Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Xu Hướng Biến Đổi Lòng Dẫn Sông Hồng Giai Đoạn 2020-2050 Và Đề Xuất Giải Pháp Ổn Định

• Tác giả: Chu Đình Sơn
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Văn Hùng
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Nghiên Cứu Xu Hướng Biến Đổi Lòng Dẫn Sông Hồng 2020-2050 Và Giải Pháp Ổn Định
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• BẢN CAM KẾT
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục đích đề tài
• 0.3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 0.4. Kết quả đạt được
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG LÒNG DẪN SÔNG HỒNG
• 1.1. Khái quát về lưu vực sông Hồng
• 1.2. Thực trạng diễn biến lòng dẫn sông Hồng những năm gần đây (2001-2012)
• 1.2.1. Thực trạng về phù sa và khai thác cát ở hạ du sông Hồng (từ sau hồ Hòa Bình)
• 1.3. Kết luận
• 2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THỦY LỰC BẰNG MÔ HÌNH MIKE 11 MÔ PHỎNG DIỄN BIẾN LÒNG DẪN SÔNG HỒNG ĐỂ DỰ BÁO XU THẾ BIẾN ĐỔI LÒNG DẪN
• 2.1. Khái quát về mô hình MIKE11
• 2.2. Đề xuất các kịch bản tính toán và xây dựng mô hình tính toán diễn biến xói lở, bồi lắng
• 2.3. Kết quả tính toán mô phỏng diễn biến lòng dẫn sông Hồng theo các kịch bản
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP VỀ ỔN ĐỊNH SÔNG HỒNG
• 3.1. Các giải pháp về quản lý khai thác cát ở hạ du sông Hồng
• 3.2. Các giải pháp tổng hợp về ổn định lòng dẫn sông Hồng
• 3.3. Kết luận
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Biến đổi khí hậu và tác động đến lòng dẫn sông Hồng

Biến đổi khí hậu đang tác động mạnh mẽ đến dòng chảy và lòng dẫn sông Hồng. Sự thay đổi về lượng mưa, nhiệt độ và các hiện tượng thời tiết cực đoan đã làm gia tăng tình trạng xói lở và bồi lắng. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, từ năm 2001 đến nay, lòng dẫn sông Hồng đã có những biến đổi đáng kể, đặc biệt là ở khu vực hạ lưu. Tác động môi trường từ việc khai thác cát và xây dựng các công trình thủy điện cũng góp phần làm mất cân bằng bùn cát, ảnh hưởng đến sự ổn định của lòng sông.

1.1. Xu hướng biến đổi lòng dẫn

Xu hướng biến đổi lòng dẫn sông Hồng được dự báo sẽ tiếp tục diễn ra mạnh mẽ trong giai đoạn 2020-2050. Các kịch bản dự báo cho thấy, nếu không có các biện pháp can thiệp kịp thời, tình trạng xói lở và bồi lắng sẽ trở nên nghiêm trọng hơn. Quản lý nước và điều chỉnh dòng chảy là những yếu tố then chốt để giảm thiểu tác động tiêu cực.

1.2. Tác động môi trường

Tác động môi trường từ việc khai thác cát và xây dựng các công trình thủy điện đã làm thay đổi đáng kể tài nguyên nước và môi trường lưu vực sông. Sự mất cân bằng bùn cát không chỉ ảnh hưởng đến lòng dẫn sông Hồng mà còn gây ra các vấn đề về bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

II. Giải pháp ổn định lòng dẫn sông Hồng

Để đối phó với những thách thức từ biến đổi khí hậu và tác động môi trường, các giải pháp ổn định lòng dẫn sông Hồng đã được đề xuất. Những giải pháp này bao gồm cả công trình và phi công trình, nhằm đảm bảo sự ổn định và phát triển bền vững của lòng sông. Quy hoạch sông và quản lý nước là những yếu tố quan trọng trong việc thực hiện các giải pháp này.

2.1. Quản lý khai thác cát

Việc quản lý khai thác cát ở hạ du sông Hồng là một trong những giải pháp quan trọng để giảm thiểu tình trạng mất cân bằng bùn cát. Các biện pháp quản lý chặt chẽ và quy hoạch hợp lý sẽ giúp ổn định lòng dẫn sông Hồng và bảo vệ tài nguyên nước.

2.2. Giải pháp tổng hợp

Các giải pháp tổng hợp bao gồm việc xây dựng các công trình chỉnh trị, trồng rừng phòng hộ và áp dụng các biện pháp bảo vệ môi trường. Những giải pháp này không chỉ giúp ổn định lòng dẫn sông Hồng mà còn góp phần vào phát triển bền vững của khu vực.

