CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM CHUNG ĐOẠN SÔNG LÔ QUA ĐOAN HÙNG – PHÚ THỌ VÀ TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nghiên cứu ngoài nước Trong nghiên cứu động lực sông nói chung và nghiên cứu các vấn đề về: biến động vận chuyển bùn cát, xói lở hạ thấp lòng dẫn hạ du sau hồ chứa; biến động lòng dẫn do các tác động của công trình hạ tầng, của các hoạt động khai thác cát sỏi … cũng như các tác động của quá trình diễn biến này đến thay đổi chế độ thủy văn, thủy lực của hệ thống sông và đặc biệt là hậu quả của các biến động, thay đổi nêu trên đến hoạt động của các công trình thủy lợi, giao thông thủy, môi trường. Việc đánh giá các tác động của biến động lòng dẫn sông ngòi đối với công trình thủy lợi, giao thông đặc biệt là tác động ở hạ du các hồ chứa cùng với các giải pháp giảm thiểu tác động bất lợi không phải là vấn đề nghiên cứu mới trên thế giới mà đã được nghiên cứu, ứng dụng trong thực tế hàng chục năm qua Có thể nêu ra một số nghiên cứu điển hình theo từng vấn đề dưới đây: + Các nghiên cứu về biến động lòng dẫn (xói sâu, hạ thấp lòng dẫn trên hệ thống .) và ảnh hưởng, tác động của việc xây dựng hồ chứa, đập dâng, công trình hạ tầng, khai thác cát. đến quá trình vận chuyển bùn cát và biến hình lòng dẫn hạ du ( trên cả mặt bằng và chiều sâu) - Nghiên cứu năm 2003 của Yang Xiaoqing (Manual on sediment management and measurment , the World Meteorological Organization ) mô tả tác động của xây dựng hồ chứa đến quá trình bùn cát thượng và hạ lưu , trong đó nêu các ví dụ về tác động của một số hồ chứa ở Trung Quốc đến thay đổi cân bằng bùn cát và tác động của các biến đổi này đến dòng cảy mùa kiệt cũng như cơ chế xói lở hạ du.
Một ví dụ có thể kể đến ở trên sông Dương Tử ở hạ du thủy điện Tam Hiệp, các dự báo diễn biến lòng dẫn và chế độ thuỷ văn hạ du đã được xem xét trong việc đưa ra các tính toán dự báo xói tới hạn ở công trình, đưa ra các giải pháp bảo vệ bổ xung chống xói chân công trình do hạ thấp lòng sông. Nhiều công trình lấy nước hạ du đã nâng cấp và bổ xung các hạng mục công trình nhằm đảm bảo khả năng lấy 6 nước mùa kiệt, các công trình thiết kế mới đã tính toán lưu lượng thiết kế mùa kiệt có tính đến các dự báo về mực nước trong 20 năm tới, phải thừa nhận rằng các biện pháp được thực hiện là khá chủ động và đã được đề ra từ trước khi công trình đi vào hoạt động. - Nghiên cứu gần đây nhất (2010) của các tác giả Juha Sarkkula, Jorma Koponen, Hannu Lauri, Markku Virtanen,Matti Kummu (Origin, fate and role of Mekong sediments; Mekong River Commission) thực hiện cho lưu vực châu thổ sông MeKong, trong đó phân tích rõ hơn vai trò và tác động của quá trình biến động bùn cát tự nhiên và khi ảnh hưởng của hồ chứa đến xu thế diễn biến lòng dẫn hạ du. Ngoài ra trên lưu vực sông MêKong còn có 1 số nghiên cứu khác có liên quan của các nhà khoa học Phần Lan về mô phỏng biến động bùn cát hạ du do ảnh hưởng hồ chứa + Các nghiên cứu tính toán dự báo diễn biến hạ du do ảnh hưởng của hồ chứa và hoạt động khác của con người ( xây dựng công trình, khai thác cát) và các tác động của nó đến công trình , hạ tầng ở hạ du., điển hình là: - Nghiên cứu năm 2009 của Juha Sarkkula, Jorma Koponen (DMS - Detailed Modelling Support Project; Mekong River Commission ) đã xây dựng mô hình mô phỏng dự báo diễn biến bùn cát , lòng dẫn trên lưu vực sông MeKong với một số kịch bản có hồ chứa ở thượng nguồn và dự báo biến động bùn cát hạ du.
