Tổng quan luận án
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Vùng đồng bằng sông Mê Kông có cấu tạo nền đất yếu trầm tích Đệ Tứ rất phức tạp, thường xuyên chịu tác động của quá trình biến đổi lòng dẫn và diễn biến thủy động lực dòng chảy. Đoạn sông Hậu chảy qua địa bàn tỉnh An Giang dài gần 100 km, giữ vai trò quan trọng về thoát lũ, giao thông thủy, cung cấp nguồn lợi thủy sản, nước tưới và vật liệu xây dựng. Tuy nhiên, hiện tượng trượt lở và xói lở bờ sông tại khu vực này diễn ra với quy mô và cường độ ngày càng gia tăng. Dọc tuyến bờ sông Hậu thuộc An Giang đã ghi nhận 21 đoạn trượt lở, xói lở với tổng chiều dài 61.720 m, chiếm khoảng 66,3% tổng chiều dài đoạn sông. Các điểm trượt lở nghiêm trọng đã xảy ra tại phường Bình Đức, phường Bình Khánh (năm 2012), xã Mỹ Hội Đông (năm 2017) và tái diễn theo chu kỳ tại Quốc lộ 91 thuộc xã Bình Mỹ vào các năm 2010, 2019, 2020.
Khoảng trống nghiên cứu được chỉ ra là các công trình trước đây chủ yếu tiếp cận đơn lẻ từ góc độ thủy lực, hình thái sông hoặc chỉnh trị dòng hàn, xem điều kiện địa chất công trình chỉ là yếu tố thứ yếu mang tính mô tả cục bộ. Chưa có công trình nào đánh giá một cách toàn diện và hệ thống mối tương tác giữa cấu trúc nền đất yếu với chế độ thủy động lực dòng chảy và hoạt động kinh tế - xây dựng của con người để phân vùng dự báo và lựa chọn giải pháp công trình bảo vệ bờ phù hợp. Vì vậy, luận án "Nghiên cứu dự báo ổn định bờ sông Hậu đoạn chảy qua tỉnh An Giang và đề xuất giải pháp bảo vệ bờ thích hợp" của nghiên cứu sinh Trần Lê Thế Diễn được thực hiện nhằm giải quyết các vấn đề trên.
Mục tiêu nghiên cứu và luận điểm bảo vệ
Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm 3 nội dung:
- Làm sáng tỏ nguyên nhân, phạm vi phân bố, quy luật phát sinh và phát triển sự mất ổn định bờ sông Hậu đoạn chảy qua tỉnh An Giang.
- Dự báo diễn biến quá trình mất ổn định và thành lập bản đồ phân vùng dự báo ổn định bờ sông Hậu đoạn chảy qua tỉnh An Giang.
- Đề xuất các giải pháp phòng chống, bảo vệ bờ thích hợp phục vụ phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường bền vững khu vực nghiên cứu.
Luận án bảo vệ 3 luận điểm khoa học:
- Luận điểm 1: Mất ổn định bờ sông Hậu là kết quả tương tác giữa cấu trúc nền đất bờ sông, hoạt động của dòng sông và hoạt động kinh tế - xây dựng của con người ở trên sông và hai bên bờ sông; trong đó cấu trúc nền đất bờ sông gồm 2 kiểu (I, II) và 5 phụ kiểu (IA, IB, IC, IIA, IIB) là nguyên nhân chính gây mất ổn định bờ.
- Luận điểm 2: Cơ chế gây mất ổn định bờ sông Hậu bao gồm trượt lở, xói lở và xói mòn đất nền bờ sông; trong đó, hai phụ kiểu cấu trúc nền IA và IB chứa các thấu kính cát đóng vai trò quyết định gây ra quá trình trượt lở, xói lở bờ.
- Luận điểm 3: Theo mức độ ổn định, bờ sông Hậu đoạn chảy qua tỉnh An Giang được phân chia thành 3 vùng: ổn định, nguy cơ mất ổn định và mất ổn định, làm cơ sở quan trọng để lựa chọn các giải pháp bảo vệ bờ thích hợp.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Vấn đề ổn định bờ sông Hậu và các giải pháp công trình bảo vệ bờ.
- Phạm vi không gian: Tuyến bờ sông Hậu đoạn chảy qua địa phận tỉnh An Giang; phạm vi nghiên cứu địa chất công trình mở rộng 200 m theo chiều ngang tính từ mép bờ và chiều sâu nghiên cứu cấu trúc địa tầng là 60 m.
