Cảnh báo về hậu quả khai thác cát sông Hồng vượt lượng cát về hàng năm

Từ 2002 đến 2008, với cùng một cấp lưu lượng mùa khô, mực nước ở sông Hồng và sông Đuống liên tục hạ thấp. Mực nước mùa khô hạ thấp do lòng sông bị mất một lượng lớn cát đáy. Có 02 nguyên nhân gây mất cát đáy: bị giữ lại trên hồ chứa và do khai thác quá mức ở hạ du. Nếu giữ lại trên hồ chứa là nguyên nhân chính thì không khắc phục được. Nếu khai thác cát ở hạ du là nguyên nhân chính, sẽ có nhiều biện pháp sửa chữa. Bài viết thử tìm đâu là nguyên nhân chính của hiện tượng, hậu quả do nó gây ra và phương hướng khắc phục.

I. Đặt vấn đề

Từ 1981 đến 1998, với cùng một cấp lưu lượng mùa khô, mức nước ở các trạm dao động trong phạm vi nhỏ (dăm ba chục cm ), khi lên, khi xuống.

Từ 2002 đến 2008 , với cùng một cấp lưu lượng mùa khô, mức nước ở các trạm liên tục hạ thấp. So sánh số liệu thời kỳ 2002 với 2008, tại Sơn Tây với cấp Q= 2000 m3/s, mức nước đã hạ thấp khoảng 1,7 m, tại Hà Nội với cấp Q = 1000 m3/s, mức nước đã hạ thấp khoảng 1,10 m, tại Thượng Cát, với cấp Q = 600 m3/s mức nước đã hạ thấp khoảng 2,2 m như số liệu trong bảng 1:

Bảng 1 -Quan hệ Q-H mùa khô các trạm Sơn Tây, Hà Nội, Thượng cát từ 1961 đến 2008

Hiện tượng này đã gây nhiều khó khăn cho dẫn tưới, gây sạt lở bờ sông mạnh hơn trước và nhiều bất lợi khác cho khai thác sông Hồng.

Mức nước mùa khô hạ thấp do đáy sông bị hạ thấp. Đáy sông hạ thấp, do mất một lượng lớn bùn cát. Có hai nguyên nhân gây mất bùn cát: do bị giữ lại trên hồ chứa và do khai thác cát quá mức của con người ở hạ du .

Một số cơ quan cho rằng giữ bùn cát lại trên hồ là nguyên nhân chính, nên không khắc phục được. 

Kết quả tính xói sâu hạ du do giữ bùn cát trên hồ Hòa Bình của nhiều tác giả cho thấy sau 40 năm, khi xói sâu đạt giới hạn ổn định, lòng sông vùng ngã ba Thao – Đà xói sâu khoảng 3 m, vùng Sơn Tây khoảng 1,5 m, vùng Hà Nội khoảng 0,50 m. Kết quả tính xói sâu sau hồ Tuyên Quang cho thấy hiện tượng xói sâu chỉ xảy ra trên sông Lô, không lan xuống sông Hồng, vì vậy cần xem xét thêm tác động khai thác cát ở hạ du đến hiện tượng hạ thấp mức nước mùa khô trên lưu vực sông Hồng.

Vấn đề nêu trên rất phức tạp, tài liệu thực đo ít và không được cập nhật, người viết bài này, chỉ mong nêu vấn đề để cùng suy nghĩ và thảo luận.

Dưới đây thử phân tích xem đâu là nguyên nhân chính gây xói lòng sông hạ du, các hậu quả do nó gây ra, và có khả năng khắc phục được không?

II. Lượng cát chuyên đề về hàng năm trên sông Hồng trước và sau khi có hồ Hòa Bình

Tổng lưu lượng bùn cát S ở thượng lưu chuyển về hàng năm qua một nhánh sông, được biểu diễn bởi công thức 1 :  S =  Ss + Sb   ( kg/s )  (1)

Trong đó Ss là lưu lượng bùn cát lơ lửng và Sb là lưu lượng bùn cát đáy. Số liệu thực đo bùn cát lơ lửng trên sông Hồng có từ năm 1904 và được đo liên tục cho đến nay. Những năm 1960 một số trạm thủy văn trên sông Hồng có đo lưu lượng bùn cát đáy bằng máy của Liên xô, sau thấy số liệu không thật đảm bảo nên đã ngừng đo. Trong bài toán khai thác cát, cần số liệu cát đáy, thực tế lại không có, nên phải dựa vào kinh nghiệm xử lý của các nước trên thế giới.

