Các nguyên lý điều tiết tối ưu cấu trúc địa hình lòng sông nhằm khai thác tự nhiên hợp lý

Ch−¬ng 5 c¸c nguyªn lý ®iÒu tiÕt tèi −u cÊu tróc ®Þa h×nhlßng s«ng nh»m khai th¸c tù nhiªn hîp lý §iÒu tiÕt c¸c lßng s«ng lµ mét trong sè Ýt vÝ dô qu¶n lý c¸c hÖ thèng ®éng lùc phøc t¹p cña tù nhiªn phi sinh vËt. §iÒu tiÕt tèi −u sù vËn hµnh cña hÖ thèng dßng − lßng s«ng mét chÕ ®é lµm viÖc æn ®Þnh cña ®èi t−îng kinh tÕ ph©n bè trong lßng s«ng vµ trªn b·i s«ng trong ph¹m vi ¶nh h−ëng cña dßng khi chóng ta sö dông tèi ®a xu thÕ tù nhiªn cña qu¸ tr×nh lßng s«ng, Ýt g©y tæn h¹i nhÊt ®èi víi tù nhiªn vµ c¸c ®èi t−îng kinh tÕ kh¸c, vµ trong khi tu©n thñ c¸c ®iÒu kiÖn ®ã, ph¶i gi¶m thiÓu tèi ®a ®Çu t− vµ chi phÝ khai th¸c. Nh÷ng trë ng¹i chÝnh mang tÝnh nguyªn t¾c trong b−íc ®−êng tèi −u hãa nh− vËy lµ tÝnh biÕn ®éng cao cña hÖ thèng dßng − lßng s«ng, tÝnh nhiÒu nh©n tè tõ bªn ngoµi ¶nh h−ëng tíi sù vËn hµnh cña Môc ®Ých cña ®iÒu tiÕt qu¸ tr×nh lßng s«ng th−êng lµ lµm æn ®Þnh cÊu tróc s½n cã cña hÖ thèng: tr−êng vËn tèc vµ h×nh t d h×nh bÒn ch¾ g tr×nh thñy c«ng; ) t¨ng c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng b»ng c¸ch lµm thay ®æi hoÆc Êt Ýt biÕn ®æi. §−î ng c¸c thÕ kØ 18−1 ªn mét trong c¸c bËc h×nh th¸i ®éng lùc nhiÒu cÊp bËc b»n g tr×n lµ t¹o ra hÖ thèng vµ tæ chøc néi t¹i phøc t¹p cña hÖ thèng. h¸i lßng s«ng hay chÕ ®é thñy v¨n cña s«ng vµ chÕ ®é biÕn ¹ng lßng s«ng. C¸c biÖn ph¸p ®iÒu tiÕt c¬ b¶n lµ: 1) lµm suy yÕu qu¸ tr×nh lßng s«ng b»ng c¸ch t¹o ra ®Þa c cÇn thiÕt cña lßng s«ng nhê c¸c c«n 2 lµ ®Þa h×nh lßng s«ng, hoÆc lµ tr−êng vËn tèc ®Ó ®¹t ®−îc sù æn ®Þnh cÇn thiÕt cña lßng s«ng nhê chÝnh dßng n−íc; 3) t¹o ra lßng s«ng nh©n t¹o víi nh÷ng tham sè cho tr−íc. Th«ng th−êng trong thùc tiÔn ®iÒu tiÕt lßng s«ng, tïy tr−êng hîp cô thÓ ng−êi ta ¸p dông kÕt hîp c¸c biÖn ph¸p ®ã. 5.1. Lµm yÕu qu¸ tr×nh lßng s«ng Lµm yÕu qu¸ tr×nh lßng s«ng ®−îc thùc hiÖn hoÆc b»ng c¸ch gia cè lßng s«ng b»ng nh÷ng c«ng tr×nh thñy c«ng lín, hoÆc b»ng c¸ch t¹o ra c¸c s−ên tùa. Nãi chung ®ã lµ mét biÖn ph¸p h÷u hiÖu ®iÒu tiÕt lßng s«ng. Sù gia cè c¸c lßng s«ng cã t−¬ng tù trong tù nhiªn − c¸c lßng s«ng xuyªn qua ®¸ gèc