Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê của Liên hợp quốc, thiệt hại kinh tế do các tai biến tự nhiên gây ra tại các quốc gia đang phát triển thường chiếm từ 1% đến 3% tổng sản phẩm quốc dân (GDP). Tại khu vực duyên hải miền Trung Việt Nam, đặc biệt là tỉnh Bình Định, hiện tượng xói lở bờ sông kết hợp lũ lụt cực đoan đang trở thành mối đe dọa thường trực đối với sự an toàn của các công trình dân sinh và đời sống nhân dân. Lưu vực sông Kim Sơn là một trong hai phụ lưu chính của hệ thống sông Lại Giang, giữ vai trò huyết mạch trong cấu trúc tài nguyên nước và phát triển kinh tế của huyện Hoài Ân. Con sông có chiều dài khoảng 64 km với diện tích lưu vực khoảng 575 km², trực tiếp cung cấp nguồn nước tưới tiêu ổn định cho hơn 5.000 ha đất canh tác nông nghiệp tại 7 xã ven lưu vực và đóng vai trò điều tiết mực nước ngầm cho toàn vùng.

Tuy nhiên, trong những năm gần đây, dưới tác động cộng hưởng của biến đổi khí hậu và áp lực phát triển kinh tế, tình trạng xâm thực và sạt lở dọc hai bên bờ sông Kim Sơn diễn biến hết sức phức tạp. Các đợt lũ lịch sử xảy ra liên tiếp trong giai đoạn 2016 - 2017 đã cuốn trôi hàng chục hecta đất bãi bồi, phá vỡ nhiều tuyến mương dẫn nước bê tông và làm sạt lở nghiêm trọng các tuyến đê bảo vệ. Tại nhiều đoạn xung yếu, mép sạt lở đã ăn sâu vào khu dân cư, khoảng cách từ mép nước đến chân móng nhà dân chỉ còn từ 2 m đến 3 m, nhiều điểm chỉ còn cách tuyến đường tỉnh lộ ĐT638B chưa đầy 1 m.

Trước bối cảnh cấp bách đó, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Địa lí tự nhiên với đề tài "Nghiên cứu hiện trạng xói lở bờ sông Kim Sơn, huyện Hoài Ân, tỉnh Bình Định và đề xuất giải pháp phòng chống" đã được thực hiện. Mục tiêu trọng tâm của công trình là phân tích có hệ thống các yếu tố cấu thành tai biến, làm rõ quy luật biến động lòng dẫn, xác định 5 nhóm tác nhân chính gây xói lở và dự báo hành lang sạt lở nguy hiểm. Phạm vi không gian nghiên cứu bao quát toàn bộ lưu vực sông Kim Sơn trên địa bàn huyện Hoài Ân với tổng diện tích tự nhiên 75.319,79 ha, dựa trên chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn kéo dài từ năm 1990 đến năm 2018. Kết quả nghiên cứu là luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc, giúp giảm thiểu 30% đến 40% nguy cơ tổn thất kinh tế - xã hội, bảo vệ an toàn tính mạng và sinh kế cho hơn 85.000 người dân trong khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được thiết lập dựa trên nền tảng của lý thuyết cân bằng động lòng dẫn sông do Strahler và Schumm khởi xướng, kết hợp cùng các nguyên lý động lực học dòng chảy của Du Boys và Barre de Saint-Venant. Theo lý luận địa mạo học hiện đại, lòng sông tự nhiên luôn vận động nhằm thiết lập trạng thái cân bằng động giữa năng lượng dòng nước và tải lượng bùn cát vận chuyển. Hiện tượng biến hình lòng dẫn là một quá trình liên tục, trong đó xói lở và bồi tụ là hai mặt đối lập nhưng thống nhất hữu cơ. Luận văn tiếp cận vấn đề theo 4 quan điểm khoa học chủ đạo: quan điểm hệ thống, quan điểm địa lý tổng hợp, quan điểm lãnh thổ và quan điểm phát triển bền vững.

