Theo kết quả nghiên cƣ́u về kiến ta ̣o hiê ̣n đa ̣i của Nguyễn Đăng Túc, 2005; Chu Văn Ngơ ̣i và nnk , 2005. Đứt gãy sông Hồng tuy không qua trung tâm Hà Nội song đứt gãy này có ảnh hƣởng rất lớn đến bình đồ kiến trúc khu vực là ranh giới giữa sụt lún trung tâm với đới mảng Tây Nam của trũng sông Hồng. Đứt gãy là một đới phá hủy rộng 7 – 8 km, kéo dài từ Tam Thanh (Phú Thọ) qua Chƣơng Mỹ đến Phủ Lý (Hà Nam) thì chìm xuống. Đây là đứt gãy thuận cắm phía Đông Bắc góc
không đều, biểu hiện động đất đạt 5.1 – 5.5 độ richter. Tính chất hoạt động của đứt gãy có vai trò qua n tro ̣ng đối với sƣ̣ biến đổi của lòng sông . Hoạt động này cũng gây sƣ̣ su ̣t lún ở quy mô khu vƣ̣c . Đây là biểu hiê ̣n của hoa ̣t đô ̣ng kiến ta ̣o nó là nguyên nhân của hiê ̣n tƣợng vỡ đê tiềm ẩn , đồng thời cũng có nguy cơ su ̣t lún làm thay đổi dòng chảy.
Chƣơng 3
ĐẶC ĐIỂM BIẾN ĐỘNG LÒNG SÔNG HỒNG KHU VƢ̣C NGHIÊN CƢ́U 3.1. Đặc điểm thành phần trầm tích lòng sông Hồng khu vực nội thành Hà Nội
Theo bản đồ địa chất tỷ lệ 1/50.000 khu vực Hà Nội và các tài liệu đã công bố thì đặc điểm địa sông Hồng khu vực nghiên cứu gồm các lớp trầm tích trẻ thuộc kỷ Đệ tứ , các lớp trầm tích thƣờng phân bố thành dải không liên tục, hoặc những thấu kính, có nơi là những túi bùn. Phân loại theo thành phần hạt, trạng thái và các đặc trƣng cơ lý từ dƣới lên cho thấy trong vùng nghiên cứu tồn tại các lớp sau:
- Sét loang lổ: thƣờng phân bố ở độ sâu 15 † 25 m với bề dày khá lớn, diện
tích phân bố rộng, thành phần chủ yếu là hạt sét với hàm lƣợng sét 32 † 75% đất dẻo mềm không thấm nƣớc.
- Cát: thành phần chủ yếu là cát đa khoáng, hạt nhỏ và vừa, dƣới đáy là cát
hạt thô, có nơi lẫn ít sạn và sỏi nhỏ. Kết cấu rời, bão hòa nƣớc. Phân bố ở đoạn Bùng (Thanh Trì) thuộc bờ hữu sông Hồng…
- Các hạt bụi: cát pha màu xám nâu, xám sẫm. Nằm ở độ sâu trung bình 3 †
5 m với diện tích phân bố hẹp không liên tục. Cấu tạo lớp với bề mặt hơi dốc nghiêng về phía Đông, bề dày trung bình từ 2 † 3 m, lớp này thƣờng đƣợc phủ trực tiếp lên lớp cát mịn, có lẫn ít hạt sét, đôi chỗ có lẫn mùn hữu cơ.
- Bùn sét hữu cơ: gặp ở tất cả khu vực nghiên cứu từ cầu Thanh Trì – cầu Nhật Tân. Có cấu tạo dạng thấu kính hoặc túi dày 5 † 10 m.
Mặt khác, theo tài liệu các lỗ khoan địa tầng lớp trầm tích mặt từ 1 m đến chục mét là cát, sét pha lẫn sạn, sỏi. Phân tích các cột địa tầng dọc theo sông Hồng có thể rút ra những nhận xét sau:
- Đoạn sông từ cầu Nhật Tân đến Lương Yên: Lòng sông hầu nhƣ nằm trong
vùng đất sét. Trừ đoạn nhỏ ở cầu Long Biên còn các chỗ khác sự trao đổi nƣớc giữa nƣớc sông và nƣớc ngầm không đáng kể.
- Đoạn sông từ Lương Yên đến dưới Thanh Trì: Lòng sông nằm trong tầng cuội sỏi và tầng cát. Sự trao đổi nƣớc ở khu vực này khá lớn. Tất nhiên mức độ trao đổi còn phụ thuộc vào tƣơng quan giữa mực nƣớc sông và mực nƣớc ngầm.
