Quá trình biến đổi các doi cát đƣợc xem xét thông qua đối sánh các bản đồ thuộc hai thời kỳ 1984 và 2013. Trên cơ sở kết quả đo multibeam cho phép xác định xu thế biến động các doi cát và bãi bồi này. Trên hình 3.4 là vị trí các bãi cát (doi cát, bãi bồi) chính trong khu vực nghiên cứu.
Hình 3.4: Vị các các bãi bồi trong khu vực nghiên cứu
(ảnh bên trái là năm 1984 và bên phải là năm 2013, các bản đồ ở cùng tỷ lệ 1/100.000)[14]
Nhìn trên bản đồ ta thấy năm 1984 có 4 bãi lớn (chính) gồm: bãi Phú Xá (1), bãi Trung Hà (2), bãi Thống Nhất (3), bãi Thúy Lĩnh (4) và 3 bãi nhỏ (phụ) gồm: các bãi (5), (6), (7). Đến năm 2013 còn 2 bãi chính và 1 bãi phụ. Nhƣ vậy, số lƣợng bãi giảm là 4 gồm 2 bãi chính và 2 bãi phụ. Cụ thể:
Khu vực sông Hồng đoạn Nhật Tân: nhìn trên bản đồ năm 1984 cho thấy đoạn này gồm 1 bãi chính (bãi Phú Xá) và 1 bãi phụ (bãi 5) nằm chính giữa tâm
34
bán kính cong của bãi chính về phí bờ(Hình 3.5). Bãi Phú Xá có diện tích xấp xỉ 4.5 km2 với chiều dài 4.5km và chiều rộng 1km vào năm 1984 (theo lƣới ô vuông 1km), chiều cao mặt bãi là + 5m và lớn gấp gần 20 lần bãi nhỏ (bãi 5). Đến thời điểm năm 2013 vẫn còn hai bãi. Tuy nhiên, bãi nhỏ đã mất đi và bãi lớn Phú Xá giảm kích thƣớc 5 lần và chỉ còn ≈ 1km2 và chiều cao còn +2m. Thêm vào đó là đã hình thành 1 bãi nhỏ khác có kích thƣớc bằng 1/3 bãi lớn và nằm lui về phí thƣợng nguồn.
Năm 1984 bãi Phú Xá nằm lệch về phía bờ trái đồng thời chia sông Hồng đoạn này thành 2 dòng, dòng chủ lƣu nằm về phí bờ phải và gấp 4 lần dòng phụ. Theo Nguyễn Văn Cƣ và nnk, 1997 , bãi Phú Xá nằm lệch về phí bờ phải và dòng chủ lƣu nằm về phía bờ trái lớn gấp 3 lần dòng phụ lƣu, hơn nữa trục lòng dẫn sông Hồng đoạn này đang có xu hƣớng chuyển dịch từ phải sang trái, có nghĩa là bờ trái có xu hƣớng bị xói lở. Quan sát trên bản đồ năm 2013 có thể thấy bãi Phú Xá nằm gẫn giữa sông và có xu hƣớng chuyển dịch về phái bờ phải. Nhƣ vậy, trong tƣơng lai, bãi Phú Xá có xu hƣớng chuyển dịch về phía bờ phải. Mặt khác, hƣớng dòng chảy thay đổi từ T - Đ sang TB - ĐN làm động lực dòng đoạn này thay đổi và thúc mạnh vào bờ trái làm xói lở bờ và vách trái bãi Phú Xá. Do đó bãi này bị xé thành 2 phần nằm xa bờ trái và có kích thƣớc nhỏ nhƣ hiện nay.
Hình 3.5: Sự thay đổi hình thái của bãi cát qua 30 năm tại bãi Phúc Xá và Trung Hà(bên trái bản đồ địa hình thành lập năm 1984 và bên phải là ảnh vệ tinh năm 2013)
A
Từ mặt cắt sâu địa hình đáy lòng sông đoạn này (hình 3.6) và nhìn trên bản đồ mô hình số độ sâu (hình 6) ta thấy, khu vực bờ trái đoạn phía trƣớc bãi bồi về hƣớng hạ lƣu có độ sâu trung bình 14m và bờ phải nông hơn khoảng 5 - 10m thậm chí xuống dƣới 2.5m gần bờ. Nguyên nhân là do sự thay đổi động lực dòng chảy từ sự đổi hƣớng dòng chảy, sự phân lƣu sông Hồng vào sông Đuống và hiện trạng khai thác cát đoạn này.
