Chương 1: Tổng quan -6- Ở phần trên của sông Cửu Long, nơi bị ảnh hưởng chủ yếu của dòng chảy thượng nguồn, sạt lở bờ sông thường xảy ra vào đầu mùa khô (tháng một, tháng hai) với sự trượt bờ khối lớn. Ở phần dưới của sông Cửu Long, nơi bị ảnh hưởng chủ yếu bởi dòng triều, sự sạt lở bờ thường xảy ra trong thời kỳ triều cường, vào cuối mùa gió đông bắc hay đôi khi sau bão. Thiệt hại do sạt lở bờ ở phần này ít nghiêm trọng hơn ở phần trên. Phần lớn đầu các cồn trên sông bị xói lở nhiều vào mùa lũ và đuôi cồn bị bồi lắng, làm cho cồn hình như bị dịch chuyển dần về phía hạ lưu.
Trong những đoạn sông cong với hố sâu bên bờ lõm, khả năng sạt lở bờ là lớn. Phân tích sơ bộ nguyên nhân gây sạt lở bờ sông Hệ thống sông rạch ở TP. HCM và sông Cửu Long có hình dạng mặt bằng khá phức tạp và chịu ảnh hưởng triều. Dòng chảy trong sông luôn luôn là dòng không ổn định.
Lưu lượng dòng chảy lớn vào mùa lũ làm cho vận tốc dòng chảy tăng lên. Khi vận tốc này vượt quá so với vận tốc không xói cho phép của đất bờ sông thì hiện tượng sạt lở xảy ra.2 ghi một số giá trị của vận tốc dòng chảy trung bình max Vmax trong mùa lũ tại Tân Châu và Long Xuyên so với vận tốc không xói cho phép Vmax.3 cho những thông tin tương tự như trong mùa khô trong phần hạ lưu sông Cửu Long. Các giá trị Vmax được ước tính theo đồ thị do Hội Kỹ sư Công chánh Mỹ ASCE đề nghị 04 với các loại đất bờ sông tương ứng.2: So sánh giữa Vmax và Vmax trong mùa lũ Tân Châu Long Xuyên Vmax (m/s) 2,70 1,90 Vmax (m/s) 0,50 0,50 Chương 1: Tổng quan -7- Bảng 1.3: So sánh giữa Vmax và Vmax trong mùa khô Vĩnh Long Cần Thơ Vmax (m/s) 1,20 1,50 Vmax (m/s) 0,50 0,75 Dòng triều với chế độ bán nhật triều không đều truyền từ biển Đông (biên độ khoảng 3m) đến biên giới Việt Nam - Campuchia với biên độ giảm còn chừng một mét vào mùa khô. Ảnh hưởng của triều không những tạo ra sự thay đổi mực nước sông theo thời gian mà còn tạo ra dòng thấm không ổn định trong khối đất bờ sông, khiến nó khi ướt khi khô.
Điều này có thể làm giảm những tính chất vật lý và cơ học của đất bờ sông. Ảnh hưởng của dòng thấm không ổn định đến sự ổn định của bờ sông là điều cần được kiểm chứng. Tác động của sóng do gió và do tàu thuyền cũng là những yếu tố không thể bỏ qua đối với sự mất ổn định bờ sông, trong điều kiện sông có chiều rộng đáng kể và là đường giao thông thủy quan trọng trong vùng. Những vấn đề nêu trên chỉ là một số phân tích vĩ mô về nguyên nhân gây sạt lở bờ sông.
Đối với một vị trí cụ thể, còn cần phải nghiên cứu thêm các yếu tố cục bộ như dạng hình học của mái bờ, các tính chất cơ lý của đất, bán kính cong, thậm chí cả đến sự khai thác bừa bãi vật liệu ở đáy sông,. trước khi đưa ra một giải pháp kỹ thuật chỉnh trị sông thích hợp. Từ những hậu quả do sạt lở bờ sông gây nên, cần thiết phải nghiên cứu những nguyên nhân gây nên sạt lở để tìm phương hướng khắc phục. Ngoài những nguyên nhân kể trên thì nguyên nhân do tác động của dòng thấm không ổn định trong bờ sông có thể là một nguyên nhân cần được xem xét chi tiết.
