Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật địa chất: Nghiên cứu nguyên nhân, phương pháp xác định và giải pháp hạn chế sụt lún bán đảo Cà Mau

Luận văn thạc sĩ Tóm tắt luận vănTÓM TẮT LUẬN VĂN Các nguyên nhân tác động sụt lún Bán đảo Cà Mau bao gồm quá trình cố kếttự nhiên với sự tác động của các hoạt động nông nghiệp, do tốc đ

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRÀ THANH SANG

NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN, PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNHVÀ GIẢI PHAP HAN CHE SUT LUN BAN ĐẢO CA MAUSTUDYING THE CAUSES, MEASURING METHODS ANDSOLUTIONS TO PREVENT LAND SUBSIDENCE IN CA MAU

PENINSULA

Chuyên ngành: Kỹ thuật Dia ChatMã số: 60.52.05.01

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ tên học viên: TRÀ THANH SANG MSHV: 7140816

Ngày thang, năm sinh: 11/10/1991 Noi sinh: Hoa Thanh — Tay Ninh

Chuyén nganh: Kỹ Thuật Dia Chat Mã số : 60 52 05 01

TEN DE TÀI: NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN, PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VAGIẢI PHAP HAN CHE SUT LUN BE MAT DAT BAN ĐẢO CÀ MAU — STUDYING

THE CAUSES, MEASURING METHODS AND SOLUTIONS TO PREVENT LANDSUBSIDENCE IN CA MAU PENINSULA

H NHIEM VU VA NOI DUNG:Nghiên cứu điều kiện tự nhiên — kinh tế xã hội và các đặc điểm Dia chất — Dia chất thủyvăn khu vực để xác định, phân tích đánh giá các nguyên nhân gây sụt lún bề mặt đấtBán đảo Cà Mau Đề xuất một số giải pháp hạn chế sụt lún bề mặt đất Bán đảo Cà Mau

Ill NGÀY GIAO NHIEM VU : (Ghi theo trong QD giao dé tài) IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VU: (Ghi theo trong QD giao dé tải) V CÁN BO HƯỚNG DAN (Ghi rõ học hàm, học vi, ho, tên): PGS TS Nguyễn Việt Ky

Tp HCM, ngay thang năm 20 CAN BO HUONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

(Ho tén va chit ky) (Ho tén va chit ky)

TRUONG KHOA

(Ho tên và chữ ky)

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA —DHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS TS Nguyễn Việt Ky

(Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi và chữ ký)

Cán bộ cham nhận xét 1 : PGS TS Huỳnh Ngoc Sang

(Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi và chữ ký)

Cán bộ cham nhận xét 2 : TS Nguyễn Dinh Tứ

(Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi và chữ ký)Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai hoc Bách Khoa, ĐHQG Tp HCMngày 18 thang 12 năm 2017

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc si gồm:(Ghi rõ ho, tên, học ham, học vi của Hội đồng cham bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 PGS TS Đậu Văn Ngọ2.PGS TS Huynh Ngọc Sang

3 TS Nguyễn Đình Tứ

4.TS Bùi Trọng Vinh

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV va Trưởng Khoa quan lý chuyên

ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRUONG KHOA

KY THUAT DIA CHAT VA DAU KHI

LỜI CÁM ƠNXin gửi lời cảm ơn đến Quý Thay cô Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQGTp.HCM, Quý Thay cô PDT Sau đại học đã hỗ trợ giảng dạy cho học viên trongsuốt quá trình học tập tại trường.

Xin chân thành cảm ơn TS Phan Thị San Hà, TS Tạ Quốc Dũng, TS VõĐại Nhật, TS Trần Anh Tú và Quý Thây cô Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu Khí đãgiảng dạy, giúp đỡ và cung cấp những kiến thức chuyên môn vô cùng quý báu để cóthé hiểu rõ hơn các kiến thức chuyên ngành, làm quen với các phương pháp nghiên

cứu khoa học va phát triền bản than trong công việc sau này.

Với lòng kính trọng sâu sắc, học viên xin chân thành cảm ơn PGS.TSNguyễn Việt Ky và ThS Đào Hong Hải, đã trực tiếp hướng dẫn, tạo mọi điều kiện

dé học viên hoàn thiện luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra Tàinguyên nước Miền Nam đã cung cấp các tài liệu thực tế vô cùng quý báu để học

viên hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm nghiên cứu Công nghệ và

Thiết bị Công nghiệp đã cung cấp các số liệu thực té vô cùng quý báu để học viên

hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo và đồng nghiệp Công ty CP Địa Kỹthuật và Nền móng Thái Dương Hệ đã tạo điều kiện cho tôi có cơ hội hoàn thành

luận văn này.

Cuối cùng xin chân thành cảm ơn Gia đình, Bạn bè và Người thân đã dànhtình cảm, động viên, khuyến khích tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành

luận văn.

Tp Hỗ Chí Minh, ngày 18 tháng 12 năm 2017

Trà Thanh Sang

Luận văn thạc sĩ Tóm tắt luận văn

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Các nguyên nhân tác động sụt lún Bán đảo Cà Mau bao gồm quá trình cố kếttự nhiên với sự tác động của các hoạt động nông nghiệp, do tốc độ phát triển đô thịhóa và do hoạt động khai thác Nước dưới đất trong khu vực Trong giai đoạn 2006 —2010, dựa trên các cơ sở tài liệu và lý thuyết, kết quả tính toán cho thấy tốc độ lún

do các công trình xây dựng bình quân là 2,0 — 3,5cm/năm và tác động lún do khai

thác Nước dưới đất bình quân 0,38 — 2.41em/năm Kết hợp các kết quả này cho thaysự phù hợp với các kết quả nghiên cứu của các tác giả khác trước đó Kỹ thuậtInSAR, Extensometer, hệ thống SETMH và mô hình hóa là các phương pháp có théáp dụng dé quan trắc lún bề mặt với độ tin cậy cao Đồng thời, một số giải phápthích ứng và hạn chế sụt lún bề mặt đất khu Bán đảo Cà Mau cũng đã được dé xuất

ABSTRACT

The causes of subsidence in Ca Mau Peninsula include the process ofnatural consolidation with the impact of agricultural activities, the rapidurbanization and the exploitation of groundwater in the area In the period of 2006- 2010, the calculation results show that the average settlement rate is 2,0 —3,5cm/year by rapidly urban and by withdrawal of groundwater is 0,38 —2,4lcm/yeqr Combination of these results show that the suitability with studiesprevious of orther authors InSAR technique, Extensometer, SETMH system andmodeling are the methods that can be applied for surface monitoring with highreliability At the same time, some solutions to adapt and prevent land subsidence inCa Mau Peninsula have been proposed.

LOI CAM DOAN CUA TÁC GIÁ LUẬN VANHọc viên xin cam đoan: Bai luận van tot nghiệp này là công trình nghiên cứuthực sự của cá nhân học viên Các sô liệu trong luận văn là trung thực và thực tê

dưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Việt Kỳ

Một lân nữa, học viên khang định vệ sự trung thực của luận văn này và hoàntoàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.

1.1 Tinh hình nghiên cứu ngoai NƯỚC - 5 6 1 192021113111 9511 9 311 91 ng nhờ 41.2 Tinh hình nghiên cứu trong HƯỚC - - G1 12309 ng ng ng 5

CHƯƠNG 2 LY THUYET BIEN DẠNG - TINH NEN LUN VÀ CÔ KẾT ĐÁT 10

2.1 Tính biến dạng của đất -:- 5-5: 2222232221921 21211212121211121211212111121 01111216 102.2 Phân tích ứng suất gây lún - + ¿2 5£ ©2E92ESE£EESE2E£EEEEEEE2EEE2121222121 211 xe 102.2.1 Nén lún bởi sự gia tăng ứng suất do tải trọng bên trên nền đất: II

2.2.2 Nén lún bởi sự gia tăng ứng suất hữu hiệu do hạ thập mực nước ngầm: ¬ 13

2.2.2a Phân tích nén lún của TCN có áp dưới tác dụng của giếng khai thác don: 13

2.2.2b Bài toán phương trình vận động của dòng thâm trong TCN có áp 16CHƯƠNG 3 NGUYEN NHÂN VA MOT SO PHƯƠNG PHAP XÁC ĐỊNH LUN MAT

