Nghiên Cứu Sự Biến Đổi Môi Trường Địa Chất Khu Vực Kênh Quan Chánh Bố Và Kênh Tắt Trong Quá Trình Vận Hành Tuyến Luồng Tàu Biển Tải Trọng Lớn Vào Sông Hậu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỮU SƠN NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT KHU VỰC KÊNH QUAN CHÁNH BỐ VÀ KÊNH TẮT TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH TUYẾN LUỒNG TÀU BIỂN TẢI TRỌNG LỚN VÀO SÔNG HẬU Chuyên ngành: Kỹ thuật địa chất Mã số chuyên ngành: 9520501 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG – HCM Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Đậu Văn Ngọ Phản biện độc lập: PGS.TS Huỳnh Ngọc Sang Phản biện độc lập: PGS.TS Tạ Đức Thịnh Phản biện: PGS.TS Phạm Trung Hiếu Phản biện: PGS.TS Nguyễn Việt Kỳ Phản biện: TS Phan Chu Nam Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp Phòng 204B8 - Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG- HCM vào lúc 09 00 phút ngày 30/05/2022 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG – HCM - Thư viện Đại học Quốc gia Tp HCM - Thư viện Khoa hợp Tổng hợp Tp HCM MỞ ĐẦU Tóm tắt cơng trình nghiên cứu Luồng tàu biển cho ngành vận tải phục vụ phát triển kinh tế - xã hội vùng đồng Sông Cửu Long (ĐBSCL) nhiệm vụ cấp thiết, đặc biệt luồng cho tàu biển trọng tải lớn vào sơng Hậu có vai trị quan trọng Đây đường vận tải thủy huyết mạch hệ thống cảng biển khu vực ĐBSCL số vùng kinh tế trọng điểm phía nam để xuất hàng hóa Luồng qua cửa Định An thường xun bị bồi lấp khó cải tạo, cần mở luồng vào sông Hậu qua kênh Quan Chánh Bố cho phép tàu 10.000DWT đầy tải tàu 20.000DWT giảm tải vào cảng sông Hậu Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố tự nhiên nhân tạo trình vận hành tuyến luồng tàu tải trọng lớn vào sông Hậu, nhóm yếu tố tự nhiên nhân tạo ảnh hưởng đến diễn biến xói lở bồi lắng tai biến phịng ngừa, chống giảm thiểu thiệt hại mức độ khác Cấu trúc địa chất đường bờ có hàm lượng cát, bụi sét đánh giá theo thang tỷ lệ “ROM” với năm cấp độ xói lở “nguy kịch”, “rất cao”, “cao”, “trung bình” “thấp” độ sâu 1,5m, 3,5m, 5,5m 7,5m ứng suất cắt tới hạn vật liệu đường bờ tính tốn dựa hàm lượng sét bụi Chế độ dòng chảy trước sau vận hành tuyến luồng ứng dụng mơ hình Mike 21/3 tích hợp để đánh giá mức độ thay đổi thủy động lực học, vận chuyển bùn cát trình bồi xói Sóng tàu thuyền yếu tố quan trọng trình vận hành đo đạc tính tốn ứng suất ảnh hưởng đến ổn định đường bờ Qua đó, đề xuất giải pháp phát triển bền vững, kế hoạch tu nạo vét tuyến luồng trình vận hành Trong nghiên cứu này, tác giả kết hợp kết nghiên cứu ngồi nước đánh giá mức độ xói lở cấu trúc địa chất, chế độ dòng chảy, vận chuyển trầm tích, sóng tàu thuyền ảnh hưởng cơng trình bảo vệ bờ (đê chắn sóng, cơng trình chỉnh trị, ) nhằm tìm ngun nhân xói lở bồi lắng tuyến luồng Trong giải pháp đáp ứng yêu cầu trên, tác giả đề xuất sáu giải pháp bảo vệ bờ áp dụng cụ thể cho đoạn tuyến luồng dựa mức độ ảnh hưởng yếu tố cấu trúc địa chất, thủy lực dịng chảy tác động sóng tàu thuyền Trong đó, có hai giải pháp phi cơng trình cách trồng giảm sóng bốn giải pháp cơng trình với mức độ kiên cố khác Mơ hình vận chuyển bùn cát bồi xói tính toán cho trường hợp nạo vét luồng hàng năm với ba kịch thấp, trung bình đến cao thơng qua 11 mặt cắt cho đoạn tuyến luồng dài 20,77km đề xuất kế hoạch nạo vét định kỳ hàng năm, hai năm đại tu tuyến luồng sau năm năm qua mặt cắt nạo vét khác nhằm đảm bảo hoạt động thông suốt phát triển bền vững tuyến luồng Lý lựa chọn luận án Sau cơng trình đưa vào khai thác vận hành năm, chế độ dòng chảy thay đổi, cấu trúc địa chất bờ bị xáo trộn sóng tàu thuyền tác động biến đổi môi trường địa chất khu vực tuyền luồng dẫn tới mức độ xói lở, bồi lắng tuyến luồng gia tăng mạnh mẽ, cản trở hoạt động giao thơng thủy Những hoạt động gây hậu làm chế