Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu

Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.Nghiên cứu tính toán xói mòn, sạt lở bờ sông Đồng Nai khu vưc Cù lao Rùa và đề xuất giải pháp giảm thiểu.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN MỘNG GIANG NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN XĨI MỊN, SẠT LỞ BỜ SƠNG ĐỒNG NAI KHU VỰC CÙ LAO RÙA VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ngành: Quản lý Tài nguyên Môi trường Mã số ngành: 62850101 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Người hướng dẫn 1: PGS.TS Lê Song Giang Người hướng dẫn 2: PGS.TS Võ Lê Phú Phản biện độc lập 1: Phản biện độc lập 2: Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá Luận án họp vào lúc ngày tháng năm 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 học Tổng hợp Tp.HCM MỞ ĐẦU Sự cần thiết Luận án Sạt lở bờ sông xảy nhiều nơi, mối nguy hiểm cho đời sống người nhiều nước giới có Việt Nam làm ảnh hưởng đến tính mạng sống nhiều người, ảnh hưởng môi trường, tài nguyên nhiều vấn đề khác Cù Lao Rùa thuộc xã Thạnh Hội, thị xã Tân Uyên (Bình Dương) cách đập Trị An 44km phía hạ du sơng Đồng Nai Di tích khảo cổ học Quốc Gia, năm gần điểm nóng sạt lở Hiện tồn Cù lao có khoảng điểm sạt lở với tổng chiều dài khoảng 2,5km đứng trước nguy bị chia cắt làm hai vị trí cổ rùa Vì nghiên cứu xác định chế nguyên nhân sạt lở Cù lao Rùa để từ giải pháp chống sạt lở hiệu cần thiết Trên sở đề tài “Nghiên cứu tính tốn xói mịn, sạt lở bờ sơng Đồng Nai khu vực Cù lao Rùa đề xuất giải pháp giảm thiểu” lựa chọn để thực Luận án tiến sĩ kỹ thuật Đối tượng phạm vi nghiên cứu Luận án - Đối tượng nghiên cứu: sạt lở đất bờ sông - Phạm vi nghiên cứu Luận án: Cù lao Rùa, xã Thạnh Hội, thị xã Tân Uyên, tỉnh Bình Dương Mục tiêu nghiên cứu Luận án - Xác định chế, nguyên nhân sạt lở Cù lao Rùa dự báo diễn biến - Xây dựng phương pháp tính tốn sạt lở bờ phù hợp cho đoạn sơng cong, sơng có cù lao - Đề xuất giải pháp kiểm soát, ngăn ngừa giảm thiểu sạt lở i Nội dung nghiên cứu Luận án: Nội dung 1: Hệ thống hóa sở khoa học phương pháp mơ hình tốn nghiên cứu xói lở bờ sơng, giải pháp công nghệ bảo vệ bờ hiệu quả, tổng quan khu vực nghiên cứu nghiên cứu thực Cù lao Rùa Nội dung 2: Xây dựng sở khoa học tính tốn đánh giá sạt lở, gồm: Module tính tốn xói ngang bờ dịng chảy; Module tính tốn dịng chảy thấm; Module phân tính ổn định bờ tính tốn sạt lở; Tích hợp modules tính tốn Nội dung 3: Nghiên cứu đánh giá diễn biến sạt lở bờ sông khu vực Cù lao Rùa gồm xây dựng mơ hình tốn (Mơ hình dịng chảy bồi xói lịng sơng, Mơ hình xói mịn sạt lở bờ); Tính tốn trường vận tốc; Dự báo bồi xói sạt lở khu vực Cù lao Rùa bao gồm tốc độ xói đáy, tốc độ bào mòn bờ Dự báo sạt lở Nội dung 4: Đề xuất giải pháp kiểm soát, ngăn ngừa giảm thiểu sạt lở bờ khu vực Cù lao Rùa, bao gồm: giải pháp phi cơng trình giải pháp cơng trình chống sạt lở đất vị trí cổ Rùa nhánh sơng phụ Phương pháp nghiên cứu Phương pháp kế thừa, phân tích - tổng hợp có chọn lọc thơng tin; Phương pháp thí nghiệm trường; Phương pháp mơ hình tốn số; Phương pháp chuyên gia; Phương pháp đa tiêu chí “Trọng số cộng đơn giản” – phương pháp SAW Điểm Luận án Luận án có 02 điểm mơ hình diễn biến lịng dẫn sử dụng phương