Nghiên cứu tính toán xói mòn sạt lở bờ sông đồng nai khu vực cù lao rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu

Nghiên cứu xói lở bờ sông Đồng Nai tại Cù Lao Rùa. Đánh giá hiện trạng, tính toán mức độ và đề xuất các giải pháp giảm thiểu sạt lở hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Mộng Giang
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Song Giang
• Trường học: Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Xói Mòn Sạt Lở Bờ Sông Đồng Nai (Cù Lao Rùa): Giải Pháp Giảm Thiểu Hiệu Quả
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tổng quan sạt lở bờ sông trên thế giới, Việt Nam và khu vực nghiên cứu
• 1.1.1. Tổng quan sạt lở bờ sông trên thế giới, Việt Nam
• 1.1.2. Tổng quan khu vực nghiên cứu
• 1.2. Giới thiệu khu vực nghiên cứu
• 1.2.1. Đặc điểm địa hình
• 1.2.2. Đặc điểm địa chất
• 1.2.3. Chế độ thủy văn, dòng chảy
• 1.2.4. Hiện trạng hệ thống các công trình giao thông, thủy lợi
• 1.2.5. Tình hình giao thông thủy khu vực nghiên cứu
• 1.2.6. Các nghiên cứu đã thực hiện tại Cù lao Rùa
• 1.3. Tổng quan về phương pháp mô hình toán nghiên cứu xói lở bờ sông
• 1.3.1. Di chuyển bùn cát. Mô hình tính toán
• 1.3.2. Mô hình diễn biến lòng sông với vật liệu kết dính
• 1.3.3. Mô hình diễn biến lòng sông với vật liệu không kết dính
• 1.3.4. Tổng quan các giải pháp công trình chống sạt lở bờ sông
• 1.3.4.1. Các giải pháp sinh học
• 1.3.4.2. Các giải pháp sinh học kết hợp xây dựng công trình
• 1.3.4.3. Chống xói lở bằng các giải pháp công trình bảo vệ bờ trực tiếp
• 1.3.4.4. Giải pháp công trình bảo vệ bờ gián tiếp (giải pháp chủ động)
• 1.3.5. Đánh giá chung
• 1.3.6. Kết luận chương
• 2. CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ SẠT LỞ, XÓI MÒN
• 2.1. Phần mềm F28 tính dòng chảy, vận tải bùn cát và bồi xói lòng dẫn
• 2.2. Xây dựng phần mềm STABI tính toán diễn biến lòng dẫn, sạt lở bờ
• 2.2.1. Module tính toán dòng chảy thấm
• 2.2.1.1. Phương trình cơ bản và điều kiện biên. Phương pháp giải. Biến thiên của lưới tính
• 2.2.1.2. Tính toán kiểm tra
• 2.2.2. Module phân tích tính ổn định bờ và tính toán sạt lở
• 2.2.2.1. Phân tích tính ổn định
• 2.2.2.2. Tính toán sạt lở
• 2.2.2.3. Tính toán kiểm tra
• 2.2.3. Tích hợp các modules tính toán
• 2.2.4. Kết luận chương
• 3. TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN SẠT LỞ BỜ SÔNG KHU VỰC CÙ LAO RÙA
• 3.1. Sử dụng phần mềm F28 và phần mềm Stabi
• 3.2. Xây dựng các mô hình toán
• 3.2.1. Mô hình dòng chảy và bồi xói lòng sông (Mô hình 1)
• 3.2.2. Điều kiện biên
• 3.2.3. Các thông số mô hình
• 3.2.4. Hiệu chỉnh mô hình
• 3.3. Mô hình xói mòn và sạt lở bờ (Mô hình 2)
• 3.4. Kết quả tính toán trường vận tốc
• 3.4.1. Trường vận tốc. Ứng suất ma sát trên bề mặt lòng sông
• 3.4.2. Ứng suất ma sát trên bề mặt đáy sông
• 3.4.3. Ứng suất ma sát trên bề mặt bờ sông
• 3.5. Dự báo bồi xói và sạt lở khu vực Cù lao Rùa
• 3.5.1. Tốc độ bào mòn bờ
• 3.5.2. Dự báo sạt lở
• 3.6. Kết luận chương
• 4. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT TÁC ĐỘNG, NGĂN NGỪA VÀ GIẢM THIỂU SẠT LỞ BỜ TẠI KHU VỰC CÙ LAO RÙA
• 4.1. Các giải pháp phi công trình
• 4.2. Các giải pháp công trình chống sạt lở đất tại vị trí cổ Rùa bên nhánh sông phụ
• 4.2.1. Đặc điểm địa hình
• 4.2.2. Xây dựng bộ tiêu chí để đánh giá so sánh các giải pháp công trình chống sạt lở tại tại vị trí cổ Rùa bên nhánh sông phụ
• 4.2.3. Tính toán trọng số cho các chỉ thị phục vụ đánh giá so sánh lựa chọn phương án kỹ thuật
• 4.2.4. Xây dựng thang điểm đánh giá
• 4.2.5. Kết quả lựa chọn 3 phương án Kè tường đứng bằng cọc bản chắn BTCT, Kè tường góc BTCT trên nền cọc, Kè tường đứng bằng BTCT Dự ứng lực
• 4.3. Kết luận chương
• KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: LIÊN KẾT CÁC MÔ HÌNH CON
• PHỤ LỤC 2: DANH SÁCH CÁC CHUYÊN GIA LẤY Ý KIẾN PHỤC VỤ LUẬN ÁN VÀ TỔNG HỢP KẾT QUẢ LẤY Ý KIẾN CHUYÊN GIA

Tóm tắt

I. Tổng Quan Xói Mòn Sạt Lở Bờ Sông Đồng Nai Vấn Đề Cấp Bách

Sạt lở bờ sông là một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng tiêu cực đến sinh kế và tài sản của cộng đồng. Trên toàn cầu và tại Việt Nam, tình trạng này diễn ra ngày càng phức tạp. Sông Đồng Nai, hệ thống sông lớn thứ ba của Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho khu vực Đông Nam Bộ. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, diễn biến sạt lở bờ sông Đồng Nai trở nên phức tạp và khó lường. Đặc biệt, khu vực Cù lao Rùa, một di tích khảo cổ học quốc gia thuộc xã Thạnh Hội, thị xã Tân Uyên, tỉnh Bình Dương, đang đối mặt với nguy cơ sạt lở nghiêm trọng, đe dọa sự toàn vẹn của hòn đảo. Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định cơ chế và nguyên nhân gây sạt lở tại Cù lao Rùa, từ đó đề xuất các giải pháp giảm thiểu xói mòn sạt lở bờ sông hiệu quả.

1.1. Hiện Trạng Sạt Lở Bờ Sông Đồng Nai và Tác Động

Tình trạng sạt lở trên sông Đồng Nai diễn biến phức tạp, gây ảnh hưởng lớn đến đời sống kinh tế - xã hội. Nhiều khu vực dân cư, đất nông nghiệp bị mất do sạt lở. Cù lao Rùa đang chứng kiến tình trạng xói lở nghiêm trọng với khoảng 7 điểm sạt lở với tổng chiều dài khoảng 2,5km. Theo nghiên cứu, Cù lao Rùa đang đứng trước nguy cơ bị chia cắt ra làm hai tại vị trí cổ rùa.

1.2. Vai Trò Quan Trọng của Nghiên Cứu Xói Mòn Sạt Lở

Nghiên cứu về xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tài nguyên và đảm bảo an toàn cho cộng đồng. Việc xác định chính xác nguyên nhân và cơ chế gây sạt lở là cơ sở để đề xuất các biện pháp phòng ngừa và giảm thiểu rủi ro hiệu quả. Nghiên cứu này tập trung vào tính toán xói mòn, sạt lở và đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp.