r c biÕt cã rÊt nhiÒu c¸ch x©y dùng c¸c c«ng tr×nh gia cè bê, chóng ngµy cµng hoµn thiÖn do xuÊt hiÖn nh÷ng vËt liÖu vµ c«ng nghÖ míi. ViÖc gia cè toµn bé lßng s«ng cña mét con s«ng (c¶ bê vµ ®¸y) t−¬ng ®èi hiÕm khi ®−îc ¸p dông tro 9 (mét sè s«ng lo¹i võa cña T©y ¢u [14]), hiÖn nay nhiÒu ®o¹n dµi cña c¸c lßng s«ng tù nhiªn nãi chung ch−a ®−îc gia cè. Th−êng ng−êi ta chØ thùc hiÖn lµm yÕu côc bé qu¸ tr×nh lßng s«ng tr cña ®Þa h×nh lßng s«ng. ThÝ dô, lµm æn ®Þnh h×nh d¹ng lßng s«ng − x©y dùng c¸c bê t−êng − ®−îc thùc hiÖn ë phÇn lín c¸c thµnh phè ven s«ng. Mét sè yÕu tè æn ®Þnh h×nh d¹ng lßng s«ng g c¸c kÕt cÊu ch¾c th−êng gÆp ë hÇu hÕt tÊt c¶ c¸c c«n h thñy c«ng. 135 136 Trong khi lµm yÕu qu¸ tr×nh lßng s«ng b»ng ph−¬ng ph¸p æn ®Þnh chØ mét phÇn lßng s«ng ph¶i l−u ý r»ng c¸c d¹ng lßng s«ng thuéc c¸c cÊp bËc kh¸c nhau kh«ng ph¶n øng nh− nhau hÖ thèng dßng − lßng s«ng. ThÝ cã thÓ lµm t¨ng c−êng sù di chuyÓn cña c¸c h¹t trÇm th× c¸c c«ng tr×nh sÏ ë trong chÕ ®é bÊt æn ®Þnh vµ sÏ l l−îng th«ng tÇu bÞ cè ®Þnh ngh ®èi víi cïng nh÷ng thay ®æi trong dô, viÖc æn ®Þnh h×nh d¹ng lßng s«ng cã thÓ dÉn ®Õn lµm t¨ng nh÷ng biÕn ®æi lßng s«ng ë cÊp c¸c thµnh t¹o néi t¹i lßng s«ng. ThÝ dô, viÖc gia cè bê cña lßng s«ng Ýt uèn khóc cña s«ng Visla (Ba Lan) b»ng c¸c c«ng tr×nh däc bê ë cuèi thÕ kØ 19 ®· g©y nªn sù röa tr«i c¸c b·i båi ven bê, t¸i thiÕt chóng thµnh c¸c bµi gi÷a vµ lµm t¨ng tèc ®é dÞch chuyÓn chóng vÒ phÝa h¹ l−u. æn ®Þnh c¸c thµnh t¹o cÊp trung b×nh − ®ã lµ lµm gi¶m chiÒu réng tÝch cùc cña lßng s«ng, mµi mßn bê lâm, tøc lµm t¨ng c−êng nh÷ng biÕn ®æi d¹ng lßng s«ng. Mét thÝ dô: viÖc gia cè c¸c b·i båi ven bê s«ng Brazos (Mü) b»ng lau sËy ë ®Çu thÕ kØ 20, kÕt qu¶ lµ kh¶ n¨ng ch¶y qua cña s«ng gi¶m rÊt m¹nh [114]. §ång thêi ®é s©u lßng s«ng vµ vËn tèc dßng t¨ng lªn, ®iÒu nµy dÉn tíi t¨ng kÝch th−íc vµ tèc ®é dÞch chuyÓn c¸c thµnh t¹o ®¸y. æn ®Þnh c¸c thµnh t¹o ®¸y − t¹o ra ®é nh¸m nh©n t¹o cña lßng s«ng − th−êng ®−îc ¸p dông trong c¸c kªnh dÉn vµ c¸c dßng xiÕt ®Ó lµm gi¶m vËn tèc ch¶y. Nã hiÕm khi ®−îc ¸p dông ®Ó ®iÒu tiÕt c¸c dßng s«ng tù nhiªn. Nh÷ng nghiªn cøu lý thuyÕt cña B. A. Shuliak [99] cho thÊy