Nghiên cứu nguyên nhân mất ổn định và đề xuất giải pháp công trình bảo vệ bờ sông Đuống tỉnh Bắc Ninh - Nguyễn Tiến Thương

Nội dung text: Nghiên cứu nguyên nhân mất ổn định và đề xuất giải pháp công trình bảo vệ bờ sông Đuống tỉnh Bắc Ninh - Nguyễn Tiến Thương

1. NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN MẤT ỔN ĐỊNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG ĐUỐNG TỈNH BẮC NINH KS. Nguyễn Tiến Thương Cao học 17C2- ĐH Thuỷ Lợi. TS. Vũ Quốc Vương BM Vật liệu xây dựng - ĐH Thuỷ Lợi. PGS. TS. Trịnh Minh Thụ BM Địa kỹ thuật - ĐH Thuỷ Lợi. Tóm tắt: Bắc Ninh là một tỉnh nằm ở đồng bằng châu thổ sông Hồng, là một vùng kinh tế trọng điểm, phía Bắc giáp thủ đô Hà Nội. Hầu hết dân cư, và diện tích đất của tỉnh Bắc Ninh đều nằm trong vùng bảo vệ của các tuyến đê sông Cầu, sông Đuống, sông Thái Bình và một phần hạ lưu sông Cà Lồ. Do đó hệ thống đê điều ở Bắc Ninh có ý nghĩa chiến lược quan trọng, thực sự là một công trình chủ yếu để phòng chống thiên tai, lũ lụt, bảo vệ cho Hà Nội, Hưng Yên, Hải Dương, đời sống hàng nghìn gia đình, hàng trăm nhà máy, xí nghiệp, kho tàng, nhiều khu công nghiệp lớn: Tiên Sơn, Quế Võ, Bắc Thăng Long - Nội Bài, Với ý nghĩa quan trọng như vậy nên bài viết đề cập đến nguyên nhân gây mất ổn định và đề xuất giải pháp công trình bảo vệ bờ sông Đuống một trong những công trình phòng chống thiên tai, lũ lụt của tỉnh Bắc Ninh. 1. Đặt vấn đề. giao thông vận tải thuỷ chủ yếu; Nguồn cung Những năm gần đây, do tình hình thời tiết cấp vật liệu xây dựng; Nguồn cung cấp phù sa biến đổi bất thường, diễn biến dòng chảy trên cải tạo đất các sông qua địa bàn tỉnh có sự biến đổi khó Tất cả các nguồn lợi ích trên cho chúng ta lường. Bên cạnh đó xuất hiện các công trình thấy vai trò rất quan trọng của sông Đuống đối trên sông nhằm phục vụ cơ sở hạ tầng cũng với quá trình phát triển kinh tế, xã hội của ảnh hưởng rất lớn đến chế độ dòng chảy trên tỉnh Bắc Ninh, và các tỉnh thành có dòng sông các sông. Ngoài ra, một số công trình bảo vệ chảy qua. Song song, cùng tồn tại với lợi ích bờ được xây dựng đã lâu, công nghệ và mà dòng sông mang lại là những tai hoạ của phương pháp tính toán không còn phù hợp, thiên tai mà nó mang đến cụ thể: Lịch xử cho việc duy tu, cải tạo chưa được triệt để. thấy hệ thống đê sông Đuống rất yếu tại khu Sông Đuống chảy qua địa bàn tỉnh Bắc vực Hà Nội trong vòng 70 năm đã có 12 lần Ninh với hệ thống đê tả, hữu Đuống có chiều vỡ đê; Những tai hoạ trên, gây thiệt hại và tổn dài trên 42 km, và hơn 20 công trình bảo vệ thất rất lớn về tính mạng và tài sản của nhân bờ và các cống qua đê nhằm bảo vệ 1 phần địa dân cho đến nay cũng chưa đánh giá hết. bàn Hà Nội và các tỉnh Bắc Ninh, Hưng Yên Trong tương lai với sự phát triển nhanh và Hải Dương (87.568 ha trong đó có 78.111 chóng các khu công nghiệp, phát triển cơ cấu ha đất nông nghiệp với 2,3 triệu dân). Với nông nghiệp bền vững, nuôi trồng thuỷ sản và tổng lượng nước bình quân năm là 31,6 tỷ việc phát triển giao thông thuỷ góp phần đẩy m3/năm, lượng phù sa là 2,8kg/m3, sông mạnh giao lưu, thông thương giữa các vùng , Đuống có nguồn lợi rất lớn, đối với tỉnh Bắc miền trong nước, sẽ tác động không nhỏ đến Ninh cụ thể: Cung cấp nước sinh hoạt, công, hệ thống sông và đó là nguyên nhân dẫn đến nông nghiệp; Tuyến thoát lũ, tiêu úng; Tuyến xói lở mái bờ sông, gây biến hình lòng dẫn 107