1.3. Tóm Tắt Nghiên Cứu Xói Mòn Khu Vực Cù Lao Rùa

Luận án này nghiên cứu và đánh giá vấn đề sạt lở bờ tại Cù lao Rùa (Cù lao Thạnh Hội) nằm trên sông Đồng Nai thuộc xã Thạnh Hội, thị xã Tân Uyên, tỉnh Bình Dương. Tình trạng sạt lở bờ tại Cù lao Rùa đã diễn ra trong thời gian dài, tốc độ sạt lở bờ ngày càng tăng sau khi nhà máy thủy điện Trị An đi vào hoạt động.

II. Phân Tích Nguyên Nhân Gây Xói Mòn Sạt Lở Cù Lao Rùa Chi Tiết

Để giải quyết vấn đề sạt lở, việc xác định nguyên nhân là bước quan trọng. Nhiều yếu tố có thể góp phần vào quá trình này, bao gồm động lực học sông, thủy văn Đồng Nai, biến đổi khí hậu, và hoạt động của con người. Sau khi nhà máy thủy điện Trị An đi vào hoạt động, tốc độ sạt lở đã tăng lên đáng kể. Ngoài ra, hoạt động hút cát lòng sông, dù mang lại lợi ích kinh tế, cũng góp phần làm gia tăng nguy cơ sạt lở bờ. Nghiên cứu này sẽ đi sâu vào phân tích các yếu tố này, nhằm xác định nguyên nhân chính gây ra sạt lở tại Cù lao Rùa.

2.1. Tác Động của Thủy Điện Trị An Đến Xói Mòn Bờ Sông

Việc xây dựng và vận hành các công trình thủy điện có thể làm thay đổi chế độ dòng chảy tự nhiên của sông, ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đáy sông và sạt lở bờ sông. Nghiên cứu này sẽ đánh giá tác động của thủy điện Trị An đến chế độ thủy văn và động lực học dòng chảy tại khu vực Cù lao Rùa, từ đó xác định mức độ ảnh hưởng đến quá trình sạt lở.

2.2. Ảnh Hưởng của Hoạt Động Khai Thác Cát Đến Sạt Lở

Hoạt động khai thác cát lòng sông có thể làm thay đổi địa hình đáy sông, gây mất ổn định bờ và gia tăng nguy cơ sạt lở. Việc khai thác cát quá mức có thể dẫn đến mất đất do xói lở và ảnh hưởng đến hệ sinh thái ven sông. Nghiên cứu này sẽ xem xét tác động của hoạt động khai thác cát đến tính ổn định bờ sông tại Cù lao Rùa.

2.3. Xoáy Thứ Cấp và Dòng Chảy Cong Gây Xói Mòn

Kết quả nghiên cứu cho thấy nguyên nhân chủ yếu gây ra sạt lở bờ là các xoáy thứ cấp do lòng sông cong. Dòng chảy tại đoạn cổ cong là nguyên nhân gây ra quá trình xói đáy và bào mòn bờ sông. Sông bị sạt lở khi mức độ xói đạt ngưỡng làm mất ổn định bờ.

III. Phương Pháp Tính Toán Mô Phỏng Xói Mòn Sạt Lở Bờ Sông

Để hiểu rõ hơn về quá trình sạt lở, nghiên cứu sử dụng các phương pháp mô hình hóa tiên tiến. Phần mềm F28 được sử dụng để mô phỏng dòng chảy và xói mòn đáy sông với Cù lao Rùa được mô hình hóa dưới dạng 3D. Bên cạnh đó, một công cụ tính toán xói lở bờ (STABI) được xây dựng, tích hợp các module tính toán dòng thấm, phân tích độ ổn định và tính toán sạt lở bờ. Sự kết hợp giữa F28 và STABI cho phép xây dựng mô hình diễn biến bờ, xác định cơ chế và nguyên nhân xói mòn, sạt lở bờ tại Cù lao Rùa.

3.1. Ứng Dụng Phần Mềm F28 Mô Hình Hóa Dòng Chảy

Phần mềm F28 là công cụ mạnh mẽ để mô phỏng dòng chảy và vận chuyển bùn cát trong sông. Việc sử dụng F28 cho phép xây dựng mô hình 3D chi tiết về khu vực nghiên cứu, từ đó phân tích chính xác các yếu tố động lực học gây sạt lở. Phần mềm F28 đã cho thấy rõ cấu trúc dòng chảy 3D tại Cù lao Rùa.

3.2. Xây Dựng Công Cụ Tính Toán Xói Lở Bờ STABI

Công cụ STABI được xây dựng để tính toán diễn biến lòng dẫn và sạt lở bờ. Công cụ này tích hợp các module tính toán dòng thấm, phân tích độ ổn định bờ và tính toán xói lở, giúp đánh giá nguy cơ sạt lở và dự báo diễn biến bờ sông. Bằng cách kết hợp phần mềm F28 và công cụ STABI, kết quả tính toán thấy khúc cong tại cổ Rùa tiếp tục bị sạt lở.

3.3. Tích Hợp Mô Hình Tính Toán Diễn Biến Sạt Lở

Việc tích hợp phần mềm F28 và công cụ STABI tạo ra một mô hình hoàn chỉnh để nghiên cứu diễn biến bờ sông. Mô hình này cho phép xác định các vùng có nguy cơ sạt lở cao, dự báo tốc độ sạt lở và đánh giá hiệu quả của các giải pháp phòng ngừa. Với sự kết hợp của phần mềm F28 và STABI, mô hình diễn biến bờ được thiết lập để xác định và hiểu rõ cơ chế, nguyên nhân của xói mòn và sạt lở bờ tại khu vực nghiên cứu.

IV. Đề Xuất Giải Pháp Giảm Thiểu Xói Mòn Sạt Lở Bờ Sông Hiệu Quả

Dựa trên kết quả nghiên cứu và phân tích, luận án đề xuất các giải pháp giảm thiểu xói mòn sạt lở bờ sông tại Cù lao Rùa. Các giải pháp được chia thành hai nhóm chính: giải pháp phi công trình và giải pháp công trình. Giải pháp phi công trình tập trung vào việc quản lý bờ sông bền vững và bảo vệ sinh thái ven sông. Giải pháp công trình bao gồm các biện pháp kỹ thuật để gia cố bờ và ngăn chặn sạt lở. Các giải pháp bảo vệ bờ sông nên xem xét đến tính bền vững và thân thiện với môi trường.

4.1. Giải Pháp Phi Công Trình Quản Lý Bờ Sông Bền Vững

Các giải pháp phi công trình bao gồm việc quy hoạch sử dụng đất hợp lý, hạn chế khai thác tài nguyên ven sông, tăng cường trồng cây ven bờ và nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ bờ sông. Giải pháp này cần được ưu tiên thực hiện để giảm thiểu tác động từ các hoạt động của con người đến tính ổn định bờ sông.

4.2. Giải Pháp Công Trình Kè Chống Sạt Lở Bờ Sông

Các giải pháp công trình bao gồm việc xây dựng kè, tường chắn, đê và các công trình gia cố bờ. Việc lựa chọn loại hình công trình phù hợp cần dựa trên đặc điểm địa hình, địa chất và thủy văn của khu vực nghiên cứu. Trong đó, giải pháp công trình bằng kè đứng bằng cọc bản chắn bê tông cốt thép đã được đề xuất cho vị trí sạt lở ở cổ Rùa bên nhánh sông phụ.

4.3. Đánh Giá Hiệu Quả Giải Pháp Chống Xói Lở Bờ Sông

Cần có các phương pháp đánh giá hiệu quả của các giải pháp chống xói lở bờ sông trước khi triển khai trên diện rộng. Các tiêu chí đánh giá cần bao gồm hiệu quả kỹ thuật, kinh tế, xã hội và môi trường. Việc giám sát thường xuyên và đánh giá định kỳ là cần thiết để đảm bảo tính bền vững của các giải pháp.

