Đang tải... (xem toàn văn)
Hầu hết các hố xói cục bộ tự nhiên trên sông Cửu Long đều liên quan đến sạt lở bờ tại các vùng trọng điểm tập trung dân cư và cơ sở hạ tầng. Biện pháp ổn định các hố xói này rất cần thiết trong công tác chỉnh trị sông. Nhưng, trước khi nghiên cứu các giải pháp chỉnh trị, cần thiết phải hiểu rõ quy luật của chúng. Trên cơ sở số liệu thực tế của các hố xói cục bộ sâu nhất trên sông Cửu Long, tác giả nghiên cứu các đặc trưng hình thái, phân tích, khái quát hóa để định danh các hố xói cục bộ, làm cơ sở cho các giải pháp công trình chỉnh trị đọan sông có hố xói cục bộ. Kết qủa cho thấy có sự khác biệt về hình thái của các hố xói cục bộ (scour hole) và lạch sâu (deep pool). Cơ chế hình thành và phát triển của các hố xói này cũng khác nhau, đó là xói cục bộ và xói phổ biến
ĐặC ĐIểM HìNH THáI CáC Hố XóI CụC Bộ TRONG LòNG SÔNG Tự NHIÊN TRÊN SÔNG CửU LONG * ThS. NCS. Đinh Công Sản Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam Tóm tắt: Hầu hết các hố xói cục bộ tự nhiên trên sông Cửu Long đều liên quan đến sạt lở bờ tại các vùng trọng điểm tập trung dân c và cơ sở hạ tầng. Biện pháp ổn định các hố xói này rất cần thiết trong công tác chỉnh trị sông. Nhng, trớc khi nghiên cứu các giải pháp chỉnh trị, cần thiết phải hiểu rõ quy luật của chúng. Trên cơ sở số liệu thực tế của các hố xói cục bộ sâu nhất trên sông Cửu Long, tác giả nghiên cứu các đặc trng hình thái, phân tích, khái quát hóa để định danh các hố xói cục bộ, làm cơ sở cho các giải pháp công trình chỉnh trị đọan sông có hố xói cục bộ. Kết qủa cho thấy có sự khác biệt về hình thái của các hố xói cục bộ (scour hole) và lạch sâu (deep pool). Cơ chế hình thành và phát triển của các hố xói này cũng khác nhau, đó là xói cục bộ và xói phổ biến. 1. Đặt vấn đề Sông Cửu Long đã trải qua một quá trình hình thành và phát triển rất mãnh liệt. Trong những năm gần đây, tình trạng xói lở bờ sông Cửu Long đang xảy ra phổ biến và có chiều h- ớng gia tăng [1],[2]. Trong qúa trình phát triển, sông Cửu Long đã tạo ra một loạt các hố xói cục bộ. Liên quan tới sự hình thành và phát triển của các hố xói này là sự biến đổi lòng dẫn mãnh liệt theo chiều sâu. Hình ảnh toàn tuyến sông Cửu Long, những biến đổi lòng dẫn sông trong giai đoạn 1890 -2000 và vị trí các hố xói có chiều sâu lớn hơn 30 m cùng với cao trình đáy hố xói đợc thể hiện trên hình 1. Một điểm khá đặc biệt là hầu hết các hố xói này lại nằm ở gần trung tâm thị xã, thị trấn, hoặc các khu tập trung dân c, do đó, sạt lở bờ gần hố xói đã gây những thiệt hại to lớn về ngời và của, đã đợc thống kê trong các đề tài khoa học công nghệ các cấp. Cũng chính vì những thiệt hại đó mà các biện pháp công trình chỉnh trị sông ở các khu vực có hố xói rất cần thiết. Để có các biện pháp công trình chỉnh trị hữu hiệu, việc nghiên cứu đặc điểm hình thái của các hố xói là cần thiết. 2. KếT Quả NGHIÊN CứU HìNH THáI CáC Hố XóI CụC Bộ Các hố xói sâu lớn nhất trên sông Cửu Long đợc khảo sát, thống kê, tính tóan các thông số cơ bản, các đặc trng hình thái nh trình bày trên bảng 1. 