- Phạm vi thời gian và thủy văn: Nghiên cứu tập trung vào hai thời kỳ thủy văn đặc trưng là mùa kiệt (tháng 4) và mùa lũ (tháng 10); chuỗi dữ liệu ảnh viễn thám phân tích diễn biến đường bờ kéo dài từ năm 1993 đến năm 2021 (qua các năm 1993, 2011, 2016, 2021).
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Các hướng nghiên cứu quốc tế
Các nghiên cứu trên thế giới về ổn định bờ sông được tác giả tổng hợp theo nhiều khía cạnh kỹ thuật:
- Tác động của sóng tàu thuyền kết hợp dòng chảy: Sahameddin Mahmoudi Kurdistani và cộng sự (2019) thiết lập phương trình tính toán thông số bảo vệ bờ dựa trên chiều cao sóng, vận tốc dòng chảy và chu kỳ sóng. Larissa Laderoute và cộng sự (2013), McConchie và cộng sự (2003), Maynord và cộng sự (2008), Macfarlane và cộng sự (2004) nghiên cứu năng lượng sóng do tàu thuyền gây xói mòn bờ sông ở các lưu vực sông tại Canada, New Zealand, Hoa Kỳ và Úc.
- Cơ chế trượt lở và thạch học nền bờ: Kukulak và cộng sự (2016) nghiên cứu trượt đất bờ sông do tính không đồng nhất của thạch học và áp lực thấm tại Ba Lan. Massimo Rinaldi và cộng sự (2008) mô phỏng dòng chảy khúc cua sông Cecina (Ý) và chứng minh sự phá hủy bờ xảy ra mạnh sau đỉnh lũ do áp lực nước lỗ rỗng kết hợp giảm áp lực thủy tĩnh.
- Phương pháp mô hình hóa và viễn thám: Matti Kummu và cộng sự (2007) sử dụng ảnh viễn thám SPOT5 và ảnh hàng không đánh giá biến động bờ sông Mê Kông khu vực Vientiane - Nong Khai. Yossef và cộng sự (2008) ứng dụng mô hình 3D đánh giá bồi - xói sông Rhine (Hà Lan). Jagers (2003) mô phỏng sông phân nhánh Jamuna (Bangladesh). Abramson và cộng sự (2002), Hemphill và cộng sự (1989), Highland và cộng sự (2008), Michael Kosiw và cộng sự (2008) tổng hợp các phương pháp cân bằng giới hạn mái dốc và giải pháp kè, tường chắn, rọ đá.
Các hướng nghiên cứu trong nước và hệ thống sông Cửu Long
Tại Việt Nam, các nghiên cứu ổn định bờ sông phát triển từ các bài toán thủy lực, chỉnh trị lòng dẫn và địa chất công trình:
- Thủy động lực học và chỉnh trị sông: Nguyễn Cảnh Cầm, Nguyễn Như Khuê (mô hình 1 chiều VRSAP), Nguyễn Ân Niên, Nguyễn Tất Đắc (mô hình SAL), Lê Song Giang (MK4), Phạm Sỹ Hoàn và Lê Đình Mầu (ECOMSED).
- Biến động lòng dẫn và xói lở đồng bằng sông Cửu Long: Lê Ngọc Bích và cộng sự (1995–1998) nghiên cứu biến đổi lòng dẫn hạ du sông Đồng Nai - Sài Gòn và sông Cửu Long. Lê Mạnh Hùng và cộng sự (1999–2001, 2001–2004) dự báo xói lở, bồi lắng và đề xuất giải pháp giảm nhẹ thiên tai. Hoàng Văn Huân và cộng sự (1998–2003), Lương Phương Hậu và cộng sự (2006–2010), Bùi Đạt Trâm và cộng sự (1996–2003) nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông Tiền, sông Hậu, sông Vàm Nao.
- Khảo sát địa hình và hình thái cù lao: Đinh Công Sản và cộng sự (2009) nghiên cứu phân lưu qua sông Vàm Nao. Hà Quang Hải và cộng sự (2009–2011) đo vẽ địa hình đáy sông Tiền, sông Hậu và xác định tương quan bồi - xói phục vụ khai thác cát hợp lý. Trần Bá Hoằng và cộng sự (2014) chỉnh trị dòng chảy sông Hậu qua thành phố Long Xuyên. Nguyễn Nghĩa Hùng và cộng sự (2013–2016) nghiên cứu cơ chế hình thành cù lao và thiết kế kè bảo vệ bờ cho Cần Thơ. Lê Văn Tuấn và cộng sự (2022), Nguyễn Đại Lộc và cộng sự (2020) khảo sát thực địa nguyên nhân sạt lở tại Bến Tre và Cần Thơ. Nhóm Bùi Trọng Vinh, Huỳnh Trung Tín, Trần Lê Thế Diễn (2009–nay) ứng dụng các phần mềm MIKE, Flow 3D, GeoSlope/W cho vùng cửa sông Thị Vải, Gò Công Đông và An Giang.