Tóm lại, trong tƣơng lai bãi Phú Xá có xu hƣớng chuyển dịch về phía bờ phải với tốc độ chậm, đồng thời bị xé nhỏ và dần bị mất đi.
Hình 3.6: Mặt cắt sâu đoạn AB
Khu vực Tứ Liên đến Chƣơng Dƣơng: Trên bản đồ năm 1984, khu vực gồm 2 bãi chính nằm về phía bờ phải và 1 bãi nhỏ (bãi 6) chạy dọc sát bờ trái (hình 3.4). Năm 2013, tại đây chỉ con 2 bãi, bãi chính (bãi Trung Hà) có vị trí không đổi, cả 2 bãi đều tăng về kích thƣớc và bãi nhỏ có phát triển về phía hạ lƣu. Nguyên nhân: do động lực dòng giảm sau khi phân lƣu vào sông Đuống nên các vật liệu sẽ đƣợc tích tụ tại đây cộng thêm sự có mặt của hai cây cầu Long Biên và Chƣơng Dƣơng đã cản trở quá trình vận chuyển trầm tích. Do đó 2 bãi bồi bên phía bờ phải đƣợc cung cấp vật liệu thƣờng xuyên và lớn dần đến khi chúng nối thành 1 bãi lớn (bãi Trung Hà), còn bãi (6) bên phía bờ trái đƣợc mở rộng. Bản đồ mô hình số độ sâu (hình 3.4, 3.5) cho thấy bình diện lòng sông đoạn này khá nông, dao động từ 6 - 9m. Riêng phần phía trƣớc cầu Chƣơng Dƣơng tiến về phía cuối nguồn khoảng 2km có độ sâu dƣới 2.5m. Nhƣ vậy, khu vực này có các điều kiện thuận lợi để trầm tích bồi lắng và hình thành hoặc phát triển các doi cát.
36
Tóm lại, sông Hồng đoạn này tƣơng đối ổn định. Cả hai bãi (Trung Hà, bãi (6)) đều tăng về kích thƣớc. Tuy nhiên, bãi (6) ngày càng có xu hƣớng chuyển mở rộng và chuyển dịch về phí hạ lƣu
Khu vực từ Chƣơng Dƣơng đến Cầu Vĩnh Tuy: Lòng dẫn đoạn này năm 1984 bao gồm 2 bãi gồm 1 bãi chínhvà 1 bãi phụ (Hình 3.7). Bãi chính hay bãi Thống Nhất nằm sát bờ trái với kích thƣớc chiều dài khoảng 2.5km và chiều rông khoảng 0.3km. Bãi nhỏ (bãi 7) có kích thƣớc chiều dài 0.7km và chiều rông khoảng 0.15km. Bờ trái thẳng còn bờ phải cong về phía ngoài . Tuy nhiên vào năm 2013 cả 2 bãi này đều không còn nữa. Nguyên nhân là do sông Hồng cuối đoạn này lại bắt đầu chuyển hƣớng dòng chảy đồng thời bờ bên phải chịu tác động trực tiếp từ động lực dòng nên có xu hƣớng bị xói lở. Với bờ trái đƣợc bồi đắp, vách bên phải bị xói lở, nên bãi Thống Nhất bị chuyển dịch về bờ trái và tạo thành bãi bồi ven bờ nhƣ ngày nay. Bãi (7) nằm đối diện trực tiếp với động lực dòng nƣớc trƣớc khi bờ phải chịu tác động. Ngoài ra, hoạt động khơi thông luồng lạch cho hoạt động giao thông của khu vực cảng Hà Nội cũng là nguyên nhân khiến bãi (7) mất đi. Quan sát trên bản đồ 3D (hình 3.9) ta thấy khu vực này có độ sâu giảm đột ngột xuống dƣới 15m (hình 3.10) tạo thành 1 hố sâu rộng và kéo dài dọc theo bờ phải. Bên phía sát bờ trái cũng khá sâu song hẹp hơn, nguyên nhân cũng là do hoạt đông khai thác cát trộm tại đây.
