Một số công trình chỉnh trị sông có tính sáng tạo đạt hiệu quả ổn định lâu dài

Hiện nay, nhiều loại công trình chỉnh trị sông được ứng dụng vào thực tiễn ở nước ta, với mục đích điều chỉnh dòng chảy, chống xói lở, gây bồi, bảo vệ bờ sông... Nhiều công trình được xây dựng đã phát huy tác dụng tốt, đáp ứng được mục tiêu, nhiệm vụ đặt ra, nhưng cũng không ít công trình đã không phát huy tác dụng, thậm chí đổ vỡ, tác động trái với ý muốn người thiết kế. Để đảm bảo công trình chỉnh trị sông được xây dựng đạt hiệu quả và ổn định lâu dài, tác giả xin giới thiệu một số công trình chỉnh trị sông, bảo vệ bờ tiêu biểu đã được ứng dụng sáng tạo ở nước ta đạt hiệu quả cao để các bạn đồng nghiệp tham khảo.

Công trình chỉnh trị sông là loại công trình có yêu cầu cao về tính khoa học- công nghệ vì diễn biến lòng dẫn song, theo không gian và thời gian diễn ra rất phước tạp, không dễ năm bắt [8,9,10]. Thực tế đã từ hơn 40 năm nay, rất nhiều công trình chỉnh trị sông đã được xây dựng trên nhiều dòng sông quan trọng, nhưng cho đến nay, hiện tượng sạt lở, bồi lắng, dịch chuyển dòng chủ lưu vẫn là một vấn nạn gây nhiều tổn thất nghiêm trọng cho dân cư và các cơ sở hạ tầng ven sông.

Tuy vậy, bên cạnh không ít các công trình đã xây dựng không phát huy tác dụng, đổ vỡ, tác động không theo ý muốn v.v…thì cũng có những công trình đã đem lại hiệu quả rất rõ nét. Đáp ứng đầy đủ mục tiêu, nhiệm vụ đặt ra và đảm bảo ổn định lâu dài. Để thấy rõ được hiệu quả, tính sáng tạo và làm bài học kinh nghiệm cho các công trình chỉnh trị song được xây dựng sau này, chúng tôi xin giới thiệu 3 công trình chỉnh trị song tiêu biểu, được đánh giá cao về mặt khoa học và kinh tế ở 3 miền khác nhau của nước ta.

1- Công trình cắt đoạn cong gấp để chống sạt lở đê Quản Xá - Thanh Hóa

Quản Xá là tên gọi công trình kè xung yếu nhất trên sông Chu trong những năm 90 của thế kỷ trước, bảo vệ cho đoạn đê dọc theo  bờ lõm của khúc sông cong thuộc địa phận của các xã Thiệu Hợp, Thiệu Duy, Thiệu Thịnh, huyện Thiệu Hoá (Thanh Hoá).

Đoạn sông này quá cong, cong gấp nhất trên toàn tuyến sông Chu. Bán kính cong lòng dẫn cơ sở chỉ còn 400 m, cản trở dòng chảy, gây ứ dềnh mặt nước, ảnh hưởng thoát lũ. Chủ lưu ép sát bờ, bờ đã vào sát chân đê. Dưới chân bờ dốc đứng là các hố sâu cục bộ do các dòng xoáy tạo ra. Hố xói lớn nhất đạt đến cao trình (-10 m), trong khi đỉnh đê ở cao trình (+10,5 m).

Vị trí đoạn bị xói mạnh hiện chuyển dần về đầu khúc cong, làm thay đổi thế sông.

Trên đoạn sông này đã từng xây dựng 15 mỏ hàn ngắn, tạo thành một phòng tuyến bảo vệ bờ. Nhưng do lòng sông không ổn định, kết cấu dòng chảy phức tạp, hệ thống công trình này không đủ cả về số lượng lẫn chất lượng để đảm bảo an toàn cho đê. Quản Xá vẫn là nỗi lo lắng thường xuyên của ngành Thủy lợi Thanh Hoá.

Đoạn đê Quản Xá bờ tả sông Chu có ý nghĩa quyết định đến an toàn của cả một khu vực rộng lớn, gồm 16 xã huyện Thiệu Hoá.

Công trình chỉnh trị do Trường Đại học Thủy lợi chủ trì, có sự tham gia của nhóm cán bộ Trường Đại học Xây Dựng do GS.TS. Lương Phương Hậu phụ trách.