Vị trí và đóng góp của luận án
Các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào động lực học dòng chảy và hình thái lòng dẫn, xem các yếu tố địa chất công trình chỉ là mô tả phụ trợ. Luận án này định vị cách tiếp cận liên ngành, lấy cấu trúc nền đất yếu làm nguyên nhân nội tại cốt lõi, kết hợp định lượng với tác động trực tiếp của thủy động lực dòng chảy (mô phỏng 2D bằng MIKE) và tải trọng nhân sinh (gia tải ven bờ, sóng tàu thuyền, khai thác cát) để làm rõ cơ chế phá hủy bờ và đưa ra bản đồ phân vùng dự báo theo quan điểm địa chất công trình.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết và mô hình phân tích
Luận án tiếp cận bài toán ổn định bờ sông theo quan điểm hệ thống đa biến. Hệ số ổn định tổng thể của bờ sông ($F_s$) được mô hình hóa dưới dạng hàm phụ thuộc:
$$F_s = f(x, y, z)$$
Trong đó:
- $x$: Yếu tố cấu trúc nền đất bờ sông và lòng sông (nguyên nhân chính).
- $y$: Yếu tố thủy động lực dòng chảy và hình thái sông (yếu tố tác động trực tiếp).
- $z$: Yếu tố hoạt động kinh tế - xây dựng của con người (yếu tố thúc đẩy quá trình).
Về mặt cơ học đất, điều kiện cân bằng giới hạn của mái dốc bờ sông tuân theo định luật Coulomb và tiêu chuẩn bền Mohr:
$$\tau_{gh} = (\sigma - u)\tan\varphi + c$$
(với đất dính, trong đó $\sigma$ là ứng suất pháp tổng, $u$ là áp lực nước lỗ rỗng, $\varphi$ là góc ma sát trong, $c$ là lực dính kết).
Hệ số an toàn mái dốc được tính toán theo tỷ số giữa mô-men chống trượt và mô-men gây trượt qua phương pháp phân mảnh cổ điển (mặt trượt trụ tròn hoặc đa hợp) khi chịu tác động của trọng bản thân, tải trọng công trình và áp lực thấm.
Đối với quá trình xói bề mặt do dòng chảy và sóng, luận án sử dụng lý thuyết xói thủy động học và mô hình thí nghiệm Jettest (Hanson, 2002) nhằm xác định ứng suất cắt tới hạn ($\tau_c$) và hệ số xói mòn ($K_d$).
Phương pháp nghiên cứu
Luận án kết hợp đồng bộ các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, mô hình số và GIS:
- Phương pháp tổng hợp và hệ thống hóa tài liệu: Thu thập, phân tích chuỗi số liệu khí tượng, thủy văn, địa hình, các công trình khoa học trong và ngoài nước.
- Phương pháp địa chất công trình: Xử lý và phân tích dữ liệu địa tầng từ hơn 200 hố khoan địa chất thu thập, 56 hố khoan khảo sát và 07 hố khoan kiểm tra do nghiên cứu sinh trực tiếp thực hiện; lập các mặt cắt địa chất công trình dọc và ngang bờ sông.
- Phương pháp thực nghiệm trong phòng và hiện trường:
- Thí nghiệm cơ lý đất nền: độ ẩm, thành phần hạt, lực dính ($c$), góc ma sát trong ($\varphi$), thí nghiệm trương nở - co ngót thể tích mẫu đất tại cù lao Mỹ Hòa Hưng.
- Thí nghiệm Jettest xác định sức kháng cắt bề mặt và tốc độ xói mòn.
- Quan trắc sóng tàu thuyền và vận tốc dòng chảy tại hiện trường (khu vực cù lao Bình Thạnh và cù lao Mỹ Hòa Hưng).
- Phương pháp mô hình hóa số trị:
- Sử dụng phần mềm MIKE 21 (lưới phi cấu trúc) mô phỏng trường phân bố vận tốc, hướng dòng chảy và diễn biến bồi xói đáy sông cho hai kịch bản mùa kiệt (tháng 4/2010) và mùa lũ (tháng 10/2010).