V. Ứng Dụng Nghiên Cứu Kiểm Soát Xói Lở Tại Cù Lao Rùa Thực Tế

Nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn hướng đến ứng dụng thực tế. Các kết quả nghiên cứu và các đề xuất giải pháp kỹ thuật có thể được áp dụng để kiểm soát sạt lở tại Cù lao Rùa, bảo vệ di tích lịch sử và đảm bảo an toàn cho cộng đồng. Việc triển khai các giải pháp cần có sự tham gia của các cơ quan quản lý, các chuyên gia và cộng đồng địa phương. Luận án đã đề xuất các giải pháp phi công trình và giải pháp công trình để ngăn ngừa và giảm thiểu sạt lở bờ sông tại vị trí cổ Rùa bên nhánh sông phụ.

5.1. Triển Khai Giải Pháp Kỹ Thuật Gia Cố Bờ Sông

Việc triển khai các giải pháp kỹ thuật cần được thực hiện theo một quy trình chặt chẽ, từ khảo sát, thiết kế đến thi công và giám sát. Cần đảm bảo chất lượng công trình và tuân thủ các quy định về an toàn và môi trường. Các giải pháp bảo vệ bờ sông nên xem xét đến tính bền vững và thân thiện với môi trường.

5.2. Phối Hợp Các Bên Liên Quan Cộng Đồng Chuyên Gia

Sự tham gia của cộng đồng địa phương là yếu tố quan trọng để đảm bảo tính bền vững của các giải pháp. Cần tổ chức các hoạt động tuyên truyền, giáo dục để nâng cao nhận thức của cộng đồng về bảo vệ bờ sông và quản lý bờ sông bền vững.

5.3. Đánh Giá Rủi Ro Phân Tích Nguy Cơ Xói Lở Tiếp Diễn

Phân tích rủi ro xói lở bờ sông là một yếu tố quan trọng để đánh giá hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật, từ đó đưa ra những điều chỉnh phù hợp trong quá trình thực hiện. Việc dự báo xói lở cần phải được thực hiện thường xuyên để có cái nhìn tổng quan và đưa ra giải pháp kịp thời.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Quản Lý Bờ Sông Tương Lai

Nghiên cứu này đã góp phần làm sáng tỏ cơ chế và nguyên nhân gây sạt lở tại Cù lao Rùa, đồng thời đề xuất các giải pháp giảm thiểu rủi ro. Tuy nhiên, vấn đề sạt lở bờ sông là một thách thức phức tạp, đòi hỏi sự tiếp tục nghiên cứu và hợp tác giữa các nhà khoa học, các cơ quan quản lý và cộng đồng. Việc giám sát xói lở thường xuyên và có các giải pháp bảo tồn hiệu quả là rất quan trọng.

6.1. Đề Xuất Giải Pháp Mới Ứng Dụng Công Nghệ Hiện Đại

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ hiện đại như mô hình toán xói lở, hệ thống giám sát từ xa và các vật liệu mới để giải pháp bảo vệ bờ sông. Cần xây dựng bản đồ xói lở chi tiết để phục vụ công tác quy hoạch và quản lý.

6.2. Xây Dựng Hệ Thống Giám Sát Kiểm Soát Xói Lở

Xây dựng một hệ thống giám sát xói lở thường xuyên, liên tục, có thể sử dụng các công cụ từ xa, ví dụ như sử dụng hình ảnh từ vệ tinh và các thiết bị đo đạc tự động để theo dõi diễn biến bờ sông và phát hiện sớm các dấu hiệu sạt lở. Điều này giúp đưa ra các giải pháp can thiệp kịp thời và hiệu quả.

6.3. Quản Lý Tổng Hợp Hướng Đến Bền Vững

Cần có một cách tiếp cận quản lý tổng hợp, kết hợp các giải pháp công trình và phi công trình, đồng thời xem xét đến các yếu tố kinh tế, xã hội và môi trường. Mục tiêu cuối cùng là xây dựng một hệ thống quản lý bờ sông bền vững, bảo vệ tài nguyên và đảm bảo an toàn cho cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Bảo vệ bờ sông và quản lý diễn biến lòng dẫn là nhiệm vụ trọng tâm trong công tác quản lý tài nguyên nước và môi trường lưu vực. Luận án tiến sĩ "Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vực Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu" được tác giả Nguyễn Mộng Giang thực hiện năm 2024 tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, thuộc chuyên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường (mã số: 62850101), dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lê Song Giang và PGS. Võ Lê Phú.

Về tính cấp thiết, sông Đồng Nai là hệ thống sông lớn thứ ba tại Việt Nam, giữ vai trò cung cấp nước phục vụ phát triển kinh tế - xã hội khu vực Đông Nam Bộ. Khu vực Cù lao Rùa (xã Thạnh Hội, thị xã Tân Uyên, tỉnh Bình Dương), nằm cách đập thủy điện Trị An 44 km về phía hạ lưu, là di tích khảo cổ học cấp Quốc gia (được công nhận năm 2009 với niên đại 3.000 năm). Tình trạng sạt lở tại đây diễn biến phức tạp và gia tăng kể từ khi hồ thủy điện Trị An vận hành, kết hợp với hoạt động khai thác cát trong lòng sông. Toàn bộ cù lao ghi nhận 7 điểm sạt lở với tổng chiều dài khoảng 2,5 km; nghiêm trọng nhất là đoạn "cổ rùa" bên nhánh phụ đã bị thu hẹp chỉ còn khoảng 85 m bề rộng, đối mặt với nguy cơ bị dòng chảy chia cắt hoàn toàn cù lao thành hai phần.

Về khoảng trống nghiên cứu, tác giả chỉ rõ các phần mềm thương mại và công cụ mô hình toán hiện hữu trong nước chủ yếu tập trung tính toán xói mòn đáy lòng dẫn, chưa mô phỏng đồng thời và định lượng được quá trình xói ngang mái bờ do tác động của thủy lực dòng chảy kết hợp với quá trình thấm và mất ổn định mái dốc. Do đó, các công cụ này chưa phản ánh đầy đủ nguy cơ và cơ chế sạt lở bờ thực tế tại các đoạn sông cong có cù lao.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định như sau:

• Mục tiêu tổng quát: Đánh giá hiện trạng, tính toán và dự báo xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vực Cù Lao Rùa và đề xuất giải pháp kiểm soát.
• Mục tiêu cụ thể:
  1. Xây dựng phương pháp tính toán sạt lở bờ phù hợp cho đoạn sông cong, sông có cù lao.
  2. Xác định cơ chế, nguyên nhân sạt lở Cù lao Rùa và dự báo diễn biến.
  3. Đề xuất các giải pháp kiểm soát tác động, ngăn ngừa và giảm thiểu sạt lở.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hiện tượng và quá trình sạt lở bờ sông.
• Phạm vi nội dung và vật liệu: Nghiên cứu giới hạn đối với bờ sông cấu tạo từ vật liệu kết dính và đồng nhất (không phân lớp); tác nhân gây sạt lở tập trung vào quá trình dòng chảy gây xói mòn đáy và bờ kết hợp biến động mực nước.
• Phạm vi không gian: Đoạn sông Đồng Nai bao quanh Cù lao Rùa, trọng tâm thử nghiệm và ứng dụng chi tiết tại nhánh sông phụ thuộc xã Thạnh Hội, thị xã Tân Uyên, tỉnh Bình Dương.
• Phạm vi thời gian và chuỗi số liệu: Chuỗi quan trắc địa hình, thủy lực thực địa đo đạc tháng 8/2017 và dữ liệu thủy triều, lưu lượng đại diện tháng 2/2016.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng quan các cách tiếp cận nghiên cứu xói lở bờ sông và biến hình lòng dẫn trên thế giới và tại Việt Nam:

1. Hướng tiếp cận hình thái học cổ điển: Dựa trên giả định lòng dẫn đạt trạng thái ổn định khi kích thước hình học cân bằng với các yếu tố động lực dòng chảy, được xây dựng qua các công trình của Lacey, Blench, Simons và Albertson. Luận án chỉ ra hạn chế của phương pháp này là không mô tả được quá trình diễn biến bồi xói theo thời gian thực và không phản ánh được tính phức tạp của chế độ thủy lực cũng như cấu trúc địa chất địa phương.

