Luận án tiến sĩ nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông tiền đoạn chảy qua tỉnh đồng tháp phục vụ phòng tránh thiên tai

Luận án tiến sĩ nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông Tiền đoạn chảy qua tỉnh Đồng Tháp, nhằm phục vụ công tác phòng tránh thiên tai hiệu quả.

• Tác giả: Trịnh Phi Hoành
• Người hướng dẫn: Nguyễn Thám
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Địa lý Tài nguyên và Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông Tiền (đoạn chảy qua tỉnh Đồng Tháp) phục vụ phòng tránh thiên tai
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông Tiền qua Đồng Tháp

Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông Tiền đoạn chảy qua tỉnh Đồng Tháp tập trung vào việc phân tích các thay đổi về hình thái và động lực của dòng sông. Mục tiêu chính là đưa ra các giải pháp phòng tránh thiên tai hiệu quả. Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại như viễn thám và GIS để đánh giá các biến đổi lòng sông từ năm 1966 đến 2015. Kết quả nghiên cứu không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang tính thực tiễn cao, giúp các nhà quản lý đưa ra các biện pháp bảo vệ môi trường và phòng ngừa thiên tai.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá diễn biến lòng dẫn sông Tiền và đề xuất các giải pháp thiên tai phù hợp. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đoạn sông Tiền chảy qua tỉnh Đồng Tháp, nơi thường xuyên chịu ảnh hưởng của lũ lụt và xói lở bờ sông. Nghiên cứu sử dụng dữ liệu từ các nguồn khác nhau, bao gồm số liệu thủy văn, hình ảnh vệ tinh và khảo sát thực địa.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học lớn trong việc hiểu rõ cơ chế biến đổi lòng sông và các yếu tố tác động. Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu giúp các nhà quản lý đưa ra các biện pháp quản lý lòng dẫn hiệu quả, giảm thiểu thiệt hại do thiên tai sông ngòi gây ra. Đồng thời, nghiên cứu cũng góp phần vào việc bảo vệ môi trường sông và phát triển bền vững khu vực.

II. Diễn biến lòng dẫn sông Tiền qua Đồng Tháp

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng diễn biến lòng dẫn sông Tiền qua Đồng Tháp chịu ảnh hưởng lớn từ các yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Các hiện tượng xói lở và bồi tụ diễn ra liên tục, tạo nên sự thay đổi đáng kể về hình thái lòng sông. Đặc biệt, các hoạt động khai thác cát và xây dựng công trình ven sông đã làm gia tăng tốc độ xói lở. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, các đoạn sông chịu ảnh hưởng của thượng nguồn có tốc độ xói lở cao hơn so với các đoạn chịu ảnh hưởng của triều.

2.1. Diễn biến theo thời gian

Từ năm 1966 đến 2015, diễn biến lòng dẫn sông Tiền qua Đồng Tháp được ghi nhận qua các giai đoạn khác nhau. Giai đoạn 1966-1996, sông Tiền chứng kiến sự gia tăng đáng kể về tốc độ xói lở, đặc biệt ở khu vực Hồng Ngự và Cao Lãnh. Giai đoạn 1996-2015, tốc độ xói lở có xu hướng giảm nhưng vẫn ở mức cao, đặc biệt ở các đoạn sông gần các khu vực đô thị.

2.2. Diễn biến theo không gian

Nghiên cứu chỉ ra rằng, diễn biến lòng dẫn sông Tiền không đồng đều trên toàn bộ đoạn sông. Các khu vực như Hồng Ngự, Cao Lãnh và Sa Đéc có tốc độ xói lở cao hơn so với các khu vực khác. Nguyên nhân chính là do sự tác động của dòng chảy mạnh và các hoạt động khai thác cát. Ngược lại, các khu vực như Thanh Bình và Châu Thành có tốc độ bồi tụ cao hơn, tạo nên các bãi bồi lớn.

III. Giải pháp phòng tránh thiên tai

Dựa trên kết quả nghiên cứu, luận án đề xuất các giải pháp phòng tránh thiên tai hiệu quả cho khu vực sông Tiền qua Đồng Tháp. Các giải pháp bao gồm việc tăng cường quản lý lòng dẫn, hạn chế khai thác cát và xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông. Đồng thời, nghiên cứu cũng đề xuất các biện pháp né tránh và kháng vệ để giảm thiểu thiệt hại do thiên tai sông ngòi gây ra.