Tóm lại, Bãi Thống Nhất có xu hƣớng chuyển dịch về phía bờ trái, bãi còn lại mất đi ngoài nguyên nhân tự nhiên còn có tác động của nhân sinh. Các bãi bồi ít có xu hƣớng hình thành tại khu vực này.
Hình 3.7: Sự biến đổi của doi cát và đường cong của bờ qua 30 năm tại khu vực bãi Thống Nhất (bên trái bản đồ địa hình thành lập năm 1984 và bên phải năm 2013)
Khu vực đoạn từ cầu Vĩnh Tuy đến khu vực làng Bát Tràng: khu vực này chỉ gồm 1 bãi Thúy Lĩnh (Hình 3.8) thuộc bờ phải sông Hồng. Năm 1984 còn quan sát thấy bãi bồi Thúy Lĩnh nằm giữa sông và lệch về phía bên bờ phải. Sông Hồng đoạn này hẹp và bị uốn khúc mạnh,có dạng hình “sin” với hệ số uốn khúc 1,3 – 1,5, bán kính cong dao động trong khoảng 2000 - 4000 m. Do vậy động lực dòng là nguyên nhân chủ yếu gây ra những biến đổi sâu sắc về hình thái đƣờng bờ và sự chuyển dịch các bãi bồi trƣớc khi sông đạt tới trạng thái cân bằng động. Khu vực Làng Bát Tràng thuộc bờ trái có xu hƣớng bị đào khoét, xói lở còn bờ phải đƣợc bồi lắng. Bãi Thúy Lĩnh bị phá hủy vách trái và đƣợc bồi lấp bên vách phải nên bị chuyển dịch về phía bờ phải thành bãi bồi Thúy Lĩnh nhƣ ngày nay. Đồng thời bãi có xu hƣớng phát triển dọc theo lòng dẫn về phía hạ lƣu và ra phía ngoài.
Hình 3.8: Sự biến đổi của doi cát và đường cong của bờ qua 30 năm tại khu vực Bãi Thúy Lĩnh (bên trái bản đồ địa hình thành lập năm 1984 và bên
38
Hình 3.10: Bản đồ mô hình số độ sâu khu vực nghiên cứu 3.3.3. Lịch sử và xu thế biến động của lòng dẫn sông Hồng
3.3.3.1. Trầm tích tầng mặt đối với quá trình biến đổi lòng dẫn sông Hồng đoạn địa phận Hà Nội
Kết quả phân tích đặc điểm trầm tích tầng mặt lòng dẫn sông Hồng đoạn Hà Nội cho thấy trầm tích tầng mặt của vùng nghiên cứu chủ yếu là các trầm tích thuộc tƣớng bãi bồi (cát nhỏ, cát bột, bột) và các trầm tích thuộc tƣớng lòng sông (cát thô, cát trung, cát nhỏ). Sự có mặt của trầm tích cát thô, cát trung cho thấy động lực môi trƣờng nƣớc của dòng chảy sông Hồng trong khu vực nghiên cứu thuộc loại mạnh, tốc độ dòng chảy tầng sát đáy trục thƣờng có giá trị từ 0,2 † 0,5
40
m/s bởi nếu < 0,2 m/s thì lòng dẫn sẽ tồn tại các trầm tích bột , cát bột, còn nếu > 0,5 m/s thì sẽ tồn tại các loại trầm tích lớn hơn cát thô (sạn, sỏi) (xem bảng 3.4). mặt khác, trên bình đồ phân tích trầm tích tầng mặt lòng dẫn sông Hồng đoạn thuộc địa phận Hà Nội (hình 3.1) thì trầm tích cát trung phân bố chủ yếu ở khu vực lạch sâu từ -2 m trở xuống -10 m, song chúng cũng chỉ có mặt ở trên và dƣới khu vực phân lƣu sang sông Đuống (từ xã Võng La đến Bát Tràng). Đặc biệt là trầm tích cát thô chỉ gặp ở ngã ba sông Hồng – Đuống còn từ Bát Tràng xuôi xuống phía Nam hầu nhƣ không gặp cát trung nữa mà ở đây phổ biến là cát nhỏ. Chính điều này đã minh chứng rõ cƣờng độ hoạt động cũng nhƣ động lực của môi trƣờng nƣớc của lòng dẫn sông Hồng đoạn từ Võng La đến Bát Tràng là mạnh hơn so với khu vực phía Nam. Hiện tƣợng phân lƣu, tách dòng, thành tạo bãi giữa, dịch chuyển bãi, quá trình xâm thực bờ, xói sâu đáy ở khu vực này là khá phổ biến. Đó là sự thành tạo và phát triển của bãi bồi Phú Xá – Nhật Tân, sự dịch chuyển của bãi Trung Hà ... Hiện tƣợng xâm thực ở đoạn bờ xã Phú Thƣợng , kè bờ Hải Bối , đoạn bờ Lƣơng Yên (cảng Hà Nội), Bát Tràng.