2. Hướng tiếp cận động lực học bùn cát: Xem biến hình lòng sông là chu trình cơ học gồm xâm thực (xói đáy, bào mòn bờ), dịch chuyển (vận tải bùn cát) và bồi lắng.

• Về ngưỡng khởi động bùn cát không dính: Kế thừa đường cong Shields (1936), công thức vận tốc ma sát của White (1940), các biến đổi của Bonnefille (1963) và Yalin (1972) theo đường kính hạt vô thứ nguyên $D_*$, quan hệ của Miller và cộng sự (1977), công thức ứng suất tới hạn trong hỗn hợp hạt của Egiazaroff (1965) và Wu cùng cộng sự (2000), nghiên cứu của Van Rijn (1984, 1993).
• Về cơ chế xói bùn cát dính: Khảo sát các dạng xói bứt hạt bề mặt, xói khối và hóa lỏng. Các công thức xác định suất xói $E_b$ của Partheniades (1965), Mehta và Hayter (1981), Osman và Thorne (1988), Hanson và Simon (2001), Sanford và Maa (2001).
• Về bùn cát hỗn hợp: Kế thừa nghiên cứu của Van Ledden và cộng sự (2004) xác định ngưỡng chuyển tiếp cơ chế khi tỷ lệ sét đạt 3-5%, các nghiên cứu của Mitchener và Torfs (1996), Jacobs và cộng sự (2011), và mô hình suất xói theo cấp phối của Lin và Wu (2014).

3. Hướng phân tích độ ổn định bờ sông: Tổng hợp ba cơ chế phá hủy chính gồm trượt phẳng (áp dụng cho bờ thấp hoặc tầng kết dính mỏng), trượt cung tròn (áp dụng cho bờ cao đất dính, dựa trên phương pháp lát cắt của Taylor, Bishop và hoàn thiện bởi Tokaldany và Samadi năm 2008), và trượt hẫng/công xôn (với ba dạng trượt cắt, dầm uốn và nứt kéo theo Thorne và Tovey năm 1981).

4. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam và khu vực Cù lao Rùa:

• Hoàng Văn Huân (2007) sử dụng mô hình 1D (MIKE 11) cho toàn hệ thống sông Đồng Nai - Sài Gòn và mô hình 2D (MIKE 21C) cho ba đoạn sông trọng điểm, nhưng không bao gồm khu vực Cù lao Rùa.
• Nguyễn Thế Dũng (2017) nghiên cứu sạt lở Cù lao Rùa bằng mô hình 2D. Luận án phân tích các hạn chế của nghiên cứu này: mô hình 2D bị chia cắt thành các mô hình con làm mất tính liên tục; điều kiện biên lấy từ mô hình 1D không phản ánh tương tác ngược; mô hình 2D phẳng không thể hiện được cấu trúc dòng chảy xoáy thứ cấp 3D tại các khúc quanh uốn cong gấp; mô hình chỉ tính xói đáy, bỏ qua xói ngang bờ.
• Các nghiên cứu khác của Lương Phương Hậu, L.M. Hùng, Vũ Tất Uyên cũng gặp giới hạn tương tự về việc chưa mô phỏng liên kết đồng thời xói đáy, xói ngang và ổn định trượt mái dốc bờ.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn: Thiết lập một phương pháp mô hình hóa tích hợp giữa thủy động lực học 3D (phản ánh dòng xoáy thứ cấp tại khúc uốn quanh cù lao) với công cụ tính toán thấm và ổn định bờ sông có xét đến quá trình xói ngang mái dốc theo thời gian thực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên nền tảng lý thuyết thủy lực học sông ngòi, cơ học đất và động lực học dòng bùn cát:

1. Cơ sở lý thuyết:

• Phương pháp dòng chảy 3 chiều: Hệ phương trình liên tục và Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) kết hợp phương trình bảo toàn vận tải nồng độ bùn cát lơ lửng $c$: $$\frac{\partial u}{\partial x} + \frac{\partial v}{\partial y} + \frac{\partial w}{\partial z} = 0$$ $$\frac{\partial c}{\partial t} + \frac{\partial (uc)}{\partial x} + \frac{\partial (vc)}{\partial y} + \frac{\partial ((w - w_s)c)}{\partial z} = \frac{\partial}{\partial x}\left(\varepsilon_H \frac{\partial c}{\partial x}\right) + \frac{\partial}{\partial y}\left(\varepsilon_H \frac{\partial c}{\partial y}\right) + \frac{\partial}{\partial z}\left(\varepsilon_V \frac{\partial c}{\partial z}\right)$$
• Phương trình chuyển động bùn cát đáy và cân bằng khối lượng lòng dẫn.
• Mô hình thấm nước dưới đất qua môi trường rỗng không áp/có áp tại thân bờ sông.
• Phương pháp phân tích ổn định mái dốc bờ sông: Phương pháp cân bằng giới hạn theo cung trượt tròn Bishop cải tiến có xét áp lực nước lỗ rỗng âm (trong đới chưa bão hòa) và lực thủy tĩnh trong khe nứt: $$FS = \frac{F_R}{F_D} = \frac{\sum [c' L_i + S_i \tan \phi^b + N'i \tan \phi']}{\sum [W_i \sin \alpha_i - F{cpi} \cos \alpha_i \sin \alpha_i + \dots]}$$

2. Công cụ mô hình toán:

• Phần mềm F28: Mô hình thủy động lực học tích hợp 1D-2D-3D. Khu vực nghiên cứu Cù lao Rùa được chia lưới và tính toán dòng chảy 3D nhằm trích xuất chính xác trường vận tốc cục bộ, thành phần xoáy thứ cấp, phân bố ứng suất tiếp đáy $\tau_b$ và ứng suất ma sát mái bờ $\tau_w$. Tác giả bổ sung module tính toán xói ngang bờ vào phần mềm F28.
• Phần mềm STABI: Công cụ do tác giả tự xây dựng, bao gồm 3 module liên kết:
  • Module tính toán dòng chảy thấm tại bờ sông: Giải phương trình dòng thấm hai chiều trong điều kiện biên mực nước sông dao động theo triều, xác định đường bão hòa và biến thiên áp lực nước lỗ rỗng.
  • Module phân tích tính ổn định bờ: Tìm kiếm và xác định cung trượt nguy hiểm nhất dựa trên trạng thái ứng suất, hình học mái bờ bị xói và mực nước ngầm.
  • Module tính toán sạt lở: Mô phỏng quá trình sụp đổ của khối trượt khi hệ số an toàn $FS < 1,0$, dịch chuyển lưới tính toán và tái tạo hình học biên dạng bờ mới.

3. Phương pháp tiếp cận và phân tích thực tế:

• Phương pháp kế thừa và khảo sát thực địa: Thu thập tài liệu địa chất, khoan khảo sát bổ sung, đo vẽ bình đồ địa hình và đo đạc đồng bộ mực nước, lưu lượng tại các trạm kiểm chứng ở Cù lao Rùa từ ngày 5 đến ngày 8/8/2017.
• Phương pháp chuyên gia và Đánh giá đa tiêu chí SAW (Simple Additive Weighting): Lấy ý kiến các chuyên gia độc lập, chuyên gia quản lý và kỹ thuật nhằm phân cấp mức độ quan trọng, tính toán trọng số theo 4 nhóm chủ đề (Kinh tế; Kỹ thuật công trình; Điều kiện công trình; Môi trường và thẩm mỹ) để so sánh và lựa chọn phương án công trình chống sạt lở tối ưu.