độ dịng chảy gia tăng, xói lở, bồi lắng lòng luồng nghiêm trọng, ảnh hưởng khai thác hiệu quả, chi phí nạo vét, tu tuyến luồng cần phải có dự báo tương lai Vì vậy, nghiên cứu đánh giá biến đổi môi trường địa chất tác động đến hệ thống luồng tàu vào sơng Hậu q trình vận hành sở khoa học để đề biện pháp khai thác hợp lý bảo vệ mơi trường có ý nghĩa khoa học thực tế lớn, có tình cấp bách cao Đây lý lựa chọn đề tài luận án nghiên cứu Câu hỏi nghiên cứu Câu hỏi 1: Các yếu tố tự nhiên – nhân tạo có liên quan đến gia tăng mức độ xói lở - bồi lắng q trình vận hành tuyến luồng tàu biển vào sông Hậu đào hoàn toàn nạo vét mở rộng từ đoạn kênh Quan Chánh Bố vào đoạn kênh Tắt? Câu hỏi 2: Làm để giảm thiểu tác động tiêu cực dự báo tu nạo vét tuyến luồng nhằm đảm bảo vận hành ổn định tuyến luồng tàu biển tải trọng lớn vào sông Hậu hiệu tương lai? Mục đích luận án Làm sáng tỏ tác động yếu tố tự nhiên nhân tạo ảnh hưởng đến ổn định tuyến luồng q trình vận hành cơng trình tuyến luồng kênh Quan Chánh Bố đến hết kênh Tắt với chiều dài 20,77km Dự báo xói lở bồi lắng dọc theo bờ tính tốn khối lượng bồi lắng hàng năm làm ảnh hưởng đến hiệu vận hành tuyến luồng Kiến nghị giải pháp bảo vệ ổn định lâu dài cho tàu tải trọng lớn 10.000DWT đầy tải tàu 20.000DWT giảm tải vào cảng sông Hậu tu nạo vét hợp lý đảm bảo phát triển bền vững tuyến luồng trình vận hành Đối tượng phạm vi nghiên cứu 5.1 Đối tượng nghiên cứu: Tuyến luồng đoạn kênh Quan Chánh Bố đến hết đoạn kênh Tắt (kênh tự nhiên nhân tạo) vận hành làm tác động đến môi trường địa chất Trong đó, cấu trúc địa chất bờ, chế độ dịng chảy sóng tàu thuyền làm gia tăng xói lở - bồi lắng đối tượng tập trung nghiên cứu Dự báo khối lượng bồi lắng hàng năm kiến nghị giải pháp bảo vệ bờ, tu nạo vét hợp lý đảm bảo phát triển bền vững tuyến luồng 5.2 Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu giới hạn môi trường địa chất khu vực tuyến luồng kênh Quan Chánh Bố kênh Tắt, bề rộng tuyến luồng 200m, chiều sâu đáy luồng 7,5m vận hành năm từ năm 2016, quan điểm xem địa hệ tự nhiên – kỹ thuật phân tích đánh giá lý thuyết hệ thống Phương pháp nghiên cứu 6.1 Phương pháp luận nghiên cứu: Khi tuyến hệ thống luồng vào khai thác trạng thái “cân động” trạng trước chưa thông luồng bị phá vỡ Các yếu tố tác động sóng, dịng chảy, vận chuyển bùn cát, bồi xói cân vật chất vùng nghiên cứu lân cận nói riêng thay đổi liên tục chúng phụ thuộc vào nhiều chế biến động mạnh theo thời gian khơng gian Do đó, để đáp ứng theo u cầu tốn đặt ra, cần thiết phải có mơ hình đủ mạnh để thực mơ đầy đủ trình cách tổng quan xác Đó sở để đề xuất biện pháp cơng trình điều tiết tác động nhân tạo để ngăn ngừa hạn chế phát triển trình địa chất bất lợi bảo vệ cơng trình khỏi bị tác hại tai họa chúng gây Các lập luận sở để áp dụng phương pháp nghiên cứu trình bày luận án nhằm đáp ứng với mục tiêu đặt luận án 6.2 Các phương pháp nghiên cứu: Để giải mục đích, câu hỏi nghiên cứu luận án đặt ra, phương pháp nghiên cứu sử dụng gồm: phân tích lịch sử tự nhiên nhằm làm sáng tỏ hình thành đặc điểm cấu trúc địa chất, thành phần tính chất mơi trường địa chất; phân tích hệ thống nhằm dự báo tương tác địa hệ tự nhiên – kỹ thuật địa chất cơng trình; Phương pháp mơ hình tốn: sử dụng mơ hình thủy động lực MIKE 21/3 tích hợp đánh giá tác động dự báo q trình dịng chảy, vận chuyển bùn cát, bồi xói cân vật chất vùng nghiên cứu, phân tích ổn định tổng thể phương pháp cân giới hạn (GLE) giải pháp ổn định tuyến luồng; khảo sát thực địa, lấy mẫu, đo thực theo dõi diễn biến trình địa chất cơng trình vùng mơi trường địa chất khơng ổn định hiệu chỉnh, kiểm định thông tin sử dụng mơ hình tốn 6.3 Cơ sở tài liệu nghiên cứu: Cấu trúc địa chất 88 hố khoan dọc theo tuyến luồng bờ phải – trái thiết kế sở, đánh giá tác động môi trường Cục