3.1. Giải pháp phòng ngừa

Các giải pháp phòng ngừa tập trung vào việc quản lý chặt chẽ các hoạt động khai thác cát và xây dựng công trình ven sông. Nghiên cứu đề xuất việc thiết lập các khu vực cấm khai thác cát và tăng cường giám sát các hoạt động này. Đồng thời, cần xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông như kè đá và tường chắn để giảm thiểu tốc độ xói lở.

3.2. Giải pháp né tránh và kháng vệ

Các giải pháp né tránh bao gồm việc di dời các khu dân cư và công trình xây dựng ra khỏi các khu vực có nguy cơ xói lở cao. Giải pháp kháng vệ tập trung vào việc xây dựng các công trình chống lũ và bảo vệ bờ sông. Nghiên cứu cũng đề xuất việc sử dụng các vật liệu thân thiện với môi trường trong các công trình bảo vệ bờ sông.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu của luận án với 46 trang, 7 bảng, 15 hình; Chương 2. Đánh giá diễn biến lòng dẫn sông Tiền tỉnh Đồng Tháp với 67 trang, 20 bảng, 65 hình; Chương 3. Cảnh báo và đề xuất giải pháp thích ứng với diễn biến lòng dẫn sông Tiền tỉnh Đồng Tháp với 27 trang, 16 bảng, 7 hình.

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 1. CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN 1. Lòng dẫn sông (river channel) Trong thung lũng sông, ta có thể phân biệt những bộ phận cơ bản sau [3]: Đường tụ thủy hay còn gọi là đường tanvec (talweg river) đường nối các điểm sâu nhất, có nước chảy mạnh nhất trong lòng dẫn sông. Thông thường đường tanvec nằm ép về một phía bờ nào đó, không ở chính giữa dòng.

Dòng chảy trên mặt thường phù hợp với động lực dòng chảy đáy. Đáy sông (đáy thung lũng) được giới hạn trong phạm vi giữa hai chân sườn thung lũng. Đáy sông có thể chia thành hai bộ phận là lòng sông và bãi bồi. Lòng dẫn sông (river channel) là bộ phận sâu nhất của thung lũng sông thường xuyên có nước chảy.

Hay có thể quan niệm rõ hơn: lòng dẫn sông là phần sông có nước chảy quanh năm (có nước trong mùa kiệt ngay cả năm ít nước). Bờ sông (riverbank) là giới hạn của lòng dẫn sông. Trong nghiên cứu này, quan niệm bờ sông theo nghĩa rộng, bao gồm cả bờ sông và bờ bãi bồi (cồn, bãi, cù lao sông). Bãi bồi (river bar) là bộ phận của đáy thung lũng nhô lên khỏi mặt nước, có địa hình khá bằng phẳng, được cấu tạo bởi aluvi, được phủ bởi một lớp thực vật [21, tr.

Ghi chú: 1 - đường tụ thủy - tanvec; 2 - lòng sông; 3 - bãi bồi; 4 - sườn thung lũng 5 - thềm sông; 6 - đường phân thủy và đỉnh phân thủy. Sơ đồ hình thái thung lũng sông [3, tr. 122] Hình thái sông (morphology river) bao gồm các đặc trưng: loại hình sông, mặt cắt ngang, mặt cắt dọc, hình dạng tuyến sông trên mặt bằng và mối quan hệ giữa chúng cũng như các yếu tố thủy văn, thủy lực [22]. Các mối quan hệ này được gọi là mối quan hệ hình thái sông.

Mối liên quan giữa hình thái lòng dẫn sông với động lực dòng chảy; xói lở, bồi tụ được gọi là hình thái động lực. Phân loại lòng dẫn sông  Theo độ ổn định: Được phân chia thành các loại: (i) sông có độ ổn định rất nhỏ; (ii) sông có độ ổn định TB; (iii) sông không ổn định từng chỗ, từng thời kỳ; (iv) sông ổn định.  Phân loại sông theo đặc trưng ổn định: Đặc trưng ổn định của sông là khả năng chống lại lực đẩy của dòng nước, của các hạt cát nằm trên bề mặt của đáy sông, đối với mỗi hạt cát nằm dưới đáy sông sẽ chịu hai lực tác dụng: (i) lực tác dụng của dòng chảy làm hạt cát chuyển động; (ii) lực ma sát chống lại tác dụng gây trượt của dòng chảy. Theo đặc trưng ổn định, sông có các loại cơ bản như sau [23]: - Sông ổn định ở vùng đất không xói hoặc năng lượng của dòng chảy không đủ xói lòng dẫn sông.

- Sông tương đối ổn định chỉ bị xói từng nơi, có sự diễn biến theo chu kỳ xung quanh một giá trị TB nào đó. - Sông có độ ổn định nhỏ trong đó xói lở và bồi lắng bùn cát gây ra sự thay đổi chiều sâu của dòng sông nhưng không làm hình dáng của nó trên bình đồ thay đổi một cách rõ ràng. Sự xói và bồi của bùn cát diễn ra một cách chậm chạp theo các điểm khác nhau. Sự phân bố và hình dạng của ghềnh cạn thay đổi hàng năm.

Loại sông này thường có ở đồng bằng. - Sông có độ ổn định rất nhỏ tốc độ dòng chảy rất lớn, địa chất yếu, trong thời gian lũ sông không những bị thay đổi về chiều sâu mà còn thay đổi về hình dáng và hình thành các phân lưu theo hướng lớn. - Sông trong thời kỳ lũ hoàn toàn mất hình dáng và hình thành dòng chảy lẫn lộn giữa nước và bùn cát gọi là dòng chảy bùn cát. Lúc đó yếu tố hình dạng mất hết ý nghĩa.

Diễn biến lòng dẫn sông (change of river channel) Quá trình biến hình lòng dẫn sông diễn ra trong một thời kỳ nghiên cứu gọi là diễn biến lòng sông [24]. Diễn biến lòng sông là quá trình thay đổi theo thời gian của lòng sông và các cấu tạo lòng sông dưới tác động của dòng nước, của các yếu tố khí hậu, các yếu tố kiến tạo và các hoạt động kinh tế của con người. Nguyên nhân cơ bản của biến hình lòng sông là sự mất cân bằng trong tải cát (vận chuyển bùn cát hay trầm tích1 hoặc phù sa). Trong bất kỳ một đoạn sông nào, dưới một điều kiện nhất định, dòng chảy có một sức tải cát nhất định [25, tr.

287]: (i) Nếu lượng bùn cát đến thực 1 Thành phần trầm tích có kích cỡ khác nhau thể là đất, cát, sỏi, đá nhỏ. Người ta thường phân trầm tích thành 2 loại, trầm tích nhỏ chảy theo dòng nước gọi là trầm tích lơ lửng (suspended sediment load) hoặc trầm tích đáy (bed suspended material load) là các trầm tích có kích thước/trọng lượng lớn hơn được dòng chảy tải đi ở các lớp nước sát đáy sông, hồ. 8 tế (S) tương ứng với sức tải cát (ST) thì dòng sông ổn định tương đối, lòng sông không bị bồi và xói; (ii) Nếu lượng bùn cát đến lớn hơn sức tải cát (S > ST) thì lòng sông sẽ được bồi; (iii) Nếu lượng bùn cát đến nhỏ hơn sức tải của dòng chảy (S < ST) và lòng sông không phải đá gốc thì lòng sông sẽ bị xói. DBLD sông có thể nghiên cứu trên phạm vi rộng và phạm vi hẹp [25, tr.

286]: - Trên phạm vi rộng, DBLD sông là cả quá trình lịch sử hình thành và phát triển lòng sông, bao gồm toàn bộ thung lũng sông. Vấn đề này thuộc phạm trù địa sử học, địa mạo học. - Trên phạm vi hẹp, DBLD sông chỉ hạn chế trong những biến đổi cận đại và bản thân lòng sông. Đây là đối tượng chính của động lực học dòng sông.

Nhưng những biến đổi này được triển khai trên nền các biến đổi lịch sử và các bộ phận của thung lũng sông. Vì vậy, chúng có mối liên hệ nội tại với nhau. DBLD sông được đặc trưng bởi quá trình xói lở, bồi tụ lòng sông và quá trình cắt dòng (đặc trưng của sông uốn khúc). Xói lở bờ sông bao gồm các loại xói sâu, xói ngang, xói phổ biến, xói cục bộ.

Trong đó, loại xói phổ biến và xói cục bộ thường xuất hiện sau khi có các công trình thủy lợi đầu mối trên sông. Xói sâu (xói lòng) là hệ quả của mất cân bằng trong tải cát thuộc phạm trù thủy lực. Xói sâu thường làm hạ thấp dòng sông. Xói ngang (xói bờ, sạt lở bờ) là hệ quả của mất cân bằng động lực của khối bờ thuộc phạm trù cơ học đất.

