6. CƠ SỞ TÀI LIỆU
3.3.1.Xói lở bờ sông do các tác nhân tự nhiên
3.3.1.1. Xói lở do đặc điểm địa mạo bờ sông và tác động xâm thực của dòng chảy
Sông Kim Sơn nằm trên đới nâng kiến tạo Kontum tuổi Palcozôi - gồm các đá phun trào macma và đá trầm tích biến chất. Do chảy qua vùng địa hình đồi núi xen kẽ những mảng đồng bằng thấp, hoạt động địa mạo sông
Kim Sơn đã để lại 3 bậc thềm sông phân bố suốt từ thƣợng nguồn đến hạ lƣu. Trong đó bậc thềm I là bậc thềm thấp nhất có nguồn gốc tích tụ nhƣng chỉ có mặt rải rác không liên tục, bậc thềm II nằm phía trên bậc thềm I có nguồn gốc tích tụ, hiện diện liên tục từ thƣợng nguồn đến hạ lƣu, phần lớn vách bậc thềm II đều bị tiếp xúc trực tiếp với dòng chảy của sông, nhất là về mùa lũ, bậc thềm III là bậc thềm cao nhất, là thềm xâm thực, đƣợc cấu tạo bởi các loại đất tàn tích bở rời.
Theo nghiên cứu, dọc theo mặt cắt chuẩn của sông Kim Sơn thƣờng xen kẽ những đoạn sông có độ dốc thoải và những đoạn sông có độ dốc nghiêng dẫn đến cƣờng độ xâm thực, xói mòn chiếm ƣu thế. Ở những đoạn mặt cắt dọc của sông thoải, thềm sông thƣờng đƣợc cấu tạo bởi các lớp đất mềm yếu, dễ bị rữa xói, lớp đất tạo nên bậc thềm có bề dày lớn thƣờng là thềm tích tụ, dấu hiệu cho thấy đoạn sông nằm trong đới sụt lún kiến tạo tƣơng đối. Ngoài ra quá trình chuyển đổi nâng hạ tƣơng đối này chẳng những tạo nên nhiều đoạn sông uốn cong xen kẽ nhau, mà còn tạo nên những đoạn sông đƣợc mở rộng chiều ngang của thung lũng sông. Những biểu hiện này đƣợc thấy ở nơi dọc hai bờ sông Kim Sơn, nhƣ tại thôn T6, O10, xã Đăk Mang, thôn T4,T5,T2, xã Bok Tới, thôn Tân Thạnh, xã Ân Tƣờng Tây, thôn Gia Trị, xã Ân Đức. Tại những nơi này đều có đoạn sông uốn cong, thung lũng sông mở rộng, bậc thềm II của sông với đặc điểm của thềm tích tụ gồm các lớp đất sét, sét pha, cát pha và cát. Chính tại những nơi này đang và sẽ xảy ra hiện tƣợng xói lở bờ nghiêm trọng.
Đồng thời qua nghiên cứu cho thấy, địa chất của sông Kim Sơn tại những điểm kể trên cớ sự hiện diện của lớp đất sét và sét pha trạng thái dẻo mềm, lớp đất cát trạng thái kém chặt, lớp đất cát pha trạng thái dẻo. Các loại đất này đều có tính năng cơ lý kém, lực dính kết nhỏ, kém chịu nƣớc, đặc biệt là kích thƣớc hạt của đất đều tƣơng ứng với tốc độ dòng chảy xói rữa
cho phép. Theo đó, cộng với đặc điểm thủy văn biến động của sông Kim Sơn đã tạo nên những năng lƣợng dòng chảy lớn công phá các lớp đã tạo nên các thềm sông dọc hai bên bờ sông Kim Sơn, gây ra hiện tƣợng xói lở bờ.