- Ứng dụng GeoSlope/W (SLOPE/W) và Plaxis 2D để phân tích hệ số ổn định mái dốc ($F_s$), trường chuyển vị và biến dạng của bờ sông trước và sau khi có tải trọng công trình, khi có sự xuất hiện hoặc xói ngầm thấu kính cát, cũng như khi áp dụng các giải pháp gia cố.
- Phương pháp tổ hợp không gian và GIS: Sử dụng ảnh viễn thám Landsat 5 (1993, 2011), Landsat 8 (2016), Landsat 9 (2021) và MapInfo để chiết xuất đường bờ, phân tích tốc độ bồi xói và thực hiện nguyên lý chồng chập các lớp bản đồ chuyên đề để thành lập bản đồ phân vùng dự báo ổn định bờ sông.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan và phương pháp luận nghiên cứu ổn định bờ sông
Chương 1 hệ thống hóa lịch sử nghiên cứu ổn định bờ sông trên phạm vi quốc tế và lưu vực sông Cửu Long. Trên cơ sở nhận diện những điểm hạn chế của các nghiên cứu trước, chương này thiết lập khung phương pháp luận nghiên cứu tổng hợp đa ngành. Luận án định nghĩa tường minh khái niệm "cấu trúc nền" và xác lập nguyên tắc phân chia cấu trúc nền bờ sông Hậu gồm cấp Kiểu (dựa trên nguồn gốc, thành phần, tính chất cơ lý của các lớp đất yếu trầm tích Đệ Tứ) và Phụ kiểu (dựa trên sự xuất hiện của thấu kính cát hoặc lớp sét pha bề mặt có hàm lượng bụi cao).
Chương này cũng trình bày cơ sở lý thuyết tính toán ổn định mái dốc bằng phương pháp phân mảnh, cơ sở thủy lực tính toán dòng chảy 2 chiều, phương pháp đo đạc - quan trắc đặc trưng sóng tàu thuyền, thí nghiệm Jettest xác định $\tau_c, K_d$ và nguyên tắc chồng chập các lớp dữ liệu không gian để thành lập bản đồ phân vùng dự báo ổn định bờ sông.
Chương 2: Đặc điểm môi trường tự nhiên và hoạt động kinh tế - xây dựng vùng nghiên cứu
Chương 2 mô tả chi tiết điều kiện tự nhiên, địa chất công trình và các yếu tố nhân sinh trên đoạn sông Hậu qua tỉnh An Giang:
- Địa tầng và tính chất cơ lý: Trầm tích Đệ Tứ ($Q$) chiếm ưu thế với các phức hệ nguồn gốc sông ($a$), sông - lũ ($ap$), sông - biển ($am$), biển - đầm lầy ($mb$). Chiều dày tầng đất yếu biến đổi từ vài mét đến hàng chục mét.
Dựa trên dữ liệu hơn 200 hố khoan địa chất, cấu trúc nền đất bờ sông Hậu được phân chia thành 2 Kiểu và 5 Phụ kiểu:
| Kiểu / Phụ kiểu |
Đặc điểm cấu tạo thạch học và địa tầng |
Khu vực phân bố điển hình |
| Kiểu I |
Nền đất yếu trầm tích đồng bằng, chiều dày lớn. |
Tuyến bờ dọc sông Hậu lục địa |
| Phụ kiểu IA |
Lớp bùn sét, sét pha dẻo mềm đến chảy, xen kẹp thấu kính cát nhỏ. |
TP. Châu Đốc, TP. Long Xuyên |
| Phụ kiểu IB |
Lớp bùn sét pha chứa các thấu kính cát hạt mịn đến trung có quy mô lớn, tính thấm cao. |
Xã Bình Mỹ, P. Bình Đức, P. Bình Khánh |
| Phụ kiểu IC |
Nền đất sét, sét pha trạng thái dẻo cứng đến dẻo mềm đồng nhất, không chứa thấu kính cát. |
Xã Bình Long, TT. An Châu |
| Kiểu II |
Nền đất yếu tại các cù lao, bãi bồi mới thành tạo. |
Các cù lao trên sông Hậu |
| Phụ kiểu IIA |
Bề mặt là lớp sét pha bụi có tính trương nở - co ngót, phía dưới là cát pha, bùn cát bở rời. |
Đầu cù lao Bình Thạnh, cù lao Mỹ Hòa Hưng |
| Phụ kiểu IIB |
Trầm tích bở rời hạt mịn, bùn cát bồi tích lắng đọng tại thân và đuôi cù lao. |
Thân và đuôi cù lao Mỹ Hòa Hưng, cù lao Phó Ba |
- Hình thái và thủy động lực: Đoạn sông tiếp nhận lưu lượng chuyển tiếp rất lớn từ sông Tiền qua sông Vàm Nao, làm thay đổi đột ngột trường vận tốc và lưu lượng dòng chảy tại khu vực hạ lưu ngã ba Vàm Nao. Các đoạn uốn cong (như xã Bình Mỹ) tạo điều kiện cho dòng chủ lưu áp sát bờ.