ĐANG 70697.010.060 1000 a- 21

3.1 Hiện trạng sụt lún bề mặt dat BĐCM - n n1 12121 111151111111115E115111 E115 e 213.2 Sut lún bề mặt đất BĐCM liên quan đến tân kiến tạo và cố kết tự nhiên 243.3 Sut lún bé mặt đất liên quan các hoạt động nông nghiệp -. 25+ 552 28

3.4 Sut lún liên quan quá trình đô thi hóa - - 2 1332311111351 1135111115111 re 31

3.4.1 Phát triển dân số khu vực BĐCM - tt 323.4.2 Sự gia tăng số lượng nhà ở và các công trình xây dựng -. .: -s+: 333.5 Sut lún đất liên quan các hoạt động khai thác nước dưới đất -:-‹- 34

3.5.1 Đặc điểm địa chất thủy văn khu vực BĐCM - 5S 2c2EcEccrerererrred 343.5.2 Số lỗ khoan khai thác và lưu lượng khai thác NDĐ 5- 5-5 25555552 45

3.5.3 Mức độ suy giảm mực nước tại một số lỗ khoan quan ¡ra 503.6 Một số phương pháp xác định lún bề mặt đất - ¿22 + 2+E+Evzzxzxzreced 59

3.6.1 Phương pháp quan trắc ngoài hiện trường + - + 25s x+££z+zz£ezzzxzxe 593.6.1a Phương pháp trac địa - - + 22t S 121 31 1215111212121 11 01111111111 593.6.1b Phương pháp điểm giếng 5-52 S123 9212121112111 60

3.6.1c Phương pháp SETMH (Surface Elevation Table and Marker Horizon

3.6.2 Phuong pháp giải tích va mô hìnhh - << +2 1113321111135 111851111511 64

3.6.3 Phương pháp phân tích ảnh viễn thám và GPS - + 2 2 2 c+c+s+xcz e2 65

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ HIỆN TƯỢNG LÚN BE MẶT ĐẤT DƯỚI ÁP LỰC ĐÔ THỊHÓA VÀ KHAI THÁC NƯỚC DUGI DAT KHU VUC BĐCM, DE XUẤT CÁC GIẢIPHAP THÍCH UNG ¿2S 2E+E9EE2E£EE2E9E121511211171211121111111111112110100101211 11 0 y6 69

4.1 Bài toán tính lún dưới tác dụng của tải trọng công trình - «5s «<<+s<+2 69

4.1.1 Giả thiết và điều kiện địa chat của bài toán 525cc cxxsrrzrerrred 694.1.2 Phương pháp va kết quả tính lún + - 52522 S+EE£E+E£E£EE£E£EeEErErrrrersred 70

4.1.3 Phân tích ảnh vệ tinh - 2 111100211111 1113111111111 n1 nen 724.1.4 Nhận xét — Đánh giá - 5+ 1S 1 1921 151121212121 112151121211111111 111111 76

4.2 Bài toán tính lún do hạ thấp mực nước ngầm ¿2 + 2+5 z+x+zzzx+xzcss 764.2.1 Điều kiện bài toán - ©- 2 z1 1E 1231152111 21012110121111101010101 11011111 Eer 76

4.2.2 Phương pháp tính toán cà 11v kg kg 77

4.2.3 Kết quả tính toán -¿- 5: SE S222 192121511212112121121212111111 11211111111 79

4.2.4 Nhận xét — Đánh giá - 5+ 1S 1 1121 1511212121111111151111215 112111111111 814.3 Nhận xét và đánh g1á chung - - - 2c 1111321111121 111191111 n1 ng như 83

4.4 Một số giải pháp thích Ứng - - ¿5-52 2S S221 2EEEE2E92121531 2112121212121 1 xe 854.4.1 Quy hoạch và phát triỂn - ¿- 5: 5222221921 219112121212111212111121 1121 xe 854.4.2 Hạn chế khai thác nước dưới đất -¿- + ¿2 +22+E£S£+E£Ec£E+EzEeErxrxersrres 864.43 Xây dựng công trình và hệ thống đê BIEN ccc cscssesesscsesseseesssesseseseeseees 884.4.4 Nghiên cứu chuyên đổi co câu cây trồng và vật nuôi -:-2s5sc5+2 88

4.4.5 Bao VE mÔI fTƯỜNng 200 ee eee ceneeeeeceesteecesseccescecssaeessaeeeseeeccsaaeceaeessseeeseeeeseees 89

AA.6 HOp tac QUOC 0N d4 89

4.4.7 Thông tin CONG CỘNg - LH ng nh 89

KET LUẬN VA KIÊN NGHỊ - 5: - 2S SE2E2EE2E9E12151121212712111212111111E0111 2110121 ee 90

TÀI LIEU THAM KHẢO - - c5 221219192121 21152521115 1212101710111 1110111E 0111 re 92

PHU LUC 1 ĐỘNG THÁI NDD TẠI MỘT SO GIENG QUAN TRAC 97PHU LUC 2 MAT CAT DIA CHAT - DIA CHAT THUY VAN BĐCM 98PHU LUC 3 KET QUA TINH LUN DO KHAI THÁC NƯỚC DUOI ĐẤT 99

Luận văn thạc sĩ Danh sách hình ảnh

DANH SÁCH HÌNH ANH

Hình 1.1: Bản đồ suy giảm trầm tích phù sa Sông Hậu phía dưới Can Thơ 7Hình 1.2: Thay đổi đường bờ biển giai đoạn 1989 — 20 12 525cc 2xxsE ren 8Hình 1 3: Tốc độ lún do khai thác NDD giai đoạn 2006 — 2010 - ¿22c c2 22s 9Hình 2.1: Phân bố ứng suất trong Gat - : ¿552222122 2121121211 2121221211212 xe 11Hình 2.2: Mực áp lực ha thấp tại khoảng cách r do bơm hút nước - 5: 14

Hình 2.3: Gia tăng ứng suất do bơm hút ƯỚC 2-52 52 SE+S2S22E£2E2E£EE2EE£EcErzxzxee, 15

Hình 2.4 Hình hộp phân tỐ - - 2 ¿S2 E9S2SE9E£SE9EEEE2EE2121E1121211212121211121 121121 e6 l6Hình 3.1: Ban đồ khu vực Bán đảo Cà Mau thuộc đồng bang sông Cửu Long 21Hình 3.2: Kết quả sụt lún bề mặt dat bang phân tích InSAR khu vực ĐBSCL 22Hình 3.3: Vị trí một số trạm quan trắc lún nông ĐBSC L -. -cccS se 23Hình 3.4: Đặc điểm mặt cắt địa chất tại các trạm quan trắc dọc bờ biển - 26Hình 3.5a: Hoạt tính của lớp sết mm 2: 2 S22 S2E2EEE2321212212122121121 222 xe 26Hình 3.5b: Hoạt tính của lớp sét vừa đến cứng - ¿25252222 EEE2EE2Ecrrrksree, 26Hình 3.6a: Đặc điểm địa chất tại Bạc LiiÊu - E2: St St SS3 28115158 E515151 15555515111 E1155 E1 E0 27Hình 3.6b: Đặc điểm địa chất tại Cà Mau 5c HH ườu 27Hình 3.7: Mô phỏng điều kiện thoát nước cho hệ thống sông ngòi kênh rạch 28Hình 3.8: Hệ thống sông ngòi, kênh rạch và cơ sở hạ tang BĐCM - 29Hình 3.9: Ty lệ dân số thành thị năm 2006 và năm 2010 ¿ 2-5-5255 +2++£z+zszc: 33Hình 3.10: Ban đồ ĐCTV tầng chứa nước trầm tích Holocen (qh) - s5: 36Hình 3.11: Bản đồ ĐCTV tầng chứa nước trầm tích Pleistocen trên (qpa) - 37Hình 3.12: Bản đồ ĐCTV tầng chứa nước trầm tích Pleistocen giữa trên (qps ) 39Hình 3.13: Bản ĐCTV tang chứa nước tram tích Pleistocen dưới (qp¡) - 40

Hình 3.14: Bản DCTV tang chứa nước trầm tích Pliocen giữa (nz”) - 25: AlHình 3.15: Bản ĐCTV tang chứa nước tram tích Pliocen du@i (Ng!) 5s: 43Hình 3.16: Bản DCTV tầng chứa nước tram tích Pliocen trên (1y°) s-ss+s+sec«¿ 44