2.1 Nhận xét về hình thái hố xói. 2.1.1 Vị trí xuất hiện của hố xói + Bảy trong chín hố xói trên SCL đều thuộc đọan sông có dòng chủ lu xô ngang vào bờ; + Hố xói Sa Đéc không có hiện tợng dòng chủ lu xô ngang vào bờ + Hai hố xói xuất hiện tại giao điểm hợp lu của các nhánh sông, đó là hố xói Vàm Nao và Hồng Ngự (sông Tiền-sông Sở Thợng); + Các hố xói sâu xuất hiện ở cả trong vùng ảnh hởng của thợng nguồn là chính 1 (bao gồm 7 trong tổng số 9 hố xói) và trong vùng giao nhau giữa triều biển và triều sông (bao gồm 2 trong tổng số 9 hố xói). 2.1.2 Mặt cắt đi qua hố xói - Mặt cắt ngang : Mặt cắt ngang đi qua hố xói có hai lọai điển hình : + Lọai thứ nhất có dạng tam giác lệch về phía bờ lõm của đọan cong, đại diện cho mặt cắt các hố xói của đọan sông cong và cong gấp có dòng chủ lu xô ngang vào bờ. + Lọai thứ hai có dạng tam giác tơng đối đối xứng, đại diện cho mặt cắt các hố tạo ra bởi hợp lu của hai nhánh sông tơng đối bằng nhau. Hình 2 thể hiện mặt cắt ngang qua hố xói Tân Châu, đại diện cho lọai mặt cắt tam giác lệch và mặt cắt ngang qua hố xói Vàm Nao, đại diện cho lọai mặt cắt tam giác đối xứng. - Mặt cắt dọc: Mặt cắt dọc sông theo tuyến lạch sâu (đờng trũng) có dạng hình răng ca, nhng khi đến hố xói thì cao trình đáy hạ thấp đột ngột. Chiều sâu của hố xói gấp 2 đến 3 lần chiều sâu trung bình của đọan sông không có hố xói. Hình 3 trình bày mặt cắt dọc đại diện, đó là mặt cắt dọc hố xói Tân Châu và Hồng Ngự [1],[2]. 1 Hình 1. Diễn biến lòng sông giai đoạn 1890-2000 và vị trí các hố xói có chiều sâu lớn hơn 30 m trên sông Cửu Long [4] Bảng 1. Thông số cơ bản và đặc trng hình thái của các hố xói lớn nhất trên sông Cửu Long [4] TT Tên hố xói Sông Vị trí Km Năm H max R o (m) r (m) (độ) B (m) R (m) H max /R B /H (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) 1 Tân Châu Tiền 238 1995 50,5 18,6 1400 29 580 28,3 1,8 0,85 2 Hồng Ngự Tiền 227 1991 40 10 2400 118 480 19,6 2,0 1,12 3 Bình Thạnh Tiền 183 1991 33 8,7 4100 40 510 16,8 2,0 1,34 4 Sa Đéc Tiền 140 1991 33 8 2090 110 1310 8,7 3,8 4,17 5 Mỹ Thuận Tiền 126 1991 47,2 17,3 1050 38 560 22,7 2,1 1,04 6 Hoà Khánh Tiền 114 1995 37 9 1750 43 410 20,1 1,8 1,01 7 Cái Bè Tiền 99 1991 47,8 12,5 2750 40 420 26,9 1,8 0,76 8 Vàm Nao Hậu 187 1995 44 8 460 27,9 1,6 0,77 9 Cần Thơ Hậu 108 1992 33,7 14,6 6000 36 905 15,1 2,2 1,99 Tân Châu - 42.5 Sa Đéc - 32 m Cái Bè - 46 Bình Thạnh - 31.5 m Hồng Ngự - 42 m Mỹ Thuận - 49 Cần Thơ - 32.7 Hoà Khánh - 35 Vàm Nao - 44 2 Ghi chú bảng 1: + (4) Vị trí hố xói: (Km) là khỏang cách tính từ cửa sông đến vị trí sâu nhất của hố xói (theo tài liệu khảo sát năm 1991-1995 của Công ty khảo sát thiết kế đờng thủy II, bộ Giao Thông Vận Tải); + (5) Năm khảo sát + (6) Hmax (m): Chiều sâu lớn nhất của hố xói tính từ bờ sông; + (7) Ro (m) : Bán kính thủy lực của lòng dẫn ở đọan quá độ, tính bằng diện tích mặt cắt - ớt ứng với mực