Nội dung của phương án chỉnh trị như sau:

+ Với phương châm tách tác nhân gây xói lở bờ uy hiếp đê điều ra khỏi mục tiêu bảo vệ, giải pháp chỉnh trị được xác định trên cơ sở đào kênh dẫn qua bãi Thiệu Tân nhằm cắt đoạn cong gấp, uốn nắn lại tuyến sông Quản Xá. Nhiệm vụ của kênh dẫn sau khi phát triển ổn định phải thoát được 60% lưu lượng mùa lũ, loại bỏ hoàn toàn nguy cơ cho đoạn đê Quản Xá. Phương án cắt vòng sông cong gấp do GS. Lương Phương Hậu đề xuất được chấp nhận và tiến hành thí nghiệm trên mô hình vật lý lòng cứng và lòng động. Kênh mồi có chiều rộng 40 m, đáy kênh ở cao trình -1,0 m, một mỏ hàn hướng dòng ở cửa vào và 5 mỏ hàn bảo vệ bờ ở hạ lưu cửa ra kênh dẫn [4,6].

Công trình cắt đoạn cong Quản Xá, ngoài kênh dẫn  ra còn sử dụng 7 loại công trình khác nhau để hỗ trợ như gia cố bờ; mỏ hàn; kè mõm cá; đập khoá.

Công trình được thực thi và hoàn thành vào cuối năm 1994.

  Hình 1. Sơ đồ bố trí hệ thống công trình cắt sông Chu khu vực Quản Xá

Sau mùa lũ năm 1995, kênh được mở rộng, đào sâu và công trình đã phát huy tác dụng, đạt những hiệu quả tích cực, có thể kể đến như sau:

- Đẩy dòng chủ lưu và trục động lực sang lạch phải (kênh đào), hiện nay theo kết quả khảo sát đoạn sông tháng 6/2008, thì bề rộng lạch trái hiện chỉ chiếm khoảng 20% so với bề rộng lạch phải.

- Giảm lưu lượng về phía lạch trái (lạch chính trước khi cắt cong), vận tốc vùng ven bờ sát đê tả giảm nhỏ, sức tải cát và khả năng vận chuyển bùn cát giảm nhỏ đáng kể ở vùng chân đê trước kia bị sạt lở nay đã bồi cao và hình thành vùng bãi rất thoải, nhân dân vùng ven sông đã trồng rau và hoa màu.

- Chống sạt lở bờ sông, bảo vệ an toàn cho đề điều.

- Tăng khả năng thoát lũ của lòng sông, ổn định thế sông.

 Tháng 5 năm 2008, về thị sát công trình này chúng tôi đã  ghi lại được các hình ảnh về lòng sông hiện nay, chứng kiến cảnh được mùa thu hoạch lúa của bà con địa phương, nghe bà con phản ảnh tâm lý phấn khởi, an toàn trong 15 năm qua không còn lo lắng khi mùa lũ đến.

2- Công trình có kết cấu đảo chiều hoàn lưu chống sạt lở đê Phan Rang- Ninh Thuận

Sông cái Phan Rang khi đi vào thành phố Phan Rang – Tháp Chàm được gọi là sông Dinh. Tuyến đê sông Dinh được xây dựng sau lũ năm 1964 đã bị dòng chảy ép sát chân đê, thời Nguyễn Văn Thiệu đã cho xây dựng một số mỏ hàn ngăn bằng đá đổ. Dòng lũ của sông Dinh lên xuống đột ngột, nhanh, lũ có lưu tốc lớn đã gây nên hiện tượng bồi xói biến hình lòng sông phức tạp, tại các đoạn bờ lõm của các khúc sông cong thuộc khu vực thị xã Phan Rang – Tháp Chàm, lũ những năm cuối thập kỷ 80 đầu thập kỷ 90 (thế kỷ 20) xuất hiện những con lũ lớn, dòng chảy lũ xoáy sâu vào bờ, đào xói lòng sông tạo nên các hố xói lớn, ép sát chân đê làm cho mái bờ đê rất dốc, uy hiếp nghiêm trọng an toàn của đê và cư dân trong vùng.

Công trình chỉnh trị do nhóm cán bộ khoa học gồm PGS. Lê Ngọc Bích, cộng sự (Viện Khoa Học Thủy Lợi miền Nam) và GS.TS. Lương Phương Hậu (trường Đại học Xây Dựng) nghiên cứu, lập dự án và thiết kế kỹ thuật. Với đề xuất của GS. Lương Phương Hậu, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm loại công trình có kết cấu đảo chiều hoàn lưu [3,5,6]. Nguyên tắc làm việc của kết cấu này như sau:

- Trong đoạn sông cong tự nhiên, dòng chảy có kết cấu thứ cấp được gọi là hoàn lưu vì hình chiếu trên mặt cắt ngang của đường dòng là đường tròn khép kín. Hoàn lưu ở khúc sông cong làm cho dòng chảy mặt có hướng từ bờ lồi xô vào bờ lõm, dòng chảy đáy lại từ bờ lõm chuyển sang bờ lồi. Bờ lõm bị sạt lở vì dòng chảy mặt có vận tốc cao, lực xung kích lớn, có thể phá hoại kết cấu đất bờ làm cho đất bờ sạt xuống. Số đất bờ sạt xuống đáy bị dòng chảy đáy mang sang bờ lồi, vì vậy gây ra bồi lắng ở bờ lồi.