2. sông Đuống diễn ra phức tạp, mãnh liệt hơn xuất tăng năng suất, sản lượng cây trồng có đây chính là quy luật tất yếu không thể tránh giá thành cao là hướng phát triển nông nghiệp khỏi. chính của các địa phương ven sông của Tỉnh. Chính vì vậy, để khai thác tổng hợp nguồn Nhưng với tốc độ sạt lở mạnh như hiện nay nước có hiệu quả, bền vững, nhằm giảm nhẹ diện tích đất bãi ngày càng bị thu hẹp, mỗi thiên tai, đảm bảo an toàn đời sống nhân dân năm diện tích đất bãi bị sạt lở mất đi hàng trong tỉnh và các vùng lân cận nhất là một phần trăm ha, nếu không có biện pháp công trình Thủ Đô Hà Nội, việc: Nghiên cứu nguyên bảo vệ bờ thì nguy cơ mất diện tích đất sản nhân gây mất ổn định và đề xuất giải pháp xuất nông nghiệp ngoài bãi trong 5 dến 10 bảo vệ bờ sông Đuống tỉnh Bắc Ninh, nhất là năm tới là điều có thể dự báo trước. với hệ thống kè sông Đuống là rất cấp thiết. Diễn biến đường bờ sông Đuống qua địa 2. Hiện trạng xói lở bờ khu vực sông bàn tỉnh Bắc ninh trong nhiều năm đã cuốn Đuống qua địa bàn tỉnh Bắc Ninh. trôi, nhiều diện tích canh tác, các khu dân cư Trên toàn tuyến sông Đuống hiện nay hiện và đe doạ đến các công trình di tích lịch sử tượng xói lở bờ diễn ra khá phổ biến có tới 20 văn hoá của tỉnh. điểm sạt lở, diễn ra với quy mô, tốc độ diễn Qua nghiên cứu tài liệu quản lý, và tài liệu biến hàng năm khá lớn, đã, đang và sẽ còn gây lịch sử phân tích ảnh viễn thám nhiều năm kết ra thiệt hại về người và của, hiện đang là nỗi hợp với các đợt khảo sát đo đạc thực tế, điều bức xúc của người dân và các cấp chính quyền tra lấy ý kiến của những người dân khu vực địa phương. ven sông cho phép chúng ta đánh giá, mô tả Hiện nay, diện tích đất nông nghiệp đang bị tương đối chính xác thực trạng xói lở và bồi thu hẹp dần nhường chỗ cho công nghiệp, lắng lòng dẫn của sông Đuống. dịch vụ, hạ tầng giao thông, việc tận dụng triệt Dưới đây là một vài hình ảnh của các điểm để diện tích đất ngoài bãi để thâm canh áp sạt lở sông Đuống uy hiếp đe doạ trực tiếp đến dụng tiến bộ khoa học nông nghiệp vào sản an toàn đê, và tính mạng tài sản của nhân dân: ¶nh 1: Cung tr­ît t¹i K22+260 ®Õn K22+280 ¶nh 2: §o¹n tõ K32+490 ®Õn K32+650 ®ª ®ª T¶ §uèng vÕt nøt réng 15 ®Õn 20 cm, n»m T¶ §uèng m¸i kÌ bÞ xãi lë m¹nh, t¹o hµm ngay s¸t ch©n ®ª ®e do¹ trùc tiÕp ®Õn an toµn Õch, nhiÒu chç xãi lë vµo m¸i kÌ tõ 2-3m, m¸i cña ®ª. th¼ng ®øng (KÌ Chi §èng). 3. Đánh giá nguyên nhân mất ổn định và Có rất nhiều các nguyên nhân gây xói lở giải pháp bảo vệ bờ trên hệ thống sông bờ sông, bài viết phân tích nguyên nhân sạt Đuống tỉnh Bắc Ninh. lở bờ sông theo quan hệ nhân quả. Quá trình 3.1. Nguyên nhân và các nhân tố ảnh xói lở bờ có thể mô phỏng theo sơ đồ sau sơ hưởng đến xói lở bờ sông Đuống: đồ hình 1: 108