Kinh nghiệm thực tiễn của nhiều nước, Sb được tính bằng một tỷ lệ nào đó của Ss tùy theo nồng độ của Ss. Trong quy hoạch tổng thể đồng bằng sông Hồng (2) đã tính Sb = (10%-15%) Ss. Chúng ta tạm dùng số liệu này làm cơ sở tính khối lượng cát đáy chuyển qua các trạm thủy văn  trên sông Hồng hàng năm

Năm 1996, trong báo cáo Đánh giá kết quả nghiên cứu khoa học hạ du Hòa Bình (1), Vũ Tất Uyên đã đưa ra các số liệu về lưu lượng phù sa trung bình năm tại các trạm thủy văn Sơn Tây, Hà Nội, Thượng Cát trước và sau điều tiết của hồ Hòa Bình như bảng  2 dưới đây:

Bảng 2 - Lưu lượng và tổng lượng phù sa lơ lửng trung bình năm tại Sơn Tây, Hà Nội, Thượng Cát trước và sau điều tiết của hồ Hòa Bình

Trong bảng  Sst, Shn , Stc lần lượt là lưu lượng phù sa trung bình năm tại Sơn Tây, Hà Nội, Thượng Cát. Gst, Ghn, Gtc là tổng lượng phù sa chuyển qua Sơn Tây, Hà Nội trong một năm, tính bằng triệu tấn .

Theo số liệu bảng 2, thời kỳ 1991-1994 (khi có hồ Hòa Bình) lượng bùn cát  chuyển qua Sơn Tây chỉ còn bàng 58% lượng bùn cát  thời kỳ 1961-1970 (chưa có hồ Hòa Bình). Tương tự, với Hà Nội là 61%, Thượng Cát là 86%. Nếu tạm tính lưu lượng cát đáy bằng 15% lưu lượng cát lơ lửng, với dung trọng cát đáy bằng 1,6 t/m3 sẽ có tổng lượng cát đáy chuyển qua trạm Sơn Tây, Hà Nội, Thượng Cát thời kỳ trước và sau Hòa Bình trong bảng 3:

Bảng 3 - Tổng lượng cát đáy chuyển qua Sơn Tây, Hà Nội, Thượng Cát trước và sau Hòa Bình

Năm 2006 hồ Tuyên Quang được đưa vào khai thác. Hồ Tuyên Quang nằm trên một nhánh của sông Lô, lưu lượng bùn cát không lớn, nên không ảnh hưởng nhiều đến các số liệu trên bảng 2, bảng 3. Năm 2010 hồ Sơn La bắt đầu tích nước.Hồ Sơn La là hồ bậc thang trên sông Đà, nằm phía thượng du hồ Hòa Bình, nên khi đưa hồ Sơn La vào khai thác, lượng bùn cát về sông Hồng sẽ không thay đổi nhiều  .Vì vậy có thể tạm dùng các số liệu ở bảng 2, bảng 3 để tính lượng bùn cát chuyển về sông Hồng trong giai đoạn hiện nay.

III. Ước lượng khối lượng cát khai thác hàng năm trên sông Hồng

Báo cáo Đánh giá kết quả nghiên cứu khoa học hạ du Hòa Bình cũng nêu các số liệu về khai thác cát quanh vùng Hà Nội trong các năm 1990-1993 do phòng đê điều sở Thủy Lợi Hà Nội cung cấp, như trên bảng 4.

Bảng 4 – Khối lượng khai thác cát khu vực Hà Nội - Thượng Cát

Trong bảng, tốc độ tăng trưởng tính tỷ lệ với khối lượng khai thác năm 1990 Từ năm 1990 đến năm 1993 lượng cát khai thác đã tăng gấp 3,5 lần . Khối lượng khai thác cát thuộc địa phận Hà Nội lớn hơn các vùng khác rất nhiều, đặc biệt là bờ phải phía nội thành Hà Nội với cường độ khoảng 75.500 m3/km/năm. Do sau khi có hồ Hòa Bình lượng cát về giảm nhiều, trong khi lượng cát khai thác cho xây dựng tăng mạnh, nên năm 1995, 1996 đã xuất hiện xói lở bờ ở vùng kè Phú Gia, phải xử lý khẩn cấp .