hàng hải Việt Nam; Khảosát thực địa, lấymẫu5 đợt khảo sát từ năm 2019 đến 2021 với tất điểm xói lở dọc bờ, đo đạc thông số, khoan khảo sát bổ sung 20 hố khoan dọc bờ, lấy 04 mẫu nước phân tích trầm tích, đo đạc 02 vị trí sóng tác động tàu thuyền, đo sâu kiểm tra mức độ bồi lắng; Sử dụng MIKE 21/3 tích hợp tính tốn dịng chảy, vận chuyển bùn cát, bồi/ xói cân vật chất với sở liệu gồm: Địa hình bờ nước lấy từ kết thực đo Viện Kỹ thuật biển; cửa sông số liệu điều tra năm 2010 Hải Quân; vùng ven biển Trà Vinh PORTCOAST Dữ liệu mực nước biên lỏng trích từ mơ hình triều tồn cầu cung cấp DHI Số liệu trường sóng trích từ liệu sóng tồn cầu Wave Watch III cung cấp Trung tâm dự báo môi trường thuộc Cơ quan quản lý đại dương khí Mỹ Kết tính tốn từ mơ hình MIKE 21SW đươc kiểm định lại với kết tính tốn mơ hình Wave Watch III số liệu thực đo trạm Phú Quốc Dữ liệu bùn cát dùng cho mơ hình lấy từ kết phân tích thành phần vật liệu ven bờ có D50 = 0,20 mm cho toàn vùng nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 7.1 Ý nghĩa khoa học: Các kết kinh nghiệm nghiên cứu biến đổi môi trường địa chất hệ thống tuyến luồng tàu xem xét tương tác yếu tố tự nhiên nhân tạo đóng góp tích cực lĩnh vực Các kết nghiên cứu q trình xói lở - bồi lắng ổn định bờ tuyến luồng vận chuyển trầm tích, chế độ dịng chảy, chế độ bùn cát, chế độ sóng tác động lên cơng trình sở khoa học quan trọng để quản lý qui hoạch, phịng chống ổn định cơng trình khai thơng dịng chảy Tối ưu địa hệ tự nhiên - kỹ thuật từ thông số khảo sát, thiết kế ổn định, dự báo thành lập thiết kế, chỉnh sửa giải pháp thiết kế từ thơng tin địa chất cơng trình, quan trắc trạng thái cơng trình q trình thi cơng, hiệu vận hành an tồn đảm bảo khơng vượt q giới hạn quy định thiết kế 7.2 Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu luận án sở giúp nhà quản lý đề chiến lược biện pháp ứng phó với xói lở - bồi lắng, nguyên nhân ảnh hưởng đến ổn định đường bờ, sóng giao thơng thủy gây để quản lý tốc độ cho phép tàu thuyền áp dụng giải pháp thích hợp bảo vệ đoạn bờ nhằm phát triển bền vững tuyến luồng q trình vận hành Kết nghiên cứu có giá trị tham khảo xây dựng hệ thống tuyến luồng tàu có mơi trường địa chất tương tự có ảnh hưởng xói lở - bồi lắng trình vận hành địa phương khác CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ BIẾN ĐỔI MƠI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT 1.1 Tổng quan nghiên cứu môi trường địa chất 1.1.1 Tình hình nghiên cứu mơi trường địa chất: Môi trường địa chất (MTĐC) tảng hợp phần quan trọng môi trường tự nhiên – kỹ thuật, gồm thạch quyển, thổ quyển, thủy quyển, khí mặt đất sinh đối tượng nghiên cứu, điều tra đánh giá khoa học Địa chất môi trường nghiên cứu, xây dựng giải pháp nhằm phát huy tốt, sử dụng hợp lý chức MTĐC, đồng thời đề xuất giải pháp bảo vệ MTĐC để phát triển bền vững Nó bao gồm nghiên cứu địa chất thủy văn, địa chất cơng trình, địa hình, địa chất, địa chất kinh tế vấn đề liên quan đến trình, nguồn tài nguyên trái đất đặc tính kỹ thuật vật chất Trái Đất 1.1.2 Nhu cầu nghiên cứu biển đổi môi trường địa chất: Con người trình thiết kế cơng trình đặt vần đề phải dự báo biến đổi hệ thống thời gian vận hành Dự báo thay đổi hệ thống theo thời gian Vì nên từ thiết kế cần phải tối ưu hóa tính chất cấu trúc từ bắt đầu công tác xây dựng, cấu trúc phát triển hệ hình thành sau xây dựng cơng trình thời gian Đây vấn đề nhu cầu cần nghiên cứu mơi trường địa chất gặp nhiều khó khăn cần phải hướng tới giải 1.2 Tổng quan nghiên cứu liên quan đến luận án 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước ngồi: Trên giới, nhiều nhà nghiên xác định nguyên nhân, yếu tố gây xói lở - bồi lắng sơng phương pháp quan sát, quan trắc, mô mơ hình trầm tích, thành phần vật liệu cấu tạo đường bờ Sự tách rời đất theo