3.2. Đặc điểm thủy văn và địa động lực ngoại sinh sông Hồng
3.2.1. Đặc điểm lưu lượng, tốc độ dòng chảy sông Hồng khu vực nghiên cứu và lân cận
Dòng chảy trong các sông ở nƣớc ta nói chung và hệ thống sông Hồng nói riêng đều do mƣa sinh ra, vì vậy chế độ dòng chảy hàng năm phụ thuộc vào chế độ mƣa. Phù hợp với chế đô ̣ mƣa trong khu vực nghiên cứu , dòng chảy trong năm có thể chia thành 2 mùa: mùa lũ từ tháng VI đến tháng X, trùng với mùa mƣa và mùa cạn từ tháng XI đến tháng V năm sau, trừng với mùa khô. Theo nghiên cứu của Nguyên Văn Cƣ và nnk, 1997 cho thấy:
Phân bố vận tốc dòng lũ trên mặt cắt ngang cấp Q = 29000
- Tại mặt cắt bãi Tầm Xá là mặt cắt của đoạn mở rộng Phú Gia- Tầm Xá có bãi trái rộng tới 1846m.. Vận tôc trung bình thủy trực lớn nhất trong lòng sông v = 2.51m/s cách bãi mép trái 402m. Vận tốc trên bãi trái nhỏ trong khoảng từ 0.00 đến 0.54m/s và vận tốc trên bãi phải là 0.00 đến 0.12 m/s.
- Tại mặt cắt hạ lƣu cầu Chƣơng Dƣơng trong khu vực thắt hẹ Chƣơng Dƣơng. Vận tôc trung bình thủy trực lớn nhất trong lòng sông v = 2.92m/s cách mép bờ Gia Lâm 80m. Bãi Gia Lâm có vận tốc từ 0.00 đến 0.30m/s và vận tốc trên bãi phía Hà Nội là 0.00 đến 0.15m/s.
- Tại mặt cắt Thạch Cầu – Vạn Kiếp: Bờ trái là khu vực Thạch Cầu, bờ phải là phố Vạn Kiếp – phƣờng Bạch Đằng. Vận tốc trung bình thủy trực lớn nhất trong lòng sông v = 2.40m/s cách mép bờ trái 170m, bãi trái trong phạm vi 810m đến mép nƣớc có vận tốc từ 0.00 đến 0.08m/s và bãi phải phía Hà Nội có vận tốc 0.00 đến 0.04m/s.
Phân bố vận tốc lòng sông và bãi sông ứng với cấp Q = 29000m3/s đƣợc tóm tắt ở bảng 3.1.
Bảng 3.1: Phân bố vận tốc lòng sông và bãi sông, Q = 29000m3/s
Vị trí Bãi trái Bãi phải Lòng sông
Vtb (m/s) Bbãi (m) Vtb (m/s) Bbãi (m) Vtb (m/s) Lt (m) Lp (m) Tầm Xá 0†0.54 1848 0†0.12 330 2.51 402 - Hạ lƣu cầu C.Dƣơng 0†0.30 168 0†0.15 170 2.92 80 - Vạn Kiếp 0†0.80 1280 0†0.04 206 2.40 170 -
*Ghi chú: Lt là khoảng cách tính từ thủy trực tớ mép bãi trái (m) Lp là khoảng cách tính từ thủy trực tớ mép bãi phải (m)
Phân bố vận tốc dòng lũ trên mặt cắt ngang cấp Q = 27 500 m3/s
- Tại mặt cắt bãi Tầm Xá là mặt cắt của đoạn mở rộng Phú Gia- Tầm Xá Vận tôc trung bình thủy trực lớn nhất trong lòng sông v = 2.38m/s cách bãi mép trái 482m. Vận tốc trên bãi trái nhỏ trong khoảng từ 0.00 đến 0.45m/s và vận tốc trên bãi phải là 0.00 đến 0.11 m/s.
- Tại mặt cắt hạ lƣu cầu Chƣơng Dƣơng trong khu vực thắt hẹ Chƣơng Dƣơng. Vận tôc trung bình thủy trực lớn nhất trong lòng sông v = 2.90m/s cách mép bờ Gia Lâm 80 †160m. Bãi Gia Lâm có vận tốc từ 0.00 đến 0.10m/s và vận tốc trên bãi phía Hà Nội là 0.00 đến 0.09m/s.