Hiện nay, sau 17 năm, với sự phát triển mạnh mẽ các khu đô thị dọc sông Hồng, số liệu cho trên bảng 4 chắc chắn đã lạc hậu . Các cơ quan liên quan như Bộ Tài nguyên môi trường, Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, Bộ Xây dựng không cung cấp được số liệu chính xác, vì quản lý các doanh nghiệp được cấp phép không chặt và vì không nắm được đầy đủ hoạt động khai thác cát trái phép. Trong khi chờ đợi số liệu chính thức do các cơ quan chức năng cung cấp, tạm thời ước lượng về tổng lượng cát khai thác trên sông Hồng hàng năm theo các cách dưới đây :

Tính theo số liệu trên bảng 3 và bảng 4 thì lượng cát khai thác ở vùng Hà Nội năm 1993 đã bằng 43% lượng cát về hàng năm qua trạm thủy văn Hà Nội. Với tốc độ tăng trưởng trên bảng 4 , lượng cát khai thác ở vùng Hà Nội và vùng hạ du sông  Hồng  hiện nay, vươt quá lượng cát về là hoàn toàn có khả năng xẩy ra .

Theo đánh giá của các cán bộ quản lý đường sông, hiện nay lượng cát khai thác trên sông Hồng, sông Đuống hàng năm vào khoảng vài chục triệu mét khối, vượt lượng cát về hàng năm ghi trên bảng 4 nhiều lần.

Dựa trên sự hạ thấp mức nước từ 2002 đến 2008 cho trên bảng 1 ,tạm coi lòng sông hạ thấp tương ứng với sự hạ thấp mức nước mùa khô,  tính lượng cát bị lấy mất trong 7 năm qua trên sông Đuống và trên sông Hồng từ Việt Trì đến Hưng Yên, kết quả là : lòng sông Hồng, sông Đuống đã bị lấy mất khoảng 126 triệu m3 cát đáy trong 7 năm qua, trung bình mỗi năm bị lấy mất khoảng 18 triệu m3, rất gần với ước lượng của các cán bộ quản lý đường sông.

Nếu lượng cát khai thác ở hạ du đã lên đến gần hai chục triệu m3/năm, gấp 4 lần lượng cát giữ lại trên hồ, gấp 3 lần lượng cát về hạ du hàng năm sau  khi có hồ,thì nguyên nhân chủ yếu gây xói lòng sông Hồng hiện nay chính là do khai thác cát quá mức ở hạ du.

Đây là một kết luận đáng mừng, vì nếu xói sâu lòng sông hạ du hiện nay chủ yếu do khai thác cát quá mức , sẽ có nhiều biện pháp khắc phục, có khả năng khôi phục lại cao độ lòng sông, ít nhất cũng giữ cho lòng sông không xói sâu thêm.

IV. Hậu quả của khai thác cát vượt lượng cát về hàng năm trên sông Loire (Pháp)

Ở Việt Nam chưa có một nghiên cứu  tổng hợp về hậu quả khai thác cát sông , nên dưới đây giới thiệu hiện tượng này trên sông Loire của Pháp, một con sông dài nhất, giữ được nhiều nét tự nhiên nhất của Pháp , coi như một tài liệu tham khảo (3) và (4)

Nghiên cứu được thực hiện bởi Sở Thủy lực Trung Tâm Pháp vào năm 1994. Đã thu thập số liệu về địa hình lòng sông, về quan hệ mực nước và lưu lượng của 50 trạm thủy văn, rải trên 450 Km chiều dài sông, nằm giữa Allier và Acenis, như trên hình 1.

Hình 1 – Khu vực nghiên cứu hậu quả khai thác cát trên sông Loire

Kết quả  so sánh mực nước mùa khô nhiều năm , cho thấy sự hạ thấp mực nước  rất lớn trong suốt chiều dài đoạn sông nghiên cứu. Mức nước hạ thấp không đồng đều dọc theo sông, thường lớn nhất ở gần các thành phố lớn : Ở Orlean hạ thấp 1,50 m, ở Tours 2,00 m và Ancenis trên 3,00 m . Giá cát phụ thuộc chủ yếu vào chi phí vận chuyển, nhu cầu xây dựng ở các khu đô thị rất lớn, nên thường khai thác cát tập trung vào đoạn sông gần đô thị. Hinh 2 là đường quan hệ lưu lượng và mực nước sông ở thành phố Tours  Hình 3  cho cái nhìn tổng quát về biến đổi cao độ lòng sông và mực nước trên một đoạn sông Loire.

