Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp tính và xây dựng chương trình tính toán biến hình mặt cắt kênh dẫn sau khi cắt sông bằng kênh mồi tại vùng triều ở đồng bằng Nam Bộ

Sông uốn khúc tồn tại khá phổ biến ở Đồng bằng Nam Bộ (ĐBNB). Trên sông uốn khúc xuất hiện những đoạn sông có hình dạng dị thường gọi là những đoạn sông cong gấp. Các đoạn sông cong gấp gây bất lợi cho việc khai thác tổng hợp dòng sông như vấn đề giao thông thủy, xói lở, thoát lũ - chống ngập. Chỉnh trị đoạn sông cong gấp theo hình thức cắt sông có thể giải quyết tốt các tồn tại trên, tuy nhiên, việc chưa có các công cụ tính toán biến hình lòng dẫn sông cũ và kênh dẫn sau khi cắt sông hỗ trợ việc thiết kế, dự báo với dạng công trình này nên giải pháp cắt sông ít được lựa chọn. Dựa trên phương pháp tính được trung bình hóa của Tạ Giám Hoành (Trung Quốc), tác giả hoàn thiện phương pháp tính và xây dựng chương trình tính tự động áp dụng phù hợp hơn trong điều kiện đồng bằng chịu ảnh hưởng thủy triều ở Nam Bộ. Khi ứng dụng thực tế cho công trình cắt sông khu vực bán đảo Thanh Đa, sông Sài Gòn. Kết quả ứng dụng cho thấy, diễn biến sau cắt sông bằng kênh mồi khá chậm, thời gian diễn biến để kênh dẫn có thể thay thế sông cong cũ có thể kéo dài hàng vài thập kỷ, tuyến kênh mồi muốn phát triển nhanh cần phải có giải pháp hỗ trợ giảm bớt dòng chảy vào sông cũ, mặt cắt ban đầu kênh mồi cần được đào đến gần mặt cắt ổn định theo quan hệ hình thái.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Các đoạn sông cong gấp tồn tại khá phổ biến ở các tuyến sông uốn khúc ở nước ta, trong đó vùng đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng Nam Bộ là những khu vực có nhiều đoạn cong gấp nhất. Đối với khu vực Đồng bằng Nam Bộ (ĐBNB), các đoạn sông cong gấp có hệ số cong lớn chủ yếu tập trung ở hạ châu thổ sông Đồng Nai – Sài Gòn (SĐN-SG) và khu vực bán đảo Cà Mau [1], [2], [3].

Chỉnh trị đoạn sông cong gấp đáp ứng mục tiêu phòng chống xói lở, cắt ngắn lộ trình chạy tàu, tiêu úng và thoát lũ luôn là nhiệm vụ quan trọng đối với các địa phương. Trong các giải pháp được lựa chọn để chỉnh trị các đoạn sông cong gấp, giải pháp gia cố bờ lõm sông cong luôn là giải pháp được lựa chọn do có ưu điểm ít làm thay đổi hiện trạng khu vực chỉnh trị cả về động lực dòng chảy và vấn đề phi kỹ thuật, ngoài ra, giải pháp gia cố bờ sông đã có nhiều nghiên cứu và bộ công cụ tính toán. Nhược điểm của giải pháp này là không giải quyết triệt để các vấn đề của sông cong gấp là cắt ngắn lộ trình chạy tàu, tiêu úng - thoát lũ và cần kinh phí thường xuyên để duy tu bảo dưỡng các công trình kè phía bờ lõm. Giải pháp cắt sông có thể giải quyết tốt các vấn đề nêu trên tuy nhiên trong thời gian qua chưa được lựa chọn nhiều do nhiều nguyên nhân trong đó có nguyên nhân về công cụ hỗ trợ tính toán và dự báo diễn biến sau khi cắt sông. Một vài công trình cắt sông tại miền Bắc đã không thành công [6]. Tại miền Nam, khu vực ĐBNB một số công trình cắt sông chủ động hoặc tự phát đã được thực hiện nhưng chưa có nghiên cứu về cơ sở khoa học.

Về chế độ động lực và hình thái các đoạn sông cong khu vực ĐBNB có nhiều điểm khác biệt so với sông không chịu ảnh hưởng của thủy triều [4], [10].

Cơ chế tác động để chỉnh trị đoạn sông cong gấp gồm 3 cơ chế chủ yếu [9]: (1) Bạt mom và gia cố bờ lõm sông cong; (2) Đào kênh tắt và duy trì tuyến sông cũ; (3) Mở kênh tắt và lấp sông cũ. Trong đó cơ chế (2) và (3) liên quan đến hình thức cắt sông bằng kênh mồi.