Trong khung lý thuyết nghiên cứu, 5 khái niệm cốt lõi được định nghĩa và chuẩn hóa:

  1. Tai biến tự nhiên: Sự cố môi trường do các quá trình địa động lực nội sinh và ngoại sinh gây ra, đe dọa trực tiếp đến tính mạng con người và cơ sở hạ tầng.
  2. Xói lở bờ sông: Quá trình biến hình ngang của lòng dẫn do tác động thủy động lực làm mất cân bằng cơ học khối đất mái dốc, khiến đất đá tách rời và sụp đổ xuống dòng chảy.
  3. Xâm thực sâu và xâm thực ngang: Hai quá trình bóc mòn đáy và bờ sông dưới tác dụng của năng lượng dòng nước nhằm hạ thấp độ dốc hoặc mở rộng lòng dẫn.
  4. Biến động hình thái lòng dẫn: Sự thay đổi về trắc diện ngang, trắc diện dọc và bình đồ sông qua các chu kỳ xói - bồi dưới tác động của dòng chảy rối và hoàn lưu đáy.
  5. Tính dễ bị tổn thương: Mức độ nhạy cảm và khả năng chống chịu, thích ứng của hệ thống tự nhiên - nhân văn trước tác động tiêu cực của tai biến sạt lở bờ sông.

Phương pháp nghiên cứu

Để đảm bảo tính khách quan và độ tin cậy khoa học cao, luận văn đã sử dụng hệ thống dữ liệu đa nguồn: chuỗi số liệu khí hậu và thủy văn giai đoạn 1990 - 2018 từ trạm Hoài Ân và trạm TV37 Kim Sơn; hệ thống bản đồ địa chất thủy văn, địa mạo, thổ nhưỡng tỷ lệ 1:50.000 của các cơ quan chuyên ngành; niên giám thống kê huyện Hoài Ân từ năm 2015 đến năm 2018.

Về cỡ mẫu và quy trình khảo sát thực địa, tác giả đã tiến hành đo đạc trực tiếp dọc theo 64 km tuyến sông Kim Sơn, thiết lập 12 điểm quan sát trắc diện ngang tại các khúc uốn có tốc độ xói lở mạnh. Đồng thời, phương pháp đánh giá nhanh nông thôn có sự tham gia (PRA) được triển khai với cỡ mẫu 150 phiếu phỏng vấn hộ dân sinh sống ven sông và 30 phiếu tham vấn chuyên sâu đối với cán bộ quản lý tài nguyên, nông nghiệp tại 14 xã và 01 thị trấn thuộc huyện.

Phương pháp phân tích được tích hợp giữa công nghệ Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) trên phần mềm MapInfo, ArcGIS và phân tích thống kê toán học. GIS cho phép số hóa, chồng xếp các lớp dữ liệu không gian như mô hình độ cao số (DEM), thảm phủ thực vật và địa chất công trình để khoanh vùng nguy cơ sạt lở. Phương pháp thống kê xử lý mối tương quan giữa tần suất mưa cực đoan 3 - 4 ngày với lưu tốc dòng chảy lũ. Việc kết hợp đồng bộ các phương pháp này được lựa chọn vì tính ưu việt trong việc lượng hóa các quá trình động lực học phức tạp, giúp kết quả có độ chính xác cao và phù hợp với thực tiễn quản lý lưu vực trong giai đoạn 2017 - 2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình điều tra thực địa và xử lý dữ liệu không gian đã chỉ ra 4 phát hiện quan trọng về quy luật và thực trạng xói lở trên lưu vực sông Kim Sơn:

Thứ nhất, có sự phân hóa không gian xói lở sâu sắc gắn liền với đặc điểm địa hình. Vùng đồi núi phía thượng lưu chiếm khoảng 70% tổng diện tích tự nhiên của huyện với độ dốc lòng sông rất lớn, xấp xỉ 4‰, khiến dòng nước tập trung lũ cực nhanh. Khi chảy xuống vùng đồng bằng thung lũng, độ dốc lòng sông đột ngột giảm xuống dưới 0,5‰ làm xuất hiện hiện tượng dòng chảy uốn khúc quanh co. Luận văn đã ghi nhận hơn 10 đoạn bờ sông bị xói lở nghiêm trọng với tổng chiều dài các đoạn sạt lở vượt quá 12 km, tập trung chủ yếu tại các xã Ân Nghĩa, Ân Tường Tây, Ân Tín và thị trấn Tăng Bạt Hổ.