nớc tạo lòng chia cho chu vi ớt của mặt cắt đọan sông quá độ; + (8) r (m): Bán kính cong của đọan sông; + (9) (độ): Góc ở tâm của đọan cong; + (10) B (m) : chiều rộng mặt cắt ngang ứng với mực nớc tạo lòng; + (11) R (m) : bán kính thủy lực mặt cắt qua tâm hố xói ứng với mực nớc tạo lòng ; + (12) Hmax/R: tỷ lệ chiều sâu hố xói lớn nhất và bán kính thủy lực; + (10) /H: quan hệ hình dạng sông tại mặt cắt qua tâm hố xói; Hình 2. Mặt cắt ngang điển hình của hố xói ở đoạn sông cong gấp (hố xói Tân Châu) và ở đoạn sông nhập lu (hố xói Vàm Nao) năm 1995 [4] Hình 3. Mặt cắt dọc hố xói tại Tân Châu-An Giang và Hồng Ngự- Đồng Tháp - sông Tiền năm 1997 [ 1 ] , [ 2 ] 2.1.3 Một số đặc điểm hình thái trên mặt cắt Các hố xói có độ sâu bất thờng so với độ sâu trung bình của đọan sông phía trên nó (H max /R o ) từ 2.3 đến 5.5 lần. Tơng tự, chiều sâu lớn nhất của hố xói so với bán kính thủy lực tại mặt cắt ngang đi qua tâm hố xói (H max /R) chênh lệch từ 1.6 đến 3.8 lần (xem cột (12)-bảng 1). Giá trị quan hệ hình dạng sông B /H tại các mặt cắt đi qua tâm hố xói không giống với các mặt cắt ổn 3 định trên sông Cửu Long - tăng dần từ thợng về hạ lu [3] , mà dao động xung quanh giá trị 1.0 (xem cột (13) bảng 1). Riêng với hố xói Sa Đéc, giá trị này lớn hơn nhiều so với các hố xói còn lại, lớn hơn cả giá trị quan hệ hình dạng sông ở các mặt cắt ổn định. Hình 4 thể hiện giá trị B /H tại các mặt cắt ổn định và các hố xói trên sông Tiền. Độ dốc dọc thợng, hạ lu các hố xói đợc tính tóan, trình bày trên hình 5 và bảng 2. Kết qủa thống kê cho thấy độ dốc dọc của các hố xói có giá trị lớn hơn 1% và thay đổi theo xu thế là hố xói càng sâu thì độ dốc dọc hố xói càng lớn [4](càng sâu càng dốc). Riêng hố xói Sa Đéc, độ dốc thợng và hạ lu nhỏ hơn nhiều so với các hố xói còn lại và đạt giá trị nhỏ hơn 0,5%. Hình 4. Quan hệ B /H và khỏang cách mặt cắt tính từ cửa sông tại các mặt cắt ổn định và các hố xói trên sông Tiền [ 4 ] . Hình 5. Tơng quan giữa độ dốc thợng, hạ lu hố xói và cao trình đáy hố xói cục bộ trên sông Cửu Long 4 Bảng 2. Độ dốc dọc thợng và hạ lu các hố xói lớn trên sông Cửu Long STT Tên hố xói Trên sông Vị trí Năm Cao trình đáy Z TL (m) L th (m) Z HL (m) L h (m) i th (%) i ha (%) (0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) 1 Tân Châu Tiền 238 2000 -42 -30,5 720 -30,5 700 1,60 1,64 1996 -42,5 -30,5 700 -30,5 720 1,71 1,67 2 Hồng Ngự Tiền 227 2000 -42 -31 740 -31 680 1,49 1,62 1996 -42 -31 700 -31 680 1,57 1,62 3 Bình Thạnh Tiền 183 1991 -31 -18,2 910 -16,6 1310 1,41 1,10 4 Sa Đéc Tiền 140 2000 -32 -22 4050 -21 3010 0,25 0,37 1996 -32 -13,5 4070 -15 3380 0,45 0,50 5 Mỹ Thuận Tiền 126 1996 -46 -36 780 -36 440 1,28 2,27 6 Hòa Khánh Tiền 114 1995 -35,3 -27 310 -20,2 235 2,68 6,43 7 CáI Bè Tiền 99 1991 -46,3 -24 580 -18,2 790 3,84 3,56 8 Vàm Nao Hậu 187 2003 -45 -20 451 -27,5 214 5,54 8,18 1991 -38,6 -19,2 480 -21,5 532 4,04 3,21 9 Cần Thơ Hậu 108 1999 -33 -15 877 -13,8 1878 2,05 1,02 Ghi chú bảng 