Tóm lại, qua phân tích các yếu tố ảnh hƣởng trên cho phép nhận thấy rõ những nguyên nhân chủ yếu làm cho bờ sông Kim Sơn nhiều nơi mất ổn định, đồng thời cho phép dự báo những đoạn sông cụ thể có khả năng xảy ra hiện tƣợng xói lở bờ, nhằm đề ra giải pháp kỹ thuật cụ thể để hạn chế và triệt tiêu hiện tƣợng xói lở bờ trên các đoạn sông Kim Sơn.
Hình 3.2: Các đoạn sông uốn cong xen kẽ nhau của sông Kim Sơn [Ủy ban nhân dân huyện Hoài Ân]
3.3.1.2. Xói lở bờ sông do tính chất bất ổn định của các lớp cấu tạo địa chất bờ sông
Qua nghiên cứu tính chất cơ lí của lớp đất ở bờ sông Kim Sơn, nhận thấy:
Các lớp đất hiện diện ở 2 bờ sông Kim Sơn chủ yếu là đất sét pha trạng thái dẻo cứng, dẻo mềm; đất cát pha trạng thái dẻo đến dẻo cứng, cát hạt nhỏ, hạt vừa và hạt thô, trạng thái chặt vừa. Trong đó, phần trên cùng thông thƣờng là
những lớp đất sét và sét pha với trạng thái dẻo đôi khi ở trạng thái dẻo mềm, thậm chí dẻo chảy với độ rỗng khá lớn (45 -47%), độ bảo hòa cao (90 – 95%), lực kết dính nhỏ (0,25 – 0,35 kg/cm2). Phần giữa là lớp đất sét pha dẻo mềm với độ rỗng từ 46 – 49 %, độ bão hòa từ 89 - 91 %, lực kết dính từ 0,3 – 0,32 kg/cm2, đây là lớp đất yếu dễ bị mất ổn định và xói lở cho dù lực tác động nhỏ. Phần dƣới cùng thƣờng là lớp đất cát hạt thô trạng thái kém chặt. Lớp đất này thƣờng chịu tác dụng của áp lực nƣớc lỗ rỗng và áp lực thủy động, dễ ở vào trạng thái mất ổn định với một số tính chất cơ lý nhƣ: độ rỗng 38 %; độ bão hòa 70 %, lực dính kết dính 0,05 kg/cm2
.
Đáng chú ý nhất là các lớp đất cấu tạo nên các bậc thềm sông là các lớp đất yếu, cụ thể là lớp đất sét pha hạt nhỏ, màu xám xanh có mặt ở thôn Phú Văn II – xã Ân Hữu, lớp đất cát màu xám trạng thái chặt vừa ở thôn T5 – xã Bok Tới, lớp đất sét pha hạt nhỏ màu xám xanh trạng thái dẻo mềm cũng có mặt ở thị trấn Tăng Bạt Hổ,… Những lớp đất nói trên đều có trạng thái vật lý kém, lực dính kết nhỏ, hệ số rỗng cao, dễ bị biến dạng khi chịu lực tác dụng, đƣờng kính hạt đất nhỏ hơn đƣờng kính hạt tƣơng ứng với tốc độ rửa xói, đất kém chịu nƣớc, dễ bị tác dụng xâm thực của dòng chảy phá hủy liên kết dẫn đến hiện tƣợng khối đất mất ổn định.
Đồng thời, trong lòng sông Kim Sơn tồn tại lớp I là lớp bồi tích hiện tại với thành phần chủ yếu là sạn sỏi và thạch anh, cát hạt vừa, thô, và lớp III: lớp á cát, cát thạch anh, hạt mịn thô và lẫn sạn, sỏi nhỏ….Chính sự tồn tại lớp I và lớp III trong lòng sông này đã tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xói bồi biến hình lòng sông Kim Sơn.