- Tại mặt cắt Thạch Cầu – Vạn Kiếp: Bờ trái là khu vực Thạch Cấu, bờ phải là phố Vạn Kiếp – phƣờng Bạch Đằng. Vận tôc trung bình thủy trực lớn nhất trong lòng sông v = 2.30m/s cách mép bờ trái 170m, bãi trái trong phạm vi 810m đến mép nƣớc có vận tốc từ 0.00 đến 0.66m/s và bãi phải phía Hà Nội có vận tốc 0.00 đến 0.03m/s.
Phân bố vận tốc lòng sông và bãi sông ứng với cấp Q = 27500m3/s đƣợc tóm tắt ở bảng 3.2.
Bảng 3.2: Phân bố vận tốc lòng sông và bãi sông, Q = 27500m3/s
Vị trí Bãi trái Bãi phải Lòng sông
Vtb (m/s) Bbãi (m) Vtb (m/s) Bbãi (m) Vtb (m/s) Lt (m) Lp (m) Tầm Xá 0†0.45 1848 0†0.11 330 2.33 402 - Hạ lƣu cầu C.Dƣơng 0†0.10 168 0†0.09 170 2.90 80 - Vạn Kiếp 0†0.66 1280 0†0.03 206 2.30 170 -
*Ghi chú: Lt là khoảng cách tính từ thủy trực tớ mép bãi trái (m) Lp là khoảng cách tính từ thủy trực tớ mép bãi phải (m)
3.2.1.1. Chế độ dòng chảy sông Hồng khu vực nghiên cứu và lân cận trong điều kiện tự nhiên trước khi có hồ Hòa Bình
Chế độ dòng chảy của sông đƣợc nghiên cứu thông qua các trạm quan trắc trong khu vực. Hầu hết các trạm trong khu vự nghiên cứu đều là các trạm khống chế nằm ở hạ lƣu các sông lớn nên có lƣợng dòng chảy hàng năm khá lớn, tƣơng đối ổn định, mức độ biến động hàng năm không lớn. Đƣờng tích phân kép lƣu lƣợng nƣớc trung bình năm của các trạm tƣơng đối thẳng, biến đổi đều, không có sự thay đổi lớn về độ dốc. ở đây cần lƣu ý rằng hồ Hòa Bình chỉ làm thay đổi phân phối dòng chảy trong năm, nhƣng không có ảnh hƣởng đến lƣợng dòng chảy ở các trạm, vì vậy hệ số biến đổi của lƣu lƣợng trung bình năm (CVQ) nhỏ, chênh lệch giữa các trạm không đáng kể, thay đổi từ 0,13 – 0,22 (xem bảng 3.4). Tỷ số Qnăm max/Qnăm min biến đổi từ 1,6 – 2,5 và tỷ số Qmax/Qmin thay đổi từ 50 – 140.
Bảng 3.3: Hệ số CVQ, Qnăm max/Qnăm min, Qmax/Qmin
TT Trạm Sông Thời kỳ CVQ Qnăm max/Qnăm min Qmax/Qmin
1 Yên Bái Thao 1961-2002 0,21 2,5 112
2 Vụ Quang (Phù Ninh) Lô 1961-2002 0,17 2,0 103 3 Hòa Bình (Bến Ngọc) Đà 1961-1985 1985-2002 0,14 0,20 1,7 1,9 142 95 4 Sơn Tây Hồng 1961-1985 1985-2002 0,16 0,15 1,7 1,7 64 52 5 Hà Nội Hồng 1961-1985 1985-2002 0,13 0,16 1,6 1,6 53 33 6 Thƣợng Cát Đuống 1961-1985 1985-2002 0,19 0.19 2,1 1,7 197 70
Bảng 3.3 cho thấy lƣu lƣợng nƣớc trung bình nhiều năm của các trạm từ 768 - 3600m3/s, tƣơng ứng với tổng lƣợng dòng chảy năm thay đổi từ 24,2 đến 114 tỷ m3. Dòng chảy ở trạm Hà Nội đƣợc hình thành bới dòng chảy qua các trạm Sơn Tây, Yên Bái (sông Thao), Vụ Quang (sông Lô) và Hòa Bình (sông Đà). Lƣợng nƣớc đóng góp cho mỗi sông nhƣ sau:
- Sông Đà khoảng 48,3% lƣợng nƣớc sông Hồng tai Sơn Tây.