Hình 2 - Đường quan hệ lưu lượng và mức nước sông Loire ở thành phố Tours

Hình 3 - Biến đổi cao độ lòng sông và mực nước trên sông Loire đo bởi CMB

Ngược với mong đợi của nhiều người, sự hạ thấp lòng sông chính không phải lúc nào cũng dẫn đến giảm mức nước lũ . Ở những vùng lòng sông chia nhánh, xói sâu tập trung vào một nhánh, nhánh còn lại khô cạn nổi dần lên mặt nước,cây cỏ mọc lên rậm rạp làm mức nước lũ không hạ thấp, có khi còn dâng cao.

Năm 1981, SOGREAH dùng mô hình toán, tính mực nước lũ  trên sông Loire sau khi lòng sông bị hạ thấp  , ghi nhận sự hạ thấp mực nước lũ trên 2/3 chiều dài đoạn sông, trên 1/3 chiều dài còn lại, mực nước sông hoặc dâng cao hoặc không hạ thấp .

Khối lượng cát khai thác cao nhất trên sông Loire xẩy ra vào năm 1979, đạt 4.106 m3 , trong khi lượng cát về hàng năm theo tính toán vào khoảng 1.106m3 . Vì những hậu quả lớn, ảnh hưởng đến dòng chẩy, năm 1981 chính quyền đã chủ trương cấm khai thác ở lòng sông chính, chỉ cho phép khai thác ở các bãi ven sông, đã  giảm đáng kể tổng lượng cát khai thác trên sông Loire. Chủ trương này đã cho kết quả khá tốt, từ năm 1983 đến 1989 cao độ lòng sông và mực nước mùa kiệt đã hồi phục dần dần.

V. Ảnh hưởng của khai thác cát đến môi trường và các hoạt động khác trên dòng sông

5.1. Xói lở lòng sông và bờ sông

Khi lấy cát vượt quá lượng cát từ thượng du chuyển về, xuất hiện xói lòng sông hoặc lở bờ, hay cả hai hiện tượng xẩy ra cùng lúc . Nếu bờ tương đối ổn định, được kè giữ hoặc che phủ cây cỏ, lòng sông bị xói và hạ thấp trước . Lòng sông hạ thấp đến mức nào đó, mái bờ sông bị mất chân sẽ sụp đổ, mặt cắt lòng sông mở rộng ra .

Thường khai thác cát không rải đều, mà tập trung vào một số điểm thuận tiện vận chuyển, do đó một vài nơi trên sông Hồng, sông Đuống cao độ đáy sông đã hạ thấp xuống -15 m  - 20 m,  gây sạt lở mạnh bờ sông.

Hiện tượng sạt lở bờ sông, sâu vào bờ hàng chuc mét tại thị xã Sơn Tây vào cuối năm 2010 là một cảnh báo rất đáng quan tâm.

Khi  lòng sông bị xói sâu ở điểm A, sẽ dẫn đến xói tiếp ở phía trên điểm A vì hố xói  A đã làm tăng độ dốc mặt nước phía trên điểm A, tăng sức tải cát của dòng chẩy, dẫn đến xói lở  phía trên điểm A. Hố xói A cũng dẫn đến xói lở ở phía dưới điểm A : dòng cát đáy chuyển từ thượng lưu về đọng lại hố xói A, lượng cát chuyển về hạ du giảm, dòng chẩy sẽ lấy cát từ lòng sông phía dưới điểm A để bổ sung và gây xói .

Do điều tiết cùa hồ chứa, những năm gần đây , hạ du sông Hồng hầu như không có lũ.Trong thời gian tới, nếu xẩy ra lũ lớn, chắc chắn sạt lở sẽ nghiêm trọng hơn, có thể đe dọa an toàn của hệ thống đê.

5.2. Bồi đọng bùn cát

Khi lòng sông, bờ sông bị xói, dòng chẩy được bổ sung một lượng bùn  cát nhất định. Các hạt nhỏ, mịn được chuyển khá xa về hạ du và lắng đọng lại ở  vùng dòng chẩy yếu. Hiện tượng này có thể ảnh hưởng đến vận tải thủy, và trong một số trường hợp có thể làm mức nước lũ nâng cao ở vùng đó

5.3. Số lượng và chất lượng nước

Lòng sông bị hạ thấp, mức nước sông mùa kiệt bị hạ thấp theo, các kênh dẫn tưới ven sông sẽ thiếu nước. Lượng nước ngầm và độ ẩm của đất ven sông giảm, ảnh hưởng đến năng suất cây trồng .Những hiện tượng bất lợi này cũng đang xẩy ra ở hạ du sông Hồng, gây nhiều khó khăn cho lấy nước vào cống Xuân Quan trong dăm năm gần đây.