hạt lơ lửng phần bờ sông khởi nguồn từ hai q trình xói mịn thủy lực xói gần mặt đất Nghiên cứu đất kết dính cơng thức tính khác ứng suất cắt tới hạn liên quan đến thuộc tính vật lý, hố học, học, yếu tố sinh học môi trường quan tâm đặc biệt đến Như vậy, nghiên cứu giới tập trung phân tích ổn định bờ nghiên cứu qua nhiều hướng khác nhau, yếu tố nguyên nhân gây xói lở, bồi lắng hình thái, địa hình sơng, lưu lượng dịng chảy, sóng gió, sóng giao thơng thủy, ứng suất cắt tới hạn vật liệu bờ, tốc độ diễn biến xói lở bờ sơng Tuy nhiên, yếu tố khơng có tính quy luật mà phụ thuộc vào mơi trường địa chất khu vực nghiên cứu nguyên nhân tác động đến khác cần phải tổng hợp đánh giá q trình xói lở - bồi lắng đề xuất giải pháp giảm thiếu tác động tiêu cực đến trình vận hành 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước: Có nhiều ngun nhân ảnh hưởng đến q trình xói lở bồi lắng khu vực cửa sông, bao gồm q trình tự nhiên (sóng, thủy triều dịng chảy ) trình nhân tạo Nhằm làm rõ ảnh hưởng sóng tàu thuyền lên q trình xói lở bờ sơng nhóm tác giả ngun nhân dẫn đến xói lở đường bờ dựa kết quan sát thực tế liệu hoạt động tàu thuyền, kết hợp với việc lấy mẫu phân tích tính tốn khả xói lở vật liệu đường bờ Cơ chế bồi lắng luồng tàu sóng biển ứng dụng mơ hình số Mike 21, kết cho thấy áp dụng để tính cho khu vực luồng tàu chịu ảnh hưởng sóng biển có chiều cao lớn, vùng không che chắn Cho đến nay, chưa có nghiên cứu tổng hợp yếu tố tự nhiên nhân tạo mức độ xói lở cấu trúc địa chất theo độ sâu, chế độ dòng chảy thay đổi ảnh hưởng sóng tàu thuyền Đặc biệt, tuyến luồng hình thành vấn đề xói lở - bồi lắng định tính hiệu q trình vận hành tuyến luồng cần phải đề xuất giải pháp ngăn ngừa giảm thiểu tác động tiêu cực Đề tài luận án tập trung vào trình địa chất môi trường ảnh hưởng đến đoạn kênh Quan Chánh Bố đến hết đoạn kênh Tắt (tự nhiên nhân tạo) trình vận hành nhằm đánh giá tác động mơi trường địa chất đến xói lở - bồi lắng 1.3 Những vấn đề tồn nghiên cứu biến đổi môi trường địa chất Hoạt động tàu thuyền tác động xấu tới chế độ thủy dòng chảy, cấu trúc địa chất bờ Luận án tập trung nghiên cứu đặc điểm MTĐC tuyến luồng đoạn kênh Quan Chánh Bố đến hết đoạn kênh Tắt, phân chia cấp độ xói lở theo độ sâu khác nhau; Các kịch trạng trước sau có tuyến luồng, dự báo tốc độ bồi xói mùa lũ mùa kiệt; Bản chất tượng vật lý vận chuyển trầm tích, chế độ dịng chảy, chế độ bùn cát, chế độ sóng; Dự báo khối lượng bồi lắng hàng năm để có kế hoạch tu nạo vét sau năm vận hành Lần hệ thống tuyến luồng tàu tự nhiên – nhân tạo nghiên cứu đánh giá cách rõ ràng xác định đặc điểm xói lở - bồi lắng khối lượng nạo vét hàng năm sở cho quan quản lý luồng tàu đạt hiệu kinh tế ổn định lâu dài 1.4 Đặt vấn đề nghiên cứu luận án Từ nghiên cứu tổng quan, khuôn khổ luận án, tác giả tập trung chủ yếu vấn đề sau: Điều kiện tự nhiên khu vực trước sau hình thành tuyến luồng Mối quan hệ yếu tố làm thay đổi chế độ dòng chảy, vận chuyển bùn cát theo kịch khác Nghiên cứu, đánh giá mức độ xói lở cấu trúc địa chất dọc theo tuyến, sóng tàu thuyền ảnh hưởng đến đường bờ tuyền luồng Dự báo trình vận chuyển bùn cát - bồi xói, dự báo khối lượng nạo vét hàng năm Đề xuất giải pháp giảm thiểu tác động tiêu cực biện pháp quản lý vận hành ổn định tuyến luồng giải pháp phi công trình cơng trình kiên cố đề xuất kế hoạch nạo vét, tu tuyến luồng đảm bảo vận hành ổn định Tuyến luồng tàu từ đoạn kênh Quan Chánh Bố đến hết đoạn kênh Tắt dài 20,77km, bề rộng tuyến luồng 200m, chiều sâu 7,5m vận hành 05 năm từ năm 2016 Luận án chủ yếu quan tâm đến nguyên nhân xói lở - bồi lắng, khối lượng nạo vét hàng năm giải pháp phát triển bền vững tuyến luồng CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 Vị trí vùng nghiên cứu quy mơ tuyến luồng tàu biển tải trọng lớn 2.1.1 Vị trí vùng nghiên cứu: Dự án Luồng cho tàu biển trọng tải lớn vào sơng Hậu có trọng tải 10.000 DWT (đầy tải) đến 20.000DWT (giảm tải) vào, đảm bảo thông qua lượng hàng hóa khu vực ĐBSCL Hình 2.1 Vị trí vùng nghiêng cứu 2.1.2 Quy mơ tuyến luồng: Đoạn thuộc sông Hậu dài 6km, kênh Quan Chánh Bố dài 19km, kênh tắt dài 9km đào thông biển, kênh biển dài 6km Chiều rộng từ 85 –150m tùy đoạn Đê Bắc dài 3,5km đê Nam dài 2,5km 2.2 Đặc điểm môi trường địa chất khu vực nghiên cứu 2.2.