Hình 3.17: Tổng số lỗ khoan khai thác theo đơn vị hành chính - 5-5: 46Hình 3.18: Tổng lưu lượng khai thác theo đơn vi hành chính - - «+ +- «<< +++ss+2 47Hình 3.19: Mật độ 16 khoan khai thác các tỉnh - - ¿+62 SE E SE SE SE SE EsEseeseesee 47Hình 3.20: Tổng số lỗ khoan khai thác theo TCN - 2-5255 5222222E2E£z2EzEzxerzrxee 49Hình 3.21: Tổng lưu lượng khai thác theo TN -¿- 5222252 S22E‡222EEE2EE2xcrrrksree, 49

Hình 3.22: Mức độ khai thác các tỉnh khu vực BĐCMM . - 2c c sex 50

Hình 3.23: Biểu đồ suy giảm mực nước tang chứa nước Holocen (gh) - 51

Hình 3.24: Biểu đồ suy giảm mực nước tang chứa nước Pleistocen trên (qps) 52

Hình 3.25: Biểu đồ suy giảm mực nước TCN Pleistocen giữa - trên (qpa-a) -. - 52

Hình 3.26: Biểu đồ suy giảm mực nước tang chứa nước Pleistocen dưới (qp¡) 53

Hình 3.27: Biéu đồ suy giảm mực nước tang chứa nước Pliocen giữa (nz') - 54

Hình 3.28: Biéu đồ suy giảm mực nước tang chứa nước Pliocen đưới (na `) - 54

Hình 3.29: Biéu đồ suy giảm mực nước tang chứa nước Miocen trên (n¡ `) - 55

Hình 3.30: Ban đồ đăng mực nước TCN qps giai đoạn 2006 - 2010 -. -: 56

Hình 3.31: Ban đồ đăng mực nước TCN qpax giai đoạn 2006 — 2010 -. - 56

Hình 3.32: Ban đồ đăng mực nước TCN qp;¡ giai đoạn 2006 — 2010 - 57

Hình 3.33: Bản đồ dang mực nước TCN no” giai đoạn 2006 — 2010 -2- 55-5 57Hình 3.34: Bản đồ dang mực nước TCN ny! giai đoạn 2006 — 2010 - 2 58Hình 3.35: Bản đồ dang mực nước TCN n,° giai đoạn 2006 — 2010 -2- 55-5 58Hình 3.36: Phương pháp trac địa xác định cao độ tương đối giữa hai điểm 59

Hình 3.37: Bản đồ mạng lưới điểm quan trắc sụt lún ở thung lũng Santa Clara Valley,60] 117 d 60

Hình 3.38: Phương pháp giếng đo lún sâu Extensometer ông đơn và ông đôi 61

Hình 3.39a: Phương pháp anchored-cable va pipe exfensomef€r - ««+++s< «<< +2 62Hình 3.39b: Phương pháp extensometer ở Frankin, Virginia (Pope, 2002) - 62

Hình 3.40: Hệ thống SETMH cho quan trắc lún nông - ¿2-5252 x+2z>x+sz2ss 63Hình 3.41: Phép giao thoa tín hiệu radar ảnh viễn thám - 5+ 5252 5222+xzxzxss+2 66Hình 3.42: Kết quả phân tích anh viễn thám (6/2006-2/2007) phù hop với GPS giai đoạn(9/2007-8/2008) oo 7 67

Hình 3.43: Bién dang lún Tp.HCM tir tháng 12/2003 đến 05/2004 -. :- 5: 68Hình 4.1: Kết quả tính toán ứng suất gây lún của công trình khu vực Tp, Cà Mau 71

Hình 4.2: Ảnh vệ tinh khu vực BĐCM gial đoạn 2006 — 2009 se 73Hình 43 : Phát triển đô thị hóa Tp Cần Thơ giai đoạn (2006 — 2009) - 7s 73Hình 4.4: Phát triển đô thị hóa Tp Sóc Trăng giai đoạn (2006 — 2009) -. - 74

Hình 4.5: Phát triển đô thị hóa Tp Ca Mau giai đoạn (2006 — 2009) - 55552 75Hình 4.6: Mật độ nhà ở Tp Can Tho, Tp Sóc Trang, Tp Cà Mau giai đoạn 2006 — 2009 76

Hình 4.7: Bản đồ phân vùng hệ số nha nước các TCN - 25: + ++x2z2xvzzxerecsee 78Hình 4.8: Bản đồ tổng lún do khai thác NDD khu vực BĐCM giai đoạn 2006 -2010 80

Luận văn thạc sĩ Danh sách hình ảnh

Hình 4.9: Bản đồ tốc độ lún do khai thác NDD khu vực BDCM giai đoạn 2006 -2010 81Hình 4.10: Tốc độ lún trung bình giai đoạn 2006 - 20100 ¿5-52 5222+s£cze+ezzczx2 85Hình 4.11:Chum vai và hệ thống tích trữ nƯỚC o c.ccccccccccscssessssesessesestesesessestseeseeseseeseeen 86Hình 4.12: Hệ thống thu gom nước mưa và bổ sung cho tầng chứa nước 87Hình 4.13: Hệ thống thu gom va xử ly nước thải sinh hoạt Hofman, Klaro 87Hình 4.14: Hệ thống Wils bổ sung nhân tao nước dưới đất -: - ¿522cc 5x+sec: 87Hình 4.15: Hệ thống đê ngăn mặn dọc bờ biển cseseescseseeesseseseesesestsesseseseesees 88

DANH SÁCH BANG BIEU

Bang 3.1: Kết quả điều tra dân số các tỉnh thành giai đoạn 2006 — 2010 32

Bang 3.2: Thống kê nhà ở năm 2006 và năm 2009 ¿2-52 522222++E2z2E+zzxzzzrxee 33Bang 3.3: Thống kê tỷ lệ nhà ở kiên cô năm 2006 và năm 2009 .- ¿5-5-5225 34Bang 3.4: Tổng hợp hiện trạng khai thác NDD khu vực BDCM theo đơn vị hành chính 46

Bang 3.5: Tổng hợp hiện trạng khai thác NDD khu vực BDCM theo tầng chứa nước 48

Bang 3.6: Thống kê một số giếng quan trắc mực nước khu vực BĐCM 51

Bang 4.1: Giả thiết bài toán tính lún do công trinh cceccccccccsesessesscseseesesesesestsseeeeseeeesen 69Bang 4.2: Thông kê một số tính chat cơ lý của dat khu vực Tp Cà Mau và Tp Can Thơ 70

Bang 4.3: Kết quả tính toán lún 6n định công trình khu vực Tp Cà Mau 70

Bảng 4.4: Kết quả tính lún công trình theo thời gian khu vực Tp Cà Mau 7

Bảng 4.5: Kết quả tính lún ổn định công trình khu vực Tp Cần Thơ - 71

Bang 4.6: Kết quả tính lún công trình theo thời gian khu vực Tp Can Thơ 72

Bảng 4.7: Diện tích nhà ở và công trình xây dựng một số khu đô thị - 75

Bang 4.8: Kết quả tính lún do khai thác nước dưới đất -: ¿5-5255 c2++zczxzsec: 79Bảng 4.9: Thống kê trữ lượng khai thác tiêm năng, trữ lượng khai thác an toàn, hiện trạngkhai thác và trữ lượng còn có thê khai thác của các TCN - 5S se 32Bang 4.10: Thống kê kết quả suy giảm mực áp lực va độ lún của các TCN 83

Luận văn thạc sĩ Danh mục các từ viết tat

DANH MỤC CÁC TU VIET TAT

BĐCM Bán Dao Cà Mau

NGI Viện Dia kỹ thuật Hoang gia Na Uy

NDD Nước dưới dat

USGS Hội khảo sát Địa chất Hoa Kỳ

TCN Tầng chứa nước

ĐBSCL Dong băng sông Cửu Long

NN-—- PINN Nông nghiệp — Phát triển Nông thôn

ĐHQG — TPHCM Đại học Quốc gia — Thành phố Hồ Chí Minh

DCTV Dia chat thủy văn

SET Surface Elevation Table and Marker Horizon Network

InSAR Interferometric Synthetic Aperture Radar

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Bán đảo Cà Mau (BDCM), một trong 4 vùng của Đồng bang sông CửuLong, là vùng kinh tế trọng điểm của quốc gia va cũng là nguồn cung cấp lươngthực chính cho cả thế giới Tuy nhiên, BĐCM đang đối mặt với tình hình mất đất dosụt lún bề mặt đất và tac động mực nước biến dâng và biến đổi khí hậu “Tinh CaMau có thể biến mất hoàn toàn trong vài thập ký tới nếu không dừng bơm nướcngâm” là cảnh báo của Viện Dia kỹ thuật Hoang gia Na Uy (NGI) nêu lên tại hộithảo “Kết quả dự án nghiên cứu giai đoạn | — sự sụt lún đất ở Bán đảo Cà Mau”diễn ra tại Thành phố Can Thơ, ngày 17/06/2015

Sut lún bề mặt đất được xem là nguyên nhân mat đất liên tục, sat lở và hư hạicủa rừng ngập mặn ven biển, sự xâm thực mạnh của nước biển vào hệ thống sôngngòi kênh rạch và cả các tầng chứa nước năm nông Hệ quả là ảnh hưởng nghiêmtrọng đến đời sống sinh hoạt, sức khỏe người dân, cơ cau phát triển kinh tế cả nước

và khu vực, va rat nhiêu các tác động tiêu cực khác.