III. Dự báo tương lai và nghiên cứu môi trường

Các nghiên cứu về dự báo tương lai và nghiên cứu môi trường đã chỉ ra rằng, lòng dẫn sông Hồng sẽ tiếp tục biến đổi trong những thập kỷ tới. Việc áp dụng các mô hình toán học như MIKE 11 đã giúp dự báo chính xác hơn về xu hướng biến đổi và đề xuất các giải pháp ổn định hiệu quả.

3.1. Mô hình MIKE 11

Mô hình MIKE 11 được sử dụng để mô phỏng diễn biến lòng dẫn sông Hồng và dự báo xu hướng biến đổi trong tương lai. Các kết quả từ mô hình này đã cung cấp cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp ổn định lòng sông.

3.2. Nghiên cứu môi trường

Các nghiên cứu môi trường đã tập trung vào việc đánh giá tác động môi trường từ các hoạt động khai thác và xây dựng. Những nghiên cứu này đã góp phần quan trọng trong việc đề xuất các biện pháp bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Tổng quan nghiên cứu

Sông Hồng là một trong những con sông lớn và giàu phù sa nhất Việt Nam, với lưu lượng bùn cát lơ lửng trung bình tại trạm Sơn Tây giai đoạn 1985-1990 đạt khoảng 114-115 triệu tấn/năm. So sánh với sông Mê Kông, sông Hồng có hàm lượng phù sa lớn gấp 5 lần, thể hiện tầm quan trọng của nguồn tài nguyên này đối với đồng bằng châu thổ Bắc Bộ. Tuy nhiên, từ năm 1988 khi hồ Hòa Bình đi vào hoạt động, lượng bùn cát lơ lửng giảm mạnh tại hạ lưu sông Đà, ảnh hưởng đến cân bằng bùn cát và diễn biến lòng dẫn sông Hồng. Bên cạnh đó, hoạt động khai thác cát tràn lan, không theo quy hoạch tại các khu vực như Hà Nội đã gây ra hiện tượng sạt lở bờ sông nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn đê điều và đời sống người dân.

Nghiên cứu tập trung đánh giá diễn biến lòng dẫn sông Hồng giai đoạn 2001-2012, dự báo xu thế biến đổi đến năm 2050 theo các kịch bản khai thác tài nguyên, đồng thời đề xuất các giải pháp ổn định lòng dẫn nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung trên đoạn sông Hồng từ sau hồ Hòa Bình đến cửa Ba Lạt, khu vực có mật độ dân cư cao và nhiều công trình thủy lợi, giao thông quan trọng. Việc nghiên cứu này có ý nghĩa thiết thực trong việc quản lý tài nguyên nước, phòng chống thiên tai và phát triển kinh tế xã hội vùng đồng bằng sông Hồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình thủy lực hiện đại, trong đó nổi bật là mô hình MIKE 11 do DHI Water & Environment phát triển. MIKE 11 là mô hình thủy động lực học một chiều, giải hệ phương trình Saint-Venant mô tả dòng chảy biến đổi theo thời gian và không gian, bao gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng. Mô hình này cho phép mô phỏng chi tiết các hiện tượng thủy lực như dòng chảy, vận chuyển bùn cát, tác động của công trình thủy lợi, đập, cống, cầu trên hệ thống sông.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: lưu lượng bùn cát lơ lửng (Qs), độ đục nước sông, hệ số nhám Manning (n), bán kính thủy lực (R), và các thông số thủy lực đặc trưng của lòng sông. Mô hình MIKE 11 còn tích hợp các mô-đun bổ sung như mô-đun vận chuyển bùn cát (Mike-ST), mô-đun chất lượng nước (Mike-WQ), giúp phân tích toàn diện quá trình biến đổi lòng dẫn sông.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu đo đạc thực tế tại 165 mặt cắt ngang sông Hồng giai đoạn 2001-2011, số liệu lưu lượng, mực nước, độ đục và bùn cát lơ lửng tại các trạm thủy văn như Sơn Tây, Hà Nội, Yên Bái, Vụ Quang. Dữ liệu địa hình lòng dẫn được cập nhật từ các đợt khảo sát năm 1998-2011, bao gồm 792 mặt cắt của 25 sông chính trong hệ thống sông Hồng - Thái Bình.