Nhiệm vụ quan trọng nhất trong thiết kế công trình cắt sông kiểu này là tính toán biến hình lòng dẫn để dự báo hiệu quả của việc cắt sông: Sự phát triển mở rộng của mặt cắt kênh dẫn; biến hình hình thái của các đoạn sông cũ. Mặc dù, khoa học về động lực sông và chỉnh trị sông đã có những bước tiến nhất định trong thời gian qua cùng với hỗ trợ của công nghệ thông tin thông qua các phần mềm mô hình toán mô phỏng hiện đại, tuy nhiên, các phần mềm hiện đại đòi hỏi rất nhiều số liệu đầu vào, thời gian hiệu chỉnh và kiểm định mô hình, yêu cầu cao về trình độ sử dụng mô hình và đặc biệt khi mô phỏng chu trình phát triển hoàn toàn từ khi kênh mồi mở rộng và trở thành sông lớn như trong điều kiện vùng đồng bằng chịu ảnh hưởng thủy triều có thể kéo dài hàng trăm năm là khó khả thi. Vì vậy, để giải quyết vấn đề này, dùng giải pháp truyền thống là mô hình hóa các hiện tượng tự nhiên bằng các hệ phương trình đơn giản và giải chúng theo phương pháp gần đúng là phù hợp hơn.

Để phục vụ cho việc tính toán biến hình lòng dẫn kênh đào và sông cũ sau khi tiến hành cắt sông, GS.Tạ Giám Hoành (Đại học Vũ Hán – Trung Quốc) đã phát triển phương pháp tính toán cắt sông đặc thù cho công trình cắt sông thuộc chi lưu sông Trường Giang, phương pháp tính toán áp dụng cho vùng thượng châu thổ sông Trường Giang. Phương pháp này được GS.Lương Phương Hậu giới thiệu trong cuốn “Chỉ dẫn kỹ thuật công trình chỉnh trị sông” [6]. Tuy nhiên, một vài điểm hạn chế của Phương pháp Tạ Giám Hoành như: (1) Chưa có phần mềm tính toán theo hướng tự động hóa; (2) Điều kiện áp dụng cho vùng thượng châu thổ sông Trường Giang khác biệt nhiều so với vùng ĐBNB như độ dốc mặt nước lớn, lòng sông chủ yếu là cát và không phải là bùn sét dính xen lẫn cát mịn như ở ĐBNB, đoạn sông áp dụng không chịu tác động do thủy triều như khu vực ĐBNB. Ngoài ra, hệ số quan hệ hình thái ổn định của tuyến kênh đào cũng khác biệt so với vùng nghiên cứu.

Với những lập luận ở trên, trong bài báo này, kế thừa các nghiên cứu của chính tác giả về hệ số tỷ lệ quan hệ hình thái ổn định kênh đào cắt sông, khái niệm mới “lưu lượng khởi động” cho kênh đào [9], bài báo hướng đến một phương pháp được đơn giản hóa nhưng có độ tin cậy chấp nhận được về khoa học để dự báo trong dài hạn tính hiệu quả của công trình cắt sông với giải pháp kênh mồi. Do đơn giản hóa nhiều vấn đề phức tạp của động lực sông bằng sơ đồ đơn giản nên kết quả thu được cũng chỉ mang mức độ ước tính, có thể áp dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ.

Kết quả ứng dụng chương trình cho một khu vực cụ thể tại sông Sài Gòn (Tp.HCM) cho thấy, nếu áp dụng cơ chế kênh mồi cho khu vực ĐBNB, khoảng thời gian diễn biến từ khi kênh mồi hoạt động đến khi kênh phát triển trở thành sông lớn đủ thay thế cho sông cong cũ khá lâu, có thể đến vài trăm năm. Vì vậy, khi áp dụng hình thức cắt sông cần tính toán cân nhắc, để gia tăng tốc độ diễn biến kênh mồi cần phải có thêm các giải pháp hỗ trợ như kè mỏ hàn hướng dòng hoặc lấp một phần sông cũ, hoặc phải đào kênh mồi gần đến mặt cắt ổn định cuối cùng.

Chương trình tính toán mặc dù còn cần phải hoàn thiện thêm nhưng có ưu điểm là thời gian tính toán xử lý nhanh, thao tác đơn giản, kết quả chương trình tính có thể tin cậy được và có thể áp dụng thực tiễn trong giai đoạn thiết kế sơ bộ.

Trong phần đặt vấn đề của tác giả, nên trình bày rõ hơn những vấn đề mà tác giả tập trung, nhưng không thể không đề cập đến vấn đề đang tồn tại là gì. Cụ thể, nên đưa ra tại sao không sử dụng được phương pháp của Tạ Giám Hoành, hoặc nếu áp dụng phương pháp của Tạ Giám Hoành thì có những nhược điểm gì v.v…Những gì chưa được giải quyết trong đó và đó là vấn đề tác giả giải quyết được….

Về phương pháp nghiên cứu, để giải quyết vấn đề, tác giả sử dụng phương pháp gì.

Hình thức trình bày của bài báo nên tách thành các phần chủ yếu, đó là đặt vấn đề (tác giả đã trình bày), phương pháp nghiên cứu, kết quả và thảo luận, kết luận và kiến nghị (nếu có), một cách ngắn gọn và xúc tích hơn.