r»ng b»ng viÖc t¹o ra vi ®Þa h×nh gia cè trong dßng tÝch do vËn tèc s¸t ®¸y ë bªn trªn c¸c ®Ønh gîn sãng ®¸y t¨ng lªn 10−30 %. Trªn thùc tÕ, b»ng viÖc x©y dùng c¸c hÖ thèng ®Ëp víi ©u thuyÒn, nhê ®ã dßng s«ng tù do trë thµnh mét lo¹t c¸c ®o¹n s«ng bÞ chÆn ch¶y chËm, ®Òu lµm yÕu qu¸ tr×nh lßng s«ng mét c¸ch hoµn toµn vµ ë tÊt c¶ c¸c cÊp bËc ®Þa h×nh lßng s«ng. C¸c dßng s«ng ®−îc thiÕt kÕ ©u thuyÒn cã l−u l−îng vËn t¶i tÇu thñy rÊt lín, bån n−íc th−êng cã chøc n¨ng tæng hîp. Ng−êi ta dïng biÖn ph¸p nµy ®Ó ®iÒu tiÕt c¶ c¸c s«ng kh«ng lín (vÝ dô, s«ng B¾c §onÐt), lÉn c¸c s«ng lín (s«ng Missisipi phÝa trªn Ohaio, s«ng Vonga). Nhê viÖc t¹o ra nh÷ng ®o¹n chÆn mµ c¸c qu¸ tr×nh lßng s«ng thùc tÕ kh«ng biÓu hiÖn, sù tÝch tô trÇm tÝch vµ sù t¸i t¹o bê d¹ng sãng trë nªn ¸p ®¶o [13]. Ph−¬ng ph¸p lµm yÕu qu¸ tr×nh lßng s«ng rÊt tiÖn Ých do nã ®¬n gi¶n vµ h÷u hiÖu, v× vËy nã ®−îc ¸p dông kh¸ réng r·i. Tuy nhiªn, kh«ng thÓ nãi nã lµ ph−¬ng ph¸p tèi −u. HiÖn thùc hãa ph−¬ng ph¸p nµy sÏ dÉn tíi sù biÕn ®æi b¶n chÊt cña ®èi t−îng tù nhiªn − dßng s«ng. Trong khi gia cè lßng s«ng, ng−êi ta cè ý triÖt tiªu tÝnh chÊt chñ yÕu cña hÖ thèng dßng − lßng a«ng − sù t−¬ng t¸c cña c¸c hîp phÇn c¬ b¶n cña nã. B©y giê chØ cßn lµ t¸c ®éng mét chiÒu cña lßng s«ng kh«ng bÞ mµi mßn lªn dßng n−íc. Trong ®iÒu kiÖn ®ã, nÕu h×nh d¹ng vµ c¸c kÝch th−íc cña lßng s«ng v÷ng ch¾c kh«ng t−¬ng thÝch víi c¸c ®Æc tr−ng thñy lùc häc cña dßng u«n cã nguy c¬ bÞ dßng ph¸ hñy. §iÒu nµy kh«ng ph¶i lµ hiÕm trong thùc tÕ ®iÒu tiÕt, ®Æc biÖt víi mét lßng s«ng ®−îc æn ®Þnh kh«ng hoµn toµn. Khi lµm ©u thuyÒn, dßng s«ng kh«ng cßn lµ nã n÷a, mµ trë thµnh mét chuçi bån n−íc d¹ng hå Ýt l−u th«ng, chÊt l−îng n−íc th−êng kÐm ®i, ®iÒu kiÖn sèng cña ®éng vËt, c¸ bÞ ph¸ ho¹i. Trong ph¹m vi hå chøa n−íc x¶y ra qu¸ tr×nh l¾ng bïn, ph¸ hñy bê bëi sãng, gia t¨ng c¸c qu¸ tr×nh tr−ît sôt ®Êt, xuÊt hiÖn mét lo¹t hËu qu¶ bÊt lîi do dao ®éng mïa vµ ngµy cña mùc n−íc. XuÊt hiÖn c¸c vÊn ®Ò ë m¹ng thñy v¨n d−íi ®o¹n chÆn vµ c¸c vïng mùc n−íc biÕn ®æi [96]. L−u iªm ngÆt, vµ trong tr−êng hîp cÇn thiÕt t¨ng l−u l−îng th× hÖ thèng c¸c ©u thuyÒn ph¶i thiÕt kÕ l¹i. ViÖc lµm yÕu qu¸ tr×nh lßng s«ng ®ßi hái ®Çu t− lín vµ chi phÝ khai th¸c ®¸ng kÓ. 137 138 5.2. T¨ng c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng Ph−¬ng ph¸p ®iÒu tiÕt hÖ thèng dßng − lßng s«ng b»ng c¸ch t¨ng c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng ®−îc ¸p dông tõ l©u. §ã lµ thiÕt lËp c¸c ®Ëp ng¨n n−íc vµ c¸c ®Ëp trµn trªn c¸c s«ng T©y ¢u ë thÕ kØ 18−20, chÆn c¸c nh¸nh s«ng kh«ng ch¹y tÇu, x©y dùng c¸c ®Ëp chuyÓn h−íng dßng n−íc v.v.. [14, 136]. Ph−¬ng ph¸p nµy ®· ®−îc c¸c kÜ s− cÇu ®−êng triÓn khai triÖt ®Ó nhÊt ë Nga trong thÕ kØ 19 ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn th«ng tÇu trªn c¸c s«ng lín cña n−íc Nga, n¬i kh«ng thÓ ¸p dông kinh nghiÖm T©y ¢u. §Çu thÕ kØ 20, V. M. Lokhtin vµ N. S. Leliavski ®· x©y dùng c¸c ph− c¸c cÊu tróc ®éng lùc häc cña dßng n−íc trong mét tËp hîp cô thÓ VÒ mÆt kÜ thuËt th× t¨ng ÷ng khóc uèn cña lßng g× ®¸ng kÓ − chÝnh lµ ®Ó ¸ ¬ng ph¸p n¾n s«ng b»ng c¸ch sö dông n¨ng l−îng cña dßng n−íc, cßn N. P. Puz−revski, V. E. Timonov vµ V. G. Kleiber ®· sö dông c¸ch n¹o vÐt ®¸y nh»m cïng nh÷ng môc ®Ých ®ã [15]. Hai c¸ch tiÕp cËn c¬ b¶n nµy vÒ sau ®−îc tæng hîp trong c¸c c«ng tr×nh cña c¸c kÜ s− vµ chuyªn gia Liªn X« vÒ qu¸ tr×nh lßng s«ng − M. V. Potapov, N. I. Makkaveev, A. I. Losievski, N. A. Pgianis−n, V. V. §egtiarev, R. S. Chalov. C¨n cø lý thuyÕt cña ph−¬ng ph¸p t¨ng c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng lµ tÝnh chÊt cña hÖ thèng dßng − lßng s«ng h×nh thµnh nªn nh÷ng tæ hîp h×nh th¸i æn ®Þnh trªn c¬ së nh÷ng biÕn ®æi nhá cña c¸c yÕu tè bÊt æn ®Þnh cña ®Þa h×nh lßng s«ng vµ nh÷ng nh©n tè h×nh thµnh lßng s«ng. c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng − ®ã lµ n¾n l¹i nh s«ng; ph¸ bá c¸c b·i båi vµ doi ®Êt; x©y dùng c¸c luång l¹ch chÝnh ®Ó ph©n phèi l¹i dßng n−íc cho c¸c s«ng nh¸nh hay cho c¸c lßng s«ng réng; dÉn d¾t lßng s«ng tíi bê ®¸ gèc cao; tiÕn hµnh c«ng t¸c n¹o vÐt bïn ®Êt ®Ó t¨ng (hoÆc gi¶m) côc bé vËn tèc vµ ®é s©u dßng; thiÕt lËp c¸t bïn vµ t¹o ra ®é gå ghÒ nh©n t¹o ®Ó lµm t¨ng ®é tÝch tô; thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh l¸i dßng n−íc xiÕt, chÆn bít n−íc, ph©n líp dßng n−íc vµ ®iÒu