Một số nghiên cứu về quá trình xói lở và chỉnh trị sông

• Bùi Thắng
• 31-12-2020
• 330 lượt đọc

     Đập Marib ở Yemen (1000 – 700 tr.CN) là một trong những kỳ công của thế giới cổ đại sử dụng biện pháp công trình vào mục đích tăng cường cấp nước cho nông nghiệp. Lịch sử Trung Quốc còn để lại một tấm biển ghi nhớ công ơn của một vị Hoàng đế về việc xây dựng công trình tràn lũ 278 tr.CN trên sông Hoàng Hà và Dương Tử. Cùng với công tác phòng chống lũ và sử dụng nguồn nước sông ngòi phục vụ tưới tiêu của người Ai Cập (sông Nile), Ấn độ (sông Hằng), Trung Quốc (sông Hoàng Hà và Dương Tử) thì ngành khoa học về thủy lực cũng bắt đầu phát triển từ những công trình nghiên cứu thực nghiệm như: nước chảy trong máng và sự phân bố dòng chảy trong kênh, tính chất liên tục của dòng chảy cũng như mối quan hệ giữa các đặc trưng dòng chảy với chiều rộng, độ sâu, độ dốc, độ nhám v.v… của Le-o-na-dơ-vanh-xi (1452 – 1519). Ông thực sự là một kỹ sư thiết kế nổi tiếng về các công trình thủy công ở MiLan và cũng là người quy hoạch kênh nối giữa sông Seine với sông Loire (Pháp).

     Ngoài ra, những đóng góp của Galile Galileo (1564 – 1642) đối với thủy lực sông ngòi từ thực nghiệm đo đạc thực địa cũng đã khẳng định sự phát triển của ngành khoa học thủy lực ở Italia. Ông đã chỉ ra sự phân bố vận tốc không đều theo chiều sâu, đồng thời đánh giá độ dốc lòng sông, độ sâu dòng nước có quan hệ rất lớn đến sự bồi – xói và lực xói phải lớn hơn sức cản của đất. P.Duboi (1734 – 1809) được xem là người sáng lập trường phái thủy lực Pháp. Ông chính là người đầu tiên đề ra những luận thuyết về thủy lực. Cùng với P.Duboi , những đóng góp tích cực của Pascal (1646 – 1716), Becnuli (1700 – 1782) và Lagrange (1736 – 1813) vào những năm cuối thế kỷ 17 và đầu thế kỷ 18 có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực thủy lực sông ngòi. Cũng trong thời gian này (1753) Bram đã đưa ra các công thức dòng đều và được xác lập bởi Chesy sau này với quan điểm độ dốc – thành phần trọng lực cân bằng với sức cản của đáy. Sự di chuyển ban đầu của vật liệu đáy phụ thuộc vào tốc độ dòng nước ở đáy và lượng vật liệu. Công thức này cho đến nay vẫn còn được sử dụng ở Việt Nam cũng như trên thế giới.