- Hoạt động kinh tế - xây dựng: Gia tăng mật độ xây dựng nhà cửa, hạ tầng giao thông (Quốc lộ 91) sát mép nước làm tăng tải trọng tác dụng; hoạt động giao thông thủy tạo sóng tàu thuyền có chiều cao vượt quá 0,3 m tác động liên tục vào bờ; hoạt động khai thác cát cục bộ (nhánh phải cù lao Mỹ Hòa Hưng) gây mất cân bằng bùn cát đáy sông.
Chương 3: Phân tích đánh giá nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định bờ sông Hậu
Chương 3 đi sâu phân tích cơ chế phá hủy và mức độ ảnh hưởng của từng nhân tố:
- Ảnh hưởng của cấu trúc nền đất yếu: Các thấu kính cát trong phụ kiểu IA và IB khi nằm dưới mực nước sông chịu áp lực thủy động và chênh lệch cột nước thấm, dẫn đến hiện tượng xói ngầm (piping) và cát chảy. Khi các thấu kính cát bị rửa trôi, khối đất bùn sét phía trên mất điểm tựa và sụp đổ theo cung trượt sâu. Ngược lại, tại cù lao (phụ kiểu IIA), lớp sét pha bề mặt chịu chu kỳ khô - ướt liên tục dẫn đến nứt nẻ, co ngót, tạo điều kiện cho sóng và dòng chảy bóc mòn từng mảng.
- Ba cơ chế mất ổn định bờ sông:
- Cơ chế trượt lở (Landslide): Biểu hiện rõ tại các đoạn bờ có phụ kiểu IB (xã Bình Mỹ, phường Bình Đức, phường Bình Khánh). Khối đất trượt theo cung tròn sâu kéo theo hạ tầng giao thông và nhà cửa.
- Cơ chế xói lở (Bank collapse): Diễn ra tại chân bờ dốc đứng do dòng chảy đáy khoét sâu tạo hàm ếch, làm khối đất bên trên mất ổn định và sụp đổ.
- Cơ chế xói mòn (Erosion): Diễn ra tại đầu các cù lao (cù lao Bình Thạnh, cù lao Mỹ Hòa Hưng) do tác động kết hợp của dòng bao quanh có lưu tốc cao và ứng suất cắt của sóng tàu thuyền lớn hơn sức kháng cắt bề mặt ($\tau_c$) của đất.
- Ảnh hưởng của yếu tố thủy động lực và hình thái: Lưu lượng dòng chảy mùa lũ làm tăng vận tốc cực đại ($V_{max}$), kết hợp với hình thái sông uốn cong làm dịch chuyển dòng chủ lưu thúc đẩy xâm thực chân bờ. Dữ liệu viễn thám giai đoạn 1993–2021 cho thấy tốc độ xâm thực bờ tại đầu cù lao Bình Thạnh đạt trung bình 22,0 m/năm; đầu cù lao Mỹ Hòa Hưng đạt từ 10,0 đến 30,0 m/năm; đoạn xã Bình Mỹ xâm thực từ 3,5 đến 8,5 m/năm.
- Tác động của hoạt động kinh tế - xây dựng:
- Gia tải ven bờ: Kết quả mô phỏng GeoSlope/W cho thấy khi có tải trọng công trình xây dựng ven bờ tại xã Bình Mỹ và phường Bình Đức, hệ số an toàn $F_s$ giảm mạnh dưới ngưỡng cho phép ($F_s < 1,0$), kích hoạt trượt lở.
- Sóng tàu thuyền: Quan trắc thực tế cho thấy các tàu trọng tải lớn tạo sóng có chiều cao $H > 0,3$ m, sinh ra ứng suất cắt đáy vượt quá sức kháng cắt tới hạn của đất nền bờ cù lao.
- Khai thác cát: Việc khai thác cát không hợp lý tại nhánh phải cù lao Mỹ Hòa Hưng làm hạ thấp cao trình đáy sông, gia tăng độ dốc mái bờ và tăng nguy cơ trượt lở bờ phải.