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo tân kiến tạo: Đoạn kênh Quan Chánh Bố chạy qua dọc hai bên bờ dừa nước, đước, mắm mọc dọc hai bên bờ sông, nhà dân thưa thớt, chủ yếu ao tôm lớn Đoạn kênh Tắt ao tôm lớn, bờ bao, mép bờ kênh rạch mọc nhiều dừa nước Trong vùng nghiên cứu ghi nhận hệ thống đứt gãy kiến tạo Trong có nhiều đứt gãy trùng gần trùng với sơng lớn cùa vùng, điển sông Hậu,… 2.2.2 Đặc điểm cấu trúc địa chất: Địa chất lịng sơng lớp sét, lẫn cát hữu cơ, đơi chỗ có hàm lượng cát nhiều Địa chất khu vực kênh Quan Chánh Bố tương đối đồng gồm lớp đất đắp, lớp sét, chỗ kẹp lớp cát mỏng Đoạn Luồng Đoạn bờ Bờ trái Bờ phải KÊNH TẮT Bờ trái Độ sâu 5,5 7,5 1,5 3,5 5,5 7,5 1,5 3,5 5,5 7,5 1,5 3,5 5,5 7,5 Hàm lượng cát, % 5,6 1,7 3,9 6,2 2,8 4,6 7,4 0,0 3,8 5,3 0,0 3,1 6,8 3,0 4,6 6,4 2,6 4,9 95,4 0,0 34,5 95,9 0,5 54,6 95,6 0,2 41,2 81,4 0,0 34,1 95,0 0,4 25,5 96,3 0,2 53,1 96,1 0,2 53,3 78,7 0,3 30,6 Hàm lượng bụi, % 46,2 30,5 38,2 45,0 28,5 39,2 47,5 29,0 38,4 49,2 25,9 39,6 45,8 32,3 39,2 45,2 29,2 40,2 70,5 3,6 38,2 61,1 3,2 58,1 67,0 3,4 41,8 68,6 17,7 37,8 69,2 4,0 36,4 77,5 2,7 33,6 67,0 2,9 31,4 73,6 19,8 47,2 Hàm lượng sét, % 67,2 52,9 59,4 71,5 50,0 56,5 71,0 51,2 60,0 49,2 25,9 39,6 65,2 50,0 57,3 70,8 50,4 55,8 63,0 0,2 29,9 61,1 3,2 30,5 54,1 0,3 19,7 54,5 1,0 19,7 67,0 0,4 38,1 77,5 2,7 32,5 53,1 0,3 15,3 48,6 1,0 22,2 3.1.2 Đặc điểm chế độ dòng chảy: Chiềucaovà độ dốc bờ hainhân tố quan trọng đánh giá nguycơ xóilở bờ đặc biệt xem xét với bờ vật liệu kết dính Kiểu xói lở phụ thuộc vàođặc điểm vật liệu bờ hình thái bờ thời điểm xói lở Dịng chảy ngang bờ thay đổi theo chiều sâu, phần vật chất sóng vận chuyển phía bờ tập trung chân đỉnh sóng 3.1.3 Đặc điểm sóng tàu: Sóng tàu thuyền khuấy động trầm tích phụ thuộc kích thước, tốc độ hình dạng tàu, kích thước luồng tàu, kết cấu bờ sóng di chuyển qua tàu Hình 3.1 thể sơ đồ tóm chung cách thức dịng chảy sóng hoạt động xung quanh tàu tác động sóng gây xói lở Hình 3.1 Tác động sóng tàu hoạt động luồng tàu 12 3.1.4 Hiện trạng xói lở - bồi lắng dọc theo tuyến luồng Khi lượng dịng đủ lớn, sau trừ cho q trình vận tải dòng rắn ma sát, dòng bào mòn đáy (xâm thực sâu) Khi lượng dòng đủ cho q trình khơng xảy trình xâm thực Khi nguyên nhân mà lượng giảm xuống đột ngột, tới mức khơng cịn đủ khả vận tải tồn vật chất thắng ma sát (tích tụ) Xói lở bờ thảm thực vật, tác động sóng dịng chảy 3.2 Đánh giá mức độ xói lở cấu trúc địa chất đến ổn định đường bờ Trong thành phần kết cấu đất dính, %cát, %bụi %sét yếu tố ảnh hưởng đến xói lở, đánh giá mức độ xói lở bờ với cấp độ “nguy kịch”, “rất cao”, “cao”, “trung bình”, “thấp” theo thang tỉ lệ "ROM" (Zainal Abidin Mukri, 2002) để dự báo mức độ xói lở dọc từ 1,5m đến 7,5m tính ứng suất cắt tới hạn đất theo phần trăm bụi-sét 3.2.1 Phương pháp đánh giá mức độ xói lở: Bouyoucos (1962), sử dụng tỷ lệ sét công thức (3.1) để lấy số độ xói lở Bouyoucos Zainal Abidin Mukri (2002) mở rộng nghiên cứu để xem xét mức độ xói lở thang tỉ lệ “ROM” công thức (3.2) Chỉ số xói lở Bouyoucos = %஼á௧ା%஻ụ௜ %ௌé௧ (3.1) EIROM= %஼á௧ା%஻ụ௜ ଶ.