3. + Tại những đoạn sông có mặt cắt co hẹp đột ngột: Tại những đoạn sông này do, cấu tạo lòng sông và tác động của công trình gây co hẹp mặt cắt đột ngột, làm tăng vận tốc dòng chảy dễ gây xói lở, lòng và bờ sông. + Tại những đoạn sông phân lạch không ổn định: Do tỉ lệ phân lưu thay đổi, hoặc các lạch thay đổi giai đoạn phát triển, suy vong, lạch có lưu lượng đơn vị tăng sẽ bị xói và gây sạt lở. Những đoạn sông này không kèm theo hố xói cục bộ. + Tại những đoạn sông cong: ở đây do tác động của dòng chảy vòng mà nguyên nhân của nó là dòng chảy đi qua đoạn sông cong gây ra lực quán tính li tâm, dưới tác dụng của lực quán tính li tâm, mặt nước hình thành một độ dốc ngang, do đó dòng chảy trên mặt hướng về phía bờ lõm, gây xói lở, ngược lại dòng chảy đáy hướng sang phía bờ lồi gây bồi lắng ở đáy. Dòng áp lực này bào xói lòng dẫn, tạo ra các hối xói cục bộ, giống như hố xói ở Hình 1: Sơ đồ quá trình xói lở bờ sông đầu các mỏ hàn. Hố xói cục bộ càng sâu, càng Các nhân tố làm giảm lực giữ cho khối đất ép sát bờ lõm càng gây mất ổn định cơ học bờ sông, tức là làm giảm khối lượng tầng phản cho đất bờ, nhất là trong trường hợp lớp đất áp cho đỉnh bờ. Nguyên nhân chính là do vận dưới yếu hơn lớp đất trên. Bờ lõm do xói lở tốc dòng chảy gần bờ tại khu vực sạt lở có giá nên càng cong thêm. trị rất lớn, duy trì trong thời gian dài. Trên Yếu tố quan trọng ở xói lở các đoạn sông tổng thể đoạn sông Đuống qua địa bàn tỉnh này là: Góc xô của dòng chủ lưu vào bờ lõm, chúng ta thấy rằng vị chí có vận tốc dòng chảy kết cấu đất bờ và đáy sông, độ sâu và vị trí hố tập trung lớn thường là: xói cục bộ. Hình 2: Cơ chế tác động của dòng chủ lưu vào bờ sông cong Những đoạn này bao gồm các vị trí: Kè Tri Bắc Ninh cho thấy tính chất cơ lý thấp của Phương, kè Cảnh Hưng, kè Nghĩa Chỉ, kè Chi các lớp đất bờ sông, các trị số góc ma sát Đống, kè Hồ, Kè Thị Thôn, kè Ngăm Mạc, Kè trong , lực dính C, của các lớp đất khá nhỏ Đức Tái, kè Đào Viên, Kiều Lương. vì thế khả năng kháng trượt của khối đất bờ Trên cơ sở tài liệu khoan địa chất thu thập yếu. Chỉ tiêu cơ lý được trình bày trong được trên đoạn sông Đuống qua địa bàn tỉnh bảng 1: 109
4. Bảng 1: Bảng trị số các đặc trưng cơ lý tại mặt cắt K32+452 đê tả Đuống Địa điểm Đặc trưng cơ lý Đơn vị Lớp 1a Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Bờ tả sông Đuống tại Góc ma sát trong độ 15043’ 6008’ 3052’ 15038’ 15032’ K32+452 Lực dính C Kg/cm2 0.3 0.150 0.110 0.248 0.242 Như vậy, qua đánh giá và phân tích nêu hoại công trình đe doạ đến an toàn đê điều do trên thì hai nguyên nhân chính gây xói lở bờ nguyên nhân tự nhiên và có cả nguyên nhân do sông Đuống nói chung và khu vực kè Chi con người gây ra. Vấn đề giảm nhẹ thiên tai lũ Đống nói riêng là do dòng chảy và địa chất lụt, giảm nhẹ thiệt hại do xói lở bờ gây ra ở lòng, bờ sông. đoạn sông Đuống qua tỉnh Bắc ninh trước đây 3.2. Đề xuất các giải pháp bảo vệ bờ trên chưa được chú trọng đúng mức, chưa có quy đoạn sông Đuống tỉnh Bắc Ninh: hoạch và giải pháp cụ thể. Thông qua nghiên Trên cơ sở, nguyên nhân và cơ chế phá hoại, cứu, tác giả mạnh dạn đề xuất và đưa ra giải bờ sông, và công trình bảo vệ bờ, chúng tôi pháp nhằm giảm nhẹ thiên hại