Tình hình xói lở bờ hệ thống sông vùng Đồng bằng sông Cửu Long đang diễn ra phổ biến với tính chất khá phức tạp. Theo khảo sát mới nhất cho thấy hiện toàn vùng có tới 134 điểm xói lở bờ. Trong đó đoạn bờ sông Tiền khu vực Thường Phước, huyện Hồng Ngự, tỉnh Đồng Tháp là một trong số những khu vực có tốc độ xói lở bờ mạnh nhất, hàng năm xói lở ăn sâu vào bờ từ 30 đến 50 m. Đoạn bờ sông bị xói lở bờ là một dải đất rộng ít cơ sở hạ tầng, bởi vậy thiệt hại trực tiếp do xói lở đoạn bờ sông này gây ra không nhiều, nhưng ngược lại thiệt hại gián tiếp lại rất lớn: tạo dòng chảy đâm thẳng vào bờ sông khu vực thị trấn Tân Châu; gây bồi lắng cửa rạch Hồng Ngự, điều này không chỉ cản trở giao thông thủy mà còn gây nên xói lở bờ rạch Long Khánh và nhiều nơi khác do lưu lượng dòng chảy ngày một gia tăng. Để hạn chế thiệt hại do hiện tượng xói bồi biến hình lòng dẫn đoạn sông Tiền từ Thường Phước tới điểm nhập lưu giữa hai nhánh Hồng Ngự và Long Khánh gây ra, cần phải xây dựng2 một số công trình chỉnh trị với quy mô và kinh phí rất lớn (do sông sâu, lòng rộng, vận tốc dòng chảy rất lớn nhất là vào mùa lũ) điều này hoàn toàn không có khả năng trước tình hình kinh tế nước ta hiện nay. Một giải pháp ít tốn kém nhưng khá hiệu quả, có thể giảm bớt đáng kể thiệt hại do hiện tượng xói lở bờ gây ra, đó là dự báo trước những diễn biến bất lợi từ đó đề ra giải pháp phòng tránh trước khi nó xảy ra. Để đạt được mục đích này, trên cơ sở tài liệu đo đạc thực tế nhiều năm đoạn sông Tiền khu vực Thường Phước chúng tôi tiến hành xây dựng công thức thực nghiệm tính tốc độ xói lở bờ trên cơ sở đó dự báo phạm vi xói lở trong tương lai
CƠNG THỨC KINH NGHIỆM TÍNH TỐC ĐỘ XĨI LỞ BỜ ĐOẠN SÔNG TIỀN KHU VỰC THƯỜNG PHƯỚC - TỈNH ĐỒNG THÁP (*) PGS TS Lê Mạnh Hùng KS Đặng Thị Bích Ngọc TĨM TẮT Xác định tốc độ xói lở bờ sông công việc quan trọng giúp nhìn nhận trước diễn biến tương lai từ đề giải pháp ứng phó kịp thời Hiện tượng xói lở bờ sơng Tiền khu vực Thường Phước đã, diễn với mức độ lớn, khơng gây thiệt hại trực tiếp cho khu vực mà gây diễn biến bất lợi cho thị trấn Tân Châu, thị trấn Hồng Ngự nhiều khu vực khác Vì việc biết trước diễn biến xói lở bờ khu vực Thường Phước có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Trên sở số năm tài liệu đo đạc khu vực này, tiến hành xây dựng cơng thức kinh nghiệm tính tốc độ xói lở bờ làm sở cho cơng tác dự báo biến hình lòng dẫn khu vực theo thời gian ABSTRACT Riverbank sliding velocity calculation is important to foresee the bed change in the future in order to have in time and suitable response The riverbank sliding at Thuong Phuoc in Mekong River has been and will be happening with high level and those impacts not only on Thuong Phuoc but also on other areas such as Tan Chau, Hong Ngu as well Therefore it is significant to predict riverbank sliding at Thuong Phuoc Based on some measured data years, an empirical formula is made for temporal riverbed change prediction at the concerned area I Giới thiệu chung: Tình hình xói lở bờ hệ thống sơng vùng Đồng sông Cửu Long diễn phổ biến với tính chất phức tạp Theo