tiÕt trÇm tÝch; lÊp bá c¸c s«ng nh¸nh trong c¸c lßng s«ng nhiÒu nh¸nh; triÖt tiªu ®Þnh k× vËt c¶n t¹i ®¸y dßng; lÊy bít trÇm tÝch khái c¸c vïng tÝch tô m¹nh theo c¸c tuyÕn thÊm trÇm tÝch vµ kªnh dÉn n−íc... TÊt c¶ nh÷ng biÖn ph¸p nµy th−êng kh«ng ®ßi hái ph¶i biÕt tr−íc c¸c tham sè cô thÓ cña lßng s«ng h×nh thµnh − chØ cÇn ®¸nh gi¸ ®óng xu thÕ ph¸t triÓn cña c¸c biÕn d¹ng lßng s«ng vµ nh÷ng kÝch th−íc tíi h¹n cña lßng s«ng. Tuy nhiªn, ®iÒu nµy kh«ng cã nghÜa r»ng ®èi víi ph−¬ng ph¸p t¨ng c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng kh«ng cÇn mét c¨n cø lý thuyÕt p dông nã cÇn ph¶i biÕt nh÷ng chi tiÕt t−¬ng t¸c dßng vµ lßng s«ng ®Ó lµm sao h−íng qu¸ tr×nh lßng s«ng vÒ phÝa cÇn thiÕt. ThÝ dô, N. I. Makkaveev [68] ®−a ra nh÷ng luËn ®iÓm chung sau ®©y cÇn ph¶i tÝnh ®Õn khi v¹ch ra c¸c tuyÕn trªn c¸c s«ng cã ch¹y tÇu: nghiªn cøu ®Þa h×nh lßng s«ng, triÒn s«ng vµ bê ®¸ gèc, chÕ ®é t¸i h×nh thµnh lßng s«ng t¹i khóc s«ng ®ang xÐt, sù ph©n bè c¸c vïng t¨ng vµ gi¶m dßng ch¶y øng víi l−îng tiªu n−íc chÊp nhËn theo chiÒu réng vµ chiÒu dµi lßng s«ng, nh÷ng ®Æc ®iÓm xuÊt hiÖn c¸c dßng ch¶y hoµn l−u côc bé trong dßng, nh÷ng nguån nhËp trÇm tÝch vµo lßng s«ng, nh÷ng tuyÕn ®−êng di chuyÓn cña c¸c tÝch tô trÇm tÝch, ®Æc ®iÓm ®Êt bê vµ ®¸y. Trong tõng tr−êng hîp cô thÓ ph¶i tÝnh ®Õn nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Æc thï cña qu¸ tr×nh lßng s«ng. N. I. Makkaveev vµ c¸c céng sù cña «ng [66] ®· xem xÐt mét sè l−îng lín c¸c tæ hîp ®iÓn h×nh cña qu¸ tr×nh lßng s«ng vµ nh÷ng nh©n tè quyÕt ®Þnh qu¸ tr×nh lßng s«ng vµ ®−a ra nh÷ng tæ hîp khuyÕn c¸o vÒ c¸c c«ng tr×nh chØnh trÞ. Nh÷ng nguyªn t¾c chung ph¶i qu¸n triÖt trong khi ¸p dông ph−¬ng ph¸p t¨ng c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng lµ: t¹o ra c¸c ®iÒu kiÖn ®Ó di chuyÓn vïng biÕn d¹ng theo h−íng kh«ng mong muèn ®Õn mét n¬i kh¸c cña lßng s«ng vµ kÝch thÝch nh÷ng biÕn d¹ng ng−îc dÊu. ThÝ dô, khi xãi lë m¹nh bê cong lâm vµo cã thÓ 139 140 ®æ r¶i däc bê c¸c khèi tø diÖn ®Ó t¨ng ®é gå ghÒ vµ kÝch thÝch sù tÝch tô trÇm tÝch; b»ng c¸c hÖ thèng c«ng tr×nh n¾n tia n−íc t¹o ra hoµn l−u ngang víi dÊu ®èi ng−îc vµ ®ång thêi kÝch