     Vào thế kỷ 19, nhiều công trình viết bằng tiếng Đức của Lameyơ (1845), Hagen (1871), tiếng Pháp của Dacxy (1865), Bazin (1897) và tiếng Anh của Humphơ và Abơt (1861), Manning (1890), Dupuy (1804 – 1866) đã có những đóng góp đáng kể về vấn đề chuyển tải bùn cát trong công trình. Đặc biệt là Hagen, tên tuổi của ông đã gắn liền với nhiều công trình ở Bắc nước Đức như cảng Hamburg và các tiêu chuẩn của Hagen  rất có giá trị trong lĩnh vực thủy động lực công trình. Tại Pháp, vào năm 1879 Duboi là người đầu tiên đã tìm ra quy luật chuyển động bùn cát đáy ở trạm thực nghiệm biến dạng dòng sông Mitsissipi. Đến năm 1895, Loktin (Nga) đã công bố luận văn “kết cấu lòng sông” làm cơ sở cho môn động lực sông ngòi ở Nga. Giữa thế kỷ 19 Hakison, Lauren đã tính khả năng bồi – xói của lòng sông dựa vào sự chuyển động của bùn cát đáy và tổng lượng bùn cát sông. Đến năm 1960 các nhà khoa học vẫn dùng phương trình cân bằng bùn cát có xét thêm cấu trúc địa chất đáy sông kết hợp với nghiên cứu trong phòng thí nghiệm để dự báo sự biến đổi của đáy lòng dẫn. Sang thế kỷ 20, các nhà khoa học Pháp, Ý, Đức, Anh (Einstein H.A, Meyer Peter E., Muller P., Schields A., Schmidt W…), nhất là Mỹ, Liên Xô cũ, Trung Quốc (Altumin S.I, Ackers P., Kolmogorov A.N, Loktin V.M., Taylor G.I…) đi sâu nghiên cứu dòng chảy với trọng tâm là bản chất và cơ chế dòng chảy rối trong các hệ thống sông ngòi. Từ thập niên 50 trở đi các nhà khoa học Mỹ và Liên Xô cũ (Bercovich K.M, Brown C.P., Chalov R.S., Goncharov A.N., Graf., Grisanin K.V., Karauchev A.V., Kennedy J.F., Knoroz V.S., Kumin I.A., Lapsencov V.S., Levi I.I., Maccaveev N.N., Richardson E.V., Rossinsky K.I., Rozovsky I.L., Vanoni V.A., Velicanov M.A…) đã chú ý nhiều đến việc nghiên cứu tác động của các công trình xây dựng, mà chủ yếu là công trình trình thủy công đối với quá trình diễn biến bồi – xói lòng sông thông qua các mô hình tính toán có xét tới cân bằng dòng bùn cát phù sa. Công tác nghiên cứu các mô hình tính toán lý thuyết, sử dụng máy tính điện tử trong tính toán dòng chảy, xác định và dự báo biến động thung lũng các sông ngày càng thu được nhiều thành quả hơn (Allen J.R.L., Holly F.M., Karim M.F…).

     Trong vài chục năm gần đây nạn lũ lụt đã xảy ra rất dữ dội ở nhiều nước xung quanh Việt Nam (Ấn độ, Băngladdet, Indonesia, Đài Loan, Trung Quốc) gây tổn thất to lớn về người và của. Nhằm hạn chế thiên tai, các nước thuộc “ Uỷ Ban sông MeKong” đã và đang tập trung cố gắng xây dựng và thực hiện chương trình khai thác, sử dụng hợp lý sông ngòi, phòng chống tai biến và bảo vệ môi trường lãnh thổ những nước thuộc lưu vực sông này. Các nhà Địa chất công trình (ĐCCT) cũng có những đóng góp không nhỏ trong việc nghiên cứu hoạt động địa động lực của dòng sông. Có lẽ, người đầu tiên nghiên cứu lĩnh vực này là F.P Xavarensky (1937), sau đó hàng loạt các nhà địa chất công trình nổi tiếng (Lomtadze V.D, Xecghep A.M, G.N. Kamenxky (1936), I.V Popov (1959), N.V. Kolomensky, I.X. Komarov (1964), E.V. Sanxer, G.X. Zolotarev, E.G. Cachughin…) đã dấn thân vào lĩnh vực phức tạp này. Gần đây, với lý thuyết Địa hệ tự nhiên – kỹ thuật, Bondaric K. G cũng đã khắc họa được một bức tranh khá hoàn chỉnh trong việc nghiên cứu các quá trình và hiện tượng địa chất nói chung và hoạt động địa động lực dòng sông nói riêng.

     Như vậy, công tác nghiên cứu động lực dòng chảy càng về cuối thế kỷ 20 càng toàn diện, hệ thống và định lượng hơn. Nhờ vậy mà không những việc đề xuất các phương pháp quan trắc tính toán dòng chảy, hàm lượng phù sa mà các biện pháp phòng chống xói lở cũng được thiết kế, thi công có cơ sở khoa học và đạt hiệu quả hơn.