Xói ngang làm mở rộng lòng sông. Xói phổ biến (xói, bồi) là loại xói lở xảy ra trên một chiều dài lớn của lòng dẫn sông. Căn cứ vào diễn biến, xói lở bờ sông chia thành sụp (sạt) lở, trượt lở, chảy rắn và nứt đất. Bồi tụ bờ sông (riverbank deposition) là kết quả của bào mòn lưu vực và xói lở bờ sông.

Bồi tụ bờ sông xảy ra khi lưu tốc dòng chảy giảm tới mức sức tải bùn cát nhỏ hơn hàm lượng thực tế, khi đó bùn cát trong dòng chảy sẽ bồi tụ lại.  Phân loại DBLD sông Khi phân tích DBLD sông thường chia ra diễn biến trên mặt bằng, diễn biến trên mặt cắt dọc, diễn biến trên mặt cắt ngang nhưng thực chất ba loại này đan xen nhau, ảnh hưởng lẫn nhau, khống chế lẫn nhau [25, tr. 287]: - Diễn biến trên mặt cắt ngang: là do sự mất cân bằng tải cát phương ngang gây nên. Sự mất cân bằng này là do hoàn lưu.

Khi trong dòng chảy tồn tại hoàn lưu, dòng nước mặt không đi theo phương chuyển động chung mà chảy xiên sang một bờ, còn dòng nước đáy thì chuyển động sang một bờ khác, ngược với dòng nước mặt. Bờ có dòng nước mặt xô vào thì bị xói, bờ tiếp nhận dòng nước đáy thì được bồi. Ngoài hoàn lưu ra, sóng cát cũng tạo ra chuyển dịch bùn cát theo phương ngang. 9 - Diễn biến mặt bằng: chủ yếu là sự dịch chuyển trên mặt bằng, đường bờ, của nhánh sâu, của các khối bồi lắng, có khi là liên tục, có khi là đột biến, có khi là có chu kỳ.

do chịu tác động tổng hợp rất nhiều yếu tố. - Diễn biến mặt cắt dọc: là do sự mất cân bằng trong tải cát phương dọc, có nguyên nhân từ thiên nhiên như sự thay đổi theo thời gian và theo dọc đường của lượng bùn cát, sự thay đổi dọc đường của độ dốc và chiều rộng thung lũng sông, sự nâng lên hạ xuống của vỏ Trái Đất, của mực nước biển. cũng có nguyên nhân từ con người như xây dựng các đập ngăn sông, các công trình chỉnh trị. Trong luận án sẽ phân tích và đánh giá DBLD sông Tiền theo 3 phương thức: mặt bằng, mặt cắt dọc và mặt cắt ngang.

Sông phân nhánh (braided river) a) Khái niệm Theo Brice I. quan niệm: sông phân nhánh là sông có bãi giữa, các bãi giữa có tỉ lệ kích thước nhất định so với kích thước của chiều rộng lòng dẫn sông. Các phần nhánh tách rời xa nhau và có vị trí tương đối cố định. Ở cấp mực nước nào đó, có thể nhánh sẽ không có nước chảy qua song nó vẫn là một phần nhánh hoạt động, không bị cây cối phủ mọc [26, tr.

Như vậy, sông phân nhánh được hiểu là những dòng chảy tách, nhập thành nhiều nhánh bởi các cồn, bãi bồi tụ trong lòng dẫn, trong tài liệu quốc tế tiếng Anh gọi chung là braided river [27], [28], [29]. b) Phân loại Có nhiều cách hiểu và phân loại khác nhau về sông phân nhánh. Trong đó, tiêu biểu là thông dụng nhất là chia sông phân nhánh thành 02 loại [Chien et al, Xu [29]]: - Loại phân nhánh ổn định (bifurcated channel stretches): có cồn bãi giữa cao ngang bãi tràn 2 bên (cao ngang mức nước tạo lòng); phần lớn có 2 hoặc 3 nhánh. Các nhà khoa học Trung Quốc còn chia loại sông phân nhánh này thành 3 kiểu (hình 1.

a-Phân nhánh trên đoạn sông thẳng b-Phân nhánh trên đoạn sông c - Phân nhánh dạng đầu vịt Hình 1. Phân loại sông phân nhánh [dẫn theo Trần Bá Hoằng [27]] - Loại sông có nhiều nhánh, nhiều cồn bãi non, phân bố tản mạn và chuyển động không ổn định (wandering).