Thứ hai, tốc độ xâm thực ngang diễn ra với cường độ mạnh trong giai đoạn 2011 - 2017. Tại các khúc sông cong bờ lõm, tốc độ lùi mép bờ trung bình đo đạc được đạt từ 1,5 m đến 3,5 m/năm. Đáng chú ý, trong các đợt mưa lũ đặc biệt lớn vào cuối năm 2016 và 2017, tốc độ xói lở tức thời tại một số bờ dốc đứng lên tới 5 m đến 8 m chỉ sau một đợt mưa lũ kéo dài 3 đến 4 ngày, cuốn trôi nhiều diện tích đất canh tác ven bờ.

Thứ ba, sự thay đổi bất lợi về cấu trúc bùn cát lòng dẫn. Kết quả phân tích tại trạm TV37 Kim Sơn cho thấy tỷ lệ hạt bùn sét mịn chỉ chiếm dưới 10%, trong khi lượng vật liệu thô lăn đáy chiếm trên 11%. Tỷ số bề rộng trên độ sâu lớn hơn 40, phản ánh kiểu lòng dẫn dạng vật liệu hỗn hợp thiếu hụt trầm tích lơ lửng, đưa con sông vào trạng thái "đói cát", kích thích quá trình đào sâu lòng dẫn và khoét chân bờ mái dốc.

Thứ tư, tác động của hoạt động nhân sinh làm gia tăng mức độ rủi ro. Việc suy giảm diện tích rừng phòng hộ đầu nguồn tại các huyện thượng lưu kết hợp với hoạt động khai thác cát sỏi xây dựng trái phép với khối lượng ước tính hàng nghìn mét khối mỗi năm đã làm thay đổi chế độ dòng chảy kiệt và gia tăng hệ số dòng chảy mặt trong mùa lũ lên 15% đến 20%, làm mất cân bằng cơ học của chân bờ sông.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi gây sạt lở bờ sông Kim Sơn là sự tương tác giữa điều kiện địa chất yếu và động lực dòng chảy cực đoan. Về cấu tạo địa chất, lưu vực sông được bao phủ bởi các thành tạo biến chất thuộc hệ tầng Kim Sơn và trầm tích Đệ tứ gồm sét pha, cát pha và cuội sỏi mềm rời. Khi mực nước sông dâng cao trong mùa lũ rồi rút nhanh, áp lực thấm mái bờ tăng đột ngột kết hợp với trạng thái bão hòa nước làm giảm lực chống cắt của khối đất, khiến các mảng đất lớn trượt sụp xuống lòng sông.

So sánh với các nghiên cứu của các tác giả tại lưu vực sông Gianh (Quảng Bình) hay hệ thống sông Đồng Nai, hiện tượng xói lở bờ sông Kim Sơn mang nét đặc trưng của sông miền Trung: lòng sông hẹp, sườn dốc lưu vực lớn và lũ lên nhanh rút nhanh. Khi so sánh với sông Cửu Long, xói lở ở sông Kim Sơn không chịu tác động của thủy triều mà phụ thuộc hoàn toàn vào chế độ mưa nguồn và năng lượng dòng xiết đáy sông.

Các số liệu nghiên cứu được trực quan hóa thông qua biểu đồ phân phối lượng mưa trung bình nhiều năm giai đoạn 1997 - 2016, bảng phân loại tải lượng trầm tích lòng dẫn theo hệ số uốn khúc và bản đồ phân vùng nguy cơ sạt lở tỷ lệ 1:25.000. Các sơ đồ này thể hiện rõ mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa các đợt mưa tổng cộng 3 - 4 ngày vượt ngưỡng 400 mm với tần suất sụp lở bờ dốc.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả đánh giá hiện trạng và dự báo xu thế biến động lòng sông, tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp trọng tâm nhằm giảm thiểu thiệt hại và bảo vệ bờ sông Kim Sơn bền vững:

  1. Xây dựng và kiên cố hóa hệ thống kè bờ xung yếu: Triển khai thi công 8,5 km kè kiên cố bằng kết cấu rọ đá xếp kết hợp tấm bê tông đúc sẵn tự chèn tại các đoạn xung yếu thuộc thị trấn Tăng Bạt Hổ, xã Ân Tín và xã Ân Nghĩa. Mục tiêu bảo vệ tuyến bờ trước dòng chảy lũ có lưu tốc cực đại trên 3,5 m/s, giảm 90% nguy cơ sạt lở chân bờ. Thời gian thực hiện từ năm 2020 đến năm 2023. Đơn vị chủ trì: Ban Quản lý Dự án Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Bình Định phối hợp Ủy ban nhân dân huyện Hoài Ân.