Bảng 3.4: Tốc độ giới hạn xói của một số vật liệu đáy lòng sông chủ yếu
Tên Kích thước hạt (mm) V0 (m/s) Khoảng dmax d+b H = 0,4m H = 1m H = 2m H ≥ 3m Bột 0,005 – 0,05 0,05 0,02 0,17 0,21 0,24 0,26 Cát nhỏ 0,05 – 0,25 0,25 0,1 0,27 0,32 0,37 0,40 Cát trung 0,25 – 1,0 1,0 0,7 0,47 0,57 0,65 0,70 Cát thô 1,0 – 1,5 1,5 1,2 0,53 0,65 0,75 0,80
Xét trong cùng mặt cắt ngang sông, phần lớn trầm tích có xu thế sắp xếp từ cấp hạt thô tới cấp hạt mịn theo quy luật từ bờ bị xói đến bờ bồi tụ, từ ven bờ vào đáy trục lòng dẫn tƣơng quan tới sự phân bố vận tốc của dòng chảy trong mặt cắt
ngang sông. Khi so sánh đƣờng cong tích lũy của các trầm tích tầng mặt cắt trung ở đáy trục lòng sông, từ Đan Hoài cho đến Phú Thƣợng hàm lƣợng cấp hạt lớn hơn 0,25 mm tăng 25% † 75%, còn từ phú Thƣợng cho xuống tới trạm thủy văn Hà Nội lại giảm từ 75% xuống 50%, tiếp đến từ trạm thủy văn đến Bát Tràng lại tăng từ 50% † 90% sau đó lại giảm xuống 75% ở Tranh Khúc. Sự thay đổi của hàm lƣợng cấp hạt lớn hơn 0,25 mm đƣợc nêu ở trên đã phản ánh quá trình biến động của lòng dẫn sông Hồng, đó là quá trình uốn cong và phân chia dòng thƣờng gắn liền tới sự phân bố năng lƣợng, vẫn tốc của dòng chảy sông trên cùng một mặt cắt, là nguyên nhân gây ra sự thành tạo bãi giữa và hiện tƣợng xâm thực, xói sâu của sông Hồng.
Sơ đồ so sánh các đƣờng cong tích phân của trầm tích tầng mặt lòng dẫn sông Hồng cho thấy hầu hết trong mỗi mặt cắt ngang lòng dẫn đƣờng cong tích phân của các trầm tích thay đổi từ cấp hạt mịn tới cấp hạt thô tƣơng ứng với độ dốc của đƣờng cong tích phân dốc dần theo phần trăm hàm lƣợng tăng dần của cấp hạt và có xu thế tăng dần về một phía (trùng với khu vực xói lở). Đôi chỗ sự sắp xếp này có tính lộn xộn, đƣờng cong tích phân của các trầm tích, trong mặt cắt ngang có độ dốc, thoải, phần trăm hàm lƣợng trên cùng cấp hạt của trầm tích lúc tăng lúc giảm phản ánh động lực phức tạp của lòng dẫn ở khu vực phân lƣu, chia dòng, thành tạo bãi ngầm ở khu vực trƣớc và sau ngã ba sông.