Chương 4: Phân vùng dự báo ổn định bờ sông Hậu và đề xuất giải pháp bảo vệ bờ thích hợp
Chương 4 tổng hợp các kết quả phân tích để lập bản đồ chuyên đề và giải pháp công trình:
- Thành lập các bản đồ đơn yếu tố: Bản đồ phân vùng ổn định theo cấu trúc nền đất yếu; Bản đồ phân vùng theo hình thái sông; Bản đồ phân vùng theo thủy động lực dòng chảy; Bản đồ phân vùng theo hoạt động kinh tế - xây dựng.
- Bản đồ phân vùng dự báo ổn định tổng hợp: Dựa trên nguyên lý chồng chập các lớp dữ liệu không gian, bờ sông Hậu qua tỉnh An Giang được chia thành 3 vùng dự báo:
- Vùng mất ổn định: Bao gồm đoạn qua TP. Châu Đốc, xã Bình Mỹ (huyện Châu Phú), đầu cù lao Bình Thạnh, đầu cù lao Mỹ Hòa Hưng, P. Bình Đức và P. Bình Khánh (TP. Long Xuyên).
- Vùng nguy cơ mất ổn định: Các đoạn chuyển tiếp liền kề vùng mất ổn định, có dòng chảy áp sát hoặc chịu gia tải trung bình.
- Vùng ổn định: Đoạn bờ qua thị trấn An Châu (huyện Châu Thành) và xã Bình Long (huyện Châu Phú) - nơi có cấu trúc nền phụ kiểu IC đồng nhất và dòng chảy không áp sát bờ.
- Đề xuất giải pháp bảo vệ bờ thích hợp:
| Vùng / Vị trí |
Đặc điểm cấu trúc và cơ chế |
Giải pháp công trình đề xuất |
| Xã Bình Mỹ (Quốc lộ 91) |
Cấu trúc nền phụ kiểu IB, chứa thấu kính cát dày, cơ chế trượt lở cung sâu. |
- Sử dụng hệ cọc xi măng đất (D800 - D1000) nhằm đông kết và khóa các thấu kính cát, tăng cường sức kháng cắt của khối trượt.
- Làm mỏ hàn chỉnh trị hướng dòng chảy chệch xa bờ sông. |
| Đầu cù lao Bình Thạnh & Cù lao Mỹ Hòa Hưng |
Cấu trúc nền phụ kiểu IIA, chịu tác động trực tiếp của dòng bao và sóng tàu thuyền ($H > 0,3$ m). |
- Kè rọ đá kết hợp thảm đá bảo vệ chân bờ nhằm triệt tiêu năng lượng sóng và giảm ứng suất cắt dòng chảy. |
| Đoạn bờ P. Bình Đức, P. Bình Khánh (TP. Long Xuyên) |
Cấu trúc phụ kiểu IA và IB xen kẽ, chịu áp lực tải trọng đô thị ven bờ lớn. |
- Sử dụng tường cọc cừ Larsen cho đoạn có phụ kiểu IA.
- Gia cố cọc xi măng đất cho đoạn có phụ kiểu IB. |
| Khu vực chỉnh trị dòng chảy cù lao Mỹ Hòa Hưng |
Lòng dẫn nhánh trái bị bồi lấp, ép dòng chảy sang nhánh phải gây sạt lở. |
- Nạo vét, khơi thông dòng chảy nhánh cù lao An Thạnh Trung.
- Quy hoạch khai thác cát có kiểm soát tại đầu cù lao Phó Ba để nắn dòng chủ lưu. |
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học
- Hoàn thiện phương pháp luận nghiên cứu ổn định bờ sông: Luận án đã xây dựng và áp dụng thành công khung phương pháp luận liên ngành kết hợp giữa địa chất công trình, cơ học đất, thủy động lực học sông ngòi và công nghệ không gian (GIS, viễn thám). Đã xác lập mô hình hàm số phụ thuộc đa biến $F_s = f(x, y, z)$ đánh giá toàn diện các nhóm nhân tố.
- Phân loại cấu trúc nền đất yếu bờ sông: Lần đầu tiên phân chia một cách có hệ thống cấu trúc nền bờ sông Hậu đoạn qua tỉnh An Giang thành 2 Kiểu (I, II) và 5 Phụ kiểu (IA, IB, IC, IIA, IIB); chứng minh cấu trúc nền chứa các thấu kính cát là nguyên nhân nội tại quyết định cơ chế trượt lở quy mô lớn.