Phương pháp phân tích bao gồm thống kê mô tả, phân tích xu hướng biến đổi lòng dẫn, phân tích tỷ lệ đóng góp bùn cát của các nhánh sông Đà, Thao, Lô vào sông Hồng. Mô hình MIKE 11 được hiệu chỉnh và kiểm định bằng các trận lũ thực tế tháng 8/1996 và 8/2002, sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn 6 điểm để giải hệ phương trình Saint-Venant. Các kịch bản khai thác cát và biến đổi dòng chảy được xây dựng để dự báo diễn biến lòng dẫn đến năm 2050.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ thu thập số liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh kiểm định, phân tích kết quả đến đề xuất giải pháp trong khoảng thời gian từ năm 2001 đến 2014.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Diễn biến lòng dẫn sông Hồng giai đoạn 2001-2011:
   Phân tích 165 mặt cắt ngang cho thấy xu hướng hạ thấp lòng dẫn rõ rệt, đặc biệt tại các mặt cắt từ SHG73 đến SHG86 với mức hạ thấp trung bình từ 2,5m đến gần 17m tại một số vị trí. Mặt cắt SHG89 ghi nhận sự mở rộng lòng dẫn gần gấp đôi so với năm 2001. Tổng thể, lòng dẫn sông có xu hướng hạ thấp và dịch chuyển dòng chảy từ bờ tả sang bờ hữu hoặc ngược lại, ảnh hưởng đến ổn định bờ sông.

2. Ảnh hưởng của hồ Hòa Bình đến lưu lượng bùn cát:
   Lưu lượng bùn cát lơ lửng tại trạm Hòa Bình giảm khoảng 8 lần sau khi hồ đi vào hoạt động, tại Sơn Tây giảm 1,9 lần và tại Hà Nội giảm 1,6 lần. Ngược lại, lưu lượng bùn cát tại sông Thao và sông Lô tăng khoảng 1,35 lần do tác động của khai thác rừng và xói mòn lưu vực. Tỷ lệ đóng góp bùn cát của sông Đà giảm từ 55% xuống còn 10%, trong khi sông Thao tăng từ 36% lên 73%.

3. Phân phối bùn cát theo mùa và tháng:
   Lưu lượng bùn cát mùa lũ chiếm từ 87% đến 95% tổng lượng năm, lớn gấp 10-32 lần so với mùa kiệt trước khi có hồ Hòa Bình, và gấp 9,5-15 lần sau khi có hồ. Biên độ dao động lưu lượng bùn cát theo tháng rất lớn, với tháng cao điểm gấp 33-890 lần tháng thấp điểm. Sau khi có hồ Hòa Bình, lưu lượng bùn cát mùa lũ giảm mạnh tại các trạm hạ lưu sông Đà, nhưng tăng tại các trạm sông Thao và Lô.

4. Tác động của khai thác cát:
   Trên địa bàn Hà Nội có hơn 30 điểm khai thác cát, trong đó 5 điểm cố định và 26 điểm lưu động, gây sạt lở bờ sông nghiêm trọng tại các khu vực như xã Hải Bối, phường Ngọc Thụy. Việc khai thác không theo quy hoạch làm thay đổi dòng chảy, ảnh hưởng đến an toàn đê điều và giao thông thủy. Cao trình mặt bãi sông tăng khoảng 0,7-1m do lấn chiếm, làm giảm khả năng thoát lũ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của biến đổi lòng dẫn sông Hồng là sự mất cân bằng bùn cát do tác động của hồ Hòa Bình và khai thác cát tràn lan. Hồ Hòa Bình giữ lại phần lớn bùn cát thượng nguồn, làm giảm lượng phù sa bồi đắp hạ lưu, dẫn đến hạ thấp lòng dẫn và sạt lở bờ sông. Đồng thời, khai thác cát không kiểm soát làm thay đổi dòng chảy, gây xói mòn cục bộ và mất ổn định bờ sông.

So sánh với các nghiên cứu trong khu vực, kết quả phù hợp với xu hướng giảm phù sa do các công trình thủy điện và tăng xói mòn do khai thác tài nguyên không bền vững. Việc mô phỏng bằng mô hình MIKE 11 cho phép dự báo chính xác diễn biến lòng dẫn, hỗ trợ quản lý tài nguyên và phòng chống thiên tai hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến đổi cao trình mặt cắt ngang theo năm, bảng thống kê lưu lượng bùn cát theo mùa và tháng, cũng như bản đồ phân bố các điểm khai thác cát và khu vực sạt lở để minh họa rõ ràng các hiện tượng nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường quản lý khai thác cát:
   Áp dụng quy hoạch khai thác cát nghiêm ngặt, hạn chế khai thác tại các khu vực nhạy cảm, kiểm soát chặt chẽ các điểm khai thác lưu động. Mục tiêu giảm thiểu sạt lở bờ sông, đảm bảo an toàn đê điều trong vòng 5 năm tới, do các cơ quan quản lý địa phương và ngành tài nguyên môi trường thực hiện.

2. Phục hồi và bảo vệ bờ sông:
   Xây dựng các công trình kè, bờ kè mềm kết hợp trồng cây chắn sóng tại các vị trí sạt lở nghiêm trọng như xã Hải Bối, phường Ngọc Thụy. Thời gian thực hiện 3-5 năm, phối hợp giữa chính quyền địa phương và các đơn vị chuyên môn.