thÝch sù tÝch tô trÇm tÝch; n¾n th¼ng ®o¹n bê cong vµ di chuyÓn c¸c qu¸ tr×nh xãi lë ®Õn chç khoÐt n¾n th¼ng; thùc hiÖn röa thñy lùc nh©n t¹o ë chç bê lâm vµo; thùc hiÖn c¾t xÐn bê nh« ra; t¹o ra vïng tÝch tô ë bê lâm vµo b»ng hÖ thèng bun v.v.. Sù ®a d¹ng c¸c biÖn ph¸p ®iÒu tiÕt lßng s«ng cho phÐp ng−êi ta chän lÊy ph−¬ng ¸n hÖ thèng c«ng tr×nh hiÖu qu¶ vµ rÎ nhÊt trong tõng tr−êng hîp cô thÓ. Trong khi t¨ng c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng cã thÓ kÝch thÝch sù h×nh thµnh l¹i toµn bé phøc hÖ c¸c thµnh t¹o lßng s«ng nhiÒu cÊp bËc sao cho h×nh d¸ng cña lßng s«ng ë c¸c cÊp kh¸c nhau biÕn ®æi hµi hßa. Tuy nhiªn, ë ®©y còng ph¶i l−u ý ®Õn tèc ®é biÕn d¹ng, ®«i khi c¶ dÊu, kh¸c nhau cña c¸c thµnh t¹o ë c¸c cÊp bËc cÊu tróc. Ng−êi ta th−êng hay ¸p dông nhÊt lµ c¸c biÖn ph¸p n¾n lßng s«ng cã kÕt hîp lµm yÕu qu¸ tr×nh lßng s«ng ë mét sè cÊp bËc h×nh th¸i ®éng lùc ®Þa h×nh lßng s«ng víi t¨ng c−êng nã ë c¸c cÊp bËc kh¸c. ThÝ dô, N. C. Leliavski ®· ®Ò xuÊt g©y thiÖt h¹i lín. V× vËy, viÖc t¨ng c−êng qu¸ nh÷ng ®iÒu kiÖn ph−¬ng ph¸p n¾n lßng s«ng b»ng c¸ch gia cè c¸c bê bÞ röa xãi t¹i nh÷ng n¬i uèn cong. Trong ®ã qu¸ tr×nh lßng s«ng ®−îc c−êng hãa ë cÊp bËc c¸c thµnh t¹o ®¸y, t¨ng l−u l−îng trÇm tÝch t¹i c¸c khóc n¾n th¼ng vµ t¨ng ®é s©u lßng s«ng. ¸p dông biÖn ph¸p nµy lµm gi¶m ®¸ng kÓ khèi l−îng n¹o vÐt khai th¸c ®Ó duy tr× ®é s©u th«ng tÇu vµ gi÷ cho c¸c c«ng tr×nh x©y dùng däc bê khái bÞ röa xãi [15]. Còng cÇn ph¶i tÝnh ®Õn sù t¨ng c−êng biÕn d¹ng lßng s«ng víi dÊu ng−îc l¹i nhÊt thiÕt sÏ kÐo theo ë trªn c¸c ®o¹n s«ng liªn hîp kh¸c, dù tÝnh ¶nh h−ëng cña nh÷ng biÕn d¹ng Êy tíi nh÷ng c«ng tr×nh kinh tÕ. Trong mét sè tr−êng hîp, khi sù c−êng hãa qu¸ tr×nh lßng s«ng sÏ dÉn tíi nh÷ng biÕn d¹ng d−, chóng ta ph¶i dïng tíi ph−¬ng ph¸p æn ®Þnh båi hoµn tiÕp theo ®èi víi ®Þa h×nh lßng s«ng. ThÝ dô, trªn c¸c s«ng cña T©y ¢u, n¬i ®· tiÕn hµnh n¾n lßng s«ng mét c¸ch ®¹i trµ b»ng c¸ch lµm hÑp c¶ hai phÝa b»ng c¸c ®Ëp trµn, ng−êi ta ®· ph¶i gia cè ®¸y s«ng b»ng vÖt ®¸ r¶i [14]. Trong nh÷ng tr−êng hîp Êy c¸c ph−¬ng ph¸p t¨ng c−êng vµ lµm yÕu qu¸ tr×nh lßng s«ng thùc tÕ lµ chuyÓn tõ ph−¬ng ph¸p nµy