- Công trình có kết cấu đảo chiều hoàn lưu dùng cho mục đích chống sạt lở bảo vệ bờ dựa trên nguyên tắc làm việc là tác động vào dòng chảy theo chiều ngược lại: đón dòng nước mặt có động năng lớn, đẩy ra xa bờ lõm, hướng nó  chuyển sang phía bờ đối diện loại trừ nguyên nhân trực tiếp gây sạt lở; ngược lại, dòng chảy đáy mang nhiều bùn cát, theo quy luật hoàn lưu, sẽ tự động đi vào phía bờ lõm, để chân bờ không những không bị kéo ra mà còn được bồi đắp thêm bùn cát . Như vậy, hoàn lưu đã được đảo chiều.

Nguyên lý làm việc của công trình có kết cấu đảo chiều hoàn lưu được thể hiện trên sơ đồ hình 1. Những nơi có dòng chảy mùa lũ lên nhanh, nhiều bùn cát, sử dụng kết cấu này để bảo vệ bờ, nếu bố trí hợp lý sẽ cho hiệu quả nhanh và ổn định.

  Hình 3. Nguyên lý làm việc của kết cấu đảo chiều hoàn lưu

 - Bố trí công trình

Hệ thống công trình gồm 5 đơn nguyên đảo chiều hoàn lưu, được ký hiệu H1, H2, H3, H4 và H5. Mặt bằng bố trí tổng thể được thể hiện trên hình 4.

Hình 4. Hệ thống kè có kết cấu đảo chiều hoàn lưu

- Kết cấu công trình

Giá đỡ tấm hướng dòng được tạo thành bởi các cọc BTCT mác 300, kích thước (30x30x1250)cm, đóng cách nhau 1m. Đỉnh cọc ở cao trình +3,6m

Hai đường xà kẹp bằng thép (C20b chạy suốt chiều dài kè). Rãnh giữa xà kẹp và cọc đặt bản chắn bằng gỗ, đáy bản ở cao trình +1,5m. Khoảng trống giữa bản chắn và lăng thể đá đổ chống xói chân kè cao 1,0m. Đỉnh lăng thể đá đổ chân kè có cao trình +0,5m.

Hình 5. Kết cấu công trình

- Những hiệu quả đạt được:

Chỉ sau một mùa lũ, hiệu quả công trình đã phát huy rõ rệt. Sau 2¸3 năm làm việc, khối bồi lắng sau công trình ngày càng được nâng cao, mở rộng, kéo dài( hình 6). Sau 4¸5 năm, cao trình khối bồi lắng cao hơn cả cao trình mép dưới bản chắn, trên đó thực vật sinh trưởng tươi tốt, dầy đặc, thậm chí có cả cây thân gỗ cao lớn

Hình 6. Hiệu quả của công trình sau 5 năm xây dựng

3- Sử dụng giải pháp tổng hợp với đập khóa, kênh dẫn, kè bờ  để bảo vệ bờ và tôn tạo cảnh quan thị xã Sa-Đéc, Đồng Tháp

Thị xã Sa Đéc là một trong những trung tâm kinh tế, văn hoá, xã hội sầm uất, lâu đời và là một thị xã lớn thứ 2 của Đồng Bằng sông Cửu Long, trước 1985 là tỉnh lỵ của tỉnh  Đồng Tháp. Trên 100 năm trước thị xã Sa Đéc cách bờ sông Cửu Long trên 3km. Qua quá trình xói lở, biến hình lòng sông và đổi dòng, bờ sông Cửu Long đã lấn sâu vào gần trung tâm thị xã. Hiện tượng sạt lở bờ sông Cửu Long khu vực thị xã Sa Đéc diễn ra với tốc độ khá mạnh, trên 300m/năm, kéo dài trên phạm vi gần 10km đã làm nhiều nhà cửa, ruộng vườn, trụ sở cơ quan, trường học, bệnh viện, cầu, cống, đường giao thông sụp đổ xuống sông gây thiệt hại hàng nghìn tỷ đồng cho tỉnh Đồng Tháp [7].