2.3: + (5) Z đáy (m): cao trình đáy hố xói xuất hiện tơng ứng với thời gian ở (4); + (6) Z TL (m): cao trình thợng lu tính mái dốc hố xói; + (7) L th (m): khoảng cách từ cao trình Z TL đến cao trình Z đáy ; + (8) Z HL (m): cao trình hạ lu tính mái dốc hố xói; + (9) L h (m): khỏang cách từ cao trình Z HL đến cao trình Z đáy ; + (10) i th (%) là độ dốc thợng lu hố xói; + (11) i hạ (%) là độ dốc hạ lu hố xói. 2.2 Định danh các hố xói [5] Trên sông Cửu Long, các hố xói có các đặc tr- ng hình thái sau đây đợc gọi là hố xói cục bộ (scour hole): + = H B 0,85 ữ2,0 + i = (1,02 ữ 8,18) %, sơ bộ có thể coi i 1% Đối với đoạn sông cong (gấp khúc), góc ở tâm khúc cong có giá trị: 45 o . Với các hố xói sâu hơn 30 m trên sông Cửu Long, chỉ có hố xói Sa Đéc là trờng hợp duy nhất có đặc trng hình thái sau đây đợc gọi là lạch sâu (deep pool). Các chỉ tiêu này cần có thêm số liệu của những lạch sâu dới 30m: + = H B 4,17 + i = (0,25 ữ 0,45) %, sơ bộ có thể coi i 0,5 % 3. kết luận [6] Nghiên cứu hình thái các hố xói cục bộ trên sông Cửu Long tại những đọan sông có dòng chủ lu xô ngang vào bờ sông, có tính chất khá phổ biến. Những hố xói cục bộ ở này thờng đợc hình thành bởi: + Những đoạn sông cong gấp - hình thành từ các đọan sông thẳng và một đọan sông cong ở giữa có chiều dài không lớn, làm cho sông "bị gãy" hay là 'bị gấp". Điều này có nghĩa là chiều dài đọan sông cong không lớn hoặc là góc ở tâm của khúc cong không lớn (trên sông Cửu Long <450 nh tại Tân Châu, Mỹ Thuận, Bình Thạnh, Cần Thơ v.v); + Dòng chủ lu của sông có vận tốc lớn nhập lu với sông có vận tốc nhỏ hơn (chẳng hạn nh dòng chủ lu sông Vàm Nao xô vào bờ sông Hậu, hay là dòng chủ lu của rạch Nhà Thơng xô vào bờ sông Sa Đéc tại thị xã Sa Đéc). Để chỉnh trị ổn định các hố xói này, cần phân biệt với trờng hợp xói phổ biến. Xói phổ biến xảy ra do sự tăng lên của vận tốc hoặc lu lợng đơn vị của dòng chảy, có thể tính tóan theo sự cân bằng tải cát. Đọan sông cong Sa Đéc là đọan sông điển hình của xói phổ biến mà nguyên nhân là do một nhánh sông phân lạch bị thóai hóa, nhánh sông tại Sa Đéc gia tăng lu lợng, lu tốc và phát triển. ở đó dòng chủ lu không xô ngang vào bờ, mà liên tục đổi hớng để tiến tới song song với bờ. Độ dốc dọc của tuyến lạch sâu ở thợng và hạ lu tâm xói trờng hợp này khá nhỏ (i < 0,5%). Chỉ số = H B tại mặt cắt ngang qua tâm xói cũng khá lớn ( = H B > 4). Còn xói cục bộ tại các đọan sông có dòng chủ lu xô ngang bờ sông là xói do sự xáo động mạnh trong kết cấu nội của dòng chảy mà mạch động áp suất và mạch động lu tốc là nguyên nhân chủ yếu. Tại các hố xói cục bộ, độ dốc dọc thợng và hạ lu hố xói khá lớn so với các đọan sông khác (i > 1% 5 - xem bảng 2 và hình 5). Chỉ số = H B qua tâm hố xói rất nhỏ ( = H B <2). ở đó trục động lực gần nh không thay đổi hớng và chỉ đổi hớng rất mãnh liệt tại chỗ gấp khúc, tạo ra dòng chảy biến đổi nhanh nh dòng tia tác động lên thành phẳng. Hai lọai hố xói cục bộ và phổ biến tuy đều có chung hiện