Nghiên Cứu Mô Hình Tính Toán Diễn Biến Đường Bờ Sông Theo Cơ Chế Sụt Đất

Nghiên cứu diễn biến đường bờ sông là rất quan trọng vì nó liên quan trực tiếp đến an toàn cộng đồng và kinh tế. Sạt lở bờ sông có thể dẫn đến mất đất canh tác, hư hại cơ sở hạ tầng và thậm chí là di dời dân cư. Việc hiểu rõ cơ chế sạt lở và khả năng dự đoán diễn biến đường bờ giúp các nhà quản lý đưa ra các biện pháp phòng ngừa và giảm thiểu rủi ro hiệu quả. Ví dụ, việc xây dựng các công trình bảo vệ bờ, quy hoạch sử dụng đất hợp lý, hoặc thực hiện các biện pháp ổn định bờ có thể giảm đáng kể tác động tiêu cực của sạt lở. Theo Báo cáo Nghiệm thu, mục tiêu của dự án là “Xây dựng mô hình toán để tính toán diễn biến đường bờ theo cơ chế trượt xoay”. Nghiên cứu này cung cấp công cụ đánh giá nguy cơ sạt lở và hỗ trợ quyết định trong quản lý tài nguyên ven sông.

Diễn biến đường bờ sông chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm yếu tố tự nhiên và yếu tố con người. Các yếu tố tự nhiên bao gồm đặc điểm địa chất, thủy văn, khí hậu, và hình thái sông. Các yếu tố con người bao gồm các hoạt động xây dựng, khai thác tài nguyên, và thay đổi sử dụng đất. Sự tương tác giữa các yếu tố này có thể dẫn đến các quá trình sạt lở bờ sông phức tạp và khó dự đoán. Việc xem xét đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng là rất quan trọng trong quá trình xây dựng mô hình tính toán diễn biến đường bờ sông. Nghiên cứu cần thu thập số liệu địa hình đáy sông, số liệu thủy văn (dao động mực nước, lưu lượng), đặc điểm cấu trúc địa chất bờ sông, đặc điểm địa hình, địa mạo… cho vùng nghiên cứu.

Mô phỏng chính xác cơ chế sụt đất là một thách thức lớn trong nghiên cứu diễn biến đường bờ. Cơ chế này liên quan đến nhiều yếu tố như đặc tính cơ học của đất, áp lực nước lỗ rỗng, và sự thay đổi của ứng suất trong đất. Các mô hình đơn giản thường bỏ qua các yếu tố này hoặc đơn giản hóa chúng, dẫn đến kết quả không chính xác. Để cải thiện độ chính xác của mô hình, cần sử dụng các phương pháp mô phỏng tiên tiến hơn, chẳng hạn như phương pháp phần tử hữu hạn hoặc phương pháp phần tử rời rạc, và kết hợp các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa để xác định các thông số đầu vào một cách chính xác.

Việc thu thập dữ liệu đầu vào đầy đủ và chính xác là một vấn đề lớn trong nghiên cứu diễn biến đường bờ. Các dữ liệu cần thiết bao gồm địa hình đáy sông, đặc tính địa chất của bờ sông, thủy văn, và các hoạt động của con người. Tuy nhiên, việc thu thập các dữ liệu này thường tốn kém và mất thời gian, đặc biệt ở các khu vực sông ngòi có địa hình phức tạp và ít được quan trắc. Để giải quyết vấn đề này, cần sử dụng các công nghệ thu thập dữ liệu tiên tiến hơn, chẳng hạn như viễn thám, hệ thống định vị toàn cầu (GPS), và các thiết bị đo đạc tự động. Ngoài ra, cần xây dựng các cơ sở dữ liệu chia sẻ để tạo điều kiện cho các nhà nghiên cứu và quản lý tiếp cận dữ liệu một cách dễ dàng.