- Nghiên cứu năm 2010 của Matthew Childs (The Impacts of dams on river channel geomorphology and irrigation works downstream ; The Department of Geography) tập trung vào đánh giá các tác động ngắn hạn, dài hạn, cục bộ, hệ thống của đập đến hình thái lòng sông hạ du, trong đó có đưa ra các phương pháp phân tích dự báo + Nghiên cứu về ổn định lòng dẫn Kích thước lòng dẫn sông ổn định được xác định dựa trên các quan hệ hình thái sông ổn định như: Các quan hệ hình thái thông dụng ở Ấn Độ và Anh do Laycey, Inglis.đề xuất, ở Liên xô (cũ) do Antunin, Velikanop, Golusokop., ở Trung Quốc do Trương 7 Thuỵ Cẩn, Tạ Giám Hoành.Các quan hệ hình thái thông dụng ở Nhật Bản, Mỹ, Úc và các nước Châu âu và ngày nay đã trở nên phổ biến hơn trên toàn thế giới được xác định dựa trên cơ sở lý thuyết về luật chuyển động bùn cát (sediment transport laws) của Englun & Hansen, Meyer Peter & Miller, Bogardi và những quan hệ khác, điển hình của quan hệ hình thái này do Breusers and Raudkivi (1991) đề xuất. Trong nghiên cứu diễn biến, đề xuất giải pháp chỉnh trị sông ổn định lòng dẫn trên thế giới hiện nay có xu thế chính là: - Hiện đại hoá các phương pháp khảo sát thực địa có sử dụng công nghệ định vị GPS, nhằm thu được số liệu chính xác để xây dựng mô hình toán & mô hình vật lý. - Kết hợp nghiên cứu ngoài trời và trong phòng thí nghiệm. - Phân tích diễn biến bằng so sánh, chập ảnh viễn thám.
- Ứng dụng các mô hình toán hiện đại để mô phỏng được các công trình chỉnh trị sông. - Nghiên cứu trên mô hình vật lý kết hợp với các thiết bị đo đạc, phân tích số liệu thí nghiệm cũng hiện đại hơn. - Phương pháp đánh dấu bùn cát. + Tình hình nghiên cứu công nghệ mới, vật liệu mới.
Hiện nay nghiên cứu công nghệ mới, vật liệu mới để sử dụng vào xây dựng các công trình tiên tiến như Mỹ, Nhật, Pháp, Hà lan, Hàn Quốc, … rất được coi trọng. Nhiều công trình mới, vật liệu mới đã được dùng cho các công trình bảo vệ bờ sông, chỉnh trị sông mang lại hiệu quả đóng góp cho phát triển kinh tế xã hội rõ rệt. Công nghệ mới, vật liệu mới liên tục phát triển ngày một hoàn thiện và được ứng dụng vào thực tiễn cho nhiều khu vực khác nhau ở một số nước trên thế giới và nhiều công nghệ mới đã được áp dụng cho một số công trình ở nước ta. Một số công nghệ và vật liệu sử dụng cho công trình bảo vệ bờ sông, chỉnh trị sông: • Công nghệ và vật liệu vải địa kỹ thuật (Geotextile).
• Công nghệ bảo vệ bờ bằng rọ đá bọc PVC (Gabion). • Công nghệ bảo vệ bờ bằng tấm lát bê tông hình lục lăng. 8 • Công nghệ bảo vệ bờ bằng thảm bê tông (Concret mat). • Công nghệ tường cừ bản bê tông dự ứng lực.