pháp đa tiêu chí để lựa chọn giải pháp phù hợp nhằm kiểm soát, ngăn ngừa giảm thiểu sạt lở bờ - Về mơ hình diễn biến lịng dẫn, phần tổng quan trình bày diễn biến lịng dẫn bao gồm phần bồi xói đáy xâm thực bờ Trong bồi xói đáy gây dịng chảy xâm thực bờ bao gồm q trình bào mịn dịng ii chảy sạt lở ổn định Bản thân ổn định bờ lại xảy nguyên nhân xói đáy xói bờ Các nghiên cứu nước tính sạt lở bờ chưa xét yếu tố xói mịn bờ mà tính tới xói đáy Trong nghiên cứu nước ngồi xét xói mịn bờ dịng chảy tính mơ hình 1D 2D nên ứng suất ma sát mái bờ sơng, yếu tố gây xói mịn bờ, giả thiết phân bố theo quy luật Trong Luận án nghiên cứu sinh, STABI cho phép tính xói đáy xói bờ làm sở để từ tính sạt lở bờ Trong tính tốn mơ hình dịng chảy 3D sử dụng nên ứng suất ma sát mái bờ sơng tính trực tiếp - Về giải pháp kiểm soát, ngăn ngừa thiểu sạt lở bờ: giải pháp đề xuất Luận án khơng mới, nhiên tính sử dụng phương pháp đa tiêu chí để lựa chọn giải pháp công nghệ phù hợp nhằm chống sạt lở khu vực Cù lao Rùa Ý nghĩa khoa học thực tiễn Luận án Với kết nghiên cứu cho đời công cụ tính tốn (STABI) dịng chảy tính mơ hình 3D nên ứng suất ma sát bề mặt lịng sơng tính tốn trực tiếp, nghiên cứu Luận án có đóng góp nhỏ có ý nghĩa khoa học đẩy phương pháp tính tốn bước thêm bước Ngồi cơng cụ STABI hồn tồn ứng dụng vào tính tốn thực tế nên nghiên cứu Luận án có giá trị mặt thực tiễn Cấu trúc Luận án Bố cục Luận án gồm: Phần Mở đầu; Chương Tổng quan nghiên cứu giới Việt Nam xói mịn, sạt lở bờ sơng; Chương Cơ sở khoa học tính tốn đánh giá sạt lở, xói mịn; Chương Tính tốn đánh giá diễn biến sạt lở bờ sông khu vực Cù lao Rùa; Chương Đề xuất giải pháp kiểm soát, ngăn ngừa giảm thiểu sạt lở bờ khu vực Cù lao Rùa; Kết luận kiến nghị iii CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN Tổng quan Cù lao Rùa Cù lao Rùa nằm sông Đồng Nai thuộc xã Thạnh Hội, huyện Tân Un, Bình Dương Đây đoạn sơng phân lạch với hai nhánh Nhánh bên trái giáp ranh với tỉnh Đồng Nai Nhánh phụ bên phải hoàn toàn thuộc địa phận tỉnh Bình Dương Nhánh sơng có chiều rộng 200÷400m Đoạn rộng vị trí cổ Cù lao Rùa Nhánh sơng phụ có chiều dài 6,3km, chiều rộng 120÷220m Đoạn hẹp vị trí cổ Cù lao Rùa Hình 1.1 Bản đồ khơng ảnh Cù lao Rùa Có số nghiên cứu có liên quan H.V Huân nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định lịng dẫn hạ du hệ thống sơng Đồng Nai – Sài gòn; Gần N.Q Dũng tiến hành nghiên cứu tập trung vào Cù lao Rùa nhằm làm rõ nguyên nhân dự báo sạt lở đoạn sơng số cơng trình khác Tuy nhiên nghiên cứu số hạn chế 1.2 Tổng quan phương pháp mơ hình tốn nghiên cứu xói lở bờ sơng 1.2.1 Cơ chế vật lý: Bồi xói lịng dẫn sạt lở bờ q trình xảy với lịng sơng tượng tổng thể gọi biến hình lịng dẫn 1.2.1.1 Xâm thực: Lòng dẫn thường xem gồm có phần đáy bờ nên xâm thực lòng dẫn thường phân biệt thành hình thức: xói đáy xâm thực bờ a) Xói mịn dịng chảy: Xói mịn xảy hạt bùn cát bị dòng chảy đẩy bứt khỏi vị trí ban đầu Do có khác biệt chất lực cản chống xói, bùn cát phân thành hai nhóm bùn cát rời bùn cát dính b) Sạt lở bờ: Sạt lở vấn đề có chế vật lý khác biệt với q trình xói Khi trọng lượng khối đất bờ sơng vượt q sức cản ma sát, khối đất trượt xuống Ngoài yếu tố thủy lực làm xói mịn chân khối đất bờ sông, yếu tố ảnh