Chính sự cấp thiết này luận văn đã đặt ra hai vấn đề: 1. Dòng chảy trong sông là dòng không ổn định thì dòng thấm trong bờ sông sẽ như thế nào? Chương 1: Tổng quan -8- 2. Nếu dòng thấm trong bờ sông là không ổn định thì có ảnh hưởng gì đến sự ổn định của bờ sông? Luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu bước đầu hai vấn đề trên.3: Sạt lở bờ sông Swale ở Yorkshire – Anh Hình 1.4: Sạt lở bờ sông Hậu Chương 1: Tổng quan -9- Hình 1.5: Sạt lở bờ kênh Thanh Đa 1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước Các bài toán về thấm và ổn định mái bờ trong trường hợp ổn định là những bài toán cổ điển. Tuy nhiên trong trường hợp không ổn định (như do chịu ảnh hưởng triều ở TP.
HCM và ĐBSCL) thì hiện chưa có nhiều nghiên cứu cả ở trong nước và ngoài nước. Dưới đây là một số nghiên cứu đã được tìm thấy trong các bài báo, tạp chí, sách vở trong thời gian vừa qua.1 Nghiên cứu trong nước a. Nghiên cứu dòng thấm không ổn định trong bờ sông vùng chịu ảnh hưởng triều [05] Tác giả: Huỳnh Thanh Sơn (ĐH Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh) Bài báo này tác giả trình bày nghiên cứu về dòng thấm không ổn định trong bờ 2 h S h sông vùng chịu ảnh hưởng triều với phương trình 1D có dạng: 2 , thông qua x T t việc so sánh kết quả đo đạc thực tế (sự thay đổi cột nước đo áp theo không gian và thời Chương 1: Tổng quan - 10 - gian) được thực hiện tại một vị trí sát bờ sông Hậu ở xã Bình Đức, TP.
Long Xuyên và mô hình tính toán (theo các phương pháp giải tích và sai phân hữu hạn). Từ các kết quả, phương pháp sai phân hữu hạn cho kết quả sát với thực tế đo đạc, còn trong phương pháp giải tích do điều kiện biên sông chỉ là hàm hình sin mô phỏng, sai biệt khá nhiều so với mực nước sông theo chế độ bán nhật triều không đều trong thực tế, do đó sử dụng kết quả của mô hình giải theo phương pháp sai phân hữu hạn làm cơ sở nghiên cứu sự ổn định bờ sông theo thời gian trong tương lai. Nghiên cứu ứng dụng và xây dựng giao diện cho một mô hình tính toán sạt lở bờ sông [06] Tác giả: Huỳnh Thanh Sơn – Lê Ngọc Khánh Nguyên (ĐH Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh) Trong bài báo này tác giả trình bày mô hình BSTE áp dụng vào việc phân tích bài toán sạt lở bờ sông trên cơ sở tính ổn định mái dốc có xét đến ảnh hưởng của dòng chảy, thực vật và một số công trình gia cố bờ.
Mô hình này áp dụng tại vị trí bị sạt lở trên bờ sông Hậu tại xã Bình Đức, TP. Long Xuyên, từ đó tìm ra hệ số FS để đánh giá sự ổn định của bờ sông. Mô hình BSTE có ưu điểm là ngoài việc tính ổn định theo kiểu trượt phẳng thông thường, mô hình còn cho phép tính trượt theo kiểu trượt hàm ếch, đồng thời có kể thêm sự xói lở chân bờ do dòng chảy gây ra cũng như tác động của dòng thấm trong bờ. Phương pháp tính toán dự đoán vùng thấm nguy hiểm trên mái đập đất chịu ảnh hưởng của thủy triều [07] Tác giả: Lê Văn Dực (ĐH Bách Khoa TP.