  2. Trồng và phục hồi dải cây xanh bảo vệ bờ: Trồng mới 120 ha đai rừng phòng hộ ven sông với các loài thực vật bản địa có bộ rễ sâu như tre ngà, dừa nước và mù u, tạo hành lang đệm xanh rộng từ 15 m đến 30 m dọc hai bên bờ. Mục tiêu giảm 40% năng lượng dòng chảy tràn và giữ đất mái dốc tự nhiên. Thời gian thực hiện từ năm 2020 đến năm 2025. Đơn vị chủ trì: Chi cục Kiểm lâm Bình Định và Ủy ban nhân dân các xã ven sông Kim Sơn.

  3. Siết chặt quản lý và cấm khai thác cát trái phép: Xóa bỏ 100% các điểm khai thác cát sỏi trái phép; lắp đặt 06 trạm quan trắc tự động để kiểm soát cao trình đáy sông và giới hạn độ sâu khai thác cát quy hoạch dưới 1,5 m nhằm bù đắp lượng phù sa thiếu hụt. Thời gian thực hiện liên tục từ năm 2020. Đơn vị chủ trì: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Định cùng Công an huyện Hoài Ân.

  4. Cắm mốc hành lang thoát lũ và di dời tái định cư: Hoàn thiện cắm mốc chỉ giới hành lang bảo vệ nguồn nước trên toàn bộ 64 km sông Kim Sơn theo Nghị định 43/2015/NĐ-CP; thực hiện di dời khẩn cấp 180 hộ dân nằm trong vành đai sạt lở nguy hiểm có khoảng cách mép bờ dưới 5 m đến các khu tái định cư tập trung an toàn. Thời gian thực hiện từ năm 2021 đến năm 2024. Đơn vị chủ trì: Ủy ban nhân dân huyện Hoài Ân và Phòng Kinh tế - Hạ tầng huyện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao, đặc biệt phù hợp cho 4 nhóm đối tượng sau:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước và chính quyền địa phương: Ủy ban nhân dân huyện Hoài Ân, Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Bình Định. Sử dụng tài liệu làm căn cứ khoa học định lượng để lập quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội, xây dựng phương án phòng chống thiên tai cấp huyện và phê duyệt các dự án chỉnh trị sông ngòi trên địa bàn.

  2. Các chuyên gia, nhà khoa học và học viên cao học: Các nhà nghiên cứu thuộc chuyên ngành Địa lí tự nhiên, Địa chất công trình, Thủy văn môi trường và Quản lý tài nguyên. Tài liệu cung cấp bộ khung phương pháp luận kết hợp GIS và điều tra thực địa PRA mẫu mực trong việc đánh giá tai biến địa mạo tại các lưu vực sông miền Trung.

  3. Các đơn vị tư vấn thiết kế công trình thủy lợi và giao thông: Các viện quy hoạch xây dựng thủy lợi, công ty tư vấn công trình đê điều. Khai thác số liệu về lưu tốc lũ, độ đục của nước tại trạm TV37 và cấu trúc địa chất Đệ tứ để thiết kế các công trình kè mềm, cầu cống và gia cố nền móng đường ĐT638B đạt chuẩn kỹ thuật.

  4. Giảng viên và giáo viên bộ môn Địa lí: Giảng viên các trường đại học sư phạm và giáo viên các trường Trung học Phổ thông tại tỉnh Bình Định. Sử dụng số liệu thực địa, bản đồ chuyên đề và các bài học thực tế về quản lý tài nguyên lưu vực sông Lại Giang làm học liệu sinh động cho chương trình giáo dục địa phương.

Câu hỏi thường gặp

Sông Kim Sơn có vị trí và vai trò thế nào đối với huyện Hoài Ân? Sông Kim Sơn là phụ lưu lớn của hệ thống sông Lại Giang, có chiều dài khoảng 64 km và diện tích lưu vực 575 km². Con sông là nguồn cung cấp nước tưới tiêu chủ lực cho hơn 5.000 ha đất canh tác của 7 xã, giữ vai trò quyết định trong việc cân bằng nguồn nước ngầm và bảo đảm sinh kế cho trên 85.000 dân cư toàn huyện Hoài Ân.

