Tổng quan nghiên cứu

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng hạ lưu sông Mê Kông với địa hình thấp, bằng phẳng và phần lớn diện tích có cao độ dưới +2 m so với mực nước biển. Tỉnh Đồng Tháp, nằm ở đầu nguồn sông Tiền, chịu ảnh hưởng trực tiếp của chế độ thủy văn sông Mê Kông với mùa lũ kéo dài từ tháng 9 đến tháng 12, chiếm khoảng 80% tổng lượng nước hàng năm. Theo thống kê của Ủy ban Nhân dân tỉnh Đồng Tháp (2014), từ năm 2000 đến 2013, toàn tỉnh ghi nhận khoảng 84 điểm sạt lở với tổng chiều dài hơn 163 km, gây thiệt hại tài sản lên đến hàng trăm tỷ đồng. Tình trạng sạt lở ven sông diễn ra phức tạp, đặc biệt tại các huyện Thanh Bình, Hồng Ngự và các cù lao như Long Phú Thuận, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống người dân và phát triển kinh tế - xã hội.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung phân tích nguyên nhân, cơ chế và mức độ tác động của các yếu tố gây sạt lở ven sông tại tỉnh Đồng Tháp, đồng thời đánh giá tính ổn định mái taluy và đề xuất các giải pháp phòng chống hiệu quả, kinh tế. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong các đoạn nền đường ven sông Tiền tại một số địa phương trọng điểm, sử dụng số liệu thu thập từ hiện trường và mô phỏng bằng phần mềm SLOPE/W. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc dự báo diễn biến xói lở, hỗ trợ quản lý quy hoạch dân cư và bảo vệ tài sản, góp phần phát triển bền vững vùng ĐBSCL.

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 xói lở và ổn định mái taluy bờ sông, bao gồm:

  • Lý thuyết xói lở do dòng chảy: Xói lở được phân thành các dạng như xói ngầm, xói lở cục bộ trong đất dính, xói lở chậm và xói lở do tiếp xúc giữa các lớp đất. Tốc độ xói lở phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy, thành phần hạt đất, cấu trúc hạt và đặc tính cơ lý của đất. Biểu đồ Hjulstrom và các công thức kinh nghiệm như của Ibadzade, Pôpôp được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa vận tốc dòng chảy, bán kính cong sông và tốc độ xói lở ngang.

  • Lý thuyết ổn định mái taluy: Phương pháp phân mảnh theo trạng thái cân bằng giới hạn được áp dụng để tính toán hệ số an toàn (FS) của mái taluy. Các phương pháp tính toán như Fellenius, Janbu và Bishop được sử dụng để xác định vị trí cung trượt nguy hiểm nhất và đánh giá khả năng chịu lực của mái dốc.

  • Khái niệm chính: Tốc độ xói lở, hệ số an toàn (FS), vận tốc giới hạn gây xói (Vc), ứng suất cắt thủy lực (τ), thành phần hạt đất (D15, D50, D85), và ảnh hưởng của mực nước sông đến áp lực thủy lực và ổn định nền đường.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp các phương pháp sau:

  • Thu thập dữ liệu: Số liệu địa chất, thủy văn, khí tượng và hiện trạng sạt lở được thu thập từ các trạm quan trắc và khảo sát thực địa tại các xã Long Thuận, Thường Phước 1, Bình Thành thuộc tỉnh Đồng Tháp.

  • Thí nghiệm và phân tích: Lấy mẫu đất tại các vị trí sạt lở để xác định thành phần hạt, đặc tính cơ lý như lực dính, góc ma sát trong, hệ số thấm. Thí nghiệm tốc độ dòng chảy và khảo sát hiện trạng mái taluy.

  • Phân tích mô phỏng: Sử dụng phần mềm SLOPE/W để mô phỏng ổn định mái taluy, tính toán hệ số an toàn dưới các điều kiện thủy văn khác nhau, bao gồm ảnh hưởng của mực nước cao nhất (MNCN) và thấp nhất (MNTN).