hưởng tới sạt lở bờ gồm: Cấu trúc địa chất bờ; Độ dốc bờ; Thảm thực vật; Độ ẩm đất; Xâm lấn người 1.2.1.2 Di chuyển bùn cát Bùn cát di chuyển dịng chảy xảy dạng dòng bùn cát lơ lửng dòng bùn cát đáy Mặc dù điều kiện tự nhiên ranh giới rõ ràng phân chia bùn cát lơ lửng bùn cát đáy việc phân chia cần thiết xét từ khía cạnh mơ tả tốn học Đối với bùn cát dính, bùn cát lơ lửng xem toàn bùn cát tách rời khỏi đáy chuyển động tầng nước bùn cát đáy lớp bùn nằm đáy Đối với bùn cát rời, thông thường hạt bùn cát chuyển động dạng lăn, trượt nhảy cóc bề mặt đáy gọi bùn cát đáy 1.2.1.3 Bồi tụ: Bồi tụ xảy hạt bùn cát lơ lửng tầng nước lắng đọng xuống nằm lại đáy 1.2.2 Mơ hình tính tốn Tính tốn mơ q trình diễn biến lịng sơng cách đầy đủ bao gồm tính tốn: (1) Tính tốn dịng chảy ứng suất ma sát dịng chảy; (2) Tính tốn vận chuyển bùn cát xói mịn lịng dẫn dịng chảy; (3) Tính tốn sạt lở bờ ổn định xói mịn lịng dẫn Điều kiện ban đầu Bước thời gian Thay đổi biên dạng TÍNH TỐN DỊNG CHẢY CHẢYCHẢY Phân bố ứng suất τb > τ c SAI ĐÚNG Sạt lở XÓI ĐÁY VÀ XÓI BỜ Thay đổi biên dạng TÍNH TỐN DỊNG THẤM Áp suất khe rỗng SAI PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH FS < ĐÚNG Hình 1.2 Sơ đồ logic tính tốn diễn biến lịng dẫn Hình 1.2 sơ đồ logic tính tốn mà tác giả khác thực toàn phần diễn biến lịng sơng Do có khác biệt đặc tính lý đất kết dính đất bở rời (khơng kết dính) mà bờ sơng đất kết dính thường dốc đứng cịn bờ sơng đất bở rời lại thoai thoải Vì vậy, chung sơ đồ Hình 1.2 mơ hình tính tốn cụ thể diễn biến lịng dẫn sơng loại đất khơng hồn tồn giống - Mơ hình diễn biến lịng sơng với vật liệu kết dính khơng kết dính: Có tác giả xây dựng mơ hình tính tốn nhiều tuân theo sơ đồ Osman Thorne [13, 25]; Jia ctg [62]; Darby Thorne [64]; Rinaldi ctg [65]; Luppi ctg [66]; Midgley ctg [71]; chuỗi nghiên cứu Lai ctg [72, 73, 74] - Mơ hình diễn biến lịng sơng với vật liệu khơng kết dính: có tác giả xây dựng mơ hình tính tốn Nagata ctg [75]; Nakagawa ctg [76]; Hasegawa [77]; Takebayashi ctg [61]; Abderrezzak ctg [79] 1.3 Kết luận chương Trong chương này, nêu tổng quan tình hình sạt lở bờ sơng giới, Việt Nam khu vực nghiên cứu, cơng trình nghiên cứu có liên quan Tổng quan phương pháp mơ hình tốn nghiên cứu xói lở bờ sơng Các vấn đề chế vật lý trình bồi xói xâm thực, di chuyển, bồi cho vật liệu kết dính, vật liệu rời kèm với phương trình cơng thức tính tốn Qua cho thấy bồi xói Cù lao Rùa toán phức tạp Một nghiên cứu đầy đủ diễn biến lòng dẫn cần phải xét đến q trình bồi xói đáy lẫn xói ngang bờ Để hỗ trợ tính tốn q trình bồi xói, mơ hình dịng chảy cần phải phản ánh thực tế kết tính phải đủ chi tiết Các cơng cụ tính tốn tiếp cận nước phần mềm thương mại giới chưa đáp ứng yêu cầu Luận án cịn nêu tổng quan giải pháp cơng nghệ để làm sở cho việc đề xuất giải pháp cơng trình chống sạt lở bờ sơng nêu phần đề xuất giải pháp Ngoài module tính tốn, chương trình cịn có module xứ lý liệu Nhiệm vụ modules trình bày Bảng 2.4 Bảng 2.4 Chức module TT Tên module Nhiệm vụ DDans Xác định lưới định vị (sơ đồ ngun tắc Hình 2.1) Tính mực nước sông làm điều kiện biên cho FBou CTFSolver XOI Tính xói bồi đáy xói ngang bờ CTFSolver Tính tốn dịng thấm bờ sông Xác định cung trượt nguy hiểm hệ an toàn StabiAna cung