%ௌé௧ (3.2) Bảng 3.2 thể dãy thang tỉ lệ “ROM” cấp độ xói lở đất Thang tỉ lệ "ROM" 12 Cấp độ xói lở đất Thấp (Low) Vừa phải (Moderater) Cao (High) Rất cao (Very high) Nguy kịch (Critical) Ứng suất cắt tới hạn vật liệu bờ Julian Torres (2006) tính dựa tỷ lệ phần trăm hạt bụi - sét (SC%) theo công thức (3.3) ߬௖ = 0.1 + 0.1779ሺܵ‫ܥ‬%ሻ + 0.0028ሺ‫ܿݏ‬%ሻଶ 2.34‫ ܧ‬− 5ሺܵ‫ܥ‬%ሻଷ (3.3) 3.2.2 Đánh giá mức độ xói lở cấu trúc địa chất: Bảng 3.3 thể đoạn kênh Quan Chánh Bố, cấu trúc địa chất bờ ổn định đánh giá cấp độ xói lở “thấp”, 13 có phần trăm hạt sét 25,9% đến 72,2% đoạn kênh Tắt đánh giá cấp độ xói lở từ “thấp” đến “nguy kịch”, bờ trái tuyến chiếm 55% mức độ “nguy kịch”, bờ phải tuyến chiếm 53% mức độ “nguy kịch” độ sâu 3,5m 5,5m tùy thuộc vào kết cấu thành phần hạt, phần trăm sét dao động lớn từ 0,2% đến 61,1% phần trăm chiếm giữ hạt cát cao 40% Đoạn kênh Quan Chánh Bố, ứng suất cắt tới hạn bờ phải – trái τc(SC) =16,9÷22,4N/m2 Đoạn kênh Tắt, ứng suất cắt tới hạn bờ phải – trái τc(SC) =5,9÷18,2N/m2 Với thang tỉ lệ “ROM” đánh giá cấp độ “nguy kịch” phần trăm sét dao động từ 0,2%÷4,0% Bảng 3.3 Cấp độ xói lở theo độ sâu đoạn kênh Quan Chánh Bố kênh Tắt 3.2.4 Bản đồ phân vùng mức độ xói lở cấu trúc địa chất theo độ sâu Hình 3.2 thể thành phần cấu tạo đường bờ đồng nhau, hàm lượng sét lớn 50% khả chống lại sức kháng cắt >16,9N/m2 đoạn kênh Quan Chánh Bố Hình 3.2 Kết phân tích thành phần hạt đường bờ kênh QCB kênh Tắt Kênh Tắt khu vực đồng ruộng đầm lầy tương đối thấp Hình 3.2 thể cấu tạo chủ yếu lớp bùn dày mặt (>5m) lớp cát bên dày khoảng 24m khả chống lại sức kháng cắt 1000m3/năm) so với khu vực cịn lại Hình 4.1 Lưu lượng trầm tích qua mặt cắt hàng năm Bảng 4.2 thể kết tính tốn tốc độ bồi/xói hàng năm, khu vực phà Kênh Tắt, Long Tồn cửa Đại An có tốc độ bồi lắng hàng năm tương đối lớn Kết bồi lắng cực đại khu vực Long Toàn (MC8-8) 0,61m/năm Bảng 4.2 Tính tốn khối lượng trầm Mặt cắt Chiều dài Chiều dài cộng mặt cắt (m) dồn (m) MC1-1 2.061,50 2.061,50 MC2-2 1.030,75 3.092,25 MC3-3 1.030,75 4.123,00 MC4-4 1.767,00 5.890,00 MC5-5 1.193,50 7.083,50 MC6-6 1.193,50 8.277,00 MC7-7 1.154,50 9.431,50 MC8-8 1.154,50 10.586,00 MC9-9 4.722,00 15.308,00 MC10-10 2.731,00 18.039,00 MC11-11 2.731,00 20.770,00 Tổng cộng 20.770,00 - GTLN -734.378,45 -367.189,23 -367.189,23 1.757.233,79 -69.417,90 -69.417,90 1.313.405,38 1.313.405,38 -4.128.307,60 1.443.822,35 1.443.822,35 1.535.788,88 GTTB GTNN -558.381,87 -382.385,28 -279.190,93 -191.192,64 -279.90,93 -191.192,64 1.323.142,90 889.052,01 -38.884,49 -8.351,07 -38.884,49 -8.351,07 988.866,36 664.327,35 988.866,36 664.327,35 -3.101.311,40 -2.074.315,18 1.099.517,09 755.211,83 1.099.517,09 755.211,83 1.204.065,68 872.342,48 Hình 4.2 Biến đổi địa hình đáy sau năm mặt cắt 4-4 Kết đo sâu thực tế vào tháng 05/2016, tháng 06/2019, tháng 12/2020 tháng 04/2021 so với cao độ thiết kế đáy luồng (-6,5m) cho thấy kết đo sâu hồi âm phù hợp với mơ hình tính toán qua mặt cắt khác 4.3 Đề xuất giải pháp phát triển bền vững tuyến luồng ổn định vận hành 4.3.1 Lựa chọn giải pháp thích hợp ổn định bờ tuyến luồng: Sự cần thiết để đề xuất giải pháp xem xét dựa vào đánh giá tác động sóng dịng chảy 20 mái dốc Giải pháp thiết kế phân tích ổn định thông qua phần mềm Slope/W 2007 sử dụng số liệu khảo sát địa hình, địa chất, thủy văn 4.3.2 Giải pháp phi cơng trình: Rễ thực vật ven bờ cắm sâu vào đất giúp giảm tác động sóng, dịng chảy lên đường bờ, giúp làm tăng khả ổn định đường bờ Giải pháp phi cơng trình với hai phương án DX1 DX2 phù hợp với đoạn chưa xói lở có nguy xói lở bề mặt theo hình 4.3 Phương án DX1 Phương án DX2 Phương án DX3 Mặt cắt điển hình Mơ hình FS 1,29 1,32 Hình 4.3 Giải pháp phi cơng trình 1,34 4.3.3 Giải pháp cơng trình kè kiên cố: Ba phương án chống xói lở điển hình dựa nguyên tắc kết hợp hai giải pháp làm giảm lực gây trượt làm tăng lực kháng trượt đề xuất với hai phương án DX3, DX4, DX5 DX6 phù hợp với đoạn xói lở có nguy xói lở sâu theo hình 4.4 Phương án DX4 Phương án DX5 Phương