Nội dung chính theo từng chương

Tổng quan hiện trạng các đoạn sạt lở tại Cù lao Rùa

Dựa trên kết quả khảo sát địa hình và thực địa của Nguyễn Thế Dũng (2017) được luận án tổng hợp, hiện trạng 7 đoạn sạt lở tại Cù lao Rùa có đặc điểm như sau:

Đoạn	Vị trí	Nhánh sông	Chiều dài (m)	Chiều cao vách (m)	Góc dốc vách	Đặc điểm hiện trạng
Đoạn 1	Cổ rùa	Sông chính	500	2,0 - 3,0	80° - 90°	Hình thành vách dốc đứng dọc bờ
Đoạn 2	Cuối cù lao	Sông chính	300	2,5 - 3,0	Dốc đứng	Sạt lở cục bộ từng đoạn 10-30m; dân tự làm kè 75m và 45m
Đoạn 3	Cuối cù lao	Sông phụ	350	1,5 - 2,5	80° - 90°	Sạt lở dọc toàn bộ chiều dài đoạn
Đoạn 4	Dọc thân	Sông phụ	750	2,0 - 3,0	80° - 90°	Sạt lở xen kẽ nghiêm trọng; có 2 đoạn kè tường đứng dân xây dài 70m
Đoạn 5	Thân cù lao	Sông phụ	350	2,5 - 3,0	80° - 90°	Toàn tuyến sạt lở; cục bộ có vách cao 3,5 - 4,0 m
Đoạn 6	Đầu rùa (đối diện rạch Tổng Bản)	Sông phụ	250	Dốc đứng	Dốc đứng	Đã gia cố đá đổ 100m; 150m còn lại tiếp tục sạt lở
Đoạn 7	Thượng lưu đoạn 6	Sông phụ	60	2,5	Dốc đứng	Cách đoạn 6 khoảng 180m; chiều sâu xói lấn vào bờ đạt 6m

Chương 1. Tổng quan sạt lở bờ sông trên thế giới, Việt Nam và khu vực nghiên cứu

Chương này trình bày tổng quan lý luận về biến hình lòng dẫn, cơ chế vật lý của xói mòn và sạt lở bờ sông, cùng các đặc trưng tự nhiên và nhân sinh tại khu vực Cù lao Rùa:

• Đặc điểm địa hình: Cù lao Rùa thuộc địa hình đồng bằng phẳng, cao trình dao động trung bình từ +2,0 m đến +4,0 m, điểm cao nhất đạt +17,5 m (khu vực chùa Khánh Sơn), bề mặt có xu hướng nghiêng dần từ Đông sang Tây. Nhánh sông chính rộng 200 - 400 m, cao trình đáy trung bình -10 m, tồn tại hai hố xói sâu (-14 m và -16 m đến -17 m). Nhánh sông phụ dài 6,3 km, rộng 120 - 220 m, đáy sâu trung bình -6 m đến -7 m, có ba hố xói sâu (-9 m đến -11 m tại rạch Tổng Bản; -10 m tại đỉnh cong cổ rùa; -12 m tại hạ lưu cầu Thạnh Hội). Đoạn cổ rùa là nơi hẹp nhất của cù lao.
• Cấu trúc địa chất bờ: Trầm tích phù sa cổ Pleistocen (hệ tầng Thủ Đức, Củ Chi) và trầm tích Holocen. Địa tầng bờ sông khu vực nghiên cứu gồm các lớp sét dẻo mềm đến dẻo chảy (lớp 1, lớp 2a, 2b, lớp 2, lớp 3) với độ bền chống cắt thấp. Đáng lưu ý, thấu kính cát nằm ở cao độ từ -3 m đến -6 m khi chịu tác động đồng thời của dòng thấm và lưu tốc đáy cao rất dễ bị xói ngầm, tạo hàm ếch dẫn tới sụp đổ các lớp đất phía trên.
• Chế độ thủy văn và thủy động lực học: Sông Đồng Nai chịu sự điều tiết của hồ thủy điện Trị An và chế độ bán nhật triều không đều của biển Đông. Biên độ triều dao động từ 2,0 m đến 4,0 m, với chu kỳ triều ngày 24,83 giờ. Chu kỳ khô - ướt lặp lại hai lần mỗi ngày làm suy giảm liên kết hạt đất, đồng thời gradient áp lực nước ngầm khi triều rút nhanh tạo lực đẩy khối đất trượt ra phía sông.
• Tác động nhân sinh: Mật độ giao thông thủy trên nhánh chính đạt khoảng 100 lượt/ngày; các sà lan tự hành, ghe chở vật liệu chạy sát bờ với vận tốc lớn tạo sóng va đập trực tiếp vào mái dốc. Hoạt động khai thác cát trong khu vực làm gia tăng độ sâu lòng dẫn và thay đổi độ dốc bờ.

Chương 2. Cơ sở khoa học tính toán và đánh giá sạt lở, xói mòn

Chương 2 mô tả chi tiết thuật toán và cấu trúc của mô hình tích hợp F28 và phần mềm STABI:

• Tích hợp mô hình dòng chảy và xói ngang: Tác giả phát triển thuật toán bổ sung vào F28 nhằm tính toán trực tiếp ứng suất tiếp ma sát mái bờ $\tau_w$, từ đó xác định tốc độ bào mòn bờ theo phương ngang do động lực học dòng nước.
• Cấu trúc công cụ STABI:
  1. Module tính toán dòng chảy thấm: Mô phỏng phương trình vi phân thấm qua môi trường rỗng hai chiều không ổn định, thiết lập điều kiện biên áp lực thủy tĩnh mặt hạ lưu thay đổi theo triều. Thuật toán dịch chuyển và biến thiên lưới phần tử tam giác tự động theo vị trí mặt bão hòa. Module được kiểm nghiệm với bài toán thấm qua đập đất chữ nhật kinh điển, so sánh đối chứng với kết quả của Kazemzadeh-Parsi và Daneshmand (2012) cũng như Dou và cộng sự, cho thấy sự tương đồng cao về cao độ đường bão hòa và điểm rỉ nước.
  2. Module phân tích tính ổn định bờ: Áp dụng phương pháp phân tích lát cắt Bishop cải tiến, tích hợp áp lực nước lỗ rỗng âm ở vùng đất chưa bão hòa trên mặt trượt và ảnh hưởng của áp lực nước trong khe nứt căng kéo. Thuật toán tự động quét tâm và bán kính để tìm kiếm mặt trượt có hệ số an toàn nhỏ nhất ($FS_{\min}$).
  3. Module tính toán sạt lở bờ: Khi $FS_{\min} < 1,0$, khối đất nằm trên cung trượt nguy hiểm được coi là sụp đổ. Module tự động loại bỏ khối trượt khỏi lưới tính, cập nhật đường biên dạng hình học mới của bờ sông, đồng thời co cụm và tái tạo lưới phần tử hữu hạn để sẵn sàng cho chu kỳ tính toán thấm và xói mòn tiếp theo.

Chương 3. Tính toán và đánh giá diễn biến sạt lở bờ sông khu vực Cù lao Rùa

Chương này trình bày kết quả ứng dụng mô hình F28 và STABI để tính toán định lượng cho khu vực nghiên cứu:

• Thiết lập mô hình: Mô hình tích hợp 1D-2D-3D toàn hệ thống sông Đồng Nai, trong đó đoạn Cù lao Rùa được mô phỏng chi tiết dạng 3D. Điều kiện biên mực nước và lưu lượng được hiệu chỉnh từ chuỗi đo đạc ngày 5 - 8/8/2017, đạt độ tương thích tốt giữa đường tính toán và số liệu quan trắc thực tế.
• Đặc trưng trường vận tốc và ứng suất ma sát:
  • Kết quả mô phỏng 3D mặt thoáng và các mặt cắt ngang làm rõ sự xuất hiện của cấu trúc xoáy thứ cấp cường độ mạnh tại khúc uốn cong cổ rùa bên nhánh sông phụ. Thành phần vận tốc tiếp tuyến và pháp tuyến dọc theo các mặt cắt thể hiện rõ dòng chảy áp sát bờ lõm.
  • Phân bố ứng suất ma sát đáy ($\tau_b$) và mái bờ ($\tau_w$) được xác định chi tiết trong cả hai pha triều lên mạnh nhất và triều xuống mạnh nhất (số liệu ngày 8/2/2016). Ứng suất ma sát tập trung cục bộ tại chân bờ và mái dốc của đoạn uốn cong.
• Dự báo bồi xói và diễn biến sạt lở:
  • Mô hình tính toán diễn biến bồi xói đáy sau chu kỳ 28 ngày trong mùa kiệt và mùa lũ.
  • Mô phỏng diễn biến hạ thấp mực nước ngầm trong thân bờ theo chu kỳ triều rút. Kết quả phân tích độ ổn định chỉ ra hệ số an toàn $FS$ của mái bờ giảm xuống mức cực tiểu tại thời điểm mực nước sông hạ thấp nhất kết hợp với dòng thấm thoát chậm.
  • Kết hợp tốc độ bào mòn bờ của F28 với module sạt lở của STABI cho thấy: Quá trình xói chân bờ diễn ra liên tục làm tăng dần độ dốc mái dốc. Sau 321 ngày tính toán, hệ số an toàn tụt xuống dưới 1,0 và sạt lở bờ chắc chắn xảy ra tại vị trí cổ rùa bên nhánh phụ, với vết trượt có bề rộng ăn sâu vào bờ khoảng 3,8 m. Tác giả lưu ý thời gian và quy mô vết sạt mang tính chất dự báo xu thế do số liệu hiệu chỉnh còn thiếu thốn.