khảo sát cho thấy tồn vùng có tới 134 điểm xói lở bờ Trong đoạn bờ sơng Tiền khu vực Thường Phước, huyện Hồng Ngự, tỉnh Đồng Tháp số khu vực có tốc độ xói lở bờ mạnh nhất, hàng năm xói lở ăn sâu vào bờ từ 30 đến 50 m Đoạn bờ sông bị xói lở bờ dải đất rộng sở hạ tầng, thiệt hại trực tiếp xói lở đoạn bờ sơng gây khơng nhiều, ngược lại thiệt hại gián tiếp lại lớn: tạo dòng chảy đâm thẳng vào bờ sơng khu vực thị trấn Tân Châu; gây bồi lắng cửa rạch Hồng Ngự, điều không cản trở giao thông thủy mà gây nên xói lở bờ rạch Long Khánh nhiều nơi khác lưu lượng dòng chảy ngày gia tăng Để hạn chế thiệt hại tượng xói bồi biến hình lòng dẫn đoạn sơng Tiền từ Thường Phước tới điểm nhập lưu hai nhánh Hồng Ngự Long Khánh gây ra, cần phải xây dựng số cơng trình chỉnh trị với quy mơ kinh phí lớn (do sơng sâu, lòng rộng, vận tốc dòng chảy lớn vào mùa lũ) điều hồn tồn khơng có khả trước tình hình kinh tế nước ta Một giải pháp tốn hiệu quả, giảm bớt đáng kể thiệt hại tượng xói lở bờ gây ra, dự báo trước diễn biến bất lợi từ đề giải pháp phòng tránh trước xảy Để đạt mục đích này, sở tài liệu đo đạc thực tế nhiều năm đoạn sông Tiền khu vực Thường Phước tiến hành xây dựng công thức thực nghiệm tính tốc độ xói lở bờ sở dự báo phạm vi xói lở tương lai II Cơ sở lý luận xây dựng công thức kinh nghiệm tính tốc độ xói lở bờ sơng Một dòng sơng gồm hai yếu tố cấu thành lòng dẫn dòng nước chảy Hai yếu tố ln thay đổi theo khơng gian lẫn thời gian chúng không ngừng tác động lẫn nhau, thông qua lực học, lý học, hố học Dưới tác động dòng nước lòng dẫn bị thay đổi hình dạng kích thước, độ lớn, ngược lại sau lòng dẫn thay đổi lại có tác động trở lại dòng nước làm thay đổi trạng thái, kết cấu dòng nước Điều chứng tỏ tượng xói bồi biến hình lòng dẫn sông tượng tự nhiên mà nguyên nhân tác động qua lại khơng ngừng dòng chảy lòng dẫn Xác định tốc độ xói lở bờ sơng thực chất xác định tốc độ biến hình ngang lòng sơng, tác dụng lực thủy động lực học, kết khối đất bờ sông ổn định, sụp đổ xuống sông Các nhà khoa học giới tốc độ xói lở bờ sơng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ba yếu tố cần quan tâm đặc biệt là: Dòng chảy, hình dạng lòng dẫn tính ổn định lòng dẫn Với tính phức tạp dòng chảy, tính đa dạng lòng dẫn, tính nhiều vẻ đất bờ sông dẫn đến cách đánh giá, hình thức biểu thị khác yếu tố công thức kinh nghiệm tác giả Theo Ibadzade [1] tốc độ xói lở ngang đoạn sơng cong phụ thuộc vào lưu lượng dòng chảy Q, bán kính cong R đoạn sơng xét, chiều rộng lòng sơng B hệ số ổn định đất bờ Bxi = f (Q, Ri/Bi,) (1) Theo Pôpôp [4], Lê Ngọc Túy số tác giả khác [5] đề cập tới ba yếu tố nêu cơng thức kinh nghiệm tính tốc độ xói lở bờ sơng mình, cách biểu thị yếu tố có nhiều điểm khác với Ibadzade Cơng thức tác giả có dạng chung: B xi F H max i H LT H max H (2) Trong đó: - Bxi -F -L -T - Hmaxi - Hmax -H - , : tốc độ xói lở ngang (m/năm) mặt cắt i; : diện tích khối đất bờ xói lở khoảng thời gian T năm (m2); : chiều dài đường bờ sạt lở giai đoạn (m); : thời gian xói lở (năm); : độ sâu lớn mặt cắt tính tốn thứ i (m); : độ sâu lớn đoạn xói lở nghiên cứu (m); : độ sâu ổn định (tại mặt cắt độ) (m); : Các hệ số thực nghiệm Nhìn chung cơng thức kinh nghiệm tác giả nêu có khả áp dụng tính tốc độ xói lở bờ sông Cửu Long, hệ số thực nghiệm xác định từ tài liệu thực đo vị trí xem xét Tuy chúng tơi chưa hài lòng sai số cao công thức chưa đề cập tới khả thời gian trì khả dòng chảy gây xói lở bờ sơng Khảo sát thực tế cho thấy đại lượng F/LT cơng thức PơPốp quan hệ chặt chẽ với tích số khả thời gian trì khả dòng chảy gây xói lở Bởi vậy, đề nghị thay đại lượng F/LT (2) đại lượng Vi , Ti Như công thức kinh nghiệm đề xuất có dạng, Bxi = (Vi Ti ) H max i H (3) H max H Trong đó: Vi = Vi - [V]kd: số gia vận tốc, biểu thị khả dòng chảy gây xói lòng dẫn mặt cắt thứ i; Vi: vận tốc trung bình hay thủy trực (cần khảo sát để nhận cơng thức kinh nghiệm thích hợp nhất) mặt cắt thứ i; [V]kd : vận tốc khởi động vật liệu cấu tạo lòng dẫn; Ti : thời gian trì vận tốc dòng chảy có vận tốc lớn vận tốc khởi động vật liệu cấu tạo lòng dẫn mặt cắt thứ i; , , : hệ số thực nghiệm, xác định sở tài liệu thực đo nhiều năm Công thức (3), bao hàm hệ số thực nghiệm cần xác định , , , với cách tính thơng thường không thực được, đề nghị viết biểu thức (3) dạng khác, B xi Vi Ti n HH max i H max H (4) Trong n = / Với cách viết biểu thức dạng (4), hai hệ số thực nghiệm , xác định theo phương pháp sai số bình phương trung bình nhỏ n cho trước Ứng với trị số n cho trước xác định hệ số tương quan chiều rộng xói ngang Bxi thực đo giai đoạn tính n i H X i Vi Ti HHmax max H (5) Hai hệ số thực nghiệm cần xác định hai hệ số tương ứng với trường hợp hệ số tương quan lớn III Công thức kinh nghiệm tính tốc độ xói lở bờ sơng Tiền khu vực Thường Phước, tỉnh Đồng Tháp Để xây dựng cơng thức thực nghiẹm tính tốc độ xói lở bờ sông Tiền khu vực Thường Phước tỉnh Đồng Tháp theo dạng (4) trước hết phải chuẩn bị sở liệu địa hình lòng dẫn, tài liệu thủy văn dòng chảy diễn biến xói lở ngang nhiều năm Qua theo dõi phân tích sơ xói lở bờ sơng khu vực cho thấy tốc độ xói lở bờ xảy vào mùa lũ lớn nhiều lần so với mùa kiệt thành phần vận tốc mép hố xói phía bờ lở liên quan chặt chẽ tới tốc độ xói lở bờ (so với vận tốc trung bình mặt cắt vận tốc trung bình thủy trực vị trí sâu mặt cắt ngang) tích số khả gây xói lở thời gian trì xói lở Vi Ti Vi V kd .Ti đặc biệt ý vào mùa lũ, thành phần vận tốc Vi giá trị vận tốc trung bình thủy trực vị trí mép hố xói phía bờ lở mặt cắt ngang xem xét, [V]kd vận tốc khởi động bùn cát cấu tạo lòng dẫn mặt cắt xem xét Vì khu vực xói lở bờ Thường Phước có điều kiện địa chất tương đối đồng nên giá trị [V]kd lấy cho mặt cắt 0,41 m/s H max i H Các trị số thực đo công thức (4) như: Bxi , Vi.Ti , H H max H chi tiết công thức thực nghiệm nhận phù hợp với thực tế cần phân thành nhiều thời đoạn ngắn để xem xét, nhiên điều phụ thuộc vào nguồn tài liệu, tính đồng tài liệu Với nguồn tài liệu có tiến hành xem xét cho ba thời đoạn từ 1985 đến 1991; 1992 đến 1994 2000 đến 2001, mặt cắt khu vực xói lở bờ Thường Phước, thể hình Các số liệu thời đoạn mặt cắt thể bảng 1, đó: - Cột thời đoạn tính tốn; - Cột số hiệu mặt cắt tính tốn, vị