trượt Satlo Kiểm tra điều kiện ổn định tính tốn sạt lở Điều chỉnh lại lưới tính theo đường biên dạng GeoVar bờ sông VE Vẽ kết tính Đối với tính tốn giai đoạn 2, tốc độ xói nhân lên n lần Điều giúp tăng tốc độ tính tốn dự báo sạt lở khơng ảnh hưởng tới độ xác dự báo Để kiểm soát việc biên tập liệu hiển thị trực quan diễn biến bồi xói trình tính, chương trình tính giai đoạn viết ngơn ngữ lập trình VB6 đặt tên STABI 2.3 Kết luận chương Luận án giới thiệu sơ lược phần mềm F28 tính dịng chảy, vận chuyển bùn cát bồi xói lịng dẫn Trong phần trình bày Module tính tốn xói ngang bờ dịng chảy vấn đề có liên quan Trong nội dung xây dựng phần mềm STABI tính tốn diễn biến lịng dẫn, sạt lở bờ, nghiên cứu sinh có nêu: (1) Module tính tốn dịng chảy thấm tính tốn kiểm tra với toán thấm ổn định qua đập đất chủ nhật, tốn thấm khơng ổn định qua đập đất chủ nhật, tính tốn kiểm tra với lời giải giải tích dòng thấm qua đập với mực nước biến thiên tuần hồn nhằm để so sánh kết tính tốn với kết tính tác giả khác Kết có tương đồng cao Luận án tính tốn tác giả khác; (2) Module phân tích ổn định bờ tính tốn sạt lở, có việc tính tốn hệ 15 số an toàn, xác định cung trượt nguy hiểm nhằm phân tích tính ổn định, tính tốn sạt lở tính tốn kiểm tra với tốn đơn giản để kiểm tra module phân tích ổn định bờ sạt lở Kết kiểm tra tương đồng khớp với kết tính tác giả khác Tích hợp module tính tốn thành chương trình tính tốn: việc gom chung Modul vào phần mềm nặng, có thêm mơ hình 3D chạy nhiều thời gian thời gian dành cho Luận án có giới hạn khoảng thời gian lớn dành để phát triển cơng cụ tính tốn nên cách tiếp cận khác đề xuất khơng tích hợp chung mà làm thành 02 phần mềm thành 02 giai đoạn gồm: - Giai đoạn 1: 01 phần mềm tính tóan dịng chảy, tính tốn ma sát bề mặt lịng dẫn, tính tốn tốc độ bồi xói đáy, tốc độ bào mịn bờ sơng dịng chảy khu vực nghiên cứu (F28) Thời gian tính tốn để tìm tốc độ bồi xói đáy bào mịn bờ không cần dài không tốn nhiều thời gian máy tính; Giai đoạn 2: Bộ phần mềm thứ tính tốn ổn định bờ, tính toán sạt lở dựa kết phần mềm (Stabi) theo thời gian với thông số đầu vào tốc độ bồi xói đáy bào mịn bờ xác định giai đoạn Giả thiết biến đổi đáy bờ sông nhỏ, không làm ảnh hưởng đáng kể tới dòng chảy quy luật bồi xói đáy bào mịn bờ Do khơng phải tính dịng chảy bồi xói, bào mịn nên tốc độ tính tốn giai đoạn tốt hơn, tính tốn thực cho khoảng thời gian dài Như vậy, cơng cụ giúp tính tốn diễn biến lịng dẫn sạt lở bờ - phần mềm STABI - xây dựng Công cụ sử dụng kết tính tốn phần mềm F28, cụ thể tốc độ xói đáy tốc độ bào mòn bờ dòng chảy, làm số liệu đầu vào STABI tính dịng thấm bờ sơng, phân tích ổn định bờ xác định cung trượt nguy hiểm Thời điểm xảy sạt lở xuất hệ số an toàn cung trượt nguy hiểm nhỏ 1,0 16 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN SẠT LỞ BỜ SƠNG KHU VỰC CÙ LAO RÙA 3.1 Xây dựng mô hình tốn 3.1.1 Mơ hình dịng chảy bồi xói lịng sơng (Mơ hình 1) - Lưới tính: Đoạn sơng Đồng Nai khu vực Cù lao Rùa làm mô hình 3D phần mềm F28 Hình 3.1 Lưới tính mơ hình 3D sơng Đồng Nai đoạn Cù lao Rùa tích hợp mơ hình 1D2D hệ thống sơng Đồng Nai - Điều kiện biên: kế thừa từ đề tài nghiên cứu biên thượng lưu mơ hình gồm Trị An, Phước Hịa, Dầu Tiếng Vàm Cỏ Đông, Vàm Cỏ Tây áp đặt lưu