Văn bản số 6094/VPCP-KTN ngày 11/08/2014 Văn phòng Chính phủ củaPhó Thủ tướng Chính phủ Hoàng Trung Hải chỉ đạo thực hiện đề án Nghiên cứuđánh giá việc khai thác, sử dụng nước ngầm và tác động đến vẫn đẻ sụt lún nên đấtkhu vực Thành phố Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh và Đồng bang sông CửuLong, đề xuất giải pháp khắc phục, giải quyết trước mắt và lâu dài Nhăm kiểm soát,hạn chế tác động của hoạt động khai thác nước dưới đất đến vấn đề sụt lún nền đất:đồng thời định hướng việc khai thác, sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên nước dướiđất tại Thành phố Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh/thành phố thuộcvùng Đồng băng sông Cửu Long

Tuy nhiên, sụt lún bề mặt đất là cả một quá trình diễn ra trong thời gian rấtlâu, chịu tác động của nhiều yếu tố tự nhiên lẫn con người Do đó, tìm hiểu đánh giácác nguyên nhân gây sụt lún bê mặt đất BDCM để từ đó tìm ra giải pháp hạn chế sụt

lún là van đê võ cùng quan trọng và cap thiệt hiện nay.

Luận văn thạc sĩ Mở dau

Dưới sốc độ nghiên cứu khoa học Kỹ thuật về các vẫn đề Địa chất - Địa chấtthủy văn, đề tài sẽ phân tích lý luận các nguyên nhân và đề xuất một số giải pháphạn chế sự sụt lún bề mặt đất BĐCM Trong đó, đề tài đặc biệt đánh giá nguyênnhân gây sụt lún bề mặt đất do hoạt động khai thác Nước dưới đất quá mức, vì đâylà nguyên nhân đang được quan tâm hàng đầu do áp lực khai thác mạnh mẽ của con

người.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Tổng hợp các phương pháp xác định giá trị sụt lún đã và đang được áp dụng

Xác định các nguyên nhân gây sụt lún bé mặt đất BĐCM

Đánh giá nguyên nhân sụt lún bề mặt đất dưới áp lực đô thị hóa và hoạt độngkhai thác Nước dưới đất (NDĐ) khu vực BĐCM

Đề xuất một số giải pháp hạn chế sụt lún bề mặt đất BĐCM

3 Noi dung nghiên cứu

Nghiên cứu, phân tích các phương pháp đánh giá nguyên nhân và xác định

giá trị sụt lún bề mặt đất đã và đang được áp dụng ở trong nước và trên thế giới

Nghiên cứu đặc điểm tự nhiên - điều kiện kinh tế xã hội và đặc điểm Địa chấtthủy văn khu vực BĐCM làm cơ sở xác định nguyên nhân gây sụt lún bề mặt đất

Phân tích tổng hợp các thông số địa chất và các điều kiện thực tế BĐCM đểtính toán giá trị lún dưới áp lực đô thị hóa Phân tích và tong hợp các kết quả điềutra hiện trạng khai thác, độ suy giảm mực Nước dưới đất, các đánh giá về trữ lượngkhai thác tiềm năng Ứng dụng xác định giá tri sụt lún BDCM do khai thác NDD.Kết hợp với kết quả quan trắc thực tế Đánh giá sụt lún bề mặt đất với áp lực đô thị

hóa và hoạt động khai thác NDD.

Nghiên cứu dé xuất một số giải pháp hạn chế sụt lún bề mặt đất BĐCM

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp kế thừa: Thu thập, phân tích, xử lý và thống kê các dữ liệu từ

các báo cáo trước đó.

Phương pháp lịch sử: Phân tích nguồn gốc phát sinh va quá trình phát triểnsụt lún bề mặt dat dé tìm ra nguyên nhân và dé xuất các giải pháp hạn chế sụt lún bémặt đất BĐCM.

Phương pháp phân tích va tong hợp lý thuyết: Phân tích các tài liệu, lý luậnkhác nhau để tổng hợp đánh giá các phương pháp xác định giá trị sụt lún bề mặt đất

đã và đang được áp dụng.

Phương pháp xử lý dữ liệu băng các phần mềm máy tính như Excel,MapInfo, Surfer, tính toán gia tri sụt lún bề mặt đất và xây dựng bản đồ sụt lún dokhai thác Nước dưới dat

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- anh giá tác động cua sự phát triển đô thị đến sụt lún bé mat dat

các nhà nghiên cứu, nhà quản lý và quy hoạch có cái nhìn khách quan hơn về

các ảnh hưởng của hoạt động khai thác NDD.

- _ Đánh giá được hiện trạng sụt lún bề mặt dat để có các giải pháp quy hoạch

phù hợp hơn.

- Một số giải pháp có thé áp dụng dé hạn chế sụt lún bề mặt đất bán đảo CàMau

Luận văn thạc sĩ Chương 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu

CHUONG 1

TONG QUAN TINH HINH NGHIEN CUU SUT LUN BE MAT DAT

1.1 Tinh hình nghiên cứu ngoài nước

Nước dưới đất và cơ chế sụt lún bé mặt đất liên quan đến hoạt động khai thácNước dưới đất đã được quan tâm và nghiên cứu rất sớm từ những năm đầu thế kỷXX Một sự hiểu biết chung về các thuật ngữ quan trọng trong nghiên cứu Nướcdưới đất và cơ chế sụt lún đất được giới thiệu trong 3 an pham cua Cuc khao sat Diachất Hoa Ky: Thứ nhất, Outline of Groundwater Hydrology (Meinzer, 1923) ""! làmột trong những nỗ lực toàn diện đầu tiên định nghĩa thuật ngữ sử dung trong cácnghiên cứu Nước dưới đất và đã trở thành tài liệu tham khảo của nhiều công trìnhcho nửa thế kỷ qua Thứ hai, Definitions of Selected Groundwater Terms Revisionsand Conceptual Refinements (Lohman et al., 1972) I chứa các định nghĩa được sửađối dé làm rõ các thuật ngữ Nước dưới đất và nhân mạnh việc sử dụng các đơn vithống nhất trong phương trình dòng chảy Nước dưới đất Thứ ba, Glossary of

Selected Terms Useful in Studies of the Mechanics of Aquifer systems and Land

Subsidence due to Fluid Withdrawal (Poland et al., 1972) BI là một danh mục cácthuật ngữ được sử dụng để nghiên cứu về cơ học Nước đưới đất và sụt lún đất dokhai thác chất lỏng

Ngoài ra, các nghiên cứu của Terzaghi, Karl va Peck như Principles of soilmechanics: IV, Settlement and consolidation of clay, 1925; Theoretical SoilMechanics, 1943; Soil mechanics in engineering practice, 1967; là những nghiên

cứu nên tang đã giải quyết các bài toán về Cơ học đất va áp dụng cho các công trìnhthực tế

Các nghiên cứu ban đầu tại bang California đã được thực hiện bởi Khảo sátĐịa chất Hoa Ky (USGS) trong bối cảnh của đánh giá rủi ro liên quan đến việc thiếtkế, phát triển và bảo vệ cơ sở hạ tang vận chuyển nước (như Aqueduct California) ởSan Joaquin Valley (Ireland et al., 1984), và các biện pháp chong lũ lụt ven biển

trong Clara Valley santa (Ba Lan & Ireland, 1988; Ingebritsen & Jones, 1999) Mac

dù giảm nhẹ các nguy cơ rủi ro, nhưng sụt lún vân là một động lực chính cho

nghiên cứu, đặc biệt là vai trò của các tầng chứa nước |“!