trí thể hình 1; - Cột kích thước xói ngang thực đo Btd mặt cắt thời đoạn xác định; - Cột tích số khả thời gian trì khả gây xói lở bờ dòng chảy mặt cắt tính tốn (chỉ tính cho mùa lũ); - Cột trị số H mặt cắt tính tốn; -Từ cột trở giá trị tính tốn xói lở ngang Btt, theo công thức kinh nghiệm xây dựng từ phương pháp sai số bình phương trung bình nhỏ nhất, mặt cắt thể hình 1, tương ứng với giá trị n cho trước 1965 992 Vnh XĐƠng 1965 1992 # ThĐộng PhĐỡ c 1992 1965 Theme1.shp ˜Üa danh 196 1965 1992 19 65 # Y 1992 1965 1992 1992 1992 # VÚnh Hßa 1965 # Th§éng LÁc 1985 1965 MC 19 1965 65 196 1992 19921965 1992 Th§éng Thì i TiỊn 65 1992 19 1992 1985 92 19 199 1992 119 9692 99 9925 196 # MC 1992 1965 94 19 1992 199 1992 196 196 1196 98 5 MC2 MC3 MC4 196592 19 1992 19165 985 19 92 1965 1965 # Long SƠn Tnh Huyện Ph Độn g Ht ấp Bé-2002.shp Bé-2001.shp Bé 2000 Bé 66 - 97 1966 1977 1985 1987 1992 1994 1997 Vỵng bäi - xâi Xâi lê 1965 - 1987 Xâi lê 1987 - 1992 Xâi lê 1992 - 1994 Xâi lê ¢Õn nŸm 2000 Bäi tó 1965 - 1987 Bäi tó 1987 - 1992 Bäi tó 1992 - 1994 Vỵng Xâi lê xen bäi tó River96.shp # # # # 1965 1985198 1992 196 1992 196 1965 1965 985 1965 19 92 19 199 652 N # 196 992 1965 196 1992 # T¡ n Ch¡ u 199 1965 1992 1965 1965 92 19919 1992 1992 1965 1965 199 65 1965 19 65 19 1965 1992 199 1992199 1985 1965 1992 1992 1965 19 W E 1992 # S Phò A n Hình 1: viền bờ sông Tiền khu vực Thường Phước ba giai đoạn Đường Bảng 1: Giai đoạn MC tính Btđ VxT Btt x[( V T ) n H ] H n=0.1 85-92 92-94 2000 -2001 n=0.2 n=0.3 n=0.35 n=0.4 n=0.45 n=0.5 n=0.6 n=0.7 n=0.8 13.00 301.57 0.91 14.84 15.66 16.35 16.65 16.92 17.17 17.38 17.74 18.01 18.22 18.14 325.78 0.94 15.72 16.72 17.59 17.96 18.30 18.61 18.88 19.33 19.66 19.92 16.43 379.40 0.80 12.87 14.07 15.22 15.76 16.27 16.75 17.20 18.01 18.69 19.27 20.86 352.94 0.90 15.00 16.16 17.20 17.67 18.10 18.50 18.85 19.47 19.96 20.36 24.00 343.90 1.00 17.31 18.48 19.48 19.91 20.29 20.64 20.93 21.42 21.77 22.02 20.67 117.77 0.75 23.08 21.72 20.57 20.08 19.64 19.24 18.88 18.26 17.77 17.38 19.67 137.52 1.00 35.47 33.58 31.79 30.97 30.19 29.46 28.78 27.58 26.54 25.67 33.00 162.48 0.77 25.04 24.55 24.11 23.91 23.73 23.56 23.40 23.13 22.90 22.71 30.83 150.27 0.97 34.22 32.83 31.48 30.84 30.23 29.66 29.12 28.15 27.30 26.57 45.17 146.41 0.96 51.52 48.55 45.54 44.09 42.71 41.40 40.17 37.94 36.00 34.34 16.10 116.03 0.37 12.50 12.17 12.06 12.06 12.10 12.17 12.26 12.48 12.76 13.06 15.02 132.88 0.35 11.88 11.80 11.92 12.03 12.17 12.34 12.52 12.92 13.36 13.81 13.61 153.23 0.44 17.07 17.07 17.26 17.40 17.57 17.76 17.97 18.41 18.87 19.34 11.98 142.72 0.55 23.09 22.62 22.36 22.29 22.24 22.23 22.24 22.31 22.42 22.58 61.50 137.75 1.00 53.22 50.39 47.72 46.48 45.32 44.23 43.22 41.41 39.86 38.55 Dựa vào số liệu thực đo cột 3,4,5 bảng 1, cho trước trị số n, chấm điểm thực nghiệm thể quan hệ chiều rộng xói ngang Bxi thực đo với đại lượng X (tính theo biểu thức 5), từ xác định cặp hệ số thực nghiệm , hệ số tương quan tương ứng theo phương pháp sai số bình phương trung bình nhỏ 180 Tố c độxó i lởBxi(m) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Bxi 