Chương 4. Đề xuất các giải pháp kiểm soát tác động, ngăn ngừa và giảm thiểu sạt lở bờ tại khu vực Cù lao Rùa

Chương 4 đưa ra các nhóm giải pháp công trình và phi công trình dựa trên phương pháp phân tích đa tiêu chí:

• Giải pháp phi công trình:

  • Quản lý, giám sát và cấm hoạt động khai thác cát trái phép trong lòng dẫn quanh khu vực cù lao.
  • Quy định hạn chế tốc độ chạy tàu, cấm luồng sà lan tải trọng lớn lưu thông vào nhánh sông phụ hẹp.
  • Quy hoạch hành lang bảo vệ bờ sông, di dời công trình nhà ở và tải trọng xây dựng nằm sát mép sạt lở.
  • Trồng cây bảo vệ mái bờ tại các khu vực bãi bồi ổn định.

• Đánh giá lựa chọn giải pháp công trình bằng phương pháp SAW (Simple Additive Weighting):

  • Tác giả thiết lập hệ thống tiêu chí phân cấp gồm 4 nhóm chủ đề chính: Kinh tế; Kỹ thuật công trình; Điều kiện công trình; Môi trường và thẩm mỹ.
  • Tổng hợp ý kiến chuyên gia (chi tiết danh sách chuyên gia tại Phụ lục 2) để tính toán trọng số nhóm và trọng số chi tiết cho từng chỉ thị.
  • Thực hiện chấm điểm đánh giá đa tiêu chí đối với 3 phương án kỹ thuật khả thi cho vị trí cổ rùa nhánh phụ:
    1. Phương án 1: Kè tường đứng bằng cọc bản chắn bê tông cốt thép (BTCT).
    2. Phương án 2: Kè tường góc BTCT trên nền cọc.
    3. Phương án 3: Kè tường đứng bằng BTCT dự ứng lực.
  • Kết quả tính toán tổng hợp cho thấy Phương án 1 (Kè tường đứng bằng cọc bản chắn BTCT) đạt điểm đánh giá cao nhất nhờ ưu thế về khả năng thi công trong không gian hẹp bên nhánh phụ, độ bền chống xói chân bờ và chi phí phù hợp.

Kết quả và những đóng góp mới

Các kết quả nghiên cứu và đóng góp mới của luận án bao gồm:

1. Về mặt khoa học và phương pháp tính toán:

• Xây dựng hoàn chỉnh công cụ tính toán xói lở bờ STABI tích hợp 3 module: tính toán dòng thấm không ổn định, phân tích ổn định trượt mái dốc và mô phỏng cập nhật biên dạng bờ sạt lở.
• Bổ sung module tính xói ngang mái dốc bờ vào phần mềm thủy động lực học F28, tạo thành chuỗi mô hình liên hoàn giải quyết trọn vẹn bài toán diễn biến lòng dẫn gồm xói đáy, xói ngang và sạt lở bờ.
• Ứng dụng mô hình 3D để mô phỏng chính xác cấu trúc dòng chảy xoáy thứ cấp tại đoạn sông uốn cong quanh cù lao, điều mà các mô hình 1D và 2D trước đây chưa thực hiện được.

2. Về mặt thực tiễn:

• Làm rõ cơ chế và nguyên nhân sạt lở tại Cù lao Rùa: Khúc uốn cong làm phát sinh các xoáy thứ cấp, tập trung ứng suất ma sát gây xói sâu đáy và khoét chân bờ; kết hợp với sự tồn tại của thấu kính cát dễ xói ngầm và tác động của chế độ bán nhật triều rút nhanh làm mất ổn định mái dốc.
• Dự báo định lượng xu thế sạt lở tại vị trí xung yếu cổ rùa bên nhánh phụ (sau 321 ngày có thể xuất hiện vết trượt rộng 3,8 m), cung cấp cơ sở khoa học để chính quyền địa phương khoanh vùng rủi ro chia cắt cù lao.
• Đề xuất hệ thống giải pháp giảm thiểu toàn diện; trong đó giải pháp công trình kè tường đứng bằng cọc bản chắn BTCT được lựa chọn thông qua phương pháp đa tiêu chí SAW mang tính khả thi cao cho địa phương.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên các nội dung văn bản luận án trình bày:

• Hạn chế:
  • Mô hình STABI hiện mới chỉ áp dụng cho loại vật liệu bờ sông đồng nhất và kết dính; chưa mô phỏng được cấu trúc bờ phân lớp phức tạp hoặc bờ có nhiều thấu kính cát xen kẽ phi tuyến.
  • Chuỗi số liệu địa hình, thủy lực quan trắc thực địa còn hạn chế về thời gian; mô hình tính toán chưa được hiệu chỉnh và kiểm định đầy đủ với các trận lũ cực đoan nên độ tin cậy về mặt thời gian xuất hiện vết sạt (321 ngày) và kích thước khối sạt chưa thật sự cao.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Nâng cấp công cụ STABI để tính toán cho bờ sông có cấu trúc địa tầng phân lớp và vật liệu không đồng nhất.
  • Mở rộng mạng lưới quan trắc biến động lòng dẫn và mực nước ngầm định kỳ nhằm tiếp tục kiểm chứng, chuẩn hóa các thông số nhám và hệ số xói của mô hình.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn cho các đối tượng sau:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường, Kỹ thuật Công trình Thủy, Thủy văn học: Có thể tham khảo phương pháp luận tích hợp mô hình 3D RANS với mô hình dòng thấm và ổn định mái dốc (Chương 2 và Phụ lục 1).
• Các kỹ sư thiết kế công trình bảo vệ bờ: Có thể tham khảo quy trình tính toán ứng suất ma sát bờ sông và thuật toán xác định mặt trượt nguy hiểm khi chân bờ bị xói lở.
• Cơ quan quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách (Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Bình Dương): Cung cấp cơ sở dữ liệu hiện trạng 7 điểm sạt lở, đánh giá nguy cơ chia cắt di tích Cù lao Rùa và phương pháp luận phân tích đa tiêu chí SAW để lựa chọn giải pháp kè bảo vệ bờ hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguyên nhân vật lý cốt lõi nào gây ra sạt lở nghiêm trọng tại khu vực cổ Cù lao Rùa? Trả lời: Nguyên nhân chủ yếu là cấu trúc dòng chảy xoáy thứ cấp hình thành do lòng sông uốn cong gấp. Dòng xoáy này tập trung ứng suất ma sát vào bờ lõm, gây xói sâu đáy và khoét chân mái bờ sông. Đồng thời, cấu trúc địa chất có thấu kính cát ở cao độ -3 m đến -6 m kết hợp với biên độ triều lớn (2 - 4 m) rút nhanh gây chênh lệch áp lực nước ngầm lớn, làm suy giảm lực chống cắt và gây sụp đổ bờ.

