Công thức kinh nghiệm tính tốc độ xói lở bờ đoạn sông Tiền khu vực Thường Phước, tỉnh Đồng Tháp

CÔNG THỨC KINH NGHIỆM TÍNH TỐC ĐỘ XÓI LỞ BỜ ĐOẠN SÔNG TIỀN KHU VỰC THƯỜNG PHƯỚC - TỈNH ĐỒNG THÁP (*) PGS. TS. Lê Mạnh Hùng KS. Đặng Thị Bích Ngọc TÓM TẮT Xác định tốc độ xói lở bờ sông là một trong những công việc quan trọng giúp chúng ta nhìn nhận trước những diễn biến trong tương lai từ đó đề ra được các giải pháp ứng phó kịp thời. Hiện tượng xói lở bờ sông Tiền khu vực Thường Phước đã, đang và sẽ còn diễn ra với mức độ rất lớn, nó không chỉ gây thiệt hại trực tiếp cho khu vực này mà còn gây ra những diễn biến bất lợi cho thị trấn Tân Châu, thị trấn Hồng Ngự và nhiều khu vực khác. Vì vậy việc biết trước diễn biến xói lở bờ khu vực Thường Phước sẽ có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Trên cơ sở một số năm tài liệu đo đạc tại khu vực này, chúng tôi tiến hành xây dựng công thức kinh nghiệm tính tốc độ xói lở bờ làm cơ sở cho công tác dự báo biến hình lòng dẫn khu vực này theo thời gian . ABSTRACT Riverbank sliding velocity calculation is important to foresee the bed change in the future in order to have in time and suitable response. The riverbank sliding at Thuong Phuoc in Mekong River has been and will be happening with high level and those impacts not only on Thuong Phuoc but also on other areas such as Tan Chau, Hong Ngu as well. Therefore it is significant to predict riverbank sliding at Thuong Phuoc. Based on some measured data years, an empirical formula is made for temporal riverbed change prediction at the concerned area. I. Giới thiệu chung: Tình hình xói lở bờ hệ thống sông vùng Đồng bằng sông Cửu Long đang diễn ra phổ biến với tính chất khá phức tạp. Theo khảo sát mới nhất cho thấy hiện toàn vùng có tới 134 điểm xói lở bờ. Trong đó đoạn bờ sông Tiền khu vực Thường Phước, huyện Hồng Ngự, tỉnh Đồng Tháp là một trong số những khu vực có tốc độ xói lở bờ mạnh nhất, hàng năm xói lở ăn sâu vào bờ từ 30 đến 50 m. Đoạn bờ sông bị xói lở bờ là một dải đất rộng ít cơ sở hạ tầng, bởi vậy thiệt hại trực tiếp do xói lở đoạn bờ sông này gây ra không nhiều, nhưng ngược lại thiệt hại gián tiếp lại rất lớn: tạo dòng chảy đâm thẳng vào bờ sông khu vực thị trấn Tân Châu; gây bồi lắng cửa rạch Hồng Ngự, điều này không chỉ cản trở giao thông thủy mà còn gây nên xói lở bờ rạch Long Khánh và nhiều nơi khác do lưu lượng dòng chảy ngày một gia tăng. Để hạn chế thiệt hại do hiện tượng xói bồi biến hình lòng dẫn đoạn sông Tiền từ Thường Phước tới điểm nhập lưu giữa hai nhánh Hồng Ngự và Long Khánh gây ra, cần phải xây dựng 1 một số công trình chỉnh trị với quy mô và kinh phí rất lớn (do sông sâu, lòng rộng, vận tốc dòng chảy rất lớn nhất là vào mùa lũ) điều này hoàn toàn không có khả năng trước tình hình kinh tế nước ta hiện nay. Một giải pháp ít tốn kém nhưng khá hiệu quả, có thể giảm bớt đáng kể thiệt hại do hiện tượng xói lở bờ gây ra, đó là dự báo trước những diễn biến bất lợi từ đó đề ra giải pháp phòng tránh trước khi nó xảy ra. Để đạt được mục đích này, trên cơ sở tài liệu đo đạc thực tế nhiều năm đoạn sông Tiền khu vực Thường Phước chúng tôi tiến hành xây dựng công thức thực nghiệm tính tốc độ xói lở bờ trên cơ sở đó dự báo phạm vi xói lở trong tương lai. II. Cơ sở lý luận xây dựng công thức kinh nghiệm tính tốc độ xói lở bờ sông Một dòng sông gồm hai yếu tố cơ bản cấu thành đó là lòng dẫn và dòng nước chảy trên nó. Hai yếu tố này luôn thay đổi theo