5.4. Động vật và thực vật  thủy sinh

Khai thác cát ảnh hưởng trực tiếp đến tồn tại và phát triển của các loại động vật và thực vật thủy sinh

5.5. Vùng sông chịu ảnh hưởng thủy triều

Khai thác vượt lượng cát ở thượng lưu về hàng năm, nước mặn sẽ tiến sâu vào đất liền hơn so với trước .Hiện tượng này cũng đang xẩy ra ở hạ du sông Hồng.

VI. Một số kiến nghị

Tình hình nêu trên đòi hỏi chúng ta phải quan tâm nhiều hơn đến khai thác cát sông Hồng, nghiên cứu toàn diện các mặt và quản lý chặt việc khai thác cát. Xin mạnh dạn  kiến nghị một số điểm sau đây :

- Các ngành chức năng ( Tài nguyên và môi trường, Nông nghiệp và phát triển Nông thôn, Xây dựng, và Chính quyền địa phương…) cần phối hợp chặt chẽ để quản lý tốt việc  khai thác cát. Cần quy định trách nhiệm của từng ngành,từng địa phương nếu xẩy ra khai thác cát vượt quá giới hạn cho phép, gây hậu quả tai hại cho môi trường sinh thái sông Hồng

- Tiến hành thu thập tài liệu về dòng bùn cát, dòng nước, địa hình lòng sông nhiều năm trên các tram thủy văn dọc sông Hồng để :

+ Xác định lượng cát về hàng năm trên từng nhánh sông Hồng.

+ Xác định lượng cát khai thác thực hàng năm hiên nay trên từng đoạn sông.

+ Đánh giá chính xác hiện tượng hạ thấp lòng sông và hạ thấp mức nước mùa khô  do ảnh hưởng của khai thác cát , và các ảnh hưởng khác.

- Quản lý chặt việc khai thác cát trên sông Hồng :

+ Tuyên truyền sâu rộng trong nhân dân: cát sông Hồng không phải nguồn tài nguyên vô tận, khai thác vượt lượng cát về hàng năm sẽ gây nhiều hậu quả tai hại, để toàn dân đồng tình với chủ trương quản lý chặt việc khai thác cát, cùng tham gia thực hiện và giám sát

+ Những doanh nghiệp được cấp phép, phải khai thác theo quy trình chặt chẽ, trong đó quy định lấy cát ở chỗ nào, vào thời điểm nào, với khối lượng bao nhiêu, và các chế độ báo cáo thường  kỳ. Có thể tham khảo các nguyên tắc trong quy trình  khai thác cát ơ  Australian (5) như sau :

* Chỉ cho phép khai thác cát ở thượng lưu các đập, hồ điều tiết

* Chỉ cho phép khai thác cát   lòng sông, ở những đoạn lòng sông đang bồi cao rõ rệt

* Chỉ cho phép khai thác cát trên đỉnh các bãi bồi ven sông và bãi giữa, có cao trình cao hơn mức nước sông mùa khô.

* Không được khai thác cát trên các đoạn sông bờ đang bị xói, chiều rộng lòng dẫn đang mở rông ……

- Kiểm tra, giám sát chặt việc khai thác trái phép

+ Coi khai thác cát trái phép là hành động phá hoại đê điều, xâm phạm an ninh phòng lũ.

+ Phối hợp giữa các doanh nghiệp  bán và mua cát . Các công ty xây dựng không được mua cát khai thác trái phép, có chế tài xử phạt các doanh nghiệp mua cát lậu.

Tài liệu tham khảo

[1]. Vũ Tất Uyên – Đánh giá kết quả nghiên cứu hạ du Hòa Bình – 11/1996

[2]. Red river Delta Master Plan – Considerations on morphological aspects of the river system of Red river anh Thai Binh river – 1994

[3]. Zbigniew Gasowski – (SHC) L’enfoncement du lit de la Loire – 1994

[4]. SHC – La Loire exploitee – 1996

[5]. New South Wales – Australian – The NSW sand and Gravel extraction policy for non tidal river - 1996

Tác giả: GS.TS. Vũ Tất Uyên, PGS.TS. Lê Mạnh Hùng
Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

Tạp chí KH&CN Thủy lợi