sang ph−¬ng ph¸p kia. Trong khi ®iÒu tiÕt sù vËn hµnh cña hÖ thèng dßng − lßng s«ng b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng, cã thÓ sö dông tèi ®a c¸ch qu¶n lý tèi −u hÖ thèng, tøc lµ ¸p dông nh»m môc ®Ých n¾n n¨ng l−îng riªng cã cña hÖ thèng vµ kh¶ n¨ng thay ®æi t−¬ng ®èi nhá c¸c tÝnh chÊt tù nhiªn. Tuy nhiªn, do nhiÒu bé phËn cña lý thuyÕt qu¸ tr×nh lßng s«ng ch−a ®−îc nghiªn cøu ®Çy ®ñ, sÏ dÉn tíi chç lµ x©y dùng c¸c c«ng tr×nh chØnh trÞ, ®Æc biÖt trªn c¸c s«ng lín víi chÕ ®é lßng s«ng phøc t¹p, lu«n g¾n liÒn víi mét sù m¹o hiÓm lín − thay v× t¹o ra nh÷ng thay ®æi lßng s«ng theo thiÕt kÕ, cã thÓ xuÊt hiÖn nh÷ng thay ®æi kh«n l−êng tr×nh lßng s«ng trªn c¸c s«ng võa ®−îc tiÕn hµnh thËn träng, gåm mét sè giai ®o¹n, cã ®−îc hiÖu qu¶ cÇn thiÕt nhÊt qu¸n vµ chØnh söa c¸c sai lÇm n¶y sinh. Cßn trªn c¸c s«ng lín chñ yÕu ¸p dông gi¶i ph¸p ®¬n gi¶n vµ an toµn nhÊt − n¹o vÐt khai th¸c vµ tõng b−íc, kÌm theo mét vµi yÕu tè chØnh trÞ. 5.3. T¹o lËp c¸c lßng s«ng nh©n t¹o Khi trong lßng s«ng tù nhiªn c¸c biÕn ®æi lßng s«ng diÔn ra m¹nh mÏ th× viÖc ®iÒu tiÕt chóng b»ng nh÷ng ph−¬ng tiÖn kÜ thuËt lµ kh«ng hîp lý v× ®ßi hái chi phÝ c¬ b¶n, chi phÝ khai th¸c cao vµ dÉn tíi biÕn d¹ng hoµn toµn lßng s«ng. Trong ®ã th× viÖc t¹o ra mét lßng s«ng nh©n t¹o (kªnh) bªn c¹nh lßng s«ng tù nhiªn vµ ®−îc cÊp n−íc tõ nã lµ tèi −u. Gi¶i ph¸p 141 142 t−¬ng tù ®−îc chÊp nhËn trong tr−êng hîp kh«ng cã mét dßng n−íc tù nhiªn thÝch hîp ®Ó t−íi, vËn t¶i, cÊp n−íc ë ®Þa ph−¬ng. Trong mét con kªnh nh− vËy cã thÓ t¹o ra chÕ ®é thñy v¨n vµ lßng s«ng thuËn lîi cho c¸c nhu cÇu kinh tÕ. Khi thiÕt kÕ c¸c con kªnh víi lßng mµi mßn ph¶i gi¶i quyÕt hai vÊn ®Ò liªn quan lÉn nhau: lùa chän c¸c kÝch th−íc kªnh ®ñ ®Ó cho qua l−îng n−íc cÇn thiÕt vµ (hoÆc) c¸c tÇu víi träng t¶i ®Þnh tr−íc, vµ ®¶m b¶o ®é di dÞch nhá cña c¸c con kªnh. C¶ hai vÊn ®Ò ®· ®−îc gi¶i quyÕt vµ hiÖn nay ®ang gi¶i quyÕt b»ng chän lùa ®é réng vµ ®é s©u kªnh “æn ®Þnh” t−¬ng øng víi l−u l−îng n−íc ®Þnh tr−íc vµ ®¶m b¶o trong kªnh mét vËn tèc dßng “kh«ng lµm l¾ng bïn”. C¬ së lý luËn cña ®iÒu nµy lµ nguyªn lý vÒ tÝnh cã h¹n c¸c tæ hîp h×nh th¸i vµ ph−¬ng ph¸p liªn