Trong những năm gân đây, các van đề ve dân sô và đô thị hóa toàn cau phattriên nhanh chóng Sut lún bê mặt dat diễn ra ở khap các nước trên thê giới, đặc biệt

là các thành phố lớn, các khu đô thị và khu vực đồng bang ven biến

Như sụt lún ở đồng băng Saga, Nhật Bản quan trắc từ năm 1972 đến 1999.Kết quả quan trắc và phân tích phần tử hữu hạn cho thấy bản chất sụt lún của khuvực là do khai thác mực nước ngâm Đặc biệt, giai đoạn hạn hán 1994 khi mựcnước ngầm hạ thấp 20m dẫn đến kết quả sụt lún 16cm (trong đó biến dạng lún chủyếu là lớp sét mềm bên trên) Và còn rất nhiều các nghiên cứu khác như: Trườnghợp phân tích lún do khai thác NDD ở Bangkok, Thái Lan va Kolkata, An D6 (Dr.Amartya Kumar Bhattacharya, 2013) ! Ì dựa trên lý thuyết nén lún của Terzaghi(1943); Sử dụng mô hình nén lún đa lớp cho hệ thống tầng chứa nước ở Vân Lâm,Đài Loan dựa trên lý thuyết cô kết 1 chiều của Terzaghi và Peck (1948) (Po-LungLin et al., 2015) '°!: Một nghiên cứu sụt lún ở Thành phố Semarang, Indonesia băngphương pháp phân tích InSAR kết hợp GPS (H.Z Abidin, 2016) ';

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Từ năm 1995, vẫn đề sụt lún đất ở Hà Nội bắt đầu được quan tâm, sau kết

quả nghiên cứu của Nguyễn Quang Tùng và Donald C Helm (Land subsidence due

to groundwater withdrawal in Hanoi, Vietnam) 8 cho thay mức độ sụt lún ở một số

nơi khoảng 10 — I5cm, và nguyên nhân được cho là do hoạt động khai thác Nước

dưới đất gia tăng đáng kế Tuy nhiên, nghiên cứu này mới dựa vào kết quả quan trắcthực tế Từ năm 2000 trở về sau, các nghiên cứu mang tính khoa học hơn, Hà Nộiđược phân chia thành 3 vùng có tính bền vững khác nhau của môi trường địa chất,trong đó, vùng bên vững có tốc độ sụt lún không đáng ké phân bố phía Bac sôngHong, vùng thứ hai gồm phan lớn diện tích huyện Từ Liêm, Gia Lâm và một phannội thành Vùng thứ ba có tính bền vững yếu nhất thuộc địa phận Thanh Trì, PhápVân va Thành Công từ kết quả nghiên cứu “Mối liên hệ giữa hiện tượng hin đất do

Luận văn thạc sĩ Chương 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu

khai thác Nước dưới đất với đặc tính dia kỹ thuật của các tram tích chưa cô kết ởHà Nội” của Bùi Thị Bảo Anh và Trần Van Hoàng Ì Va cũng trong năm này, cáctác giả Trịnh Minh Thu và Delwyn G Fredlund đã xây dựng mô hình mô phỏng vẫn

yor kết quảdé sụt lún bề mặt đất (Modelling subsidence in the Hanoi City Vietnam

xây dựng mô hình phù hợp với kết quả do thực tế, cho thay lún ở trung tâm và phíaĐông nam của Hà Nội là khá nghiêm trọng (tốc độ sụt lún khoảng 30 —35mm/năm), tuy nhiên cũng cần phải tiếp tục quan trắc, thu thập dữ liệu dé nghiên

cứu và hoàn thiện mồ hình.

Trong những năm gần đây, các nghiên cứu về sụt lún bề mặt đất tổng quanhơn khi đã vận dụng được nhiều phương pháp thiết bị, kỹ thuật công nghệ cao nhưsử dụng phương pháp Radar giao thoa để đo sụt lún bề mặt đất của Nguyễn Bá Duyvả nnk, năm 2009 !!Ì: hay kết quả xây dựng ban đồ sụt lún bề mặt đất bằng phươngpháp phân tích tương quan đa biến của Thinh Hong Phi và nnk, năm 2013 |: haynghiên cứu quan trắc sụt lún bề mặt đất băng ảnh vệ tinh InSAR của V K Dang vànnk, năm 2014131,

Và các phương pháp kỹ thuật này cũng đã được nghiên cứu áp dụng cho

Thành phố Hồ Chí Minh như nghiên cứu “Measuring land subsidence in Ho Chi

Minh City by means of Rarar interferometry techniques” của Lê Văn Trung và nnk,

nam 2008 |'*!; hay “Subsurface characterization and prediction of land subsidencefor HCM City, Vietnam” của T T Thoang và P.H Giao, năm 2015 !'°!

Nhìn chung, Nước dưới đất và các van dé nén lún bề mặt đất đã được cácnhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu từ rất lâu, các phương pháp lý thuyếtvà thực tiễn nhằm xác định giá tri sụt lún ngày càng khoa học, chính xác Và hiệnnay, InSAR đang được xem là phương pháp quan trắc định lượng về sụt lún bề mặtđất hữu hiệu nhất và đáng tin cậy nhất Tuy nhiên, InSAR là phương pháp địnhlượng tong thé sụt lún dựa trên anh vệ tinh, các điều kiện tác động đến sụt lún bềmặt đất của khu vực không được xét đến

Hiện nay, Đồng bằng sông Cửu Long nói chung và Bán đảo Cà Mau nóiriêng, trước diễn biến phức tạp của biến đổi khí hậu, lượng trầm tích phù sa giảm(Hình 1.1) “Ì và mực nước biển dâng (Hình 1.2) !"' Do đó, xói mon, mắt đất, xâmnhập mặn, sụt lún bề mặt dat, dang là những van dé vô cùng quan trọng và cấpthiết.

Hình 1.1: Ban đô suy giảm tram tích phù sa Sông Hậu phía dưới Can Thơ

Cho thấy vật chất lắng động ở đáy sông tương đối ít (gan 19% tong diện tích kênh) và thê hiện qua một lớpcát móng hiện đại xen kẹp với gan 80% tram tích cũ từ kết quả lắng động cua hơn 3.500 năm qua; nhữngnghiên cứu này đã cho thấy tram tích phù sa cho Đồng bằng có thé đã giảm.

Theo các chuyên gia dự báo về tình trạng mat đất khu vực Đồng bang sôngCửu Long nói chung và Bán đảo Cà Mau nói riêng, các nghiên cứu về sụt lún đấtđặc biệt được quan tâm từ hai năm trở lại đây với “Kết quả dự án nghiên cứu giaiđoạn 1 — sự sụt lún đất ở Bán đảo Cà Mau” diễn ra trong hội thảo tại Thành phố Cần

Thơ, ngày 17/06/2015 của Viện Dia ky thuật Hoang gia Na Uy (NGI) hợp tác với

Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước miền Nam Kết quả đo lún băngInSAR cho thấy tỷ lệ sụt lún tương đối lớn khoảng 1 — 4 cm/năm trên toản vùngĐồng băng sông Cửu Long Và khai thác Nước dưới đất được đưa ra là giả thuyết

Luận văn thạc sĩ Chương 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu

chính gây sụt lún và sự góp phần của các công trình, cơ sở hạ tầng, hệ thông thoátnước, sự phát triển của mô hình thạch học mới của vùng đồng bang, Các tác giảcũng đã và đang xây dựng mô hình địa chất thủy văn 3D, cho phép tính toán độnglực học Nước dưới đất và gây sụt lún, cho phép đánh giá tiềm năng lún của hệ thôngđa tầng chứa nước khu vực đồng băng và xây dựng các kịch bản trong tương lai đểhồ trợ công tác quản lý bên vững nguồn Nước dưới dat, hạn chế mức độ sụt lún vaty lệ sụt lún "°!

Thay đổi mựcLocation nước biên 1989 -

2012 (m)1 -1100 to -14002 -600 to -900

Hình 1.2: Thay đổi đường bờ biển giai đoạn 1989 — 2012

Dong thời, nhóm nghiên cứu của Lê Xuân Thuyên (Trường DH Khoa HọcTu Nhiên Tp.HCM) cũng đã, đang thực hiện nghiên cứu về biến đối khí hậu và mựcnước biển dâng bang phương pháp khảo sát, quan trac đánh giá từ cấp địa phương,các van dé cụ thé dé khái quát cấp lớn hơn Nhóm nghiên cứu đã thiết kế mạng lướiquan trắc lún nông ở một số vị trí khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long USI" Chỉ tiếtphương pháp và kết quả quan trắc sẽ được trình bày cụ thể trong chương sau của

luận văn.

Dựa trên cong thức tính lún cua Riley (1969), các tác gia Laura E Erban va

cộng su, đã xây dựng ban đồ tốc độ lún khu vực BĐCM do khai thác Nước dướiđất, kết quả cho thay dưới tác động cua hoạt động khai thác Nước dưới đất, khu vựcCà Mau có tốc độ lún lớn nhất hơn 3cm/năm giai đoạn 2006 — 2010 (Hình 1.3) '””.Tuy nhiên, tham số hệ số nha nước đàn hồi trong công thức tính toán được giảthuyết là hăng số

A Maximum aquifer drawdown rate B Compaction-based subsidence rate

Hình 1.3: Tốc độ lún do khai thác NDD giai đoạn 2006 — 2010

Như vậy, vấn đề sụt lún bề mặt đất BĐCM đã và đang được nghiên cứu rấtnhiều Tuy nhiên, BĐCM là một đồng băng rộng lớn, để nhận định và đánh giánguyên nhân gây lún bé mặt đất cần phải quan tâm đến rất nhiều yếu tô về đặc điểmtự nhiên, kinh tế xã hội, đặc điểm địa chất và địa chất thủy văn khu vuc, Do đó,trong luận văn nay, học viên sẽ xem xét day đủ các yếu tô trên dé đánh giá kháchquan hon các nguyên nhân gây sụt lún bề mặt đất khu vực Đồng thời, giải thích rõhơn về các phương pháp quan trắc lún bề mặt đất và dé xuất một số giải pháp nhămhạn chế sụt lún bề mặt đất khu vực nghiên cứu

Luận văn thạc sĩ Chương 2 Ly thuyết biến dạng và nén lún của dat

CHƯƠNG 2

LY THUYET BIEN DẠNG - TINH NEN LUN VA CO KET DAT

2.1 Tinh biến dạng của dat

Đất là môi trường rời rạc phân tán và có tính rỗng lớn, bao gồm nhiều pha(ran, lỏng và khí) Biến dạng của đất thực chat là quá trình sắp xếp lại các hat rankèm theo sự giảm thể tích lỗ rỗng cho đến khi nước thoát ra và đồng thời làm tăngđộ chặt của đất Biến dang của đất có đặc điểm khác với biến dạng của vật thé liêntục, biến dạng của nó đạt đến trị số 6n định ngay sau khi có tác động của tải trọng.Còn đối với đất, thì biến dạng xuất hiện đồng thời với tải trọng tác dụng nhưng phảitrải qua một thời gian mới đạt đến trị số 6n định Do đó, van dé nén lún theo thờigian của nên đất cũng là van đề hết sức quan trọng Xác định độ lún của công trìnhtrên nên đất là một van dé phức tạp, hiện nay có rất nhiều lý thuyết khác nhau đểxác định trị số độ lún

2.2 Phân tích ứng suất gây lún

Theo lý thuyết quá trình nén lún và cô kết, áp lực của tải trọng bản thân hạtđất hay còn gọi là ứng suất hữu hiệu là nhân tổ ảnh hưởng chính Quá trình nén lúntrong đất có thé được tính toán theo lý thuyết cố kết của Terzaghi

Ứng suất hữu hiệu ở một độ sâu có thể được tính toán theo công thứcTerzaghi và Peck 1967, (Hình 2.1) ”I

P= Pz ~ Uw (2.1)

Trong đó:

p': Ứng suất hữu hiệu ở độ sâu z (kPa);p„: Tong ứng suất ở độ sâu z (kPa):Uy: Ap lực nước lỗ rỗng ở độ sâu z (kPa)

pz =p' Tuw

= Tang cach nude See ee

Dựa vào công thức (2.1), sự gia tăng ứng suất lên nền đất gây nén lún liênquan đến tải trọng bên trên nên đất và sự hạ thấp của mực nước ngâm

2.2.1 Nén lún bởi sự gia tăng ứng suất do tải trọng bên trên nên dat:

Tải trọng bên trên nền đất chủ yếu là tải trọng công trình xây dựng Dưới tácdụng của tải trọng công trình, hạt ran không chịu nén và cũng không mat đi, mà sựnén lún chính là sự giảm đi thể tích lỗ rỗng hay sự giảm đi của hệ số rỗng Giá trịlún 6n định có thé được xác định bang công thức dưới đây:

Luận văn thạc sĩ Chương 2 Ly thuyết biến dạng và nén lún của dat

Ngoài ra, đặc trưng nén lún cua dat còn được mô tả thông qua một sô chỉ tiêukhác như: Môdun biên dang Ea, Hệ sô nén lún a, Hệ sô nén tương đôi ao hay m,,

Do đó, dé tính lún cho nền đất còn có thé sử dụng các công thức dưới day:

Trong đó: K là hệ số thấm của nên đất

Xét bài toán nên đông nhât va đơn giản nhất, các điêu kiện biên bao gôm:

Tùy từng trường hop của bài toán cu thé mà ta sẽ có lời giải khác nhau!*"!

2.2.2 Nén lún bởi sự gia tăng ứng suất hữu hiệu do hạ thấp mực nước ngâm:

2.2.2a Phân tích nén lún cia TCN có áp dưới tác dụng của giéng khai thác don:

Bài toán phân tích dựa trên phương trình Dupuit-Forchheimer và lý thuyết cốkết của Terzaghi “

Theo Dupuit-Forchheimer, mực nước hạ thấp s tại một điểm cách giếng khaithác (theo phương nam ngang) một đoạn r được xác định theo công thức sau:

b là chiều dày tầng chứa nước (m);

R là bán kính ảnh hưởng dưới tác dụng bơm hút (m);

Luận văn thạc sĩ Chương 2 Ly thuyết biến dạng và nén lún của dat

Và mực nước tại khoảng cách r còn có thê được xác định theo công thứcdưới đây:

ofa? ef 2 g| 9 b ae

2S og VY s0 “| lœ 1 jo”

oO oO oO oO

a2 20 SẽC 119 «o0 ` SỒ 4j |z Ð> °o°“ °siiojs)0 P°

LR 4 2222007 PZZ LORE SLL

< R —+

K— r >>

Hình 2.2: Mực áp lực hạ thấp tại khoảng cách r do bơm hut nước

Do đó, công thức (2.10) được viết lại:

Po= Dy¡+zZy¿ — (Hạ — b + Z)Wy (2.13)

Trong đó:

D là chiêu dày của lớp đất sét bên trên (m);

y¡ là dung trọng của lớp đất sét bên trên (kN/m) ;

b là chiều dày tang chứa nước (m);

Y2 là dung trọng của dat bão hòa (KN/m);

„ là dung trọng của nước (kN/m*)

Bởi vì mực áp lực ha thap, áp lực nước lỗ rông giảm, ứng suat hữu hiệu giatăng Ap’:

Hình 2.3: Gia tăng ứng suất do bơm hút nước

Theo Boussinesq, ứng suat thang đứng tai một điểm (z,r) trong hình trụ tròn

z-r được cho bởi công thức:

_ 3 1 Ap’

~~ 27[1+ (r/z)?]5/2 z2

Ơ, (2.15)

Luận văn thạc sĩ Chương 2 Ly thuyết biến dạng và nén lún của dat

Như vậy, ứng suất thăng đứng tại các độ sâu z khác nhau có thé được xácđịnh bằng phương pháp tích phân dưới đây:

Œ„ là chỉ số nén của tang chứa nước

e, là hệ số rỗng ban đầu trước khi bơm

2.2.2b Bài toán phương trình vận động của dòng thấm trong TCN có áp

Xét một hình hộp nguyên tố có cạnh dx, dy, dz song song với các trục tọa độ.Chúng ta sẽ nghiên cứu sự cân bang vật chất sau khoảng thời gian vô cùng nhỏ dttrong hình hộp nguyên tố này (Hình 2.4) =

Khối lượng của chất lỏng chảy vào nguyên tố nghiên cứu theo hướng trục xsẽ băng ø„g,dydz Đồng thời khối lượng của chất lỏng chảy ra từ hình hộp nguyêntố sẽ bang 0„q„dyđz + “ (p„q„)dxdydz.