do xói lở bờ sông nhận thấy, hiện tượng sạt lở bờ sông gây phá Đuống gây ra theo sơ đồ hình 3 dưới đây: Hình 3: Sơ đồ cây giải pháp giảm nhẹ thiệt hại do xói lở bờ do tác giả đề xuất Từ sơ đồ trên có rất nhiều giải pháp phòng cứu giải pháp kết cấu kè hộ bờ. chống sạt lở bờ sông, xong trong bài viết này Việc chọn giải pháp chống sạt lở bờ sông chỉ đề cập tới giải pháp chống sạt lở bờ sông dạng bị động để đi sâu nghiên cứu với lý do: dạng bị động, nghĩa là gia cố trực tiếp bờ sông, - Kinh phí thấp phù hợp với điều kiện địa nghĩa là gia cố trực tiếp bờ sông, tạo cho bờ phương, kỹ thuật đơn giản. sông một khả năng chống đỡ tốt hơn khi chịu - Đúc kết được nhiều kinh nghiệm từ tác động của các tác nhân bất lợi từ bên ngoài. những công trình đã xây dựng từ trước Trên toàn bộ chiều dài sông chiều rộng - Quản lý thuận tiện, đơn giản. sông trung bình rất nhỏ, lại phải đảm bảo cho 3.3.Ứng dụng kết quả nghiên cứu để đề giao thông thuỷ nên việc bố trí tường hướng xuất thiết kế kè Chi Đống từ K31+840 đến dòng và mỏ hàn là không khả thi. Chính vì K32+650 thuộc đê tả Đuống huyện Tiên Du: vậy, trong bài viết này tập trung vào nghiên Vị trí công trình, gần đê, mái kè là mái đê, 110
5. phía sau kè là khu dân cư, và khu công nghiệp - Tần suất lưu lượng lớn nhất để thiết kế Tân Chi, cho nên giải pháp chúng tôi đưa ra là chặn dòng: 5%; dạng kè lát mái hộ chân. Do tình trạng hố xói - Hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất của mái diễn biến khó lường, và trên tổng thể chiều dài kè (Công trình thứ yếu, cấp III) [Kcp]: kè lòng sông xuất hiện những hố xói sâu, nên - Trường hợp cơ bản: [K] = 1,3; Trường việc lựa chọn kết cấu sao cho đảm bảo ổn định hợp đặc biệt: [K] = 1,1; lòng sông, và kinh tế là vấn đề cần đặt ra. - Hệ số tin cậy: Kn = 1,2. Hệ số điều kiện Tính toán ổn định tổng thể đến ổn định làm việc: m = 1,0. công trình với: Các chỉ tiêu tính toán được lấy các chỉ tiêu Trường hợp tính toán bất lợi nhất là mực cơ lý của đất trong phòng thí nghiệm về trọng nước sông rút nhanh từ mực nước lớn nhất lượng riêng của đất, góc ma sát trong, lực dính xuống cao trình mực nước kiệt C, và hệ số thấm của đất nền như đã trình bày Trong bài viết này tính cho ba mặt cắt tại ở bảng 1. Chỉ tiêu cơ lý đá thả rời theo bảng 2. C2, C6, và C15 với mặt cắt hiện trạng và mặt Bảng 2: Bảng trị số các đặc trưng cơ lý đá cắt đã có biện pháp công trình. thả rời Sử dụng phương pháp tính ổn định tổng thể Đá thả Địa điểm Đặc trưng cơ lý Đơn vị theo phương pháp xét đến ổn định của cung rời trượt trụ tròn bằng phần mềm GEOSLOPE để Góc ma sát trong độ 30000’ tìm tâm cung trượt nguy hiểm nhất. Tại vị trí kè Lực dính C Kg/cm2 0,0 Phương pháp Bishop, giả thiết tâm cung 3 Dung trọng T/m 2,3 trượt, giả thiết cung trượt có dạng trụ tròn, Đối với mỗi dạng kết cấu hộ chân chúng tôi chia lăng thể trượt thành các dải nhỏ, xác định tính toán với hai trường hợp, kết quả ổn định các thành phần lực gây ra trượt và chống trượt được nêu rõ trong phụ lục, ở đây chúng tôi chỉ để tính cân bằng lực. thể hiện kết quả của một mặt cắt, trong ba Từ công trình cấp III xác