2. Công cụ STABI do tác giả xây dựng gồm những module nào và liên kết với phần mềm F28 ra sao? Trả lời: STABI gồm 3 module cơ bản: (1) Module tính toán dòng thấm tại bờ sông; (2) Module phân tích độ ổn định bờ (theo phương pháp Bishop cải tiến); (3) Module tính toán sạt lở bờ. Công cụ này nhận dữ liệu đầu vào là tốc độ xói đáy và tốc độ xói ngang bờ được tính toán từ mô hình thủy lực 3D của phần mềm F28 để dự báo thời điểm mất ổn định và cập nhật biên dạng bờ sau trượt.

3. Kết quả mô phỏng số đưa ra dự báo gì về diễn biến sạt lở tại cổ rùa bên nhánh phụ? Trả lời: Tính toán mô hình dự báo rằng sau 321 ngày chịu tác động liên tục của dòng chảy và thủy triều, hệ số an toàn mái bờ sẽ tụt xuống dưới 1,0, dẫn đến hiện tượng sạt lở bờ chắc chắn xảy ra với độ rộng vết sạt ăn sâu vào bờ khoảng 3,8 m.

4. Vì sao công nghệ kè tường đứng bằng cọc bản chắn bê tông cốt thép được lựa chọn cho nhánh sông phụ? Trả lời: Dựa trên phương pháp đánh giá đa tiêu chí SAW chấm điểm 4 nhóm chỉ thị (Kinh tế; Kỹ thuật công trình; Điều kiện công trình; Môi trường và thẩm mỹ), phương án này đạt tổng điểm cao nhất. Giải pháp này phù hợp với lòng nhánh sông phụ hẹp (120 - 220 m), vách dốc đứng (80° - 90°), chịu được xói chân bờ sâu và đảm bảo an toàn cho dải đất hẹp 85 m tại cổ rùa.

Kết luận

Luận án của tác giả Nguyễn Mộng Giang đã xây dựng thành công công cụ tính toán STABI và tích hợp với phần mềm F28 để mô phỏng đồng thời quá trình dòng chảy 3D, xói đáy, xói ngang và sạt lở bờ sông. Nghiên cứu đã làm rõ nguyên nhân gây sạt lở tại Cù lao Rùa xuất phát từ dòng xoáy thứ cấp do khúc sông cong kết hợp với dao động triều và cấu trúc địa chất bất lợi. Trên cơ sở dự báo nguy cơ chia cắt cù lao tại vị trí cổ rùa bên nhánh phụ, công trình đã ứng dụng phương pháp phân tích đa tiêu chí SAW để đề xuất phương án kè tường đứng cọc bản chắn bê tông cốt thép nhằm ổn định bờ và bảo vệ bền vững khu di tích lịch sử - khảo cổ học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Tổng quan sạt lở bờ sông trên thế giới, Việt Nam và khu vực nghiên cứu 1. Tổng quan sạt lở bờ sông trên thế giới, Việt Nam Sạt lở bờ sông hiện đã trở thành một hiện tượng phổ biến, đã và đang là mối nguy hiểm cho đời sống của con người ở nhiều nước trên thế giới. Mỗi năm có hàng triệu người bị ảnh hưởng bởi sạt lở bờ sông làm phá hủy tài nguyên như đất nông nghiệp, nhà cửa, đường xá, cây trồng và sinh mạng con người.

Tác động của sạt lở bờ sông không chỉ đối với cuộc sống con người mà còn đối với môi trường, kinh tế, y tế, giáo dục, giao thông, định cư,. Những nước như Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, các nước ở khu vực Anpơ, Bắc Mỹ, Nam Mỹ là những nước thường xuyên xảy ra hiện tượng sạt lở bờ sông, diễn biến lòng dẫn nói riêng. Nhận thức được mối hiểm hoạ này, hầu hết các nước như Mỹ, Nga, Ấn Độ, Nhật Bản, Trung Quốc … đã tập trung nghiên cứu dự báo diễn biến sạt lở bờ sông, lòng dẫn đưa ra các giải pháp phòng chống, phòng tránh, giảm đến mức thấp nhất thiệt hại do chúng gây ra, mang lại hiệu quả thiết thực cho đời sống của con người. Ở Việt Nam, theo tài liệu tham khảo từ đề tài “Nghiên cứu dự báo diễn biến sạt lở, đề xuất các giải pháp để ổn định bờ sông và quy hoạch sử dụng vùng ven sông phục vụ mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội vùng hạ du hệ thống sông Đồng Nai” của P.

thì trong những năm gần đây, tình hình sạt lở bờ sông, bờ biển trên phạm vi cả nước đang có xu thế gia tăng và diễn biến ngày càng phức tạp gây ra những thiệt hại không nhỏ đến dân sinh, kinh tế. Theo con số thống kê, trên các lưu vực sông suối cả nước, hiện có trên 737 điểm sạt lở với tổng chiều dài trên 1257km. Trong đó, miền Bắc có 165 điểm với chiều dài 252 km, miền Trung có 307 điểm với chiều dài 555km và miền Nam có 265 điểm với chiều dài 450 km. Sông Đồng Nai là hệ thống sông lớn thứ 3 của Việt Nam, sau hệ thống sông Hồng - Thái Bình và sông Mê Kông.

Hệ thống sông Đồng Nai chảy qua địa phận hành chính của 11 tỉnh/thành phố là Lâm Đồng, Đắc Nông, Đồng Nai, Bình Phước, Bình Dương, Tây Ninh, Long An, Bình Thuận, Bà Rịa-Vũng Tàu và Thành phố Hồ Chí Minh. Đây 6 là hệ thống sông có vai trò rất quan trọng trong cấp nước phục vụ công cuộc phát triển kinh tế - xã hội các tỉnh miền Đông Nam bộ. Trong những năm gần đây, tình hình diễn biến sạt lở hệ thống sông Đồng Nai diễn ra theo chiều hướng khá phức tạp, hàng năm hai bên bờ sông bị lấn vào bờ khá lớn gây ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống và sinh hoạt của người dân và làm mất ổn định, sạt lở đối với các công trình ven sông gây thiệt hại nặng nề cho các hoạt động dân sinh kinh tế vùng ven sông như mất đất nông nghiệp, hư hỏng nhà cửa, chết người, điển hình là các xã Hóa An, Tân Hạnh, phường Bửu Hòa, Bửu Long có khoảng 900m đường bờ bị sạt lở; phường Hòa Bình và Quyết Thắng có khoảng 400m đường bờ bị sạt lở đều ở mức độ nhẹ, từ 0,5÷3,0m/năm (Đồng Nai)…, khu phố Ba Đình, phường Thái Hòa; Cù lao Rùa xã Thạnh Hội, thị xã Tân Uyên (Bình Dương). Tổng quan khu vực nghiên cứu 1.

Giới thiệu khu vực nghiên cứu Cù lao Rùa thuộc xã Thạnh Hội là địa danh, thuộc xã Thạnh Hội, thị xã Tân Uyên (Bình Dương) được bao bọc bởi dòng chảy chính của sông Đồng Nai và dòng chảy phụ tẻ nhánh bao trọn cù lao nhập vào dòng chính và chảy xuôi về Sài Gòn. Nhìn từ trên cao, vùng đất cù lao trông giống như một con Rùa nên được gọi là Cù lao Rùa. Cù lao Rùa là nơi có nhiều giá trị lịch sử, văn hóa, xã hội và khảo cổ học, nơi đây đã phát hiện một di tích khảo cổ có niên đại 3.000 năm, là nơi mang nhiều dấu ấn của công cuộc mở mang bờ cõi về phía Nam của dân tộc. Khu khảo cổ đã được nhà nước công nhận là khu di tích khảo cổ cấp Quốc gia vào năm 2009.1 Bản đồ không ảnh Cù lao Rùa (Nguồn: https://yeubinhduong.com/cu-lao-rua- thanh-hoi-tan-uyen-bao-vat-3-000-nam-giua-menh-mong-song-nuoc/) 7 Cù lao Rùa được phân lạch với hai nhánh, nhánh sông chính bên trái giáp ranh với tỉnh Đồng Nai và nhánh sông phụ bên phải thuộc địa phận tỉnh Bình Dương.

