Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Địa chất: Biến đổi môi trường kênh Quan Chánh Bố, Tắt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỮU SƠN NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT KHU VỰC KÊNH QUAN CHÁNH BỐ VÀ KÊNH TẮT TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH TUYẾN LUỒNG TÀU BIỂN TẢI TRỌNG LỚN VÀO SÔNG HẬU LUẬN ÁN TIẾN SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỮU SƠN NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT KHU VỰC KÊNH QUAN CHÁNH BỐ VÀ KÊNH TẮT TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH TUYẾN LUỒNG TÀU BIỂN TẢI TRỌNG LỚN VÀO SÔNG HẬU Chuyên ngành: Kỹ thuật địa chất Mã số chuyên ngành: 9520501 Phản biện độc lập: PGS. Huỳnh Ngọc Sang Phản biện độc lập: PGS.

Tạ Đức Thịnh Phản biện: PGS. Phạm Trung Hiếu Phản biện: PGS. Nguyễn Việt Kỳ Phản biện: TS. Phan Chu Nam NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.

Đậu Văn Ngọ i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào, dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Nguyễn Hữu Sơn ii TÓM TẮT LUẬN ÁN Luận án này là kết quả nghiên cứu sự biến đổi môi trường địa chất khu vực kênh Quan Chánh Bố và kênh Tắt trong quá trình vận hành tuyến luồng tàu biển tải trọng lớn vào sông Hậu.

Yếu tố tự nhiên và nhân tạo ảnh hưởng đến xói lở và bồi lắng gồm cấu trúc địa chất dọc bờ, chế độ dòng chảy thay đổi và sóng do tàu thuyền được nghiên cứu và đề xuất các giải pháp phát triển bền vững được trình bày trong luận án này. Cấu trúc địa chất đường bờ có hàm lượng cát, bụi và sét được đánh giá theo thang tỷ lệ “ROM” với năm cấp độ xói lở “nguy kịch”, “rất cao”, “cao”, “trung bình” và “thấp” ở các độ sâu khác nhau và tính toán ứng suất cắt tới hạn của vật liệu đường bờ dựa trên hàm lượng sét – bụi. Chế độ dòng chảy trước và sau khi vận hành tuyến luồng được mô phỏng theo mô hình MIKE 21/3 tích hợp để đánh giá mức độ thay đổi về thủy động lực học, vận chuyển bùn cát và quá trình bồi xói. Sóng do tàu thuyền là yếu tố quan trọng được đo đạc tính toán ứng suất ảnh hưởng đến ổn định đường bờ.

Đề xuất các giải pháp phát triển bền vững, kế hoạch duy tu nạo vét tuyến luồng trong quá trình vận hành. Luận án cũng giới thiệu, trình bày phương pháp thực hiện và kết quả nghiên cứu của ba yếu tố trên ảnh hưởng chính đến quá trình vận hành tuyến luồng được 5 năm từ năm 2016. Kết quả phân tích cho thấy, cấu trúc địa chất đoạn kênh Quan Chánh Bố là ổn định theo thang đánh giá “ROM” ở cấp độ xói lở “thấp”, đoạn kênh Tắt đánh giá theo thang tỷ lệ “ROM” ở cấp độ xói lở “nguy kịch” ở một số đoạn với các độ sâu khác nhau. Tốc độ dòng sau khi có kênh Tắt tăng lên khoảng 0,5 – 0,7m/s, đạt cực đại khoảng 1,3 – 1,5m/s.

Sóng gây ra bởi tàu thuyền được đo đạc có chiều cao khoảng 0,3 – 1,4m, tùy thuộc vào điều kiện tải trọng tàu, tốc độ di chuyển của tàu và thủy triều. Đường bờ kênh Quan Chánh Bố hiện hữu có khả năng chịu đựng được ứng suất tới hạn khoảng 19,6 – 22,4N/m2, tương ứng với áp lực gây ra bởi sóng do tàu thuyền có độ lớn khoảng 0,68 – 0,74m. Tương tự, đoạn bờ kênh Tắt là 5,9 – 18,2N/m2, áp lực gây ra bởi sóng do tàu thuyền khoảng 0,45 – 0,69m tùy theo cấu trúc địa chất từng đoạn. Môi trường địa chất khu vực nghiên cứu đoạn kênh Quan Chánh Bố và kênh Tắt chịu tác động của các yếu tố tự nhiên – nhân tạo trong quá trình vận hành cần phải đề xuất các giải pháp phát triển bền vững nhằm đảm bảo hoạt động hiệu quả của tuyến luồng.

iii Các giải pháp dựa trên mức độ ảnh hưởng của các yếu tố cấu trúc địa chất, thủy lực dòng chảy và tác động sóng do tàu thuyền. Sáu giải pháp bảo vệ bờ áp dụng cụ thể cho từng đoạn tuyến luồng với hai giải pháp phi công trình bằng cách trồng cây giảm sóng và bốn giải pháp công trình với các mức độ kiên cố khác nhau. Kết quả phân tích ổn định với hai giải pháp phi công trình có hệ số ổn định dao động từ 1,29 và 1,32 có chi phí khái toán từ 5. Đối với đoạn đã xói lở, có nguy cơ xói lở cao cần áp dụng giải pháp công trình dựa trên nguyên tắc kết hợp giữa hai giải pháp làm giảm lực gây trượt và làm tăng lực kháng.

