Tổng quan nghiên cứu

Sông Đuống, một trong những nhánh chính của hệ thống sông Hồng, chảy qua địa bàn tỉnh Bắc Ninh với chiều dài hơn 42 km, đóng vai trò quan trọng trong cung cấp nước sinh hoạt, nông nghiệp, giao thông thủy và phát triển kinh tế xã hội của khu vực. Theo ước tính, tổng lượng nước bình quân năm của sông Đuống đạt khoảng 31,6 tỷ m³, với lượng phù sa trung bình 2,8 kg/m³, góp phần cải tạo đất và duy trì hệ sinh thái vùng bãi sông. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, hiện tượng xói lở bờ sông diễn ra phức tạp và nghiêm trọng, với hơn 20 điểm sạt lở lớn nhỏ, gây mất ổn định hệ thống đê điều, ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn tính mạng, tài sản của người dân và sự phát triển bền vững của tỉnh.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá nguyên nhân gây mất ổn định bờ sông Đuống tại tỉnh Bắc Ninh và đề xuất các giải pháp bảo vệ bờ hiệu quả, an toàn và kinh tế. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống kè bảo vệ bờ sông, đặc biệt là tuyến kè Chi Đồng thuộc đê tả Đuống, trong khoảng thời gian khảo sát từ năm 2000 đến 2011. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai, bảo vệ đất đai, phát triển kinh tế xã hội và đảm bảo an ninh quốc phòng cho khu vực đồng bằng sông Hồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về động lực học dòng chảy, chuyển động bùn cát và ổn định lòng dẫn sông. Hai khung lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  • Lý thuyết động lực dòng chảy và chuyển động bùn cát: Nghiên cứu các tác động của dòng chảy đến sự xói lở và bồi tụ bờ sông, dựa trên các công trình của các nhà khoa học như Du Boys, Barré de Saint-Venant, Lotchin V.M, Bernadkld NIM, và các mô hình mô phỏng dòng chảy 2D, 3D hiện đại.

  • Mô hình tính toán ổn định mái kè và công trình bảo vệ bờ: Sử dụng phần mềm mô phỏng SLOPE/W để đánh giá sự ổn định của các kết cấu kè lát mái hộ chân, kết hợp với các phương pháp phân tích địa chất nền và thủy lực.

Các khái niệm chính bao gồm: xói lở bờ sông, ổn định mái kè, chuyển động bùn cát, tác động dòng chảy, và công trình bảo vệ bờ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ các trạm thủy văn, khí tượng trong khu vực (trạm Bến Hỗ, Thượng Cát, Hà Nội), tài liệu khảo sát địa chất, ảnh viễn thám, và số liệu thực địa tại các điểm xói lở trên tuyến sông Đuống. Cỡ mẫu khảo sát bao gồm hơn 20 điểm sạt lở chính, với các số liệu về chiều dài, chiều rộng, độ sâu xói lở được đo đạc chi tiết.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Điều tra khảo sát thực địa: Thu thập số liệu về hiện trạng xói lở, diễn biến lòng dẫn, điều kiện địa chất, khí tượng thủy văn.

  • Phân tích hình thái học: Sử dụng công cụ GIS và phần mềm Mapinfo để phân tích diễn biến lòng dẫn sông qua các giai đoạn.

  • Mô phỏng và tính toán ổn định: Áp dụng phần mềm SLOPE/W để đánh giá sự ổn định của các kết cấu kè lát mái hộ chân, đồng thời phân tích tác động của dòng chảy và địa chất nền.

Thời gian nghiên cứu kéo dài 6 tháng, tập trung vào khảo sát thực địa, phân tích dữ liệu và đề xuất giải pháp kỹ thuật.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng xói lở bờ sông Đuống: Có khoảng 20 điểm sạt lở lớn với chiều dài các cung trượt từ 30 m đến 53 m, chiều rộng từ 3 m đến 20 m, độ sâu xói lở mái kè lên đến 2-3 m. Ví dụ, đoạn từ K32+490 đến K32+650 tại kè Chi Đồng bị xói lở mạnh, tạo hầm ếch và mái thẳng đứng, đe dọa trực tiếp đến an toàn đê điều.

  2. Nguyên nhân mất ổn định bờ sông: Chủ yếu do tác động của dòng chảy mạnh, biến đổi lòng dẫn sông, hiện tượng thẩm lậu và rò rỉ nước qua thân đê, cùng với địa chất nền yếu, đặc biệt là các lớp đất bùn sét mềm xen kẹp cát pha có độ nén lún cao. Hệ số thấm thân đê tại một số đoạn vượt ngưỡng 10⁻⁵ cm/s, gây hiện tượng thẩm lậu nghiêm trọng.

  3. Đánh giá công trình bảo vệ bờ hiện tại: Hệ thống kè lát mái hộ chân hiện có nhiều đoạn bị phá hoại, đặc biệt là các tuyến kè lát đá trong khung xây gạch, rọ đá và rọ thép có tuổi thọ hạn chế, chưa đáp ứng được yêu cầu ổn định lâu dài. Một số công trình mới áp dụng kết cấu bê tông đúc sẵn như cấu kiện Tetrapod, Dolos, Flex-slab cho thấy hiệu quả cao hơn về độ bền và khả năng chống xói lở.

  4. Tác động của khí tượng thủy văn và biến đổi dòng chảy: Lượng mưa trung bình năm khoảng 166 mm, tốc độ gió trung bình 3-4 m/s, cùng với biến đổi dòng chảy do tác động của các công trình thủy lợi và khai thác nước làm thay đổi chế độ thủy lực, góp phần làm gia tăng xói lở bờ sông.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng mất ổn định bờ sông Đuống là sự kết hợp giữa tác động thủy lực của dòng chảy mạnh và điều kiện địa chất nền yếu, đặc biệt là các lớp đất bùn sét mềm dễ bị nén lún và thẩm lậu. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này phù hợp với các mô hình động lực học dòng chảy và ổn định mái kè đã được công nhận.