• Công nghệ cừ bản nhựa. + Các phương pháp và công cụ phục vụ nghiên cứu dự báo diễn biến lòng dẫn, dự báo các biến động thủy văn, thủy lực trong điều kiện tự nhiên cũng như có tác động của hồ chứa, của khai thác dòng sông …: Vấn đề nghiên cứu dự báo lòng dẫn sông ngòi nói chung và dự báo lòng dẫn do ảnh hưởng của các công trình trên sông đã có các thành tựu vượt bậc cả trong nghiên cứu tính toán và áp dụng thực tế. Hiện nay, trong tính toán không còn quá khó khăn trong việc thực hiện các mô phỏng về địa hình sông, công trình trên sông, vận chuyển bùn cát bùn cát. đó chính là nhờ sự phát triển và cải tiến liên tục của các mô hình số 1D, 2D, 3D với khả năng chi tiết hóa trong mô phỏng và trong tính toán ngày càng cao, điển hình các mô hình họ HEC, SOBEK, MIKE, DELFT, TELEMAC và một số mô hình được phát triển gần đây của các nhà khoa học Nhật bản.
Hầu hết các mô hình toán nêu trên đã được phổ biến và ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam trong các nghiên cứu về động lực sông nói chung và dự báo diễn biến lòng dẫn, chế độ thủy lực nói riêng. Bên cạnh các công cụ mô hình số, việc sử dụng mô hình vật lý trong nghiên cứu chế độ thủy lực ( mô hình lòng cứng) và diễn biến lòng dẫn ( mô hình lòng động) vẫn được coi là một trong những công cụ nghiên cứu quan trọng hiện nay với sự hỗ trợ của các thiết bị đo đạc, phân tích kết quả hiện đại và tính tự động cao.2 Nghiên cứu trong nước: + Về nghiên cứu, phân tích đánh giá diễn biến lòng dẫn sông ngòi Trong lịch sử nghiên cứu về động lực sông ở nước ta từ sau 1960, vấn đề phân tích diễn biến lòng dẫn sông Hồng – Thái Bình là một trong các nội dung nghiên cứu quan trọng, trong các năm trước đây, mặc dù có quá nhiều hạn chế về nguồn số liệu khảo sát nhưng việc phân tích đánh giá diễn biến vẫn được tiến hành khá đều đặn cho đến đầu các năm 1980, kết quả phân tích diễn biến giúp cho việc đưa ra các đánh giá, nhận định về xu thế diễn biến lòng dẫn sông Hồng và các sông 9 khác trên hệ thống. Công việc nghiên cứu phân tích diễn biến lòng dẫn sông Hồng – Thái Bình được thực hiện đầy đủ và chi tiết nhất cho đến nay thuộc về dự án do Viện KHTL thực hiện “ Đánh giá khả năng thoát lũ hệ thống sông Hồng – Thái Bình .” trong chương trình phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng – Thái Bình thực hiện năm 1999-2001. Trong dự án này, diễn biến lòng dẫn sông Hồng – Thái bình được phân tích trong giai đoạn 1976 – 2000 trên hầu hết các sông chính, kết quả phân tích diễn biến thực hiện trọng dự án này cho đến nay vẫn được sử dụng, trích dẫn trong các nghiên cứu, dự án.
Giai đoạn tiếp sau từ năm 2001 đến nay, mặc dù nguồn số liệu khảo sát địa hình đã có sự cải thiện đáng kể cả về số lượng và chất lượng nhưng việc phân tích, đánh giá diễn biến hàng năm với phạm vi và quy mô trên toàn hệ thống sông Hồng – Thái Bình đã không được tiếp tục thực hiện một cách liên tục có hệ thống, công tác phân tích diễn biến lòng dẫn chỉ được coi là các nội dung nhỏ, phạm vi phân tích thường cục bộ cho 1 vài đoạn sông ngắn ở trong các nghiên cứu, dự án khác nhau của các đơn vị nghiên cứu ở bộ, ngành: Nông nghiệp, Giao thông, Khí tượng thủy văn .