không gian lẫn thời gian và giữa chúng không ngừng tác động lẫn nhau, thông qua lực cơ học, lý học, hoá học. Dưới tác động của dòng nước lòng dẫn bị thay đổi về hình dạng kích thước, độ lớn, ngược lại sau khi lòng dẫn đã thay đổi lại có tác động trở lại dòng nước làm thay đổi trạng thái, kết cấu của dòng nước... Điều này chứng tỏ rằng hiện tượng xói bồi biến hình lòng dẫn sông là một hiện tượng tự nhiên mà nguyên nhân chính là do sự tác động qua lại không ngừng giữa dòng chảy và lòng dẫn. Xác định tốc độ xói lở bờ sông thực chất là xác định tốc độ biến hình ngang của lòng sông, dưới tác dụng chính của các lực thủy động lực học, kết quả là khối đất bờ sông mất ổn định, sụp đổ xuống sông. Các nhà khoa học trên thế giới đã chỉ ra rằng tốc độ xói lở bờ sông phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, nhưng ba yếu tố chính cần được quan tâm đặc biệt đó là: Dòng chảy, hình dạng lòng dẫn và tính ổn định của lòng dẫn tại đó. Với tính phức tạp của dòng chảy, tính đa dạng của lòng dẫn, tính nhiều vẻ của đất bờ sông đã dẫn đến cách đánh giá, hình thức biểu thị rất khác nhau về các yếu tố này trong công thức kinh nghiệm của các tác giả. Theo Ibadzade [1] tốc độ xói lở ngang của đoạn sông cong phụ thuộc vào lưu lượng dòng chảy Q, bán kính cong R của đoạn sông đang xét, chiều rộng lòng sông B và hệ số ổn định của đất bờ . Bxi = f (Q, Ri/Bi,) (1) Theo Pôpôp [4], Lê Ngọc Túy và một số tác giả khác [5] cũng đề cập tới ba yếu tố chính nêu trên trong công thức kinh nghiệm tính tốc độ xói lở bờ sông của mình, nhưng cách biểu thị các yếu tố đó có nhiều điểm khác với Ibadzade. Công thức của các tác giả đều có dạng chung: F Hmaxi − H  xi LT  Hmax − H  (2) 2 Trong đó: - Bxi - F - L - T - Hmaxi - Hmax - H -  , : tốc độ xói lở ngang (m/năm) tại mặt cắt i; : diện tích khối đất bờ xói lở trong khoảng thời gian T năm (m2); : chiều dài đường bờ sạt lở của từng giai đoạn (m); : thời gian xói lở (năm); : độ sâu lớn nhất tại mặt cắt tính toán thứ i (m); : độ sâu lớn nhất của đoạn xói lở nghiên cứu (m); : độ sâu ổn định (tại mặt cắt quá độ) (m); : Các hệ số thực nghiệm. Nhìn chung các công thức kinh nghiệm của các tác giả nêu trên đều có khả năng áp dụng tính tốc độ xói lở bờ sông Cửu Long, khi các hệ số thực nghiệm được xác định từ tài liệu thực đo tại vị trí xem xét. Tuy vậy chúng tôi chưa hài lòng bởi sai số cao và các công thức chưa đề cập tới khả năng và thời gian duy trì khả năng của dòng chảy gây ra xói lở bờ sông. Khảo sát thực tế cho thấy đại lượng F/LT trong công thức PôPốp quan hệ khá chặt chẽ với tích số giữa khả năng và thời gian duy trì khả năng của dòng chảy gây xói lở. Bởi vậy, chúng tôi đề nghị thay đại lượng F/LT trong (2) bằng đại lượng ΔVi , ΔTi. Như vậy công thức kinh nghiệm được đề xuất có dạng, Bxi = .(ΔVi .ΔTi ) . Hmaxi −H  (3) Trong đó: ΔVi = Vi - [V]kd: số gia vận tốc, biểu thị khả năng dòng chảy gây xói lòng dẫn tại mặt cắt thứ i; Vi: vận tốc trung bình hay tại thủy trực nào đó (cần khảo sát để nhận được công thức kinh nghiệm thích hợp nhất) tại mặt cắt thứ i; [V]kd : vận tốc khởi động của vật liệu cấu tạo lòng dẫn; ΔTi : thời gian duy trì vận tốc dòng chảy có vận tốc lớn hơn vận tốc khởi động của vật liệu cấu tạo lòng dẫn tại mặt cắt thứ i; , , : là các hệ số thực nghiệm, được xác định trên cơ sở tài liệu thực đo nhiều năm. Công thức (3), bao hàm 3 hệ số thực nghiệm cần xác định , , , với cách tính thông thường sẽ không thực hiện được, bởi vậy chúng tôi đề nghị viết biểu thức (3) dưới một dạng khác, Bxi =(ΔVi .