Những nguyên nhân chính gây ra xói lở nghiêm trọng bờ sông Kim Sơn là gì? Xói lở bờ sông xuất phát từ 5 nguyên nhân: độ dốc thượng lưu lớn xấp xỉ 4‰ trên địa hình đồi núi chiếm 70% gây lũ xiết; nền đất bờ thuộc hệ tầng Đệ tứ mềm rời dễ tan rã khi ngâm nước; lòng sông thiếu hụt phù sa mịn gây đói cát; các trận lũ lớn kéo dài 3 - 4 ngày làm đất bão hòa nước; và hoạt động khai thác cát trái phép làm hạ thấp đáy sông.

Luận văn đã sử dụng những công nghệ và phương pháp phân tích nào? Luận văn đã tích hợp công nghệ GIS trên phần mềm MapInfo, ArcGIS kết hợp mô hình số độ cao (DEM) và chuỗi dữ liệu khí tượng thủy văn 1990 - 2018. Đồng thời, tác giả khảo sát thực địa tại 12 điểm xung yếu trên tuyến 64 km sông và thực hiện 150 phiếu phỏng vấn PRA để thu thập tri thức bản địa, giúp mô hình hóa chính xác hiện trạng và dự báo hành lang sạt lở.

Mức độ ảnh hưởng của sạt lở bờ sông đối với người dân địa phương ra sao? Các trận lũ lớn trong các năm 2016 và 2017 đã làm mép bờ sạt lở lùi sâu từ 1,5 m đến 3,5 m/năm, nhiều điểm nước ngoạm sát vách nhà dân chỉ còn 2 m đến 3 m. Sạt lở đã cuốn trôi hàng chục hecta đất bãi bồi nông nghiệp màu mỡ, phá hủy kênh mương bê tông và đe dọa trực tiếp sự an toàn của tuyến đường tỉnh ĐT638B.

Giải pháp phi công trình nào được đánh giá là ưu tiên và kinh tế nhất? Trồng đai rừng phòng hộ ven sông rộng 15 m đến 30 m bằng tre ngà và dừa nước trên quy mô 120 ha là giải pháp sinh thái tối ưu. Biện pháp này giúp bộ rễ cây đan kết giữ đất, giảm 40% lực xâm thực của dòng chảy tràn trong mùa lũ với chi phí đầu tư thấp hơn nhiều so với xây dựng kè bê tông kiên cố.

Kết luận

  • Luận văn đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý luận và thực tiễn về tai biến xói lở bờ sông, xác lập khung phân tích địa động lực thích hợp cho các lưu vực sông bán sơn địa miền Trung.
  • Đánh giá chi tiết hiện trạng 64 km dòng chảy sông Kim Sơn, nhận diện chính xác hơn 10 điểm sạt lở xung yếu với tổng chiều dài vượt quá 12 km và tốc độ xâm thực ngang từ 1,5 m đến 3,5 m/năm.
  • Làm rõ cơ chế tương tác phức tạp giữa 5 nhóm nguyên nhân tự nhiên và nhân sinh, chứng minh tình trạng thiếu hụt phù sa mịn và khai thác cát quá mức là động lực chính làm tăng tốc độ sạt lở.
  • Xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ và dự báo hành lang xói lở đến năm 2022, tạo tiền đề khoa học cho công tác quy hoạch chỉnh trị lòng dẫn sông Lại Giang.
  • Đề xuất hệ thống giải pháp công trình và phi công trình khả thi, bao gồm xây dựng 8,5 km kè lát mái kiên cố và phục hồi 120 ha rừng đệm sinh thái ven sông trong giai đoạn 2020 - 2025.

Công trình là tài liệu tham khảo giá trị cho các nhà hoạch định chính sách, kỹ sư công trình và các nhà khoa học trong công tác quản lý tài nguyên và giảm nhẹ rủi ro thiên tai. Quý bạn đọc và các cơ quan chuyên môn có thể tiếp cận toàn văn luận văn thạc sĩ chuyên ngành Địa lí tự nhiên để khai thác chi tiết hệ thống số liệu quan trắc và các bản đồ chuyên đề phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.