Kết quả phân tích trầm tích tầng mặt của lòng dẫn sông Hồng đoạn thuộc Hà Nội phần lớn có đƣờng kính cấp hạt trung bình nằm trong khoảng từ 0,13 † 0,4 mm. Cá biệt có nơi đƣờng kính trung bình đạt xấp xỉ 0,02 mm (tƣớng bãi bồi). Hệ số phân tuyển của trầm tích nằm trong khoảng từ 1 † 2. Hàm lƣợng cấp hạt từ 0,1 † 0,25 mm và cấp hạt 0,25 † 0,5 mm của trầm tích chiếm tới 85%. Cá biệt có nơi xuất hiện cấp hạt 0,5 † 1 mm chiếm tới 58 † 72%. Những tính chất đặc trƣng cơ học này cho thấy chế độ thạch động lực trong khu nghiên cứu là phức tạp, môi trƣờng thủy động lực thuộc vào loại mạnh, chế độ hoạt động của dòng chảy là liên tục theo hƣớng giảm dần từ thƣợng lƣu về ha ̣ lƣu sông. Sự thay đổi cƣờng độ hoạt động của dòng chảy phụ thuộc chủ yếu vào hình thái lòng dẫn đó là đặc trƣng độ dốc, chiều rộng, chiều sâu, hệ số uốn khúc... mà điển hình là sự tồn tại, phát triển
42
của các bãi bồi sông. Chính từ những thay đổi của các yếu tố trên đã ảnh hƣởng đến sự phân bố lại năng lƣợng hoạt động của dòng chảy, nguyên nhân của Việc tồn tại các loại trầm tích cùng với các đặc trƣng cơ học của trầm tích đó. Ngƣợc lại sự tồn tại, hay mất đi của các loại trầm tích tầng mặt lòng dẫn sông Hồng đã phần nào phản ánh đƣợc chế độ thủy động lực của dòng chảy sông, quá trình phát triển của lòng dẫn, đó là quá trình xói lở bờ mở rộng lòng dẫn cùng với sự thành tạo của bãi bồi dẫn đến hiện tƣợng phân chia dòng chảy, nhƣng đáy lòng sông vẫn đƣợc ổn định hoặc đƣợc nâng cao.
3.3.3.2. Lịch sử và xu thế biến động lòng dẫn sông Hồng đoạn từ Nhật Tân đến Bát Tràng
Quá trình hình thành và biến đổi lòng dẫn sông Hồng là kết quả tác động tổng hợp lâu dài (hàng ngàn, hàng vạn năm) của các yếu tố tự nhiên nhƣ địa chất, địa hình, khí hậu, thủy văn… dƣới ảnh hƣởng của các hoạt động con ngƣời gây ra. Trong từng thời kỳ nhất định, các yếu tố có tác động chủ yếu cũng rất khác nhau. Nghiên cứu lịch sử và xu thế diễn biến lòng sông trên cơ sở xem xét đầy đủ các yếu tố, tìm đƣợc yếu tố ảnh hƣởng chính, yếu tố ảnh hƣởng phụ trong từng giai đoạn để từ đó khái quát đƣợc quy luật diễn biến lòng sông. Nhìn chung, các yếu tố ảnh hƣởng chính đến sự hình thành và diễn biến lòng sông Hồng khu vực nghiên cứu có thể chia ra nhƣ sau:
- Vận động kiến tạo.
Cấu tạo địa chất địa mạo của thung lũng sông. - Động lực của dòng chảy .
- Hoạt động của con ngƣời.
Trƣớc hết, về mặt kiến tạo, theo Taponier và nnk, sông Hồng là một con sông gắn liền với một đứt gãy vỏ Trái đất lớn cỡ hành tinh (đứt gãy sông Hồng), hiện có các hoạt động địa chất vào loại trẻ và động. Đới trƣợt cắt sông Hồng (shear zone) Ailao Shan - sông Hồng là một đới phá hủy rộng 7 – 10 km, kéo dài từ Tibet tới Vịnh Bắc Bộ. Đới đứt gãy sông Hồng đƣợc hình thành khoảng 33 triệu năm(trn)về trƣớc. Trong khoảng từ 23 tới 33 trn là thời kỳ chuyển dịch trái, đới sông Hồng đƣợc nâng lên(Leloup, 1993, 1995, Phan Trọng Trịnh và nnk,
1998) và bắt đầu bình ổn từ sau 15 đến 5 trn. Quá trình trƣợt bằng phải - tách giãn của ĐGSH bắt đầu muộn hơn 5trn. Trong khoảng từ 12.000 - 18.000 năm trở lại đây, ĐGSH có biên độ dịch chuyển ngang đối với bờ trái là 12.4 ± 5.2 mm/năm và bờ phải là 11±4.9 mm/năm/ (Phan Trọng Trịnh và nnk, 2001).