Hồ Chí Minh) Bài báo này nêu lên việc xác định vùng tam giác thấm nguy hiểm gây xói lở mái đập dưới tác động của thủy triều. Tác giả đưa ra phương trình liên tục và các giả thiết truyền dao động thấm để xác định vùng tam giác thấm nguy hiểm. Dùng phương pháp giải tích và phương pháp sai phân hữu hạn được lập trình trên EXCEL, tính toán và đưa ra kết quả mô phỏng. Chương 1: Tổng quan - 11 - Thí nghiệm số chỉ ra rằng sai số tổng lượng thấm trong một chu kỳ triều giữa phương pháp sai phân hữu hạn và phương pháp giải tích không quá 1.3%, sai số gradient thấm J cực đại không quá 12%.
Ngoài ra, sự phân tích ổn định của mái đập đất chỉ ra rằng: tình trạng thấm nguy hiểm xảy ra khi mực nước triều thấp nhất, tương ứng với Jmax. Đây là một trong những lý do quan trọng giả thích nhiều hiện tượng sạt lở bờ sông ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long trong thời gian qua. Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng đỉnh bờ và mực nước sông đến ổn định bờ sông Sài Gòn khu vực Thanh Đa [08] Tác giả: Lê Văn Tuấn, Hoàng Văn Huân, Trần Thu Tâm (Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam, ĐH Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh).
Bài báo tập trung đánh giá ảnh hưởng do chất tải đỉnh bờ và mực nước triều ngoài sông tới ổn định đường bờ sông Sài Gòn khu vực bán đảo Thanh Đa. Từ kết quả nghiên cứu đưa ra kết luận như sau: Mực nước sông ảnh hưởng khá rõ rệt đến ổn định bờ sông Sài Gòn khu vực Thanh Đa. Mực nước càng giảm thì ổn định bờ càng nhỏ. Sự bền vững của bờ sông phụ thuộc vào mối quan hệ của hai khối: khối mực nước và khối trượt.
Tải đỉnh bờ là một trong những nguyên nhân gây nên sạt lở đất bờ sông Sài Gòn khu vực Thanh Đa. Tải trọng chất càng lớn và vượt quá tải trọng cho phép của đỉnh bờ sẽ gây nên sạt lở.2 Nghiên cứu ngoài nước a. Mô phỏng bằng số hóa mô hình thủy động lực học và xói bờ trong đoạn sông cong [09] Tác giả : Massimo Rinaldi, Beatrice Megoni, Laura Luppi, Stephen E. Darby, Erik Mosselman Bài báo này tác giả trình bày một mô hình thủy lực dựa trên những mô phỏng đã được thực hiện bởi Darby và các cộng sự nhưng được phát triển cao hơn đó là mô Chương 1: Tổng quan - 12 - phỏng mô hình thủy lực trong đoạn sông uốn cong từ đó tính toán mô hình không gian và biến đổi theo thời gian của ứng suất trượt và kết quả tác động đến sự ổn định bờ.
Tác giả đã áp dụng mô hình này ở dọc sông Cecina (Tuscany, Ý), được thực hiện bằng các phương pháp: Xây dựng mô hình thủy lực dựa trên việc sử dụng phần mềm DELFT3D nhưng thực hiện bài toán theo mô hình 2D thông qua hệ phương trình động lực 2D. Xây dựng mô hình bờ động gồm 3 mô hình con: Mô hình xói do dòng chảy để định lượng sự biến dạng chân bờ do tác động của thủy lực. Mô hình dòng chảy ngầm xác định những thay đổi trong phân bố áp lực nước lỗ rỗng của dòng chảy ngầm ảnh hưởng đến bờ. Mô hình ổn định bờ nhằm xác định những phá hoại bờ do những thay đổi hình học gây ra sự xói chân bờ hay sự thay đổi chiều dài trượt do sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng.
Ưu điểm của mô hình này là cố gắng kết hợp đầy đủ mô hình thủy lực và mô hình động của bờ sông nhằm đưa ra những kết quả tốt nhất về sự xói bờ trong một đoạn song cong.