định được: phương án kết cấu hộ chân đã nêu trên thể - Lưu lượng, mực nước lớn nhất thiết kế P hiện hình 4; hình 5. = 0,5%; kiểm tra P = 0,1%; Hình 4: Tính toán với mặt cắt kè hiện trạng Hình 5: Tính toán với mặt cắt kè lát mái hộ chân bằng rồng đá lưới thép kết hợp lăng thể đá hộc Qua tính toán thì mặt cắt hiện trạng mái bờ cụ thể tại đây bờ sông bị xói lở. Với phương sông bị mất ổn định khi chưa có biện pháp án kết cấu dạng 1 xây dựng kè lát mái rồng hộ công trình điều này thể hiện đúng thực tế, vì chân cho kết quả hệ số ổn định tương đối nhỏ 111
6. so với hai phương án còn lại, đây cũng là một hoại. Kết quả tính toán thể hiện trong bảng 3. phản ánh sát thực tế vì qua nhiều năm theo dõi Như vậy, phương án kết cấu lát mái, rồng và thì phương án kết cấu này cũng vẫn bị phá lăng thể đá hộc hộ chân là ổn định hơn. Bảng 3: Bảng kết quả tính toán ổn định kè Tên kè M/c tính toán Hiện trạng Dạng kết cấu 1 Dạng kết cấu 2 Dạng kết cấu 3 ( C2) 1.065 1.292 1.333 1.328 Chi Đống ( C6) 0.913 1.212 1.303 1.319 ( C15) 1.008 1.287 1.395 1.353 4. Kết luận. trình bảo vệ bờ và các ổn định của các dạng Trên cơ sở các tài liệu khảo sát, thu thập và kết cấu bảo vệ mái. Trên cơ sở thực tế đánh điều tra thực địa, kết hợp với lý thuyết, tham giá các tác động của dòng chảy, dòng thấm, khảo các tài liệu chuyên ngành về chỉnh trị địa chất nền đến công trình bảo vệ bờ trên dòng sông chúng tôi đã nghiên cứu, phân tích sông Đuống. Từ đó xác định chính xác được những vấn đề liên quan đến đoạn sông nguyên nhân gây xói lở bờ sông Đuống là do Đuống qua địa bàn tỉnh Bắc Ninh: dòng chảy và cấu tạo địa chất yếu của lòng Xác định nguyên nhân, nhân tố ảnh hưởng sông. và cơ chế của hiện tượng sạt lở bờ đưa ra sơ Trên cơ sở xác định được nguyên nhân gây tổng hợp các nguyên nhân xói lở bờ, tính toán xói lở bờ sông, nhóm tác giả đã phân tích đề vận tốc khởi dộng bùn cát sông Đuống. Phân xuất các giải pháp bảo vệ bờ cho đoạn sông tích nguyên nhân mất ổn định của các công Đuống qua địa bàn tỉnh Bắc Ninh. Abstract: RESEARCH ON INSTABILITIES OF BANKS DUONG RIVER IN BAC NINH PROVINCE, AND PROPOSE THE CONSTRUCTION SOLUTIONS Bac Ninh province is located at the Red River Delta, which is a focal economic zone, Bac Ninh province is adjacent to Hanoi, the capital of Vietnam. Almost all the population and area of Bac Ninh province in the protection area of the dikes of Cau river, Duong river, Thai Binh river and one part of the downstream of Ca Lo river. That why the dike system of Bac Ninh province is considered as an important and strategic function, that can prevent the natural calamities, floods and protect for Hanoi, Hung Yen, Hai Duong, for livelihood of thousands of householders, hundreds of factories and enterprises, stocks, big industrial zones such as: Tien Son, Que Vo, Bac Thang Long-Noi Bai etc. With the important function like that, this article mentions about the causes of instabilities and propose the solutions for the protecting the shore of Duong river, which is one of the construction of Bac Ninh province for preventing the calamities and floods. 112