- Sông Thao khoảng 21,9% lƣợng nƣớc sông Hồng tai Sơn Tây.
- Sông Lô khoảng 29,8% lƣợng nƣớc sông Hồng tai Sơn Tây
Mùa lũ thực sự bắt đầu từ tháng VI và kết thúc vào tháng X. Trong tháng V đã bắt đầu các trận mƣa lũ vừa hoặc mƣa to hình thành những trận lũ trong sông, vì vậy lƣu lƣợng trung bình tháng V đã tăng lên rõ rệt, có thể lớn gấp đôi lƣu lƣợng trung bình của tháng nhỏ nhất, nhƣng chƣa đủ để xem là 1 tháng mùa lũ.
Lƣợng dòng chảy trong thời gian mùa lũ (WQ lũ) chiếm tới 70 - 78 tổng lƣợng dòng chảy cả năm (WQ năm), trong đó tỷ lệ nhỏ nhất tại Yên Bái 70,5% và cao nhất tại Thƣợng Cát 78,4%. Lƣợng dòng chảy trong 3 tháng liên tục (VII – IX)
tháng VIII có lƣợng dòng chảy lớn nhất, chiếm 19 – 23% tổng lƣợng dòng chảy năm. Lƣu lƣợng lớn nhất trong năm có thể xuất hiện vào các tháng VII-IX, trong đó nhiều nhất là tháng VIII với tần suất 30-50%. Trị số Qmax/Qmin thƣờng rất lớn, đạt từ 9 000 – 34 200m3/s.
Mùa cạn kéo dài 7 tháng, bắt đầu từ tháng XI và kết thúc vào tháng V năm sau. Trong thời gian mùa cạn hầu nhƣ không có mƣa, hoặc có mƣa nhƣng thƣờng là nhỏ, do đó nguồn cung cấp nƣớc cho sông chủ yếu là nƣớc ngầm và lƣợng nƣớc trữ trong lƣu vực và lòng sông. Vì vậy trong thời gian mùa cạn mực nƣớc sông thấp, thay đổi chậm, lƣu lƣợng nhỏ, ổn định và giảm dần. Tổng lƣợng nƣớc trong mùa cạn (WQ cạn) chỉ chiếm khoảng 22 -30% tổng lƣợng dòng chảy năm. Ba tháng liên tục có lƣợng dòng chảy nhỏ nhất là tháng II – IV, chỉ chiếm 5 – 9% tổng lƣợng dòng chảy năm. Lƣu lƣợng nhỏ nhất (Qmin) có thể xuất hiện vào nhiều tháng mùa cạn(I-IV)và không tập trung nhƣ lƣu lƣợng lớn nhất năm. Tuy nhiên, Qmin thƣờng xuất hiện nhiều nhất vào tháng III và tháng IV, trong đó tần suất xuất hiện vào tháng IV lớn hơn tháng III.
Trị số Qmin ở các trạm trong khu vực nghiên cứu thƣờng rất nhỏ so với Qtb năm hoặc Qmax. Tỷ số Qmax/Qmin từ 50 – 200.
3.2.1.2. Chế độ dòng chảy sông Hồng sau khi có hồ Hòa Bình
Theo báo cáo của các trạm quan trắc, trong thời kì 1986 – 2002, chế độ dòng chảy ở các trạm Hòa Bình, Sơn Tây, Hà Nội, Thƣợng Cát chịu ảnh hƣởng điều tiết của hồ Hòa Bình. Hồ Hòa Bình là loại hồ điều tiết năm nên hầu nhƣ không ảnh hƣởng đến lƣợng dòng chảy hàng năm ở các trạm hạ lƣu, vì vậy các đƣờng tích phân kép lƣu lƣợng trung bình năm từ 1961 – 2002 ở các trạm đều là đƣờng thẳng , biến đổi đều, không bị thay đổi độ dốc từ 1986. Tuy nhiên, sự vận hành của hồ Hòa Bình đã ảnh hƣởng rõ rệt đến phân phối và lƣợng dòng chảy trong mùa cạn, mùa lũ. Theo dõi đƣờng tích phân kép lƣu lƣợng trung bình mùa cạn (XI-V) và trung bình cạn nhất (I – IV) của các trạm thấy rằng ở các trạm Hòa Bình, Sơn Tây, Hà Nội. Điều đó chứng tỏ, thời kì 1986 – 2002 lƣu lƣợng nƣớc mùa cạn đã tăng lên so với thời kỳ 1961 – 1985.