Như vậy, hiệu số khối lượng nước chảy vào và chảy ra khỏi nguyên tốnghiên cứu theo phương trục x sẽ là: — ` (0o„q„)dxdydz

Tương tự, sự thay đối khối lượng của chat lỏng trong hình hộp nguyên tố theocác trục y và z sẽ băng — — Pwd, )dxdyđz và — 2 (p,q_)axdydz

dy y azToàn bộ chat lỏng thay đổi trong nguyên tố dòng thắm sẽ bang:

Khi áp suất trong thé tích nguyên tố biến đổi, khối lượng riêng của chat lỏng sẽ

biên đôi Độ nén của nước ÿ là độ biên đôi khôi lượng riêng theo áp suat:

Luận văn thạc sĩ Chương 2 Ly thuyết biến dạng và nén lún của dat

+ + = ( + yon (2.32)

(— 0 ”h = ôˆh

Ký hiệu S gọi là hệ số tích trữ nước trong tầng chứa nước đàn hôi

S = b(apyg + np„g) (2.33)Trong đó b là chiều day tang chứa

Hệ sô nha nước dan hôi trong tang chứa nước được xác định bởi Jacob(1940):

S; =1⁄„(œ + nfy) (2.34)

Hay được diễn tả băng một cách khác bởi Riley (1969):

Ss = Ss, Tố, (2.35)Trong đó:

œ: Hệ số dãn nở thể tích hạt rắn (hệ số nén lún);

By = 1/Ky: Hệ số dan nở thé tích của nước, Ky = 2.1 x 10°(5)

môđun dan hồi của nước;

„: Trọng lượng riêng của nước;

Ss,: Hệ số nhả nước đàn hồi hạt răn, Ss„ = 0w

Ss„: Hệ số nha nước dan héi của nước, Ss„ =

Pw9INBy-Viết lại công thức (2.24), ta được

Luận văn thạc sĩ Chương 2 Ly thuyết biến dạng và nén lún của dat

_ _D (2.36)

Trong đó:

Ab = bạ — b: Sự thay đôi chiều day theo phương thăng đứng (m)

Có hai trường hợp định nghĩa hệ số nén lún: đàn hồi và không đàn hồi ø, làhệ số nén lún đàn hồi khi ứng suất Ø¿ < pj, (trong đó pz là ứng suất tiên côkết) và hệ số nén lún không dan hồi ø„ khi ứng suất pi > Đz„„„- Trong tầng cáchnước quá trình nén lún chủ yếu là không đàn hồi Và ngược lại với tầng cách nước,tầng chứa nước chủ yếu là nén lún dan hồi va cũng có thể có một phan không danhồi

Từ công thức (2.33); (2.34) và (2.36), giá tri sụt lún bề mặt đất được xác định

như sau (Lohman, 1961):

Ab = Ap (— — nboBw (2.37)

WTrong đó:

Ap = y,,Ah: Sự thay đối ứng suất hữu hiệu trong hệ thống tang chứa

nước.Vi tính nén lún của nước được gia định là không đáng kê so với tính nén lúngiữa các hat ran dưới tác dung của sự thay đôi ứng suat hữu hiệu, a > f,,, giá tri

sụt lún bề mặt đất cũng có thể được xác định theo công thức Riley, 1969 “

Ab = S,Ahbo (2.38)

Ngoài ra còn rất nhiều lý thuyết khác về nén lún và cố kết dat theo thời gian.Nhưng nhìn chung, tất cả các lý thuyết đều dựa trên lý thuyết nén lún và cố kếtthâm của Terzaghi, phương trình vận động của dòng chảy Nước dưới đất và địnhluật tham Darcy trong tầng chứa nước

CHƯƠNG 3

NGUYÊN NHÂN VÀ MOT SO PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LUN MAT DAT

BAN DAO CÀ MAU

3.1 Hiện trang sụt lún bề mặt dat BĐCM

Bán đảo Cà Mau là một trong 4 khu vực thuộc đồng bằng sông Cửu Long(ĐBSCL), được bao quanh bởi biển Đông ở phía Đông — Đông Nam, biển Tây ởphía Tây — Tây Nam, hệ thống sông Hậu ở phía Bắc, kênh Rạch Sỏi Vam Công ởphía Tây Bac (Hình 3.1) Cao trình địa hình so với mực nước biển khu vực trungtâm 1,0— 1,5m và khu vực giáp biển chỉ còn 0.3 — 0/7m !®!

Hình 3.1: Bản đô khu vực Bán đảo Cà Mau thuộc đồng bằng sông Cứu Long

Tại hội thảo công bồ giai đoạn | dự án “Sự sụt lún đất của bán đảo Cà Mau”do Bộ NN-PTNT phối hợp với Viện Địa kỹ thuật Hoàng gia Na Uy (NGI) tô chứcngày 17/06/2015 tại Cần Thơ, các chuyên gia nhận định Cà Mau đang chìm dan dokhai thác nước dưới đất và phá rừng tràn lan Nếu những biện pháp đối phó không

được triên khai nhanh chóng thì vài thập niên nữa Ca Mau sẽ biên mat.

Luận văn thạc sĩ Chương 3 Nguyên nhân và phương pháp xác định lún BDCM

Theo đánh giá của NGI, sự lún dat do bơm nước ngầm là van đề đã, đang vàsẽ diễn ra ở nhiều nơi tại Cà Mau cũng như các tỉnh lân cận trong khu vực ĐBSCL.Và nguyên nhân chính là do hoạt động khai thác nước dưới đất quá mức NGIkhuyến cáo Chính phủ can có các hành động khắc phục, giảm thiểu tác hại trước khi

quá muộn, NGI cũng đề xuât dừng tat cả các hoạt động bơm từ nguôn nước ngâm;

đầu tư xây dựng nhà máy lọc nước

Hình 3.2: Kết quả sụt lún bê mặt đất bằng phân tích InSAR khu vực ĐBSCL

Hình 3.2 là kết quả phân tích InSAR của dự án “Sự sụt lún đất của bán đảoCà Mau”, kết quả này cho thay ở khu vực BDCM, Thanh phố Can Thơ (H), tỉnhSóc Trăng (L) và Thành phố Cà Mau (O) là 3 tỉnh thành có mức độ sụt lún bề mặtlớn nhất

Ngoài ra, TS Lê Xuân Thuyên (Trường đại học Khoa học tự nhiên — ĐHQG

TP,HCM) và cộng sự cũng đang thực hiện nghiên cứu về biến đổi khí hậu và nướcbiển dâng bang phương pháp khảo sát, quan trắc đánh giá từ cấp địa phương, cácvan dé cụ thé dé khái quát cấp lớn hơn Trong vòng 8 tháng (từ 06/2011 — 02/2012),

mỗi Cà Mau đã chìm 45 mm Dưới đây là một số trạm quan trắc lún nồng (Hình

3.3) và kêt quả quan trac của nhóm cộng sự.