lượng theo số liệu quan trắc Trên biên biển từ Vũng Tàu tới Gị Cơng, mực nước tính theo quy luật tương quan theo số liệu đo trạm Vũng Tàu - Các thơng số mơ hình: C = 0.1; c = 0.09; C' = 0.1 z0 = 0.1mm cho nhánh phụ 10mm cho nhánh Các thơng số xác định q trình 17 hiệu chỉnh mơ hình Do vật liệu đáy sơng vật liệu bờ hỗn hợp loại vật liệu kết dính rời Tuy nhiên tỷ lệ hạt kết dính lớn nên vật liệu đáy bờ xem loại kết dính Các thơng số vật liệu sau: d50=0,5mm; s=2,67; P=0,30; ws = 7,22.10-2m/s; ε=3,60.10-5kg/m2.s; τε=3,6.10-2N/m2; τd=2,50.10-2N/m2 Ba thông số lấy theo số liệu khảo sát Thông số thứ tính từ d50 s Ba thơng số cuối dựa việc tham khảo nghiên cứu tương tự Bước thời gian tính t = 0.6s Mặc dù bước thời gian tính nhỏ để đảm bảo điều kiện ổn định tốc độ tính tốn tốt Trên máy PC Core i7 3.2GHz, máy tính tính khoảng mơ - Hiệu chỉnh mơ hình: kế thừa từ đề tài nghiên cứu thực hiệu chỉnh phần mơ hình 3D Kết tính mực nước lưu lượng hai vị trí khảo sát Kết tính phù hợp với số liệu thực đo Số liệu đo N.Q Dũng [2] cung cấp phân bố vận tốc mặt cắt ngang trạm đo số thời điểm Kết tính phù hợp với số liệu đo Với kết hiệu chỉnh này, mơ hình đạt độ tin cậy sử dụng để tính tốn 18 3.1.2 Mơ hình xói mịn sạt lở bờ (Mơ hình 2) Mặt cắt nghiên cứu Hình 3.2 Vị trí mặt cắt nghiên cứu 4.0 2.0 0.0 Z, m -2.0 -1.549 -4.0 -4.400 -6.0 -2.952 -1.851 120 130 -1.192 -4.065 -6.302 -8.0 -8.805 -8.822 -10.0 20 30 40 50 60 70 80 X, m 90 100 110 Hình 3.3 Biên dạng mặt cắt nghiên cứu Theo [2], tầng đất nghiên cứu có lớp sét cát pha sét với tính chất lý giống Trong tính tốn, lớp xem với tính chất lý mơ tả Bảng 3.1 Mơ hình xây dựng cơng cụ STABI Bước thời gian tính mơ hình xác định theo bước thời gian tính dịng thấm TT Bảng 3.1 Tính chất lý mơ hình Tính chất lý Đơn vị Lớp Lớp 2a Khối lượng riêng tự nhiên g/cm 1.777 1.978 Khối lượng riêng hạt Độ rỗng Góc ma sát Lực dính Tính tốn 1.878 g/cm3 2.701 2.665 2.683 % Độ kgf/cm2 53.42 11o26’’ 0.179 39.30 11o26’’ 0.179 46.36 11o26’’ 0.179 19 140 3.2 Kết tính toán trường vận tốc 3.2.1 Trường vận tốc Sử dụng mơ hình 1, cấu trúc dịng chảy khu vực nghiên cứu tái Hình 3.4 giới thiệu trường vận tốc mặt thoáng triều xuống mạnh xảy vào thời điểm 22 ngày 7/8/2017 Đây hình ảnh đặc trưng dịng chảy Cù lao Rùa Trên nhánh nhánh phụ có nhiều đoạn cong nên nhiều đoạn xuất dòng xoáy thứ cấp khu vực tập trung vận tốc Hai khu vực điển hình số Hình 3.4 Khu vực Khu vực Hình 3.4 Hình ảnh đặc trưng trường vận tốc mặt thoáng Cù lao Rùa khu vực có xốy thứ cấp phát triển mạnh Hình 3.5 Trường vận tốc khu vực cổ rùa Khu vực chỗ hẹp Cù lao Hình 3.5 phân bố vận tốc tầng mặt tầng đáy khu vực Nhánh lân cận cổ rùa, hướng vector vận tốc tầng không khác nhiều, độ lớn vận tốc phía bờ lõm, phía sát với cổ rùa lớn rõ rệt (khoảng 25%) so với vận tốc phía bờ đối diện Trên nhánh phụ, bán kính cong nhỏ, dịng xốy thứ cấp có cường độ mạnh Hướng vector vận tốc tầng đáy lệch hẳn so với hướng vector vận tốc tầng mặt Hiệu ứng chiều nhìn thấy rõ xem phân bố vận tốc mặt cắt ngang sơng Trên dịng chính, dịng chảy khu vục đổi hướng gấp (Hình 3.6) Tại phía trước đoạn cong, phía bờ lồi dịng chảy có vận tốc lớn Sau khúc cong, 20 xốy thứ cấp hình thành với cường độ mạnh Các hình trình bày phân bố vận trốc mặt