án DX6 Mặt cắt điển hình Mơ hình FS 1,23 1,26 Hình 4.4 Giải pháp cơng trình 21 1,74 4.3.4 Đề xuất giải pháp bảo vệ bờ tuyến luồng: Bảng 4.3 thể chế tác động yếu tố mức độ khác lên đường bờ 11 mặt cắt điển hình Ghi chú: mức độ ảnh hưởng mạnh (iii), vừa (ii) (i) nhẹ Bảng 4.3 Tổng hợp yếu tố ảnh hưởng đến tuyến luồng Yếu tố Yếu tố Các yếu tố tự nhiên nhân sinh nhân sinh Mặt cắt Cấu trúc Thủy lực Sóng Cấu trúc Thủy lực Sóng tàu địa chất dòng chảy tàu thuyền địa chất dòng chảy thuyền iii iii iii MC7-7 i iii ii iii iii iii MC8-8 i ii ii iii i iii MC9-9 i ii ii ii i iii MC10-10 i ii ii ii ii iii MC11-11 i iii ii iii ii iii Các yếu tố tự nhiên Mặt cắt MC1-1 MC2-2 MC3-3 MC4-4 MC5-5 MC6-6 4.3.4.1 Đề xuất đoạn kè bảo vệ bờ kênh Quan Chánh Bố cửa Đại An: Hình 4.5 thể pham vi mặt kè bảo vệ bờ 4.3.4.2 Đề xuất đoạn kè bảo vệ bờ kênh Tắt: Hình 4.6 thể thể phạm vi mặt kè bảo vệ bờ Hình 4.6 Mặt kè bảo vệ bờ Hình 4.5 Mặt kè bảo vệ bờ đoạn đoạn kênh Tắt đoạn nối tiếp kênh Quan Chánh Bố cửa Đại An 4.3.5 Đề xuất kế hoạch tu nạo vét tuyến luồng đảm bảo vận hành ổn định Bảng 4.4 thể kế hoạch nạo vét theo định kỳ hàng năm, năm đại tu sau năm tương ứng đoạn luồng khác Bảng 4.4 Kế hoạch nạo vét tuyến luồng Kế hoạch nạo vét Hàng năm Mỗi năm Mỗi năm Mặt cắt (MC) 4, 7, 4, 7, 8, 10, 11 Tất Khối lượng (m3) theo kịch Cao Trung bình Thấp 538.007 439.209 343.139 896.297 702.809 547.258 1.535.789 1.204.066 872.342 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN: Từ kết nghiên cứu rút số kết luận sau: 1.1 Kênh Quan Chánh Bố, bờ cấu tạo chủ yếu thành tạo chủ yếu lớp đất đắp mặt, độ sâu từ 0,4 – 1,2m, sau lớp sét dày khoảng 16,6 – 22,5m phần trăm hạt sét dao động 25,9% đến 72,2% Kênh Tắt hữu chủ yếu khu vực đồng ruộng đầm lầy, cấu tạo địa chất yếu, bờ cấu tạo chủ yếu lớp bùn dày mặt (>5m), lớp cát bên dày khoảng – 4m, phần trăm sét dao động lớn từ 0,2% đến 61,1% phần trăm hạt cát cao 40% 1.2 Đặc điểm cấu trúc địa chất đoạn kênh Quan Chánh Bố hữu ổn định theo thang đánh giá ROM, cấp độ xói lở “Thấp”, ứng suất cắt tới hạn lớn đạt τc(%SC) =22,4N/m2 Trái lại, việc đào tuyến kênh Tắt, phá vỡ cấu trúc ổn định khu vực, dẫn đến việc bất ổn định cho bên bờ kênh Tắt Mức độ ổn định đánh giá theo thang ROM, cấp độ xói lở từ “Cao” đến “Nguy kịch” chiếm từ 19% đến 55% tùy theo độ sâu từ 1,5m đến 7,5m, ứng suất cắt tới hạn lớn đạt τc(%SC) =18,2N/m2 1.3 Việc khai thơng dịng chảy thơng qua Kênh Tắt làm tăng vận tốc dịng chảy khu vực Đại An, ngã Long Toàn Kênh Tắt Tốc độ dòng chảy cực đại khu vực Long Toàn xác định khoảng 1m/s đó, sau có kênh Tắt, dòng chảy khu vực Đại An tăng lên khoảng 0,5 – 0,7 m/s, đạt cực đại khoảng 1,3 – 1,5 m/s Sự gia tăng tốc độ dòng chảy làm ảnh hưởng trực tiếp đến trình ổn định đường bờ hoạt động giao thông thủy thông qua tuyến luồng 1.4 Hoạt động tàu thuyền thông qua tuyến luồng làm gia tăng lưu lượng thông qua Kênh Quan Chánh Bố hữu, dẫn đến nguy ổn định đường bờ hữu Sóng gây tàu thuyền đo đạc thời điểm xác định có chiều cao khoảng 0,3 – 1,4m, tùy thuộc vào điều kiện tải 23 trọng tàu, tốc độ di chuyển tàu thủy triều Khi tàu tải trọng lớn, di chuyển với tốc độ cao gây dịng chảy có tốc độ lớn dao động từ 0,57÷6,42m/s, sóng có chiều cao lớn tác dụng lên đường bờ Áp lực sóng tác dụng lên đường bờ tỷ lệ thuận với chiều cao sóng gây tàu thuyền Kết tính tốn cho thấy, đường bờ kênh Quan Chánh Bố hữu có khả chịu đựng ứng suất tới hạn khoảng 19,6 – 22,4N/m2, tương ứng với áp lực gây sóng tàu thuyền có độ lớn khoảng 0,68 – 0,74m Tương tự, đoạn bờ kênh Tắt 5,9 – 18,2N/m2, áp lực gây sóng tàu thuyền khoảng 0,45 – 0,69m 1.5 Xây dựng giải pháp phát triển bền vững tuyến luồng sáu giải pháp, có hai giải pháp phi cơng trình bốn giải cơng trình áp dụng đoạn cụ thể Khối lượng nạo tính tốn cho ba kịch lớn nhất, trung bình