ΔTi n Hmax i −H    Hmax −H  (4) 3 Trong đó n = /. Với cách viết biểu thức dưới dạng (4), hai hệ số thực nghiệm ,  sẽ được xác định theo phương pháp sai số bình phương trung bình nhỏ nhất khi n cho trước. Ứng với mỗi trị số n cho trước sẽ xác định được hệ số tương quan giữa chiều rộng xói ngang Bxi thực đo trong các giai đoạn tính. X = (ΔV .ΔT )n. Hmax i −H  max (5) Hai hệ số thực nghiệm cần xác định là hai hệ số tương ứng với trường hợp hệ số tương quan lớn nhất. III. Công thức kinh nghiệm tính tốc độ xói lở bờ sông Tiền khu vực Thường Phước, tỉnh Đồng Tháp. Để xây dựng được công thức thực nghiẹm tính tốc độ xói lở bờ sông Tiền khu vực Thường Phước tỉnh Đồng Tháp theo dạng (4) trước hết phải chuẩn bị cơ sở dữ liệu về địa hình lòng dẫn, tài liệu thủy văn dòng chảy và diễn biến xói lở ngang tại đó trong nhiều năm. Qua theo dõi và phân tích sơ bộ xói lở bờ sông khu vực này cho thấy tốc độ xói lở bờ xảy ra vào mùa lũ lớn hơn rất nhiều lần so với mùa kiệt và thành phần vận tốc mép hố xói phía bờ lở liên quan chặt chẽ hơn tới tốc độ xói lở bờ (so với vận tốc trung bình mặt cắt và vận tốc trung bình thủy trực tại vị trí sâu nhất trên mặt cắt ngang) bởi vậy tích số giữa khả năng gây xói lở và thời gian duy trì xói lở ΔVi .ΔT = Vi − Vkd .ΔT  chỉ đặc biệt chú ý vào mùa lũ, trong đó thành phần vận tốc Vi là giá trị vận tốc trung bình thủy trực tại vị trí mép hố xói phía bờ lở của các mặt cắt ngang xem xét, [V]kd -vận tốc khởi động của bùn cát cấu tạo lòng dẫn tại từng mặt cắt xem xét. Vì khu vực xói lở bờ Thường Phước có điều kiện địa chất tương đối đồng nhất nên giá trị [V]kd được lấy như nhau cho mọi mặt cắt và bằng 0,41 m/s. Các trị số thực đo trong công thức (4) như: Bxi , ΔVi.ΔTi , ΔH = Hmax i −H càng chi tiết công thức thực nghiệm nhận được càng phù hợp với thực tế vì vậy cần phân thành nhiều thời đoạn ngắn để xem xét, tuy nhiên điều này còn phụ thuộc vào nguồn tài liệu, tính đồng bộ của tài liệu. Với nguồn tài liệu hiện có chúng tôi tiến hành xem xét cho ba thời đoạn từ 1985 đến 1991; 1992 đến 1994 và 2000 đến 2001, trên 5 mặt cắt tại khu vực xói lở bờ Thường Phước, được thể hiện trên hình 1. Các số liệu của từng thời đoạn trên 5 mặt cắt được thể hiện trong bảng 1, trong đó: - Cột 1 thời đoạn tính toán; 4 - Cột 2 số hiệu mặt cắt tính toán, vị trí được thể hiện trên hình 1; - Cột 3 kích thước xói ngang thực đo Btd ở từng mặt cắt trong các thời đoạn xác định; - Cột 4 tích số giữa khả năng và thời gian duy trì khả năng gây xói lở bờ của dòng chảy tại các mặt cắt tính toán (chỉ tính cho mùa lũ); - Cột 5 trị số ΔH của từng mặt cắt tính toán; -Từ cột 6 trở đi là giá trị tính toán xói lở ngang Btt, theo công thức kinh nghiệm được xây dựng từ phương pháp sai số bình phương trung bình nhỏ nhất, tại các mặt cắt thể hiện trên hình 1, tương ứng với các giá trị n cho trước. VÚnh X§¥ng # VÚnh Hßa # Long S¥n # Th§éng Ph§ì c MC1 MC2 MC3 MC4 Th§éng Thì i TiÒn MC5 # # Th§éngLÁc Theme1.shp ˜Üa danh # TÙnh # HuyÖn # Ph§éng # HÁt # Êp Bé-2002.shp Bé-2001.shp Bé 2000 Bé 66 - 97 1966 1977 1985 1987 1992 1994 1997 Vîng bäi - xâi Xâi lê 1965 - 1987 Xâi lê 1987 - 1992 Xâi lê 1992 - 1994 Xâi lê ¢Õn nŸm 2000 Bäitó 1965 - 1987 Bäitó 1987 - 1992 Bäitó 1992 - 1994 Vîng Xâi lê xen bäi tó River96.shp T¡n Ch¡u # N W E # S Phò An Hình 1: Đường viền bờ sông Tiền khu vực Thường Phước trong ba giai đoạn 5 ... - tailieumienphi.vn