cắt 3-3 4-4 (Hình 3.7 Hình 3.8) cho thấy rõ điều 3 4 Hình 3.6 Trường vận tốc khu vực Bờ trái Bờ phải 1,4 1,2 0.6 0.8 1,0 Hình 3.7 Thành phần vận tốc tiếp tuyến pháp tuyến với mặt cắt 3-3 21 Bờ trái Bờ phải 0,8 1,0 0,8 1,0 1,2 Hình 3.8 Thành phần vận tốc tiếp tuyến pháp tuyến với mặt cắt 4-4 3.2.2 Ứng suất ma sát bề mặt lòng sông - Ứng suất ma sát bề mặt đáy sơng: Thơng số có ý nghĩa định q trình bồi xói lịng dẫn Hình 3.9 Hình 3.10 giới thiệu kết tính tốn ứng suất tiếp đáy thời điểm mà ứng suất tiếp đáy lớn pha triều xuống pha triều lên vào ngày triều cường (7/8/2017) Hình 3.9 Ứng suất ma sát đáy dịng triều xuống mạnh Hình 3.10 Ứng suất ma sát đáy dòng triều lên mạnh 22 - Ứng suất ma sát bề mặt bờ sơng Hình 3.11 Vận tốc thủy trực sát bờ sông lúc triều lên xuống mạnh Hình 3.12 Ứng suất ma sát bờ sơng lúc triều lên xuống mạnh Hình 3.11 giới thiệu biểu đồ phân bố vận tốc thủy trực lấy nút sát bờ sơng mặt cắt tính tốn vào thời điểm vận tốc triều lên (vận tốc có giá trị âm) triều xuống (vận tốc có giá trị dương) mạnh Ứng suất ma sát bề mặt mái dốc bờ sơng trình bày Hình 3.12 3.3 Dự báo bồi xói sạt lở khu vực Cù lao Rùa 3.3.1 Tốc độ xói đáy: Cho chạy mơ hình tốn với số liệu mùa kiệt mùa lũ, mức độ bồi xói đáy 28 ngày mùa xác định Từ kết tính bồi xói mùa, ta tính tốc độ bồi xói trung bình năm điểm đáy mặt cắt tính tốn Kết tính tốc độ bồi xói trình bày Hình 3.13 4.0 2.0 Z, m 0.0 -2.0 -2.52E-04 -1.30E-03 +5.25E-03 -4.53E-03 -4.0 -9.85E-03 -4.07E-03 -6.0 -1.29E-02 -8.0 -9.86E-03 -4.44E-03 -10.0 20 30 40 50 60 70 80 X, m 90 100 110 120 130 Hình 3.13 Tốc độ bồi xói đáy (giá trị dương: bồi; giá trị âm: xói Đơn vị: m/nđ) 23 140 3.3.2 Tốc độ bào mịn bờ Kết tính tốn mơ hình cho phép tính tốc độ bào mịn mái bờ sơng Hình 3.14 giới thiệu tốc độ bào mịn mái bờ sơng vị trí độ cao 2.0 1.5 Cao độ (m) 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 0.00E+00 5.00E-05 1.00E-04 1.50E-04 2.00E-04 2.50E-04 3.00E-04 Tốc độ bào mịn bờ (m/nđ) Hình 3.14 Tốc độ bào mịn mái bờ sơng mặt cắt tính tốn 3.3.3 Dự báo sạt lở Sau có tốc độ bào mòn đáy bào mòn bờ mặt cắt tính tốn, mơ hình sạt lở bờ sử dụng để dự báo sạt lở (mơ hình STABI) Để tăng tốc độ tính tốn dự báo, tốc độ bào mòn đáy bờ nhân lên 96 lần Bước thời gian tính mơ hình dt=0,25 Như mức độ xói sau bước thời gian tính, tương đương với mức độ xói sau ngày Sau 321 bước tính (tương đương sau 321 ngày), bị bào mòn dòng chảy, trạng thái ổn định bờ sông chạm ngưỡng nguy hiểm Sạt lở xảy 3.4 Kết luận chương Trong chương 3, tính tốn cho thấy khúc cong cổ rùa nhánh phụ xảy sạt lở Do số liệu chưa đủ để xác định xác thời điểm xảy sạt lở khả khẳng định chắn Vì để tránh xảy kiện không mong muốn này, giải pháp ổn định bờ chống sạt lở cần phải triển khai Trong chương sau nghiên cứu đề xuất giải pháp kiểm soát, ngăn ngừa giảm thiểu sạt lở bờ sông Cù lao Rùa thực 24 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT, NGĂN NGỪA VÀ GIẢM THIỂU SẠT LỞ BỜ TẠI KHU VỰC CÙ LAO RÙA 4.1 Các giải pháp phi cơng trình Các giải pháp phi cơng trình giải pháp quản lý, hành chính, áp dụng giải pháp phi cơng trình sau: - Cắm mốc cảnh báo sạt lở: (1) Thực khẩn trương việc khoanh vùng cắm mốc cảnh báo; (2) Thông tin cảnh báo, dự báo phải thông báo kịp thời đến