  • Phương pháp tính toán giải tích: Áp dụng các công thức kinh nghiệm để tính toán tốc độ xói lở dạng hàm ếch, chiều sâu hố xói và ảnh hưởng của khai thác cát đến xói lở lòng sông.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2019, với giai đoạn thu thập và xử lý số liệu kéo dài khoảng 6 tháng, tiếp theo là phân tích mô phỏng và tổng hợp kết quả trong 3 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tình hình xói lở và sạt lở tại Đồng Tháp: Giai đoạn 2000-2013, số điểm xói lở dao động từ 84 đến 113 điểm mỗi năm, chiều dài xói lở từ 23 đến 106 km, với tốc độ xói lở trung bình từ 5 đến 30 m/năm tùy khu vực. Các điểm xói lở tập trung chủ yếu ở bờ trái sông Tiền, đặc biệt tại các xã Thường Phước 1, Long Thuận, Bình Thành.

  2. Ảnh hưởng của dòng chảy và mực nước: Vận tốc dòng chảy trung bình tại sông Tiền khoảng 1.2 m/s, trong khi vận tốc giới hạn không gây xói lở chỉ khoảng 0.8 m/s đối với đất bờ sông. Mực nước lũ cao làm tăng áp lực thủy lực, gây bão hòa đất và giảm sức chống cắt, làm hệ số an toàn mái taluy giảm từ khoảng 1.5 xuống dưới 1.0 trong mùa lũ.

  3. Tác động của khai thác cát: Khai thác cát không theo quy hoạch với sản lượng trung bình 8 triệu m3/năm đã làm lòng sông sâu thêm khoảng 1.3 m, làm tăng vận tốc dòng chảy và thay đổi trắc dọc, trắc ngang lòng sông, dẫn đến gia tăng xói lở bờ sông. Vùng xói lở do khai thác cát có thể mở rộng đến hàng trăm mét, với tốc độ xói lở tăng lên 20-30 m/năm tại các khu vực khai thác mạnh.

  4. Ổn định mái taluy: Kết quả mô phỏng cho thấy hệ số an toàn FS của mái taluy tại các vị trí nghiên cứu dao động từ 0.85 đến 1.2 tùy điều kiện mực nước và tải trọng. Mùa lũ với mực nước cao và áp lực nước lỗ rỗng thặng dư làm giảm FS đáng kể, gây nguy cơ sạt lở cao. Việc gia cố mái taluy bằng vật liệu gia cường hoặc xây dựng kè chắn có thể nâng FS lên trên 1.3, đảm bảo ổn định lâu dài.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính gây sạt lở là sự kết hợp giữa yếu tố tự nhiên như dòng chảy mạnh, mực nước biến động và yếu tố nhân tạo như khai thác cát, xây dựng không hợp lý. So với các nghiên cứu trong khu vực ĐBSCL, kết quả này phù hợp với xu hướng gia tăng xói lở do tác động của con người và biến đổi khí hậu. Việc mô phỏng ổn định mái taluy bằng phần mềm SLOPE/W cung cấp công cụ hiệu quả để đánh giá nguy cơ sạt lở và thiết kế các giải pháp kỹ thuật phù hợp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện sự thay đổi hệ số an toàn FS theo mực nước và tải trọng, bảng thống kê tốc độ xói lở theo khu vực, cũng như bản đồ phân bố các điểm sạt lở trọng điểm. Các kết quả này giúp các nhà quản lý và kỹ sư xây dựng có cơ sở khoa học để đưa ra quyết định phòng chống sạt lở hiệu quả.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường kiểm soát khai thác cát: Áp dụng các biện pháp quản lý nghiêm ngặt, quy hoạch khai thác hợp lý nhằm hạn chế khai thác cát tự phát, giảm thiểu tác động tiêu cực đến lòng sông và bờ sông. Thời gian thực hiện: ngay trong 1-2 năm tới; chủ thể: Sở Tài nguyên và Môi trường, chính quyền địa phương.

  2. Gia cố mái taluy bằng vật liệu kỹ thuật: Sử dụng các loại vật liệu gia cường như geotextile, kè đá hoặc bê tông cốt thép tại các vị trí xung yếu để nâng cao hệ số an toàn mái taluy, giảm nguy cơ sạt lở. Thời gian thực hiện: 2-3 năm; chủ thể: Ban quản lý dự án xây dựng, các nhà thầu xây dựng.

  3. Xây dựng hệ thống cảnh báo sạt lở: Thiết lập mạng lưới quan trắc vận tốc dòng chảy, mực nước và biến động bờ sông để dự báo sạt lở kịp thời, hỗ trợ công tác ứng phó và di dời dân cư. Thời gian thực hiện: 1 năm; chủ thể: Sở Khoa học và Công nghệ, các viện nghiên cứu.