3. Nâng cao nhận thức cộng đồng:
   Tuyên truyền, giáo dục người dân về tác hại của khai thác cát trái phép và lấn chiếm bãi sông, khuyến khích tham gia bảo vệ môi trường sông nước. Chương trình triển khai liên tục, do các tổ chức xã hội và chính quyền địa phương phối hợp thực hiện.

4. Ứng dụng mô hình thủy lực trong quản lý:
   Sử dụng mô hình MIKE 11 để theo dõi, dự báo diễn biến lòng dẫn và bùn cát, hỗ trợ ra quyết định trong quy hoạch phát triển và phòng chống thiên tai. Cập nhật mô hình định kỳ hàng năm, do các viện nghiên cứu và trường đại học chủ trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý tài nguyên nước và đê điều:
   Hỗ trợ xây dựng chính sách khai thác cát, quản lý lòng sông, phòng chống sạt lở và lũ lụt hiệu quả.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành thủy lợi, môi trường:
   Cung cấp dữ liệu thực nghiệm, mô hình phân tích và phương pháp nghiên cứu hiện đại về biến đổi lòng dẫn sông.

3. Chính quyền địa phương và đơn vị thi công công trình thủy lợi, giao thông:
   Tham khảo để thiết kế, vận hành các công trình phù hợp với diễn biến lòng dẫn và bảo vệ an toàn công trình.

4. Cộng đồng dân cư sống ven sông:
   Nâng cao nhận thức về tác động của khai thác cát và biến đổi lòng sông, tham gia bảo vệ môi trường và an toàn đê điều.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hồ Hòa Bình lại ảnh hưởng lớn đến lưu lượng bùn cát sông Hồng?
   Hồ Hòa Bình giữ lại phần lớn bùn cát thượng nguồn trong quá trình tích nước, làm giảm lượng phù sa chảy xuống hạ lưu, dẫn đến giảm lưu lượng bùn cát tại các trạm Sơn Tây, Hà Nội, ảnh hưởng đến cân bằng bùn cát và lòng dẫn sông.

2. Khai thác cát trái phép gây ra những hậu quả gì?
   Khai thác cát không kiểm soát làm thay đổi dòng chảy, gây sạt lở bờ sông, mất ổn định đê điều, ảnh hưởng đến an toàn giao thông thủy và đời sống người dân ven sông.

3. Mô hình MIKE 11 có ưu điểm gì trong nghiên cứu lòng dẫn sông?
   MIKE 11 mô phỏng thủy lực một chiều, giải hệ phương trình Saint-Venant, tích hợp các mô-đun vận chuyển bùn cát, cho phép phân tích chi tiết dòng chảy, bùn cát và tác động công trình trên hệ thống sông phức tạp.

4. Làm thế nào để ổn định lòng dẫn sông Hồng trong tương lai?
   Cần kết hợp quản lý khai thác cát hợp lý, xây dựng công trình bảo vệ bờ sông, phục hồi môi trường bãi sông và ứng dụng mô hình dự báo để điều chỉnh chính sách kịp thời.

5. Tại sao lưu lượng bùn cát tại sông Thao và Lô lại tăng sau khi có hồ Hòa Bình?
   Do khai thác rừng bừa bãi và xói mòn lưu vực từ những năm 1980 trở lại đây, làm tăng lượng bùn cát gia nhập sông Thao và Lô, dẫn đến tăng lưu lượng bùn cát tại các trạm Yên Bái và Vụ Quang.

Kết luận

• Đã đánh giá chi tiết diễn biến lòng dẫn sông Hồng giai đoạn 2001-2011, ghi nhận xu hướng hạ thấp và dịch chuyển dòng chảy rõ rệt.
• Hồ Hòa Bình làm giảm mạnh lưu lượng bùn cát tại hạ lưu sông Đà, thay đổi tỷ lệ đóng góp bùn cát của các nhánh sông vào sông Hồng.
• Khai thác cát tràn lan và không kiểm soát là nguyên nhân chính gây sạt lở bờ sông, ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn đê điều và môi trường.
• Mô hình MIKE 11 được hiệu chỉnh và kiểm định thành công, là công cụ hiệu quả để dự báo diễn biến lòng dẫn và hỗ trợ quản lý tài nguyên nước.
• Đề xuất các giải pháp quản lý khai thác cát, bảo vệ bờ sông, nâng cao nhận thức cộng đồng và ứng dụng mô hình thủy lực nhằm ổn định lòng dẫn sông Hồng đến năm 2050.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp đề xuất, cập nhật mô hình định kỳ và mở rộng nghiên cứu sang các lưu vực phụ để đảm bảo phát triển bền vững hệ thống sông Hồng. Mời các nhà quản lý, chuyên gia và cộng đồng cùng tham gia thực hiện các biện pháp bảo vệ và phát triển tài nguyên nước hiệu quả.