người dân phát lệnh cấp báo trường hợp khẩn cấp - Biện pháp quản lý hành chính: (1) Nghiên cứu ban hành sách, phương án di dời dân cư; (2) Tăng cường xử lý triệt để tình trạng khai thác cát lậu khu vực; (3) Tăng cường kiểm tra hoạt động giao thông thủy, thực biện pháp để cấm tàu thuyền qua lại nhánh sông phụ; (4) Không cấp phép hoạt động bến bãi hai bờ nhánh sông phụ; (5) Quản lý chặt chẽ việc xây dựng công trình khu vực cảnh báo sạt lở; (6) Kiến nghị cấp có thẩm quyền đặt biển báo, quy định luồng chạy tàu thuyền, tốc độ tải trọng lưu thông - Giải pháp tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng liên quan tới sạt lở bờ sông, biểu trước sạt lở, khoảng thời gian, thời điểm thường xảy sạt lở, nguyên nhân, yếu tố làm gia tăng q trình sạt lở bờ sơng khai thác cát trái phép, xây cất nhà cửa lấn chiếm lịng sơng 4.2 Các giải pháp cơng trình chống sạt lở đất vị trí cổ Rùa bên nhánh sơng phụ Xây dựng tiêu chí để đánh giá so sánh giải pháp cơng trình chống sạt lở tại vị trí cổ Rùa bên nhánh Sơng phụ Xác định khung phương pháp luận cho tiêu chí đánh giá giải pháp cơng trình 25 Để lựa chọn giải pháp cơng trình chống sạt lở đất Cù lao Rùa, tiêu chí đánh giá dựa nhóm chủ đề: Kinh tế; Kỹ thuật; Điều kiện cơng trình; Mơi trường, thẩm mỹ * Các thị nhóm kinh tế: Các thị nhóm kinh tế gồm giá thành thi cơng cơng trình thời gian thi cơng cơng trình * Các thị nhóm kỹ thuật: (1) Mức độ chắn bền vững kết cấu cơng trình; (2) Mức độ tạo lớp bảo vệ mái cơng trình hướng dịng chảy xa bờ; (3) Mức độ tạo lớp mặt bảo vệ thềm sơng khu vực chân kè khơng bị xói dòng chảy tránh việc bơm hút cát sát bờ; (4) Mức độ phù hợp với địa chất điểm sạt lở * Các thị nhóm điều kiện cơng trình: (1) Mức độ sạt lở địa chất điểm sạt lở; (2) Độ dốc bờ sông; (3) Chiều cao mái dốc * Các thị nhóm mơi trường, thẩm mỹ: Mức độ thẩm mỹ cơng trình, thân thiện mơi trường giải pháp cơng nghệ Luận án tính trọng số cho 04 nhóm chủ đề tính trọng số chi tiết cho tiêu chí đánh giá lựa chọn cơng trình xây dựng thang điểm đánh giá Áp dụng thang điểm vào đánh giá 03 phương án công nghệ điểm sạt lở vị trí nhánh sơng phụ Kết Luận án đề xuất lựa chọn Phương án Kè tường đứng cọc chắn BTCT vì: Giá thành thi cơng rẻ, Thời gian thi công nhanh; Mức độ chắn bền vững kết cấu cơng trình tốt; Mức độ thẩm mỹ cơng trình, thân thiện mơi trường giải pháp công nghệ tốt 4.3 Kết luận chương Luận án sử dụng phương pháp đa tiêu chí để lựa chọn giải pháp công nghệ chống sạt lở đất cho Cù lao Rùa dựa tiêu chí: kinh tế, kỹ thuật, điều kiện cơng trình, mơi trường, thẩm mỹ phương án Kè tường đứng cọc chắn BTCT chọn 26 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết luận Luận án hoàn thành mục tiêu nghiên cứu nội dung nghiên cứu sau: Luận án hệ thống hóa nghiên cứu ngồi nước vấn đề sạt lở bờ sơng, phương pháp mơ hình tốn nghiên cứu xói lở bờ sông, vấn đề chế vật lý q trình bồi xói xâm thực, di chuyển, bồi cho vật liệu kết dính, vật liệu rời Qua cho thấy bồi xói Cù lao Rùa toán phức tạp Một nghiên cứu đầy đủ diễn biến lòng dẫn cần phải xét đến q trình bồi xói đáy lẫn xói ngang bờ Để hỗ trợ tính tốn q trình bồi xói, mơ hình dòng chảy cần phải phản ánh thực tế kết tính phải đủ chi tiết Các cơng cụ tính tốn tiếp cận nước phần mềm