- Làm rõ 3 cơ chế mất ổn định bờ: Xác định bản chất cơ học của 3 cơ chế phá hủy bờ sông Hậu gồm cơ chế trượt lở (gắn với phụ kiểu IA, IB), cơ chế xói lở chân bờ (gắn với dòng đáy khoét sâu) và cơ chế xói mòn bề mặt (gắn với phụ kiểu IIA chịu tác động sóng tàu thuyền).
- Thành lập bản đồ phân vùng dự báo ổn định: Ứng dụng phương pháp chồng chập bản đồ địa chất công trình và thủy động lực học để phân chia 3 cấp độ ổn định (mất ổn định, nguy cơ mất ổn định, ổn định) với tọa độ và ranh giới cụ thể.
Đóng góp mới về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất
- Cơ sở khoa học cho công tác quy hoạch: Cung cấp tài liệu bản đồ phân vùng dự báo độ tin cậy cao phục vụ quy hoạch không gian đô thị, bố trí dân cư, tuyến đê bao và cơ sở hạ tầng giao thông dọc sông Hậu (đặc biệt là tuyến Quốc lộ 91).
- Giải pháp kỹ thuật phù hợp với từng đoạn bờ: Khắc phục tình trạng áp dụng các giải pháp kè truyền thống bị hư hỏng (như sự cố vỡ kè rọ đá Quốc lộ 91 năm 2019, 2020) bằng giải pháp cọc xi măng đất xử lý thấu kính cát ngầm, cừ Larsen chống trượt phẳng, rọ đá tiêu sóng cho cù lao và giải pháp chỉnh trị nắn dòng qua nạo vét lạch sông.
- Cơ sở quản lý hoạt động khai thác cát và giao thông thủy: Cung cấp luận cứ khoa học để cơ quan quản lý nhà nước xác định các khu vực cấm khai thác cát (nhánh phải cù lao Mỹ Hòa Hưng) và quy định hành lang vận tốc phương tiện thủy nhằm hạn chế sóng tàu thuyền tác động vào bờ cù lao.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của luận án
- Phạm vi không gian: Nghiên cứu cấu trúc địa chất công trình được giới hạn trong dải hành lang 200 m tính từ mép bờ và chiều sâu nghiên cứu 60 m; chưa bao quát toàn bộ vùng ảnh hưởng rộng lớn của bồn trũng trầm tích Đệ Tứ ra ngoài phạm vi này.
- Dữ liệu thủy văn - thủy lực: Dữ liệu mô phỏng thủy lực 2 chiều tập trung vào chuỗi quan trắc năm 2010 đại diện cho hai mùa kiệt (tháng 4) và mùa lũ (tháng 10), chưa xét đến chuỗi kịch bản thủy văn cực đoan dài hạn liên tục qua nhiều năm do biến đổi khí hậu và tác động của hệ thống đập thủy điện thượng nguồn sông Mê Kông.
- Mô hình tương tác sóng - đất: Các thí nghiệm Jettest và đo đạc sóng tàu thuyền tập trung tại hai cù lao trọng điểm (Bình Thạnh, Mỹ Hòa Hưng), chưa mở rộng đồng loạt trên toàn bộ 21 điểm xói lở dọc tuyến.
Hướng nghiên cứu tiếp theo
- Mở rộng quan trắc và tính toán mô phỏng 3D tương tác giữa kết cấu công trình ngầm (cọc xi măng đất, cừ Larsen) với dòng thấm áp lực trong các thấu kính cát khi mực nước sông rút nhanh sau lũ.
- Tích hợp thêm các kịch bản biến đổi dòng chảy và suy giảm phù sa mịn từ thượng nguồn sông Mê Kông để hiệu chỉnh dự báo ổn định bờ sông theo chu kỳ 10–20 năm tới.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo chuyên sâu trong các lĩnh vực:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Chuyên ngành Kỹ thuật Địa chất, Địa kỹ thuật xây dựng, Thủy lực và Chỉnh trị sông, Địa lý tài nguyên môi trường tham khảo phương pháp luận phân chia cấu trúc nền đất yếu, quy trình tích hợp mô hình MIKE 21, GeoSlope/W, Plaxis và thí nghiệm Jettest.
- Các cơ quan quản lý nhà nước và lập chính sách: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Giao thông Vận tải tỉnh An Giang và các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long sử dụng bản đồ phân vùng dự báo để quy hoạch hành lang an toàn bờ sông, quy hoạch khai thác khoáng sản cát lòng sông và cấp phép xây dựng ven sông.