Kết quả phân tích ổn định của với bốn giải pháp công trình có hệ số ổn định dao động từ 1,23 đến 1,74 có chi phí khái toán từ 34. Tuy nhiên, để chọn các phương áp phù hợp cho từng đoạn luồng nhằm giảm chi phí đầu tư xây dựng, cần khảo sát bổ sung số liệu, quan trắc ổn định công trình để có giải pháp phát triển bền vững tuyến luồng này đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Duy tu bảo dưỡng luồng sẽ phụ thuộc vào kết quả tính toán bồi lắng dọc theo tuyến luồng từ kênh Quan Chánh Bố đến tuyến kênh Tắt. Mô hình mô phỏng vận chuyển bùn cát và bồi xói được tính toán cho trường hợp nạo vét luồng hàng năm với ba kịch bản thấp, trung bình đến cao qua 11 mặt cắt tương ứng là 872.788,88m3/năm cho đoạn tuyến luồng dài 20,77km.

Đề xuất kế hoạch nạo vét định kỳ hàng năm, hai năm và đại tu tuyến luồng sau 05 năm qua các mặt cắt nạo vét khác nhau nhằm đảm bảo hoạt động thông suốt và phát triển bền vững tuyến luồng. iv ABSTRACT This doctorate dissertation studies geological environment the changes on the geo- environment at Quan Chanh Bo and Tat Canals during the operation of the entrance navigation route to Hau River. The objectives of this study are to determine the role of natural and artificial factor including geological structures along the shore, flow regime changes and ship-induced waves… which effect on the erosion and deposition processes to propose the sustainable mitigating solutions. The geology structure of river banks compounded with sand, silk and clay is categorized on the “ROM” scale with five erosion levels such as “Critical”, “Very High”, “High”, “Medium” and “Low” in depths varying and critical shear stress of the shoreline material based on clay-silk content.

The pre-operated and post-operated channel flow mode was simulated by the integrated MIKE 21/3 coupled to evaluate the change in hydrodynamics, sediment transport and erosion process. Waves caused by vessels are an important factor in the operation process, which is measured to the stress affecting on the stability of the river bank. It is proposing sustainable development solutions, planning for maintenance and dredging activities during the operation. The study has also introduced and presented the implementation methods and study results of the three above factors influenced on the operation of the channel for 5 years since 2016.

Study results show that, the inherent geological structure of the QCB is fall into the “low” region benchmarked the ROM scale. Meanwhile, the Tat canal is assessed to be non-stable state. Maximum severity is fallen into “Critical” level as per ROM scale in various depths in respective. Due to artificial canal, simulated current velocity is increased 0.

Moreover, measured ship-generated wave height varies in 0. The height of ship wave depends on loading condition, vessel speed and tidal condition. River banks of QCB channel withstands the critical shearstress of 19.4 N/m2, in respect of shearstress generated by ship wave height of 0. In addition, natural bank structure of Tat canal withstands the shearstress of 5.2 N/m2 which is equal the impact by ship wave height of 0.

The geo-environment at study area is impacted by the natural and human factors. During the operating of the channel, it is necessary to propose the preventive and mitigating v measures to ensure the effectiveness operation of the channel. The controlled measures are based on geological structure, hydrodynamic condition, and ship-generated wave impacts. As results, there are total six (06) protection measures including two (02) non-structure measures (vegetation planting) and four (04) structures have been proposed to apply for every section of the channel.

The slope stable analysis applied for two non-structured measures which has the estimated cost at 5,095,000VND/m to 28,173,000VND/m has provided the stable factor varying on the 1. Due to the risk level, it is recommended to applied the combined measure with aims to reduce the skid pressure and increase the skid-resistance pressure at the eroded sections. Besides, stable analysis results of four structured measures (estimation cost of 34,182,000VND/m to 67,932,000VND/m) is in range of 1. However, it is necessary to carry out additional site survey and monitoring to provide the basis on selecting of mitigation measure with purpose of ensure the sustainable developing and effectiveness operation of the channel both technically and financially.

The maintenance and dredging activities of the channel is based on the simulation of deposition model. As results, the scenario of Low, Medium and High applied for the 11 cross sections of 20.77km of channel provide the total deposited volume of 872,342.88m3/year in respectively. Finally, it is proposed the annual, bi-yearly and 5-year of maintenance plan to ensure the smoothly operation and sustainable development of the channel. vi LỜI CÁM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.

Đậu Văn Ngọ đã quan tâm giúp đỡ, tận tình hướng dẫn và cung cấp tài liệu tham khảo giúp tác giả hoàn thành luận án tiến sĩ. Tác giả xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô giảng viên Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa kỹ thuật Địa chất và Dầu khí đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tác giả trong thời gian làm luận án tiến sĩ. Chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM, Phòng Đào tạo sau đại học, Khoa kỹ thuật Địa chất và Dầu khí, Bộ môn Địa kỹ thuật, Phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành nhiệm vụ. vii MỤC LỤC MỤC LỤC.

viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. xvii MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ BIẾN ĐỔI MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT. Tổng quan về nghiên cứu môi trường địa chất.

Tình hình nghiên cứu môi trường địa chất. Nhu cầu nghiên cứu về biến đổi môi trường địa chất. Tổng quan về nghiên cứu liên quan đến luận án. Tình hình nghiên cứu nước ngoài.

Tình hình nghiên cứu trong nước. Những vấn đề tồn tại trong nghiên cứu biến đổi môi trường địa chất. Đặt vấn đề nghiên cứu của luận án. Cách tiếp cận và phương pháp luận nghiên cứu.

Phương pháp luận nghiên cứu biến đổi môi trường địa chất. Các phương pháp nghiên cứu. ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU .