Nghiên cứu đánh giá điều kiện địa kỹ thuật môi trường và thiết lập hệ thống quan trắc phục vụ phòng chống tai biến và phát triển bền vững đới động sông hồng khu vực hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG *** NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG VÀ THIẾT LẬP HỆ THỐNG QUAN TRẮC PHỤC VỤ PHÒNG CHỐNG TAI BIẾN VÀ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG ĐỚI ĐỘNG SÔNG HỒNG KHU VỰC HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NỘI, NĂM 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG *** NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG VÀ THIẾT LẬP HỆ THỐNG QUAN TRẮC PHỤC VỤ PHÒNG CHỐNG TAI BIẾN VÀ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG ĐỚI ĐỘNG SÔNG HỒNG KHU VỰC HÀ NỘI CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT Mã số : 52 05 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: HÀ NỘI, NĂM 2023 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Chữ ký iv LỜI CÁM ƠN Luận án hồn thành đơn vị chun mơn Viện chun ngành Địa kỹ thuật - Viện Khoa học công nghệ Xây dựng, hướng dẫn khoa học hai thầy PGS.TSKH Trong trình thực hiện, Tác giả nhận quan tâm giúp đỡ Ban lãnh đạo Viện Khoa học công nghệ xây dựng, Viện chuyên ngành Địa kỹ thuật, phòng quản lý nghiên cứu sinh Viện Khoa học công nghệ Xây dựng Tác giả nhận giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý giá nhà khoa học thuộc đơn vị chuyên môn như: Viện chuyên ngành Địa kỹ thuật, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Viện Địa kỹ thuật (thuộc Liên Hiệp hội khoa học kỹ thuật Việt Nam) đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu đó, đặc biệt giúp đỡ tận tình, hết lịng hai thầy hướng dẫn PGS.TSKH Do thời gian điều kiện có hạn, luận án tránh khỏi hạn chế định, vấn đề đặt chưa giải hết Tác giả mong đóng góp ý kiến thầy, nhà khoa học bạn đồng nghiệp Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, khuyến khích để tác giả hồn thành luận án v MỤC LỤC MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài luận án Mục tiêu nghiên cứu .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu .2 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Những luận điểm bảo vệ .4 Những điểm khoa học Luận án .4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn .5 Cơ sở tài liệu Luận án .5 10 Cấu trúc Luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỚI ĐỘNG SÔNG HỒNG, ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG, CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG KỸ THUẬT - TỰ NHIÊN VÀ QUAN TRẮC PHỤC VỤ PHÒNG CHỐNG TAI BIẾN 1.1 Đới động sơng Hồng hình thành phát triển .7 1.1.1 Đới động sông Hồng .7 1.1.2 Các nghiên cứu đới động sông Hồng 1.1.3 Tai biến phát triển bền vững 10 1.2 Địa kỹ thuật môi trường điều kiện địa kỹ thuật môi trường 12 1.2.1 Địa kỹ thuật môi trường (ĐKTMT) .12 1.2.2 Điều kiện địa kỹ thuật môi trường 16 vi 1.3 Lý thuyết hệ thống kỹ thuật - tự nhiên .17 1.3.1 Khái niệm hệ thống kỹ thuật - tự nhiên 17 1.3.2 Các tương tác hệ thống kỹ thuật - tự nhiên 19 1.3 Hệ thống quan trắc 22 1.3.1 Khái niệm phân loại 22 1.3.2 Quan trắc địa kỹ thuật môi trường 23 1.3.3 Thực trạng quan trắc xu hướng áp dụng công nghệ 24 Kết luận chương 27 CHƯƠNG HỆ THỐNG KỸ THUẬT - TỰ NHIÊN VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐỚI ĐỘNG SÔNG HỒNG KHU VỰC HÀ NỘI 28 2.1 Hệ thống kỹ thuật - tự nhiên đới động sông Hồng khu vực Hà Nội 28 2.2 Điều kiện phụ hệ thống môi trường địa chất 30 2.2.1 Điều kiện địa hình, địa mạo 30 2.2.2 Điều kiện địa tầng 33 2.2.3 Điều kiện kiến tạo, tân kiến tạo .35 2.2.4 Điều kiện tính chất lý lớp đất đá 39 2.2.5 Điều kiện địa chất thủy văn 48 2.3 Phụ hệ thống kỹ thuật 50 2.3.1 Hệ thống đê 50 2.3.2 Các cơng trình xây dựng hạ tầng kỹ thuật 53 2.3.3 Các cơng trình chỉnh trị sông (kè lát mái, mỏ hàn, cống) .55 2.4 Phụ hệ thống môi trường xung quanh 56 2.4.1 Điều kiện dòng chảy 56 2.4.2 Điều kiện hàm lượng bùn cát dòng chảy .62 2.4.3 Điều kiện lòng dẫn 64 2.4.4 Khí quyển, sinh phần sâu thạch 66 Kết luận chương 67 vii CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ PHÂN VÙNG NGUY CƠ CÁC TAI BIẾN ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG .68 3.1 Các tai biến địa kỹ thuật môi trường phân vùng dự báo nguy tai biến 68 3.1.1 Các tai biến địa kỹ thuật môi trường .68 3.1.2 Phân vùng dự báo nguy tai biến .69 3.2 Nguy tai biến xói lở bờ sông .70 3.2.1 Đặc điểm tai biến 70 3.2.2 Điều kiện, nguyên nhân chế tai biến 73 3.2.3 Phân vùng dự báo nguy xói lở bờ sơng 74 3.3 Nguy biến dạng thấm đê .85 3.3.1 Cơ chế biến dạng thấm đê thời gian mưa lũ 85 3.3.2 Cơ sở phân vùng đánh giá dự báo nguy biến dạng thấm đê 86 3.3.3 Phân vùng đánh giá dự báo ổn định thấm đê .100 3.4 Nguy tai biến ngập lụt bãi sông .102 3.4.1 Đặc điểm khả thoát lũ 102 3.4.2 Bản đồ phân vùng đánh giá nguy ngập lụt .108 3.5 Nguy lún đê 111 3.3.1 Cơ sở phương pháp .111 3.3.2 Bản đồ phân vùng nguy lún đê 115 Kết luận chương 117 CHƯƠNG LUẬN CHỨNG CƠ SỞ VÀ THIẾT LẬP HỆ THỐNG QUAN TRẮC ĐKTMT PHỤC VỤ PHÒNG CHỐNG TAI BIẾN VÀ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG ĐỚI ĐỘNG SÔNG HỒNG KHU VỰC HÀ NỘI 118 4.1 Cơ sở thiết lập hệ thống quan trắc Địa kỹ thuật môi trường 118 4.1.1 Quan trắc phục vụ phòng chống tai biến phát triển bền vững 118 4.1.2 Mục tiêu quan trắc 119 4.1.3 Yêu cầu hệ thống quan trắc 119 4.1.4 Nguyên tắc thiết kế 120 viii 4.1.5 Quy trình xây dựng hệ thống quan trắc .121 4.1.6 Tính toán số điểm khoảng cách điểm quan trắc .121 4.1.7 Tính tốn chu kỳ quan trắc 124 4.1.8 Yêu cầu thiết bị đo 125 4.1.9 Phương pháp quan trắc 125 4.1.10 Yêu cầu quản lý vận hành .126 4.2 Hệ thống quan trắc biến dạng thấm đê 126 4.3 Hệ thống quan trắc xói lở bờ sông 129 4.4 Hệ thống quan trắc ngập lụt ngồi bãi sơng 132 4.5 Hệ thống quan trắc lún nên đê khu vực đới động 134 4.6 Hệ thống quan trắc tổng hợp đới động sông Hồng khu vực Hà Nội .137 Kết luận chương 142 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 143 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO 146 PHỤ LỤC ix DANH MỤC CÁC HÌ Hình 1.1 Đới động sông Hồng Hình 1.2 Sơ đồ hoạt động hệ thống kỹ thuật - Tự nhiên 19 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên tắc điều khiển hệ thống kỹ thuật - Tự nhiên 21 YHình 2.1 Sơ đồ hệ thống KTTN Đới động sông Hồng khu vực Hà Nội .28 Hình 2.2 Hoạt động hệ thống KTTN đới động sơng Hồng .29 Hình 2.3 Bản đồ địa hình khu vực Đới động (tỷ lệ 1:50 000) 33 Hình 2.4 Bản đồ địa mạo khu vực Đới động (tỷ lệ 1:50 000) 33 Hình 2.5 Bản đồ kiến tạo tân kiến tạo (tỷ lệ 1:50.000) [47] .38 Hình 2.6 Đê Hà Nội giai đoạn từ 1915 đến 51 Hình 2.7 Mặt cắt đáy sông [41] .55 Hình 2.8 Xói lở bờ khai thác cát [41] 55 Hình 2.9 Qúa trình mực nước trung bình tháng Hà Nội năm lũ lớn 57 Hình 2.10 Diễn biến mực nước mùa kiện cống Liên Mạc (2000-2015) [42] 59 Hình 2.11 Biểu đồ mực nước max sông Hồng khu vực Hà Nội qua năm .62 Hình 2.12 Lượng bùn cát trạm .64 Hình 2.13 Biểu đồ biến đổi lượng bùn cát hạ du 64 YHình 3.1 Hình ảnh xói lở sơng Hồng khu vực Hà Nội 72 Hình 3.2 Vị trí xói lở đoạn Ngã Thao - Đà -Lô đến trạm thủy văn Sơn Tây 73 Hình 3.3 Vị trí xói lở đoạn từ trạm thủy Văn Sơn Tây đến Thụy Phương (Từ Liêm) .73 Hình 3.4 Vị trí xói lở đoạn Thụy Phương (Từ Liêm) đến Cầu Vĩnh Tuy 73 Hình 3.5 Vị trí xói lở đoạn Cầu Vĩnh Tuy đến Quang Lãng 73 Hình 3.6 Các khoảng phân chia số I∑ 83 Hình 3.7 Bản đồ phân vùng đánh giá nguy xói lở bờ (Tỷ lệ 1: 50 000) .84 Hình 3.8 Sơ họa trình phá huỷ thấm đê [21, 22] 85 Hình 3.9 Hình ảnh phá hủy thấm đê Vân Cốc - Hà Tây năm 1986 [21, 22] .85 Hình 3.10 Sơ đồ xác định áp lực dòng thấm gia tăng 87 x