Nhánh sông chính có chiều rộng 200÷400m, rộng nhất ngay tại vị trí cổ Cù lao Rùa. Cao trình đáy sông trung bình khoảng -10m và có xu hướng sâu dần về phía hạ lưu. Trên nhánh sông chính có 2 hố xói. Hố xói 1 cách đầu cù lao khoảng 350m có cao trình đáy sông -14m với chiều dài khoảng 750m.

Hố xói 2 ở cuối cù lao, tại khu vực nhập lưu với nhánh sông phụ và có cao độ đáy sông -16m ÷ -17m. Sau phân lưu với nhánh sông phụ, nhánh sông chính chảy dọc theo chiều dài cù lao. Đoạn này khá thẳng và có chiều dài khoảng 3,6km; đến cuối Cù lao thì dòng chính đổi hướng vuông góc sang phải với chiều dài khoảng 1,5km và hợp lưu với nhánh sông phụ. Nhánh sông phụ có chiều dài 6,3km, rộng 120÷220m.

Đoạn hẹp nhất ở vị trí cổ Rùa. Cao trình đáy sông trung bình khoảng -6m÷ -7m và có xu hướng sâu dần về hạ lưu, dòng sông uốn khúc liên tục. Nhánh sông phụ có 3 hố xói, hố xói 1 đối diện với cửa ra kênh Tổng Bản sát bờ Cù lao, cao độ đáy hố xói -9,0m, sâu nhất tại vị trí cuối hố khoảng -11m, dài khoảng 600m; hố xói 2 tại đỉnh cong uốn khúc tại cổ Cù lao, cao độ đáy hố xói khoảng -10m, chiều dài hố xói khoảng 400m; hố xói 3 ở giữa lòng sông tại hạ lưu cầu Thạnh Hội, dài khoảng 200m và cao độ đáy hố xói -12m. Theo khảo sát của N.

Dũng [2], toàn bộ Cù lao Rùa hiện nay có 7 đoạn đang xảy ra tình trạng sạt lở với mức độ khác nhau được giới thiệu trên Hình 1. Đoạn 1 tại cổ rùa bên nhánh sông chính. Đoạn này dài 500m, các vách sạt lở hình thành dọc bờ sông. Phần lớn bề mặt vách có dạng dốc đứng, góc dốc 80-90o.

Chiều cao vách đứng khoảng từ 2,0m đến 3. Đoạn 2 ở cuối Cù lao Rùa bên nhánh sông chính. Đoạn này dài 300m. Trên đoạn này có một số điểm sạt lở cục bộ với chiều dài khoảng từ 10-30m, phần lớn mái bờ sông có dạng dốc đứng, chiều cao vách đứng 2,5m đến 3,0m.

Tại vị trí sạt lở tại mỏm đuôi rùa đang được người dân xây dựng bờ kè với chiều dài 75m và 45m. Kết cấu kè bằng hệ cọc kết hợp tấm đan BTCT.2 Vị trí các đoạn sạt lở đất tại Cù lao Rùa Đoạn 3 ở cuối Cù lao Rùa bên nhánh sông phụ, đoạn này dài 350m. Toàn bộ đoạn này đang bị sạt lở. Phần lớn bề mặt vách có dạng dốc đứng (góc dốc 80-90o).

Chiều cao vách đứng khoảng từ 1,5m đến 2,5m. Đoạn 4 bên nhánh sông phụ, dài 750m. Trên đoạn này có một điểm sạt lở khá nghiêm trọng xen kẽ nhau. Phần lớn bề mặt vách có dạng dốc đứng (góc dốc 80-90o).

Chiều cao vách đứng khoảng từ 2,0m đến 3,0m. Trên đoạn này có 02 kè do dân tự xây dựng theo dạng tường đứng có tổng chiều dài khoảng 70m. Đoạn 5 dài khoảng 350m, sạt lở trên toàn bộ chiều dài. Phần lớn bề mặt vách có dạng dốc đứng (góc dốc 80-90o).

Chiều cao vách đứng khoảng từ 2,5m đến 3,0m. Đặc biệt có một số vị trí chiều cao vách đứng lên đến 3,5-4,0m. Đoạn 6 Đầu rùa (đối diện rạch Tổng Bản), 250m. Khoảng 100m đã được người dân gia cố bằng đá đổ.

Đoạn còn lại chưa được gia cố vẫn đang bị sạt lở. Đoạn 7 Đầu rùa (đối diện rạch Tổng Bản) Cách đoạn 6 khoảng 180m về phía thượng lưu 60m. Chiều sâu vào bờ khoảng 6m; Vách đứng cao khoảng 2,5m. Tổng chiều dài 7 điểm sạt lở khoảng 2,5km, trong đó đoạn hẹp nhất của Cù lao gọi là 9 "cổ rùa" bị xói lở rất nhiều bên phía dòng sông phụ, chiều rộng chỉ còn khoảng 85m, nếu xói lở tiếp tục đoạn "cổ rùa" chắc chắn sẽ bị "cắt", lúc đó sông lớn và sông con nhập lại và quá trình xói lở sẽ gia tăng hơn nữa.

Do đó, Luận án tập trung nghiên cứu sạt lở và đề xuất giải pháp cho vị trí sạt lở tại khu vực vực cổ Rùa bên nhánh sông phụ. Đặc điểm địa hình Theo kết quả khảo sát địa hình do N. Dũng thực hiện tháng 8/2017, Cù lao Rùa thuộc dạng địa hình đồng bằng khá bằng phẳng với cao độ trung bình (+2 ÷ +4) m, cao nhất là +17,5 tại Chùa Khánh Sơn. Địa hình có xu hướng dốc dần từ Đông sang Tây.

Đặc điểm địa chất a. Đặc điểm chung Trong khu vực sông Đồng Nai (đoạn từ Tân Uyên đến cầu Đồng Nai) uốn khúc phức tạp theo hướng Đông Bắc xuống phía Tây và vòng xuống Đông Nam; thung lũng sông có chiều rộng thay đổi từ 0,8km đến 6km chảy trong các phù xa cổ gồm các thành tạo trầm tích của đoạn sông Đồng Nai. Phù sa cổ gồm trầm tích Pleistocen giữa – muộn và trầm tích Pleistocen muộn, các phù xa cổ trong khu vực nghiên cứu thuộc hệ tầng Thủ Đức và Củ Chi phân bố tập trung ở tây bắc, nam và phía đông. Phù sa cổ phân bố ven sông Đồng Nai và phần lớn cũng chính là sườn vách và đáy của đoạn thung lũng sông Đồng Nai trong khu vực.

Ngoài ra, thung lũng sông Đồng Nai trong khu vực còn có sự hiện diện của nhiều cù lao hiện tại (Cù lao Bạch Đằng, Cù lao Rùa, Cù lao Phố). Các trầm tích Holocen phát triển trên mặt nền phù sa cổ trong thung lũng sông và có chiều rộng từ 0,8 đến 6km, gồm nhiều nguồn gốc: Nguồn gốc sông có các trầm tích: sông suối (aQ22-3), đê tự nhiên (aQ23), doi sông (aQ2) hiện nay, tại khu vực nghiên cứu ở các cù lao đang được hình thành và phát triển; nguồn gốc hỗn hợp có các trầm tích: đầm lầy – biển (abQ2), sông – đầm lầy của vết uốn khúc (abQ23). Trong đó, các trầm tích doi cát ven sông – cù lao sông được gộp chung là “trầm tích doi cát ven sông – cù lao sông không phân chia”. Đặc điểm địa chất công trình Theo kết quả nghiên cứu của N.

Dũng [2], đặc điểm địa chất tại khu vực nghiên cứu thấy rằng, bờ sông bao gồm các lớp 1, lớp 2a, 2b, lớp 2 và lớp 3.