Nhìn chung, lƣợng nƣớc trong mùa cạn ở các trạm hạ lƣu hồ Hòa Bình thời kỳ 1986 – 2002 so với năm 1961 – 1985 đều tăng lên từ 2 – 27%, đặc biệt trong thời gian từ I – IV, lƣợng nƣớc tăng lên từ 10 – 63%.
Trong khi đó, lƣợng nƣớc trong mùa lũ ở các trạm đều giảm đi từ 3 – 8% , riêng trạm Hà Nội lại tăng lên hơn 2%. Nguyên nhân là do sự thay đổi về tỉ lệ thay đổi về tỷ lệ phân phối nƣớc giữa sông Đuống và sông Hồng có thể tăng lên khoảng 3 – 5%. Điều này đƣợc thể hiện rõ rệt khi so sánh tỉ lệ nƣớc qua Hà Nội và Thƣợng Cát so với lƣợng nƣớc qua Sơn Tây qua hai thời kỳ:
- Trước khi hồ Hòa Bình đi vào vận hành: lƣợng dòng chảy năm qua Hà Nội
chiếm khoảng 75,8% lƣợng dòng chảy năm qua Sơn Tây; Lƣợng dòng chảy mùa lũ qua Hà Nội chiếm 74,2% lƣợng dòng chảy mùa lũ qua Sơn Tây và lƣợng dòng chảy mùa cạn qua Hà Nội chiếm 80,5% lƣợng dòng chảy mùa cạn qua Sơn Tây.
- Từ khi hồ Hòa Bình đi vào vận hành: lƣợng dòng chảy năm qua Hà Nội chỉ
còn 73,5% so với lƣợng dòng chảy năm qua Sơn Tây; Lƣợng dòng chảy mùa lũ qua Hà Nội chiếm 72,5% lƣợng dòng chảy mùa lũ qua Sơn Tây và lƣợng dòng chảy mùa cạn chiếm 77,5% lƣợng dòng chảy mùa cạn qua Sơn Tây.
Lƣu lƣợng trung bình tháng lớn nhất ở thời kỳ trƣớc khi có hồ (1961 – 1985) xuất hiện vào tháng VIII , ba tháng lũ nhất là tháng VII – IX , nhƣng từ khi có hồ Hòa Bình vận hành, lƣu lƣợng trung bình tháng lớn nhất xuất hiện vào tháng VII, ba tháng lớn nhất là VI – VIII , tức là sớm hơn một tháng.
Điều này hoàn toàn hợp lý vì vào các tháng đầu của mùa lũ phải tiến hành xả lũ để dành một dung tích cần thiết phục vụ cắt lũ cho hạ lƣu khoảng 2 tỷ m3, bằng 1,74% tổng lƣợng nƣớc Hà Nội. Nhƣng có thể chia thành hai thời đoạn: thời doạn từ 1986 – 1991, hầu hết các năm , tổng lƣợng nƣớc qua Hà Nội và Thƣợng Cát nhỏ hơn qua Sơn Tây; ngƣợc lại thời đoạn từ 1992 – 2002 , hầu hết các năm tổng lƣợng nƣớc qua Hà Nội và Thƣợng Cát lớn hơn qua Sơn Tây.
Theo các số liệu đo đạc thực tế của Viện Địa Lý- Viện KH và CN Việt Nam vào tháng 9/1996 và tháng 5/ 1997 cho thấy vận tốc dòng chảy sông Hồng thay đổi
mạnh trên từng khu vực đoạn nghiên cứu, tốc độ dòng chảy trung bình giảm từ 1.32m.s xuống 0.66m/s
Dòng chảy trong sông và dòng chảy ngầm có quan hệ thủy lực trực tiếp, dòng chảy mặt là nguồn cung cấp cho nƣớc ngầm về mùa lũ và ngƣợc lại về mùa kiệt dòng chảy ngầm cung cấp nƣớc cho sông thông qua các ô cửa sổ địa chất thủy văn. Quá trình trao đổi giữa nƣớc sông và nƣớc ngầm đã thúc đẩy quá trình diễn biến xói lở cục bộ bờ sông. Điều này đƣợc thấy rõ sự trao đổi giữa nƣớc dƣới đất và nƣớc sông Hồng nhƣ sau: Từ tháng III đến VI nƣớc dƣới đất bổ trợ vào sông Hồng có lƣu lƣợng trung bình là 53 m3/s. Thời gian còn lại trong năm là nƣớc sông Hồng