Đánh giá điều kiện địa kỹ thuật môi trường và phòng chống tai biến đới động Sông Hồng khu vực Hà Nội

Mục tiêu nghiên cứu

- Làm sáng tỏ điều kiện địa kỹ thuật môi trường của đới động sông Hồng khu vực Hà Nội phục vụ khai thác bền vững đới động. - Thiết lập cơ sở và xây dựng hệ thống quan trắc phục vụ các mô hình dự báo, phòng chống tai biến và phát triển bền vững đới động.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 1. Cách tiếp cận

Những điểm mới khoa học của Luận án

Hệ thống các bản đồ phân vùng đánh giá nguy cơ tai biến đới động sông Hồng được xây dựng trên cơ sơ phân tích đầy đủ các yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây tai biến và được phân chia theo các mức độ nguy cơ khác nhau. Hệ thống quan trắc địa kỹ thuật môi trường tổng hợp được thiết lập trên cơ sở tích hợp 4 bản đồ phân vùng nguy cơ tai biến và các bản đồ thành phần tương ứng với đầy đủ cơ sở khoa học, thực tiễn phục vụ phòng chống tai biến và phát triển bền vững đới động sông Hồng khu vực Hà Nội.

Cơ sở tài liệu của Luận án

- Đề tài “Chuẩn hóa các kết quả nghiên cứu về Địa kỹ thuật - Môi trường thành phố Hà Nội phục vụ công tác quản lý tài nguyên, quy hoạch, xây dựng và sử dụng đất hiệu quả, bền vững”, Sở Khoa học và công nghệ Hà Nội, 2017; chủ trì: Trần Mạnh Liểu, Nguyễn Công Kiên. + Ngoài ra luận án còn sử dụng các tài liệu của các đơn vị như: Tài liệu hố khoan khảo sát địa chất công trình và kết quả đề tài của Viện KHCN Xây dựng, Viện Thủy Công - Viện KH Thủy lợi Việt Nam, Viện Địa chất - Viện Hàn Lâm công nghệ và khoa học Việt Nam, Viện Địa kỹ thuật - Liên Hiệp các hội khoa học kỹ thuật Việt Nam, Trường ĐH Khoa học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội, Trường ĐH Mỏ Địa chất, Trung tâm quy hoạch và điều tra tài nguyên nước Quốc gia.

Cấu trúc của Luận án

- Đề tài “Nghiên cứu định hướng quy hoạch và khai thác sử dụng không gian ngầm đô thị Hà Nội”, Sở Khoa học và công nghệ Hà Nội, 2013; chủ trì: Trần Mạnh Liểu, Đoàn Thế Tường, Nguyễn Công Kiên.

HỆ THỐNG KỸ THUẬT - TỰ NHIÊN VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐỚI ĐỘNG SÔNG HỒNG KHU VỰC HÀ NỘI

Điều kiện phụ hệ thống môi trường địa chất

Vì vậy, để nghiên cứu khả năng ứng xử của MTĐC dưới tác động của phụ hệ thống kỹ thuật và phụ hệ thống môi trường xung quanh, tác giả đã phân chia các lớp đất đá khu vực đới động thành những lớp (phân vị địa tầng) với nguyên tắc như sau: lớp có cùng nguồn gốc thành tạo, cùng tuổi địa chất, tựa đồng nhất kiểu thạch học, cùng một khoảng trạng thái, tựa đồng nhất về tính chất địa chất công trình, cùng phân bố trong trật tự không gian của cột địa tầng chi tiết đến phụ hệ tầng. - Các lớp đất chứa tàn tích thực vật thuộc đất yếu bao gồm đất bùn, than bùn lẫn hữu cơ điển hình của khu vực đới động đó là lớp Ta, lớp 5 thuộc hệ tầng Thái Bình dưới, lớp 9 thuộc hệ tầng Hải Hưng dưới, lớp 11 thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc phân bố không đồng đều, thường hay tạo thành các túi bùn lớn với chiều dầy không ổn định tạo nên đặc điểm bất đồng nhất của môi trường địa chất tạo điều kiện thuận gây nguy cơ các biến đổi về điều kiện ĐKTMT của toàn hệ, có thể dẫn tới các tai biến ĐKTMT, điển hình là gây lún đê dưới tác động của bản thân trọng lượng của khối đắp đê.

Phụ hệ thống môi trường xung quanh 1. Điều kiện dòng chảy

Dòng chảy chuyển hướng theo hướng á vĩ tuyến qua trạm thủy Văn Sơn Tây dòng chảy xuôi đến Cẩm Đình và sau đó biến đổi uống khúc theo hình Sin, dòng lao lên phía Bắc tạo thành đỉnh cong Tiến Thịnh sau đó chuyển hướng xuồng phí Nam tạo ra đỉnh cong Hồng Hà sau đó lại chuyển hướng lên phía Bắc tạo ra đỉnh cong Tráng Việt sau đó dòng chuyển hướng xuống phía Nam theo hướng á kinh tuyến tạo nên đỉnh cong Liên Mạc sau đó chuyển theo hướng á vĩ tuyến qua Thụy Phương (Từ Liêm) và chảy vào nội đô. - Phụ hệ thống môi trường xung quanh: phụ hệ thống này đặc trưng và giữa vai trò chính là dòng sông Hồng, hoạt động của sông Hồng khu vực đới động chịu sự điều tiết của các đập thủy điện, hồ chứa ở thượng nguồn đã làm cho chế độ thủy văn dòng chảy thay đổi hình thành các khúc uống theo dạng hình Sin, tại các đỉnh cong của khúc uốn thường xảy ra các hiện tượng xói lở.