8,0587 X 1, 2285 Ro 0,8278 10 12 0, X VxT xH Hình 2: Quan hệ Bxi với đại lượng X ứng với n = 0,4 Với cách làm tương tự cho giá trị khác n, nhận nhiều cặp hệ số thực nghiệm ghi bảng vẽ quan hệ trị số cho trước n với hệ số tương quan hình Bảng ni 0.80 0.70 0.60 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.20 0.10 i 1,8507 2,4385 3,395 5,0426 6,3146 8,0627 10,505 13,971 26,259 53,01 i 0,9465 1,0114 1,0809 1,1538 1,191 1,2281 1,2648 1,3004 1,3653 1,4152 Roi 0.7949 0.8075 0.818 0.8253 0.8271 0.8278 0.8259 0.8221 0.8064 0.7772 0.84 0.83 0.82 Ro 0.81 0.80 0.79 0.78 n 0.77 0.2 0.4 0.6 0.8 Hình 3: Biểu đồ quan hệ hệ số tương quan Ro n Qua biểu đồ nhận thấy với n = 0,4 hệ số tương quan hai đại lượng xem xét đạt trị số lớn 0,83 Như cơng thức kinh nghiệm tính tốc độ xói lở bờ tối ưu cho khu vực Thường Phước, mà đề nghị là: 1, 23 Bxi = 8,1.(Vi Ti ) 0, H i (6) , 23 hay Bxi = 8,1.(Vi Ti ) 0,49 H i ứng với n=0,4 hệ số thực nghiệm = 8,1, = 1,23 Nghiệm chứng kết tính theo công thức (6) với giá trị thực đo cho thấy sai số nhỏ 20% IV Kết luận, kiến nghị: Cơng thức kinh nghiệm (6) tính tốn tốc độ xói lở bờ đoạn sông Tiền khu vực Thường Phước cho kết xác, cơng thức xét đến yếu tố chủ yếu gây xói lở bờ sơng, vận tốc dòng chảy, thời gian trì khả gây xói lở bờ, nguồn tài liệu không dài, chưa chi tiết thiếu đồng cơng thức chưa xét đến yếu tố có ảnh hưởng lớn tới tốc độ xói lở bờ hướng dòng chảy tác dụng vào bờ Khi sử dụng công thức để dự báo xói lở bờ tương lai, cần phải có tài liệu dự báo lũ (cường độ lũ, thời gian trì lũ), thực vấn đề khó khăn Cơng thức kinh nghiệm xây dựng sở liệt tài liệu thực đo sở lý luận chưa hồn tồn chặt chẽ, thời gian tới chúng tơi tiếp tục nghiên cứu bổ xung (*) Ghi : - Cơng trình hồn thành với hỗ trợ chương trình nghiên cứu khoa học tự nhiên TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Ibada-Zade Iu A., Kiacbeili T.H., Biến hình lòng sơng (tiếng Nga), Baku, 1966 [2]- Nguyễn Cảnh Cầm, Nguyễn Văn Cung, …., Thủy lực, Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 1987 [3]- Lê Mạnh Hùng, Báo cáo tổng kết đề tài KC08-15, Nghiên cứu dự báo xói lở, bồi lắng lòng dẫn đề xuất giải pháp phòng chống cho hệ thống sơng ĐBSCL, 3/2004 [4]- Lê Mạnh Hùng, Đinh Cơng Sản, Xói lở bờ sơng Cửu Long giải pháp phòng tránh cho khu vực trọng điểm , Nhà xuất Nông Nghiệp, 2002 [5]- Lê Ngọc Túy, Xói lở bờ cục sơng Hồng dự báo, Tuyển tập cơng trình nghiên cứu thủy lực bùn cát lòng dẫn sơng Hồng, Viện Nghiên cứu Khoa học Thủy lợi, Hà Nội 1984 ... giả có dạng chung: B xi F H max i H LT H max H (2) Trong đó: - Bxi -F -L -T - Hmaxi - Hmax -H - , : tốc độ xói lở ngang (m/năm) mặt cắt i; : diện tích khối đất bờ xói lở... Êp B -2 002.shp B -2 001.shp Bé 2000 Bé 66 - 97 1966 1977 1985 1987 1992 1994 1997 Vỵng bäi - xâi Xâi lê 1965 - 1987 Xâi lê 1987 - 1992 Xâi lê 1992 - 1994 Xâi lê ¢Õn nŸm 2000 Bäi tó 1965 - 1987... mặt cắt thể bảng 1, đó: - Cột thời đoạn tính tốn; - Cột số hiệu mặt cắt tính tốn, vị trí thể hình 1; - Cột kích thước xói ngang thực đo Btd mặt cắt thời đoạn xác định; - Cột tích số khả thời gian