thấp qua 11 mặt cắt tương ứng 1.535.788,88; 1.204.065,68 872.342,48m3/năm cho đoạn tuyến luồng dài 20,77km Thời gian nạo vét hàng năm, hai năm đại tu tuyến luồng sau năm tùy theo đoạn với kịch khối lượng lớn 538.008; 896.297 1.535.789m3/năm KIẾN NGHỊ: 2.1 Cần có nghiên cứu chuyên sâu tác động hai tuyến đê chắn sóng đoạn cửa biển để có đánh giá chung phát triển bền vững hệ thống tuyến luồng 2.2 Đơn vị quản lý luồng cần có công tác phối hợp với đơn vị quản lý khai thác tuyến luồng, thực công tác đào tạo chuyển giao để khai thác an toàn, hiệu Cần triển khai thực công tác theo dõi, quan trắc, đánh giá mức độ bồi xói tuyến luồng để có biện pháp điều chỉnh cải tạo phù hợp Cần ứng dụng giải pháp đề xuất, tu nạo vét theo kế hoạch hàng năm, hai năm đại tu tuyến luồng sau năm năm đảm bảo phát triển bền vững tuyến luồng 24 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Tạp chí quốc tế N H Son, H T Tin, and D V Ngo, “The negative impacts of artificial islands on the beach erosion in the Eastern of Phu Quoc Island”, Lecture Notes in Civil Engineering, Geotec Hanoi 2019 on Geotechnics for Sustainable Infrastructure Development, vol 62, pp 1367- 1374, ISSN 2366-2557, ISSN 2366-2565 (electronic), 2019 https:// doi.org/10.1007/978-981-15-2184-3_179 N H Son, H T Tin, B T Vinh, and D V Ngo, “The Mechanism of Riverbank Erosion Caused by Ship-Generated Waves along Hau River’s Entrance Navigation Channel, Southern Vietnam”, Lecture Notes in Civil Engineering, CREST 2020 organized by Kyushu University, Fukuoka, Japan, vol 144, pp 897-904, ISSN 2366-2557, ISSN 2366-2565 (electronic), 2021 https://doi.org/10.1007/978-981-16-0077- 7_73 Tạp chí nước N H Sơn Đ V Ngọ, “Đánh giá rủi ro xói lở: Trường hợp nghiên cứu bờ tuyến luồng tàu biển vào sông Hậu tỉnh Trà Vinh, Việt Nam”, chấp nhận đăng số Đặc san năm 2021 Tạp chí Thành viên Khoa học Trái đất Mơi trường, Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh N H Sơn Đ V Ngọ, “Phân tích đánh giá phương án bù lún tuyến đê chắn sóng phía nam cho tàu trọng tải lớn vào sông Hậu”, chấp nhận đăng số Đặc san năm 2021 Tạp chí Thành viên Khoa học Trái đất Mơi trường, Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Kỷ yếu hội nghị quốc tế N H Son, D V Ngo, H C Thong, and N T N Thuy, “Using piezcone penetration testing of soils (CPTu) to determine the physico-mechanical properties of local sand using for sea dykes in Tra Vinh shore- South Vietnam,” Tạp chí hội thảo quốc tế VietGeo 2018 tổ chức Hội Địa chất Cơng trình Mơi trường Việt Nam (VAEGE) thuộc Bộ Khoa 25 học Công nghệ Việt Nam, ISBN 987-604-67-1141-4, tr.584-593, 2018 Kỷ yếu hội nghị nước N H Sơn Đ V Ngọ, “Nghiên cứu phương án xử lý tính tốn khối lượng bù lún tuyến đê chắn sóng q trình thi cơng”, Hội nghị KHCN tồn quốc VIETGEO 2019, Địa kỹ thuật Xây dựng phục vụ phát triển bền vững, Vĩnh Long, ISBN:978-604-67-1397-5, tr.95-101, 2019 N H Sơn Đ V Ngọ, H T Tín, “Roles of the Geological Structure to Bank Erosion at Hau’s river Entrance Navigation Channel, Tra Vinh Province, Vietnam," Khoa học trái đất tài nguyên với phát triển bền vững 2020, (ERSD 2020), Hà Nội, ISBN 978- 604762277-1, tr.105-110, 2020 26 ... vững tuyến luồng 5.2 Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu giới hạn môi trường địa chất khu vực tuyến luồng kênh Quan Chánh Bố kênh Tắt, bề rộng tuyến luồng 200m, chiều sâu đáy luồng 7,5m vận hành. .. vững tuyến luồng CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 Vị trí vùng nghiên cứu quy mô tuyến luồng tàu biển tải trọng lớn 2.1.1 Vị trí vùng nghiên cứu: Dự án Luồng cho tàu biển. .. đoạn kênh Quan Chánh Bố vào đoạn kênh Tắt? Câu hỏi 2: Làm để giảm thiểu tác động tiêu cực dự báo tu nạo vét tuyến luồng nhằm đảm bảo vận hành ổn định tuyến luồng tàu biển tải trọng lớn vào sông Hậu