call to action: Các cơ quan quản lý, nhà khoa học và cộng đồng cần phối hợp chặt chẽ để thực hiện các giải pháp bảo vệ bờ sông, đảm bảo an toàn đê điều và phát triển bền vững lưu vực sông Cả.