 Rạch nhà thương nối liền sông Tiền với rạch Sa Đéc dài khoảng 300m, cửa vào đúng ở đỉnh cong sông Tiền có độ sâu trên 30m. Như vậy, dòng chảy của sông Tiền xô ngang dòng chảy của rạch Sa Đéc gây nên quá trình xói, bồi và diễn biến lòng sông phức tạp, kết quả đã hình thành các hố xói cục bộ có chiều sâu 18m ở khu vực hợp lưu rạch Nhà Thương – rạch Sa Đéc và rạch Cái Sơn. Hiện tượng sạt lở đã phá hoại toàn bộ tuyến cừ bản thép dài trên 500 m của rạch Nhà Thương, làm hư hại hầu hết tuyến kè bờ dọc bờ hữu sông Sa Đéc đoạn từ cầu sắt đến cầu Hoà Khánh dài 944m, gây nên hiện tượng sạt lở bờ sông Sa Đéc ở khu vực thị xã Sa Đéc rất nghiêm trọng.

Trên cơ sở nghiên cứu về qui luật diễn biến lòng sông, qui luật hình thái sông, nguyên nhân, cơ chế, đặc điểm quá trình xói lở bờ sông Sa Đéc, nhóm nghiên cứu của Viện KHTL Miền Nam (PGS.Lê Ngọc Bích, PGS. Hoàng Văn Huân, TS. Đinh Công Sản...) kết hợp với GS. Lương Phương Hậu (Trường Đại Học Xây Dựng) đã đưa ra giải phỏp qui hoạch chỉnh trị sụng khu vực trung tõm thị xó Sa Đéc với hệ thống công trình gồm [1,2]:

- Một đập khoá dài 100m chặn dòng rạch Nhà Thương, cắt đứt nguồn dòng chảy sông Tiền thúc vào rạch Sa Đéc;

-  Một tuyến kè bảo vệ bờ trực tiếp tại chỗ dài 944m;

-  Một kênh đào giao thông thủy dài 478 m thay thế cho rạch Nhà Thương.

Sơ đồ bố trí công trình xem hình 7.

Linh hồn của hệ thống công trình này là đập khoá rạch Nhà Thương. Kết quả nghiên cứu nguyên nhân, cơ chế sạt lở bờ rạch Sa Đéc là dòng chảy sông Tiền từ rạch Nhà Thương xô ngang qua rạch Sa Đéc, làm kết cấu dòng chảy xáo trộn mạnh, hình thành các vùng tăng giảm áp, tạo ra các hố xói cục bộ lớn ảnh hưởng đến ổn định bờ rạch. Do đó giải pháp có tính chất quyết định là đập khoá rạch Nhà Thương, hoàn toàn bịt kín thông lộ nguy hiểm này. Để trả lại lối vào cho tầu thuyền, một kênh đào được bố trí thay thế ở hạ lưu.

Hiệu quả chống sạt lở sau khi xây dựng đập khoá rất rõ. Bờ rạch Sa Đéc hoàn toàn được bảo đảm ổn định, chỉ cần một hệ thống kè bờ để tôn tạo cảnh quan. Bờ sông Tiền sau khi dòng chảy không bị hút vào rạch Nhà Thương cũng giảm bớt cường độ sạt lở. Đã hơn 12 năm khai thác sử dụng, công trình vẫn ổn định và tạo điều kiện để tôn tạo cảnh quan khu vực đô thị này.

Hình 7. Giải pháp tổng hợp chỉnh trị sông Tiền đoạn Sa Đéc

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lê Ngọc Bích & các tác giả khác: Thiết kế kỹ thuật công trình bảo vệ bờ sông Sa Đéc, thị xã Sa Đéc, tỉnh Đồng Tháp, TP. Hồ Chí Minh, 1996.

2. Lê Ngọc Bích & các tác giả khác: Nghiên cứu dự báo xói lở phòng tránh giảm nhẹ thiên tai trên sông Cửu Long, TP. Hồ Chí Minh, tháng 12/1997.

3. Lương Phương Hậu, Động lực học dòng sông, NXBXD, 1992.

4. Nguyễn Tôn Quyền – Lương Phương Hậu và nnk. Luận chứng kinh tế kỹ thuật công trình chỉnh trị đoạn Quản Xá sông Chu – Thanh Hoá. Hà Nội tháng 9/1993

5.  Lương Phương Hậu, Đường thủy nội địa, NXBXD, 1995.

6.  Lương Phương Hậu – Trần Đình Hợi – Động lực học dòng sông và chỉnh trị sông – Nhà Xuất bản Xây dựng, 2004.

7. Lê Mạnh Hùng, Diễn biến lòng dẫn sông Mêkông, NXBNN, 2003.

8. Nguyễn Viết Phổ. Sông ngòi Vịêt nam. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội - 1983.

9.  Trần Minh Quang. Động lực học sông và chỉnh trị sông. Nhà Xuất bản đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh - 2000.

10.  Vũ Tất Uyên, Tuyển tập công trình nghiên cứu, NXBNN, 2001.

Tác giả: ThS.NCS. Trần Bá Hoằng
Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

Đặc san KHCN Thủy lợi