ĐÁNH GIÁ PHÂN VÙNG NGUY CƠ CÁC TAI BIẾN ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Nguy cơ tai biến xói lở bờ sông 1. Đặc điểm tai biến

Nguyên nhân xói lở đó là tổ hợp các yếu tố điều kiện và yếu tố tác động, trong đó yếu tố điều kiện là tồn tại các lớp cát, cát pha có khả năng thấm nước lớn, dễ bị vận chuyển và sự biến đổi địa hình của các bãi bồi thấp, bãi bồi tương đối ổn định giữa sông, bãi bồi di động và sự tác động của các nhà máy thủy điện làm mất cân bằng lượng bùn cát đồng thời việc khai thác cát tràn lan mất kiểm soát ở khu vực đới động là nguyên nhân chính gây ra xói lở làm mất ổn định tuyến bờ. Số liệu từ thực tế và các kết quả phân tích cho thấy các yếu tố làm phát sinh phát triển tai biến xói lở bờ bao gồm: sự bất đồng nhất của các lớp địa chất (thể hiện ở sự đan xen các lớp sét pha, cát, cát pha), thành phần và tính chất cơ lý của các lớp địa chất thay đổi ở các chiều sâu khác nhau; ảnh hưởng của các đứt gãy; độ chênh cao giữa các bãi bồi với nhau tạo ra sự phân cắt địa hình; góc dốc của địa hình, góc uốn của sông; độ dốc thủy lực dòng sông, sự biến đổi mực nước sông trong mùa lũ và mùa kiệt, đó là mật độ điểm tập kết và mật độ khai thác cát hai bên bờ sông.

Nguy cơ biến dạng thấm nền đê

Do đó, để xây dựng bản đồ phân vùng đánh giá khả năng ổn định hệ thống đê do tác động của quá trình biến dạng (phá huỷ) thấm nền đê cần phải xây dựng các bản đồ với các chỉ số trên, các bản đồ nầy được chồng ghép hình thành bản đồ phân vùng đánh giá khả năng ổn định của hệ thống đê đới động do tác động của quá trình biến dạng thấm nền đê. Từ kết quả tính toán cho 261 mặt cắt, bản đồ biến đổi áp lực thấm ΔH (x,t) của dòng thấmH của dòng thấm ở thời điểm đỉnh lũ được thành lập (tỷ lệ 1:50.000) (phụ lục Hình 3), có thể thấy áp lực gia tăng dòng thấm phía trong đê luôn có giá trị lớn nhất ở vị trí sát chân đê (cách biên thấm 50m) và giảm dần theo chiều dài đường thấm.

Nguy cơ tai biến ngập lụt ngoài bãi sông

Với sự phát triển kinh tế và dân số ngày càng tăng của thủ đô Hà Nội làm cho nhu cầu đất ở ngày càng tăng dẫn đến mật độ dân cư giữa hai con đê ngày càng tăng (dự kiến dân số khoảng 500.000 đến 640.000 người) thì khả năng thoát lũ của đới động ngày càng giảm và khả năng ngập lụt ngày càng cao mặc dù đã có sự điều tiết của các công trình phía thượng nguồn (Thủy điện Hòa Bình, thủy điện Sơn La trên sông Đà, hồ Tuyên Quang và hồ Thác Bà). Trong các bược thực hiện trên, ba bước nội suy dữ liệu tạo mô hình DEM, xác định các vùng bị ngập lụt và thành lập các bản đồ phân vùng ngập lụt đới động được xem là quan trọng nhất vì các công việc thực hiện trong ba bước này tạo cơ sở cho việc tính diện tích các vùng bị ngập lụt cũng như đánh giá mức độ ảnh hưởng của hiện tượng này đến khu vực nghiên cứu.

Nguy cơ lún nền đê

Các bản đồ phân vùng đánh giá dự báo nguy cơ tai biến và các bản đồ thành phần tương ứng được xây dựng trên cơ sở của các yếu tố: cao độ địa hình, kiến tạo, tính chất cơ lý và chiều dày các lớp đất đá, hình thái dòng sông, yếu tố tác động của con người và chế độ thủy văn của dòng sông đã được phân chia thành các vùng khác nhau về tai biến. - Một cấu tạo thân đê hợp lý để đê được bền vững trước sự phá hủy của nhiệt độ, nước, của sinh vật và đặc biệt áp lực cột nước vào mùa lũ cùng với sự hợp lý của vị trí hệ thống đê, hệ thống hạ tầng qua đê (cống, trạm bơm và hệ thống đường giao cắt qua đê) để đảm bảo thoát lũ thì khu vực đới động sông Hồng Hà Nội sẽ không có thiên tai do các tai biến đó gây ra.