tợng xói sâu, nhng về bản chất nguyên nhân tạo thành hố xói là khác nhau, cần phải có các biện pháp chỉnh trị phù hợp với mỗi loại. Ghi chú (*): Công trình hoàn thành dới sự hỗ trợ của chơng trình nghiên cứu cơ bản trong khoa học tự nhiên. TàI LIệU THAM KHảO [1] Lê Ngọc Bích (1999), Báo cáo tổng hợp kết qủa điều tra biến đổi lòng dẫn hệ thống sông Cửu Long, hạ du sông đồng Nai- Sài Gòn và định hớng các giải pháp kỹ thuật phòng chống sạt lở giảm nhẹ thiên tai trên sông Cửu Long (1995 -1998), Viện Khoa học Thủy Lợi Miền Nam. [2] Lê Mạnh Hùng (2004), Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài cấp nhà nớc KC08-15" Nghiên cứu dự báo xói bồi lòng dẫn và đề xuất giải pháp phòng chống cho hệ thống sông ở ĐBSCL", Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam. [3] Đinh Công Sản (2003), " Quan hệ tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu ổn định trên sông Cửu Long", Tạp chí Nông Nghiệp và Phát triển Nông Thôn 7(31)/2003. [4] Đinh Công Sản (2004), "Mái dốc thợng, hạ lu các hố xói cục bộ trên sông Cửu Long và ảnh hởng của thủy triều", Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển Nông Thôn, 6 (42)/2004. [5] Đinh Công Sản (2006), "Đặc điểm sự hình thành và phát triển các hố xói cục bộ trên sông Cửu Long" , Tuyển tập kết qủa khoa học và công nghệ năm 2005, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam [6] Đinh Công Sản (2006), "Một số vấn đề về động lực học dòng chảy và quan hệ hình thái sông Cửu Long", Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam. Summary MORPHOLOGICAL CHARATERISTICS OF THE NATURAL SCOUR HOLES IN THE LOWER MEKONG RIVER ME. DINH CONG SAN Southern Institute of Water Resources Research Most of the natural scour holes in the Lower Mekong River are related to river bank collapse at the dense inhabitant and infrastructure areas. Method to stabilize these areas is necessary in river training. Based on field data of the deepest scour holes in the Lower Mekong River in Vietnam, the writer studied morphological characteristics of these holes, analyzed, generalized and categorized them for training method purposes at these areas. Results proved there are morphological differences between scour holes and deep pool. The formation and development mechanism of them are also different, that is local scour and general scour. Ngời phản biện: TS. Nguyễn Duy Khang 6 . vực có hố xói rất cần thiết. Để có các biện pháp công trình chỉnh trị hữu hiệu, việc nghiên cứu đặc điểm hình thái của các hố xói là cần thiết. 2. KếT Quả NGHIÊN CứU HìNH THáI CáC Hố XóI CụC. xói; Hình 2. Mặt cắt ngang điển hình của hố xói ở đoạn sông cong gấp (hố xói Tân Châu) và ở đoạn sông nhập lu (hố xói Vàm Nao) năm 1995 [4] Hình 3. Mặt cắt dọc hố xói tại Tân Châu-An Giang và Hồng. CụC Bộ Các hố xói sâu lớn nhất trên sông Cửu Long đợc khảo sát, thống kê, tính tóan các thông số cơ bản, các đặc trng hình thái nh trình bày trên bảng 1. 2.1 Nhận xét về hình thái hố xói. 2.1.1