- Các đơn vị tư vấn thiết kế công trình thủy công: Tham khảo thông số tính toán cơ lý đất nền, giải pháp xử lý thấu kính cát bằng cọc xi măng đất và thiết kế kè bảo vệ bờ thích ứng với từng phân vùng địa chất công trình.
Câu hỏi thường gặp
1. Nguyên nhân chính gây mất ổn định bờ sông Hậu qua An Giang theo luận án là gì?
Nguyên nhân chính được luận án xác định là đặc điểm cấu trúc nền đất yếu bờ sông (gồm 2 kiểu và 5 phụ kiểu), trong đó các phụ kiểu IA và IB chứa các thấu kính cát hạt mịn đến trung trong lớp bùn sét pha. Khi có chênh lệch cột nước hoặc dòng thấm, các thấu kính cát bị xói ngầm làm mất chân đỡ, gây trượt lở khối lớn.
2. Ba cơ chế mất ổn định bờ sông Hậu được luận án chỉ ra là những cơ chế nào?
Ba cơ chế bao gồm: (1) Cơ chế trượt lở (Landslide) xảy ra tại các đoạn bờ có cấu trúc phụ kiểu IB (như xã Bình Mỹ, P. Bình Đức, P. Bình Khánh); (2) Cơ chế xói lở (Bank collapse) do dòng chảy khoét sâu chân bờ dốc đứng; (3) Cơ chế xói mòn (Erosion) bề mặt do dòng bao quanh kết hợp sóng tàu thuyền có chiều cao vượt quá 0,3 m tại các đầu cù lao (Bình Thạnh, Mỹ Hòa Hưng).
3. Bản đồ phân vùng dự báo ổn định bờ sông Hậu chia thành các vùng nào và dựa trên nguyên tắc gì?
Bản đồ phân vùng dự báo được thành lập dựa trên nguyên lý chồng chập các lớp dữ liệu không gian từ các bản đồ đơn yếu tố (cấu trúc nền đất yếu, hình thái sông, thủy động lực dòng chảy, hoạt động kinh tế - xây dựng). Kết quả phân chia thành 3 vùng: Vùng mất ổn định (TP. Châu Đốc, xã Bình Mỹ, đầu cù lao Bình Thạnh, cù lao Mỹ Hòa Hưng, P. Bình Đức, P. Bình Khánh); Vùng nguy cơ mất ổn định; và Vùng ổn định (thị trấn An Châu, xã Bình Long).
4. Giải pháp công trình nào được đề xuất để bảo vệ đoạn bờ Quốc lộ 91 xã Bình Mỹ?
Đối với khu vực mất ổn định xã Bình Mỹ (chứa thấu kính cát phụ kiểu IB), luận án đề xuất sử dụng hệ cọc xi măng đất (đường kính D800–D1000) nhằm đông kết các thấu kính cát ngầm, tăng cường sức kháng cắt của khối trượt, đồng thời kết hợp xây dựng mỏ hàn chỉnh trị hướng dòng chảy không cho dòng chủ lưu tạt trực tiếp vào chân bờ.
5. Luận án đã sử dụng những công cụ phần mềm nào để mô phỏng và phân tích?
Luận án đã ứng dụng tổ hợp các phần mềm chuyên ngành gồm: MIKE (MIKE 21 mô phỏng thủy lực dòng chảy 2 chiều và vận chuyển bùn cát), GeoSlope/W (phân tích ổn định mái dốc và mặt trượt tiềm năng), Plaxis (mô phỏng ứng suất - biến dạng và chuyển vị của nền đất khi gia cố công trình), MapInfo (xử lý GIS và chồng chập bản đồ) và AutoCAD (thể hiện bản vẽ kỹ thuật).
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Lê Thế Diễn đã giải quyết trọn vẹn bài toán dự báo ổn định bờ sông Hậu đoạn qua tỉnh An Giang theo cách tiếp cận địa chất công trình liên ngành. Công trình đã làm sáng tỏ vai trò cốt lõi của cấu trúc nền đất yếu (2 kiểu, 5 phụ kiểu) và xác định rõ 3 cơ chế phá hủy bờ sông dưới tác động đồng thời của thủy động lực dòng chảy và hoạt động nhân sinh. Kết quả phân vùng dự báo thành 3 cấp độ ổn định cùng các giải pháp công trình đề xuất có tính khoa học và thực tiễn cao, đóng góp cơ sở dữ liệu quan trọng cho công tác phòng chống thiên tai và phát triển bền vững vùng đồng bằng sông Cửu Long.