Việc sử dụng các loại cấu kiện bê tông đúc sẵn như Tetrapod, Dolos, và Flex-slab đã được chứng minh có hiệu quả cao trong việc giảm thiểu xói lở và tăng cường độ bền công trình bảo vệ bờ. Tuy nhiên, các công trình hiện tại tại Bắc Ninh vẫn còn nhiều đoạn sử dụng vật liệu truyền thống như rọ đá, rọ thép có tuổi thọ thấp và dễ bị phá hoại.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy và tốc độ xói lở, bảng tổng hợp các điểm sạt lở với kích thước và mức độ thiệt hại, cũng như sơ đồ phân bố địa chất nền và hệ số thấm thân đê.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường gia cố và cải tạo hệ thống kè bảo vệ bờ: Áp dụng các kết cấu bê tông đúc sẵn như Tetrapod, Flex-slab tại các đoạn xói lở nghiêm trọng, ưu tiên tuyến kè Chi Đồng trong vòng 2 năm tới nhằm nâng cao độ bền và ổn định công trình.

  2. Cải thiện điều kiện địa chất nền: Sử dụng kỹ thuật xử lý nền như gia cố đất bằng xi măng hoặc cọc bê tông cốt thép dự ứng lực để giảm thiểu hiện tượng nén lún và thẩm lậu, thực hiện trong vòng 3 năm, phối hợp với các đơn vị chuyên môn địa chất.

  3. Xây dựng hệ thống quan trắc và cảnh báo sớm: Lắp đặt các trạm quan trắc thủy văn, địa chất để theo dõi biến động dòng chảy, mực nước và hiện tượng xói lở, nhằm kịp thời phát hiện và xử lý sự cố, triển khai trong 1 năm đầu.

  4. Tăng cường công tác quản lý và bảo trì công trình: Thiết lập quy trình bảo trì định kỳ, nâng cao năng lực quản lý đê điều tại địa phương, phối hợp với các cơ quan chuyên ngành để đảm bảo công trình luôn trong trạng thái ổn định, thực hiện liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý đê điều và phòng chống thiên tai: Sử dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch bảo trì, cải tạo hệ thống đê kè, nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai.

  2. Các nhà thiết kế và thi công công trình thủy lợi: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật và vật liệu mới trong thiết kế công trình bảo vệ bờ, đảm bảo tính bền vững và kinh tế.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình tính toán và phân tích ổn định mái kè, phục vụ cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

  4. Chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư ven sông: Nắm bắt thông tin về tình trạng xói lở, các giải pháp bảo vệ bờ để phối hợp trong công tác phòng chống thiên tai và phát triển kinh tế bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nguyên nhân chính gây xói lở bờ sông Đuống là gì?
    Nguyên nhân chủ yếu là do tác động của dòng chảy mạnh, biến đổi lòng dẫn sông và địa chất nền yếu, đặc biệt là các lớp đất bùn sét mềm dễ bị nén lún và thẩm lậu.

  2. Các loại công trình bảo vệ bờ nào được áp dụng hiệu quả tại Bắc Ninh?
    Các kết cấu bê tông đúc sẵn như Tetrapod, Dolos, Flex-slab được đánh giá cao về độ bền và khả năng chống xói lở, trong khi các công trình truyền thống như rọ đá, rọ thép có tuổi thọ hạn chế.

  3. Phương pháp nghiên cứu nào được sử dụng để đánh giá ổn định mái kè?
    Phần mềm mô phỏng SLOPE/W được sử dụng để tính toán và đánh giá sự ổn định của các kết cấu kè lát mái hộ chân, kết hợp với phân tích địa chất và thủy lực.

  4. Tại sao cần cải tạo địa chất nền trong các công trình bảo vệ bờ?
    Địa chất nền yếu, đặc biệt là các lớp đất bùn sét mềm, gây ra hiện tượng nén lún và thẩm lậu, làm giảm độ ổn định công trình; cải tạo nền giúp tăng cường khả năng chịu lực và kéo dài tuổi thọ công trình.

  5. Làm thế nào để theo dõi và phòng ngừa hiện tượng xói lở bờ sông?
    Xây dựng hệ thống quan trắc thủy văn, địa chất để theo dõi biến động dòng chảy và mực nước, kết hợp với công tác quản lý, bảo trì định kỳ và ứng dụng các giải pháp kỹ thuật phù hợp.

Kết luận

  • Đã xác định được nguyên nhân chính gây mất ổn định bờ sông Đuống là sự kết hợp giữa tác động dòng chảy mạnh và địa chất nền yếu.
  • Hiện trạng xói lở bờ sông diễn ra phức tạp với nhiều điểm sạt lở nghiêm trọng, đe dọa an toàn đê điều và tài sản người dân.
  • Các công trình bảo vệ bờ hiện tại còn nhiều hạn chế, cần áp dụng các kết cấu bê tông đúc sẵn hiện đại để nâng cao hiệu quả.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm cải thiện ổn định bờ sông trong vòng 2-3 năm tới.
  • Khuyến nghị xây dựng hệ thống quan trắc và tăng cường công tác bảo trì để phòng ngừa và ứng phó kịp thời với hiện tượng xói lở.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu về tác động biến đổi khí hậu và phát triển bền vững hệ thống sông Đuống. Mời các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cùng phối hợp thực hiện để bảo vệ an toàn bờ sông và phát triển kinh tế xã hội bền vững.