Mô hình RF hoạt động dựa trên cơ chế trượt cong, một trong những cơ chế sạt lở phổ biến ở các khu vực sông ngòi có địa chất phức tạp. Mô hình này chia khối đất bờ sông thành các lớp và tính toán hệ số an toàn (FS) cho từng lớp. Nếu hệ số an toàn nhỏ hơn 1, bờ sông sẽ bị sạt lở. Mô hình RF còn có khả năng mô phỏng sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng và ứng suất trong đất do tác động của dòng chảy và các yếu tố khác. Theo tài liệu gốc, “Hệ số an toàn (FS) được sử dụng trong phần tính toán sạt lở để đánh giá độ ổn định của bờ sông. Nếu giá trị FS < 1 thì bờ sông sẽ bị sạt lở”.

Mô hình RF có nhiều ưu điểm vượt trội so với các mô hình tính toán diễn biến đường bờ truyền thống. Thứ nhất, mô hình này có khả năng mô phỏng chính xác cơ chế sụt đất, một trong những yếu tố quan trọng nhất quyết định đến sự ổn định của bờ sông. Thứ hai, mô hình này có thể tích hợp với các mô hình thủy lực để mô phỏng sự tương tác giữa dòng chảy và bờ sông, từ đó đưa ra các dự báo chính xác hơn về diễn biến đường bờ. Thứ ba, mô hình này dễ sử dụng và có thể áp dụng cho nhiều loại sông ngòi khác nhau. Thứ tư, mô hình đã được kiểm định bằng phần mềm Geo-Slope cho bài toán lý thuyết, chứng minh độ tin cậy của kết quả tính toán.

Khu vực nghiên cứu là một đoạn cong sông Sài Gòn, thuộc khu vực bán đảo Thanh Đa. Đây là khu vực có địa hình phức tạp và chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của dòng chảy. Khu vực này cũng là nơi tập trung nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, do đó việc bảo vệ bờ sông là rất quan trọng. Theo Báo cáo Nghiệm thu, khu vực này “cho thấy dòng chảy áp sát vào bờ lõm tại các đoạn cong, hố xói cục bộ tại khu vực nghiên cứu ngày càng được mở rộng và bị đào sâu hơn làm mất độ ổn định bờ sông”.

Kết quả mô phỏng bằng mô hình HYDIST-RF cho thấy sạt lở bờ chủ yếu xảy ra tại vị trí bờ lõm ở khu vực đoạn cong với mức sạt lở trung bình khoảng 4m/năm. Điều này khá phù hợp với tình hình sạt lở thực tế tại khu vực nghiên cứu. Kết quả này chứng minh tính hiệu quả của mô hình HYDIST-RF trong việc dự báo diễn biến đường bờ sông. Mức độ phù hợp giữa kết quả mô phỏng và thực tế cho thấy mô hình có thể được sử dụng để hỗ trợ các quyết định quản lý và phòng chống sạt lở bờ sông.

Nghiên cứu đã xây dựng thành công một mô hình tính toán diễn biến đường bờ sông theo cơ chế sụt đất, và ứng dụng mô hình này để mô phỏng một đoạn sông thực tế. Tuy nhiên, mô hình vẫn còn một số hạn chế, chẳng hạn như việc mô phỏng chưa đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụt đất, và việc kiểm định mô hình còn hạn chế. Cần có thêm các nghiên cứu để đánh giá đầy đủ hơn ưu điểm và hạn chế của mô hình, và đề xuất các giải pháp cải thiện.

Các hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện độ chính xác và tính ứng dụng của mô hình tính toán diễn biến đường bờ sông. Cần nghiên cứu sâu hơn về cơ chế sụt đất, và tích hợp thêm các yếu tố kinh tế - xã hội vào mô hình. Ngoài ra, cần mở rộng phạm vi ứng dụng của mô hình cho nhiều loại sông ngòi khác nhau, và xây dựng các công cụ hỗ trợ quyết định dựa trên kết quả mô phỏng. Các nghiên cứu này sẽ góp phần vào việc quản lý tài nguyên nước và phòng chống thiên tai một cách bền vững.