Nhƣ vậy, do điều kiện địa chất bờ sông kém, đƣợc cấu tạo theo từng lớp, mái bờ dốc làm cho bờ sông mất ổn định. Khi có sự thay đổi đột ngột của chế độ thủy văn, thủy lực, nƣớc rút nhanh dẫn đến sự thay đổi mực nƣớc gây hiện tƣợng sạt. Hiện tƣợng xói lở do thành tạo địa chất ở lƣu
vực sông Kim thƣờng gặp các dạng: xói lở, sạt trƣợt từng mảng đất, và hiện tƣợng đất chảy.
3.3.1.3Tác động của dòng chảy lũ và dòng chảy cát bùn
- Dòng chảy lũ: Lũ trên sông Kim Sơn đƣợc hình thành do các hình thế thời tiết gây mƣa lớn kéo dài, tập trung nƣớc, dẫn đến lũ nhƣ bão, áp thấp nhiệt đới,... Các hình thế thời tiết này thƣờng xuất hiện ngoài biển Đông, khi đổ bộ vào đất liền bị dãy Trƣờng Sơn chặn lại, gây mƣa lớn và trải dài trên một diện rộng và gây úng ngập vùng lƣu vực sông Kim Sơn.
Đồng thời, phía Tây của lƣu vực Kim Sơn bị các khối núi giới hạn nên địa hình của lƣu vực có hƣớng nghiêng từ Tây sang Đông rất rõ rệt. Phần thƣợng lƣu và trung lƣu có độ dốc lớn nên đặc điểm lƣu lƣợng nƣớc vào mùa lũ là lƣợng nƣớc lớn với tốc độ và cƣờng độ dòng chảy mạnh, nƣớc lũ đổ về nhanh. Phần hạ lƣu sông là vùng đồng bằng hẹp xen kẽ với nhiều gò, đồi, núi ăn sát ra biển. Sông Kim Sơn (dòng chính) ngắn, quanh co uốn khúc, lòng sông hẹp và dốc. Mật độ sông suối trong lƣu vực khá lớn (0.65 km/km2), có nhiều nhánh sông nhỏ và suối theo các khe núi hẹp đổ nƣớc vào, hình thành một mạng lƣới dạng cành cây với rất nhiều nhánh chảy trong những lũng hẹp giữa các triền núi bị chia cắt. Núi chiếm tới 80% diện tích lƣu vực. Độ cao trung bình của lƣu vực là 277m, độ dốc bình quân là 22%, dọc các triền núi đôi khi đạt tới 60 – 80%. Chính đặc điểm này quyết định đến các đặc trƣng của lũ trên lƣu vực Kim Sơn là lũ lên rất nhanh, thời gian tập trung lũ ngắn. Trong khi đó, lòng sông chạy vòng cung và bị án ngữ bởi cồn cát Trƣờng Gạo rộng hàng chục héc ta làm khả năng dẫn nƣớc kém nên lũ lên rất nhanh, mực nƣớc dâng rất cao và tập trung mạnh dồn vào 22 km nhánh hẹp của sông Kim Sơn. Do vậy, nơi đây chính là tâm điểm của “cơn giận thủy thần”. Hàng năm, vào mùa mƣa lũ, nƣớc sông dâng cao, chảy xiết, cuồn cuộn xoáy vào bờ bên này lôi đi hàng trăm mét đất rồi quay sang phá hủy bờ bên kia
gây hiện tƣợng xói, bồi, xói lở mái bờ sông suốt dọc theo hai bên bờ sông Kim Sơn.