  4. Quy hoạch và quản lý đất đai ven sông: Hạn chế xây dựng và phát triển dân cư tại các khu vực có nguy cơ sạt lở cao, đồng thời phát triển các vùng đệm xanh ven sông để giảm tác động của dòng chảy. Thời gian thực hiện: liên tục; chủ thể: Sở Xây dựng, UBND các huyện, thị xã.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách quản lý khai thác tài nguyên và quy hoạch phát triển bền vững vùng ven sông.

  2. Kỹ sư xây dựng và thiết kế công trình thủy lợi: Tham khảo các phương pháp tính toán ổn định mái taluy và giải pháp gia cố phù hợp với điều kiện địa phương.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật xây dựng, thủy lợi: Tài liệu tham khảo về cơ sở lý thuyết, phương pháp mô phỏng và phân tích xói lở, sạt lở bờ sông.

  4. Cơ quan quản lý tài nguyên môi trường và phòng chống thiên tai: Sử dụng kết quả nghiên cứu để dự báo, cảnh báo và xây dựng kế hoạch ứng phó với sạt lở, bảo vệ an toàn tính mạng và tài sản người dân.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nguyên nhân chính gây sạt lở bờ sông tại Đồng Tháp là gì?
    Sạt lở chủ yếu do vận tốc dòng chảy lớn, thay đổi hướng dòng chảy, tác động của khai thác cát không hợp lý và biến động mực nước sông trong mùa lũ, làm giảm sức chống cắt của đất và gây xói lở mái taluy.

  2. Phương pháp nào được sử dụng để đánh giá ổn định mái taluy?
    Phương pháp phân mảnh theo trạng thái cân bằng giới hạn, sử dụng phần mềm SLOPE/W để mô phỏng và tính toán hệ số an toàn FS dưới các điều kiện thủy văn và tải trọng khác nhau.

  3. Khai thác cát ảnh hưởng như thế nào đến xói lở bờ sông?
    Khai thác cát làm lòng sông sâu thêm, tăng vận tốc dòng chảy và thay đổi trắc dọc, trắc ngang lòng sông, dẫn đến gia tăng xói lở bờ sông với tốc độ có thể lên đến 20-30 m/năm tại các khu vực khai thác mạnh.

  4. Giải pháp nào hiệu quả để phòng chống sạt lở mái taluy?
    Gia cố mái taluy bằng vật liệu kỹ thuật như geotextile, kè đá, xây dựng hệ thống cảnh báo sạt lở và quản lý khai thác cát nghiêm ngặt là các giải pháp hiệu quả, đồng thời quy hoạch đất đai hợp lý để giảm thiểu rủi ro.

  5. Làm thế nào để dự báo diễn biến xói lở trong tương lai?
    Dự báo dựa trên phân tích số liệu hiện trạng, mô phỏng ổn định mái taluy, theo dõi vận tốc dòng chảy, mực nước và biến động bờ sông qua hệ thống quan trắc liên tục, kết hợp với các công thức kinh nghiệm về tốc độ xói lở.

Kết luận

  • Tình trạng sạt lở bờ sông Tiền tại tỉnh Đồng Tháp diễn ra phức tạp với hơn 80 điểm sạt lở, chiều dài xói lở lên đến 163 km trong giai đoạn 2000-2013, gây thiệt hại lớn về kinh tế và xã hội.
  • Nguyên nhân chính bao gồm vận tốc dòng chảy lớn, biến động mực nước, khai thác cát không hợp lý và tác động của con người làm giảm sức chống cắt của đất mái taluy.
  • Phương pháp phân mảnh và mô phỏng bằng phần mềm SLOPE/W giúp đánh giá chính xác hệ số an toàn mái taluy, từ đó đề xuất các giải pháp gia cố và phòng chống hiệu quả.
  • Các giải pháp đề xuất tập trung vào kiểm soát khai thác cát, gia cố mái taluy, xây dựng hệ thống cảnh báo và quy hoạch đất đai ven sông.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho công tác quản lý, thiết kế và phòng chống sạt lở tại Đồng Tháp và khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, góp phần bảo vệ tài sản và phát triển bền vững vùng ven sông.

Để tiếp tục phát triển nghiên cứu, cần mở rộng phạm vi khảo sát, cập nhật số liệu quan trắc liên tục và ứng dụng các công nghệ mô phỏng tiên tiến hơn. Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng kết quả luận văn vào thực tiễn nhằm nâng cao hiệu quả phòng chống sạt lở.