— Số liệu lún nồng vị trí Mũi Cà Mau thời gian 06/2011 — 01/2015 lún bình

Hình 3.3: Vị trí một số tram quan trắc lún nông DBSCL

Theo Lê Xuân Thuyên, nguyên nhân của sụt lún do bản chất nên đất dướichâu thé là khối bùn cát mềm nhão, luôn trong quá trình co nén, ran lại và kéo theolà thể tích khối của nó cũng co rút lại, mà ở đây chính là hiện tượng sụt lún bề mặtđất Mặc khác, phần thân rễ cây rừng cũng góp phần làm nên đất phông lên hay

Len reer spe a Ấ: do, 4 [18], [26

ngược lại, việc bơm hút nước ngâm quá nhiêu làm khôi nên bị xẹp xuông US], Pol

Nhìn chung, sụt lún bề mat đất khu vực BĐCM cũng đã được các chuyên gianhận định do các hoạt động khai thác NDD va quá trình trầm tích tự nhiên của khối

bùn nhão bên trên của châu thô Tuy nhiên, việc nhận định nguyên nhân chủ yêu

Luận văn thạc sĩ Chương 3 Nguyên nhân và phương pháp xác định lún BDCM

gây sụt lún vẫn còn chưa được tong hợp dé phân tích và đánh giá chỉ tiết cụ thé.Mặc dù vậy, có thể dễ dàng nhận ra sụt lún đất ở BĐCM phân bố không đều và chủyếu tập trung ở các tỉnh thành như Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu và Cà Mau Nhưvậy, có thé thấy sụt lún bề mặt dat còn có thé do đô thị hóa ở các thành phố lớn vàviệc phân tích các nguyên nhân gây sụt lún bề mặt đất của khu vực sẽ được thé hiệnrõ ràng nhất ở các tỉnh thành này Dưới đây là một số nhận định nguyên nhân sụtlún bề mặt đất BĐCM liên quan đến các yếu tố khách quan từ những phân tích vềđiều kiện tự nhiên, đặc điểm kinh tế xã hội và các điều kiện địa chất, địa chất thủy

văn khu vực BĐCM.

3.2 Sut lún bề mặt đất BĐCM liên quan đến tân kiến tạo và cố kết tự nhiên

Đề đánh giá nguyên nhân sụt lún bề mặt đất liên quan đến cấu tạo địa chấtkhu vực nghiên cứu, có thé xem xét một số nhân tố dưới đây (Segeren & Smits

1980) '”1:

- Hàm lượng sét: Hàm lượng nước trong trầm tích có mối quan hệtuyến tính với hàm lượng sét; do đó, trầm tích sét có khả năng chứanước kém hơn so với trầm tích hạt thô Và điều này dẫn đến đất séthoặc đất loại sét sẽ có khả năng nén lún lớn hơn so với đất cát hoặcđất loại cát

- Tap chat hữu cơ chứa trong lớp trầm tích: Độ 4m phụ thuộc vào hàmlượng hữu cơ có trong đất Trầm tích chứa hàm lượng hữu cơ cao sẽcó khả năng nén lún lớn Quá trình oxy hóa các tạp chất hữu cơ khôngchỉ làm mat đi tạp chất hữu cơ mà còn cả hàm lượng nước chứa trong

đó.

- Trọng lượng đất: Trầm tích có độ rỗng khác nhau (và độ âm khácnhau) chỉ ra khả năng mất nước khác nhau do đó khả năng nén lún làkhác nhau Trầm tích đáy biến và hồ có trọng lượng thấp hơn so vớitrầm tích bờ biên Trong quá trình hình thành các trầm tích bờ biển, sựco ngót đã xảy ra và do đó cũng đã diễn ra sự sụt lún

- _ Điều kiện thoát nước: Các lớp trầm tích trong điều kiện thoát nướckém sẽ có tỷ lệ sụt lún thấp hơn so với các lớp trầm tích có khả năngthoát nước tốt

- _ Điều kiện khí hậu: Vào mùa khô, hàm lượng nước mất đi nhiều do đó

khả năng nén lún cũng sẽ cao.

BĐCM thuộc khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, do đó sự hình thành vàphát triển của Đồng băng sông Cửu Long cũng chính là sự hình thành va phát triển

của BĐCM.

Từ cuối Pliocene đến đầu Pleistocene, sau thời kỳ biến tiễn hình thành cáctrầm tích Pleistocene sớm, đồng băng được nâng lên trên mực nước biến TạiPleistocene giữa, đồng băng chìm sâu trở lại Cho đến Pleistocene cuối, thời kỳ biểnthoái diễn ra làm cho tất cả đồng bang năm trên mực nước biến, nó bị ảnh hưởngbởi quá trình phong hóa mạnh mẽ Tại đầu Holocene, đồng bằng chịu ảnh hưởngbởi đợt biến tiến Flandrian Mực nước biển tiếp tục tăng dat giá tri lớn nhất ởkhoảng 6000 năm trước Tại thời điểm này, hầu hết đồng bằng bị ngập nước vàđược lap day bùn lăng từ khu vực phía trên bởi sông chính và những nhánh của nó.Các thành phan của bùn lắng chủ yếu là trầm tích hat mịn (bụi, sét) có nguồn gốcbiên chiếm ưu thé Sau Flandrian, mực nước biến bat đầu giảm, trầm tích biển đượcthay thế bang trầm tích aluvi va trầm tích châu thé, dé lộ trầm tích hat thô trên bề

mặt.

Hình 3.4 thể hiện mặt cắt địa chất tại các trạm quan trắc dọc ven biển theohướng bắc nam đến độ sâu 68m Trong hình, lớp sét mềm phân bố từ bé mat chođến chiều sâu 22m, với chiều dày từ 10m đến 22m Bên dưới lớp sét mềm là lớp sétvừa đến cứng xen kẹp với lớp cát chặt vừa, hạt mịn đến trung Chiêu sâu phân bồ từ10m đến 22m Chiều dày của những lớp đất này là kết quả bôi tụ trầm tích từ hệthống sông MeKong và hệ thống sông Đồng Nai và các nhánh của chúng Lớp sétmềm doc ven biến thuộc trầm tích Holocen được hình thành trong thời ky biến thoái5000 năm trước Lớp đất bên dưới được hình thành trong thời kỳ biến động mựcnước biên trong giai đoạn Flandrian (18000 — 5000 năm) (Ta et al.,2002) [28]

Luận văn thạc sĩChương 3 Nguyên nhân và phương pháp xác định lún BDCM

e2 ¬=? ¬

8° ˆ^ 40 ¬

S bs

Ca Mau(SET- Dam Doi}

0

Bac Lieu(SET-Chan Chim)

24

44.52 +

56 4

80

64 88 ¬

-Z⁄ ( Wet land) WG

Medium to stiff clay interbed with sand and silty clay

Hình 3.4: Đặc điểm mặt cắt địa chất tại các tram quan trắc dọc bờ biển

Lớp sét mềm có độ âm từ 50 đến 80% và giới hạn chảy từ 45 đến 75%, giớihạn dẻo từ 25 đến 40% Nhìn chung, độ âm cao hơn so với giới hạn chảy, do đó độsệt sẽ lớn hơn 1 Trọng lượng riêng của lớp sét mềm từ 1,5 đến 1 /7t/m” Giá trị hệ sốrong tự nhiên từ 1,6 đến 2,2; cho thay đây là sét non và cé kết, Hình 3.5a là biéu đồhoạt tính của lớp sét mềm tại một số điểm Các giá trị hoạt tính từ 0,4 đến 1,0; chothay khoáng vật chủ yếu là Kaolinit và IIlit

& BenTre 70 4| & BenTre

¥ Tra Vinh Y TraVinh

+ Bac Lieu & vê 60 4| @ BacLieu é G

a Soc Trang ast & Soc Trang ay

A10 -

Sét vừa đến cứng có độ âm gần bang với giới hạn dẻo, độ âm từ 20 đến 40%,và giới hạn dẻo từ 20 đến 30% Giới hạn chảy từ 30 đến 60%, trọng lượng riêng từ1,8 đến 2.0m”, và hệ số rỗng tự nhiên từ 0,5 đến 1,0 Hoạt tính của lớp sét nàycũng nằm giữa Kaolinit va [lit (Hình 3.5b) Lớp cát hạt min đến trung có độ âm từ20 đến 30%, trọng lượng riêng từ 1,8 đến 2,0t/m3, tỷ trọng hạt từ 2,65 đến 2/7 vàSPT từ 15 đến 30.

Các thay đổi của đặc điểm dia kỹ thuật của các lớp đất theo chiều sâu tại BạcLiêu và Cà Mau được thé hiện trong Hình 3.6a và Hình 3.6b '“†

ŒlayÍadlon(M%) Wn, LL,PL(%) UwlW6l@ht(Wm) Specific gravity

t4 2 ⁄ 7///

iB Ứ////- 1 \\\ \£2 \ \ \

£u4\ `INA \

® 264Ô _ 4 Medium to \

2) stitfclay `

30

\ \ `1+ \

4

38-wdod |

44410.4 Very soft

[llit chứa it cát màu xám nâu, xám đen, đôi chỗ chứa mun thực vật màu đen Cac