Bảng3.3: Lƣợng mƣa tổng cộng trong đợt mƣa lớn 3-4 ngày tại Hoài Ân (2007 – 2017)
Stt Năm Xuất hiện lũ tại Hoài Ân (cm)
TV37 Hc Hđ Cấp BĐ 01 2007 684 2028 2509 III 02 2008 369 1956 2247 I 03 2009 311 1938 2269 I 04 2010 329 1965 2230 I 05 2011 824 1952 2731 II 06 2012 332 1973 2321 II 07 2013 348 1958 2345 II 08 2014 347 2059 2306 II 09 2015 519 2016 2472 III 10 2016 617 2066 2417 III 11 2017 529 2013 2471 III
Nguồn: Trung tâm Khí tượng – Thủy văn TP Quy Nhơn – Bình Định
Theo nhƣ nghiên cứu, trung bình sông Kim Sơn có từ 2 - 4 trận lũ trong một năm, có năm 6 -7 trận, cƣờng suất lũ khá lớn (
) ≈ 1m/giờ. Tốc độ truyền lũ nhanh (khoảng từ 4- 6 giờ), lƣu tốc dòng chảy lũ khá lớn (ở thƣợng nguồn Vmax ≈ 3 - 5m/s; Ở hạ du: Vmax ≥ 1 - 3m/s). Với lƣu tốc lớn đã tạo nên dòng chảy lũ mạnh cuốn trôi nhiều vật cản trên đƣờng đi do đó có tác động rất lớn đến độ bền chặt và kết cấu đất bờ và cả khu vực của sông trƣớc khi đổ ra biển. Lực tác động của dòng nƣớc lũ đến kết cấu đất ở vùng cửa sông đã góp phần gia tăng sự xói lở bờ. Các yếu tố này kết hợp với việc rừng bị tàn phá nặng nề nên đây là khu vực đã và đang xảy ra hiện tƣợng xói lở bờ đáng báo động.
Bảng 3.4: Lƣu tốc dòng chảy lũ của trạm TV37 Kim Sơn – Hoài Ân
Trạm Năm Ngày Tháng H(m) Q(m3/s) V (m/s) Vmax
(m/s) TV37 (Kim Sơn) 2007 2 10 5.86 1350 1.30 21 10 5.66 1080 1.14 22 10 4.53 627 1.01 23 10 4.68 670 1.02
Nguồn: [Trạm TV37 Kim Sơn – Hoài Ân ]
- Dòng chảy cát bùn: Dòng chảy cát bùn trong sông Lại Giang có 2 loại: loại cát bùn từ bề mặt lƣu vực và loại cát bùn từ trong lòng sông (trong đó loại cát bùn từ bề mặt lưu vực là chủ yếu).
Ở hạ lƣu, nguồn bùn cát lòng sông chủ yếu là từ thƣợng nguồn chuyển về và một phần do quá trình xói lở lòng sông tại chỗ. Trong đó, ở thƣợng nguồn sông Kim Sơn có độ dốc lƣu vực, độ dốc lòng sông lớn, các xã phía tây Hoài Ân có tổng lƣợng mƣa lớn(cƣờng độ mƣa >2200mm/năm. . .) là một trong những khu vực có tiềm lực xói mòn cao, vì vậy khi có mƣa là có lũ vã lũ mang theo một lƣợng lớn cát bùn thƣợng nguồn về hạ lƣu. Điều này đƣợc thể hiện qua độ đục bình quân của lƣu vực khá lớn, khoảng 70g/m3
(so với sông La Tinh là 30 g/m3). Độ đục trên sông phân bố không đều trong năm, những tháng mùa lũ là những tháng thƣờng có độ đục lớn nhất, tháng X – XII chiếm tỷ lệ 75% lƣợng bùn các cả năm của sông Kim Sơn.
Bảng 3.5: Độ đục của nƣớc tại trạm TV37 Kim Sơn – Hoài Ân
TT Thời gian Mực nƣớc H (m) Lƣu lƣợng nƣớc Q(m3/s) Độ đục nƣớc (g/m3) Tháng Ngày Giờ 1 10/2017 22 13 584 1430 1606 2 23 15 551 1070 408 3 24 8 452 620 1606 4 25 10 457 640 2070
Dòng chảy cát bùn có quan hệ chặt chẽ với tình hình xâm thực bề mặt, nó làm cho lƣu tốc dòng chảy lớn, dẫn đến sự tƣơng tƣơng tác của dòng chảy và lòng dẫn cao gây xói bồi, biến hình lòng sông mạnh và đây là một trong những nguyên nhân phổ biến gây xói lở ở vùng thƣợng lƣu và xói lở mái bờ ở hai bờ sông Kim Sơn.