thương mại giới chưa đáp ứng yêu cầu Các nghiên cứu nước tính sạt lở bờ chưa xét yếu tố xói mịn bờ mà tính xói đáy Trong nghiên cứu nước xét xói đáy xói mịn bờ dịng chảy tính mơ hình 1D 2D nên ứng suất ma sát mái bờ sông (yếu tố gây xói mịn bờ) giả thiết phân bố theo quy luật Trong Luận án NCS, STABI cho phép tính xói đáy xói bờ làm sở để từ tính sạt lở bờ tính tốn mơ hình dịng chảy 3D sử dụng nên ứng suất ma sát mái bờ sơng tính trực tiếp Đã xây dựng sở khoa học tính tốn đánh giá sạt lở, gồm: Module tính tốn xói ngang bờ dịng chảy; Module tính tốn dịng chảy thấm; Module phân tính ổn định bờ tính tốn sạt lở; Tính tốn kiểm tra với toán nhằm để so sánh kết tính Luận án với kết tính tác giả khác Kết có tương đồng cao Luận án tính tốn tác giả khác Một cơng cụ giúp tính tốn diễn biến lịng dẫn sạt lở bờ - phần mềm STABI - xây dựng Cơng cụ sử dụng kết tính tốn phần mềm F28, cụ thể tốc độ xói đáy tốc độ bào mòn bờ dòng chảy, làm số liệu đầu vào STABI tính dịng thấm bờ sơng, phân tích ổn định bờ xác định cung trượt nguy hiểm Thời điểm xảy sạt lở xuất hệ số an toàn cung trượt nguy hiểm nhỏ 1,0 Đã áp dụng kết nghiên cứu để tính tốn đánh giá diễn biến sạt lở bờ sông cho khu vực Cù lao Rùa Với hỗ trợ công cụ STABI với phần mềm F28, cấu trúc dòng chảy khu vực Cù lao Rùa mô chi tiết mức độ 3D Nghiên cứu xác định xoáy thứ cấp gây lịng sơng cong ngun nhân chủ yếu gây sạt lở bờ Các tính tốn cho thấy rõ q trình xói đáy bào mịn bờ sơng dịng chảy đoạn cong cổ Rùa nhánh sơng phụ Khi mức độ xói đạt đến ngưỡng làm ổn định bờ sông bị sạt lở Luận án sử dụng phương pháp đa tiêu chí để lựa chọn giải pháp công nghệ chống sạt lở đất cho Cù lao Rùa để đánh giá, so sánh công nghệ dựa tiêu chí: kinh tế, kỹ thuật, điều kiện cơng trình, mơi trường, thẩm mỹ Phương án Kè tường đứng cọc chắn BTCT chọn có ưu điểm như: Giá thành thi cơng rẻ, Thời gian thi công nhanh; Mức độ chắn bền vững kết cấu cơng trình tốt; Mức độ thẩm mỹ cơng trình, thân thiện mơi trường giải pháp công nghệ tốt Kiến nghị Việc kết hợp mơ hình F28 cơng cụ tính tốn STABI áp dụng cho trường hợp sạt lở có địa mạo tương tự Cù lao Rùa Việc mơ tính tốn thêm 1-2 mặt cắt vị trí nghiên cứu cho khu vực Cù lao Rùa nên thực tương lai để có đối sánh kiểm chứng dịng chảy xói đáy Các đánh giá yếu tố kinh tế giải pháp cơng trình (kè đứng) cần phân tích cụ thể cho đoạn sạt lở phù hợp với điều kiện cụ thể DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Tạp chí nước Nguyễn Mộng Giang, Trần Thị Mỹ Hồng, Võ Lê Phú, Lê Song Giang, Nghiên cứu dòng chảy khu vực Cù lao Rùa sơng Đồng Nai mơ hình tốn số chiều, Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Science of The Earth & Environment, 6(1), 11-20, 2022 Nguyễn Mộng Giang, Nguyễn Thị Thanh Hoa, Lê Song Giang, Xây dựng mơ hình tốn số kết hợp mơ diễn biến lịng dẫn sạt lở bờ sơng, áp dụng cho sông Đồng Nai đoạn Cù lao Rùa, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, Tập 58 Số (2022), 1-8, 2022 Tap chí nước ngồi Giang Nguyen Mong, Hong Tran Thi My, Hoa Nguyen Thi Thanh, and Giang Le Song, A method for calculating unsteady seepage at riverbank, J N Reddy et al (eds.), ICSCEA 2021, Lecture Notes in Civil Engineering 268, 1007-1017 https://doi.org/10.1007/978-981-19-3303-5_92 (2022)