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đặt bài toán

2.2. Sơ đồ tổng quát cho chương trình tính toán cắt sông

2.3. Hoàn thiện phương pháp tính và xây dựng Chương trình tự động hóa tính toán cắt sông theo cơ chế tác động bằng kênh mồi cho khu vực đồng bằng Nam Bộ

2.4. Một số quan niệm tính toán và sơ đồ hóa các vấn đề phức tạp khi xây dựng chương trình tính toán cắt sông áp dụng cho khu vực Đồng bằng Nam Bộ

3. ỨNG DỤNG THỰC TẾ CHƯƠNG TRÌNH CASO-2015 CHO CÔNG TRÌNH CẮT SÔNG CONG GẤP KHU VỰC BÁN ĐẢO THANH ĐA, SÔNG SÀI GÒN

3.1 Giới thiệu đoạn sông nghiên cứu

3.2. Cơ sở dữ liệu

3.3.Phương án kênh dẫn và số liệu đầu vào

3.3.1. Sơ đồ bố trí công trình và phân đoạn tính toán

3.3.2. Số liệu đầu vào

4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1. Kết quả tính toán

4.1.1. Quy trình tính toán và hiệu chỉnh, kiểm định chương trình

4.1.2. Xuất dữ liệu kết quả

4.2. Thảo luận kết quả và chương trình tính

5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1. Kết luận

5.2. Kiến nghị

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1].     Lê Ngọc Bích (1998), Điều tra biến đổi lòng dẫn hệ thống sông Cửu Long, hạ du sông Đồng Nai Sài Gòn và định hướng các giải pháp kỹ thuật phòng chống sạt lở, giảm nhẹ thiên tai trên sông Cửu Long, Dự án điều tra cơ bản, Viện KH Thủy Lợi miền Nam.

[2].     Lê Ngọc Bích (2005),“Nghiên cứu hình thái sông thủy triều vùng bán đảo Cà Mau - Nam Bộ”, Tuyển tập kết quả khoa học và công nghệ 2004, Viện Khoa học thủy lợi miền Nam - 2005.

[3].     Lê Ngọc Bích (2005 ), “Nghiên cứu hình thái sông Đồng Nai phần hạ du công trình thủy điện Trị An”, Tuyển tập kết quả khoa học và công nghệ 2005, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam.

[4].     Lê Ngọc Bích (2008), Một số vấn đề về động lực học sông, chỉnh trị sông và bảo vệ bờ biển, Nhà xuất bản Nông Nghiệp.

[5].     Công ty CP Tư vấn thủy lợi 2-HEC2 (2004 ), Dự án đầu tư chống sạt lở bán đảo Thanh Đa, Bình Thạnh, Tp.HCM, Báo cáo nghiên cứu khả thi.

[6].     Lương Phương Hậu, Nguyễn Thanh Hoàn, Nguyễn thị Hải Lý (2010), Chỉ dẫn kỹ thuật công trình chỉnh trị sông, NXB Xây Dựng, Hà Nội.

[7].     Lương Phương Hậu và Trần Đình Hợi (2004), Động lực học dòng sông  và Chỉnh trị sông, NXB Xây Dựng, Hà Nội.

[8]      Hoàng văn Huân (2005), Nghiên cứu đề xuất các giải pháp khoa học công nghệ để ổn định lòng dẫn hạ du sông Đồng Nai -Sài Gòn để phát triển kinh tế xã hội vùng Đông Nam bộ, Đề tài cấp nhà nước thuộc chương trình.

[9].     Lê Văn Tuấn (2015), Nghiên cứu cơ chế tác động để chỉnh trị đoạn sông cong gấp trong vùng chịu ảnh hưởng của thủy triều, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam.

[10].   Lê Văn Tuấn, Hoàng Văn Huân, Lương Phương Hậu (2010), "Nghiên cứu đặc trưng hình thái lòng dẫn các đoạn sông cong gấp trong vùng chịu ảnh hưởng thủy triều", Tuyển tập Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí toàn quốc năm 2010, Hội Cơ học Việt Nam.

[11].   Zhang R.C (1996), Tuyển tập các bài viết, Nhà xuất bản Thủy lợi – Điện lực Trung Quốc, Bắc Kinh, 1996.

[12].   Xie jian Heng (1997), Diễn biến lòng sông và chỉnh trị sông. Nhà xuất bản Thủy lợi – Điện lực Trung Quốc, Bắc Kinh, 1997.

[13]. Laura Jagaru Tiron, Jerome Le Coz, Mireille Provansal. (2009)- Flow and Sediment procecess in a cutoff meander of the Danube Delta during episodic flooding- Geomorphology 106(2009), 186-197. 

[14].      Shields, F.Douglas, Jr. (1987), Management of Environmental Resources of Cutoff Bends Along the Tennessee Tombigbee Waterway, Miscellaneous Paper EL-87-12 US Army Engeener Waterways Experiment Station, Vicksburg, Mis.