3.3.1.4. Xói lở do hiện tượng dâng lên và hạ thấp mực nước ngầm
Nƣớc dƣới đất của vùng ven sông Kim Sơn có quan hệ thủy lực rất chặc chẽ với các dòng sông ở vùng thƣợng lƣu và các nhánh sông suối khác. Mực nƣớc trên sông lại phụ thuộc rất chặc chẽ với chế độ mƣa lũ của lƣu vực sông Lại Giang. Giai đoạn mực nƣớc ngầm dâng thƣờng trùng với giai đoạn bắt đầu có lũ trong lƣu vực đổ về lòng sông. Khi có lũ, mực nƣớc trong sông dâng cao đột biến, có khi đạt tới vài m trong ngày, khi đó mực nƣớc ngầm ở ven bờ cũng dâng cao theo, do đó áp lực nƣớc dƣới đất trong các tầng chứa nƣớc cũng tăng lên đáng kể.
Quá trình dâng mực nƣớc ngầm làm cho các lớp sét, sét pha, cát dẻo mềm, dẻo chảy bị bão hòa nƣớc (đây là loại đất khá phổ biến ở 2 bờ sông Kim Sơn). Khi ở trạng thái bão hòa, lực liên kết, lực kháng nén, lực chịu tải của các lớp đất ở dƣới bị giảm mạnh, chúng không chịu nổi tải trọng của các lớp ở trên, dẫn đến hiện tƣợng nứt đất và sụt lún bờ. Mặt khác, trong trạng thái bão hòa nƣớc, các lớp sét dễ bị tan rã, các lớp đất dễ chuyển sang trạng thái chảy. Dƣới tác động chế độ nƣớc rửa xói điển hình nhƣ ở khu vực sông Kim Sơn, các lớp đất này dễ dàng bị phá hủy.
Khi lớp cát và sét pha dƣới chân bờ bị phá hủy, bờ bị mất điểm tựa, hệ số ổn định của bờ giảm mạnh. Kết hợp cộng hƣởng giữa tác động phá hủy bờ của dòng chảy, sự tan rã của đất đá, sẽ gây ra hiện tƣợng xói lở, sụp đổ đất trên bờ xảy ra và tất yếu quá trình xói lở của nhiều khối đất dây chuyền trong lƣu vực.
Ngƣợc lại, giai đoạn hạ thấp mực nƣớc ngầm trùng với giai đoạn lũ bắt đầu hạ trên lƣu vực sông. Khi mực nƣớc sông hạ xuống quá nhanh, mức nƣớc ngầm trong đất ven bờ cũng hạ theo nhƣng chậm, gây ra sự chênh lệch mực nƣớc giữa nƣớc sông và nƣớc ngầm. Điều đó sẽ nảy sinh và gia tăng gradient thủy lực ven bờ, làm cho vận tốc dòng chảy dòng chảy thấm từ bờ ra sông tăng lên nhanh chóng. Khi đó khối lƣợng vật liệu đƣợc mang dời từ các đoạn bờ sông có cấu tạo kém bền vững nhƣ ở sông hạ lƣu sông Kim Sơn sẽ tăng rất nhanh, gây ra hiện tƣợng rửa xói, cát chảy và đặc biệt là xói ngầm làm rỗng tầng đất yếu dƣới chân bờ và hiện tƣợng xói lở bờ là không tránh khỏi.
Do vậy, không chỉ ở sông Kim Sơn mà trên toàn lƣu vực, hiện tƣợng xói lở và sụp đổ bờ sông xảy ra rất mãnh liệt vào giai đoạn nƣớc rút nhanh sau lũ