hÖ thñy lùc − h×nh th¸i tr¾c ®¹c ®· ®−îc x©y dùng ë Liªn X« trªn c¬ së nguyªn lý nµy vµ lý thuyÕt vÒ chÕ ®é trong s¸ch b¸o Anh − Mü. Tuy nhiªn, do sù ®a d¹ng cña c¸c nh©n tè tù nhiªn quyÕt ®Þnh c¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu tr×nh m« t¶ qu¸ tr×nh lßng s«ng i vµ b¶o phøc t¹p ®· ®−îc ¸p vµ ®iÒu kiÖn biªn cña nh÷ng ph−¬ng , ®Ó dù tÝnh c¸c tham sè æn ®Þnh cña lßng s«ng nh©n t¹o th−êng thiÕu th«ng tin vµ c¸c tham sè ®ã ®−îc tÝnh kh«ng ®óng. Sù ¶nh h−ëng cña nhiÒu nh©n tè quan träng h×nh thµnh lßng s«ng, thÝ dô chÕ ®é thñy v¨n, ch−a ®−îc nghiªn cøu ®Çy ®ñ. Mét con ®−êng tèi −u h¬n nhiÒu, ®ã lµ t¹o ra trong c¸c kªnh lín mét chÕ ®é lßng s«ng thuËn lîi ®Ó khai th¸c chóng, lµm sao ®¶m b¶o ®−îc sù æn ®Þnh cña h×nh d¹ng lßng s«ng, æn ®Þnh côc bé c¸c yÕu tè thµnh t¹o cÊp võa (ë nh÷ng n¬i lÊy n−íc vµ cã c«ng tr×nh) vµ di chuyÓn tÝch cùc m¹nh nhÊt c¸c thµnh t¹o ®¸y, c¸c trÇm tÝch di ®¸y vµ trÇm tÝch l¬ löng. Khi cã vËn t¶i hµng giang, cÇn ph¶i duy tr× l−u l−îng tÇu. Phøc t¹p nhÊt lµ viÖc gi¶i quyÕt bµi to¸n thø nhÊt, v× ë ®©y viÖc lµm yÕu qu¸ tr×nh lßng s«ng ph¶i ®−îc ho¹ch ®Þnh tr−íc. Nªn t¹o ra mét lßng kªnh uèn khóc tho¶i cã gia cè côc bé c¸c bê lâm vµo ë chç uèn khóc b»ng c¸c c«ng tr×nh thñy c«ng cã yÕu tè gia t¨ng ®é gå ghÒ. §ång thêi lßng kªnh uèn khóc sÏ ®¶m b¶o mét chÕ ®é t¸i thiÕt c¸c thµnh t¹o cÊp võa vµ lµm t¨ng sù di chuyÓn c¸c thµnh t¹o ®¸y. NÕu l−îng trÇm tÝch nhËp vµo kªnh vÉn v−ît tréi kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña dßng n−íc th× hoÆc lµ ph¶i lµm cho chÕ ®é thñy v¨n n¨ng ®éng h¬n − t¹o thªm c¸c kªnh th«ng, hoÆc lµ thóc ®Èy c¸c qu¸ tr×nh tÝch tô trÇm tÝch trong c¸c bÓ l¾ng. Nh− vËy, c«ng cô chÝnh ®Ó ®iÒu tiÕt sù vËn hµnh cña hÖ thèng dßng − lßng s«ng lµ lµm t¨ng c¸c qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c gi÷a dßng vµ lßng s«ng. ë ®©y xuÊt hiÖn kh¶ n¨ng sö dông n¨ng l−îng cña dßng n−íc trong lßng s«ng (trong tr−êng hîp ®¸nh gi¸ ®−îc ®óng xu thÕ tù nhiªn cña c¸c qu¸ tr×nh t¸i thiÕt lßng s«ng) ®Ó t¹o ra mét chÕ ®é biÕn d¹ng lßng s«ng cã lîi cho con ng−ê tån ®−îc lßng s«ng nh− lµ mét ®èi t−îng tù nhiªn víi c¸c ®iÒu kiÖn c¶nh quan − sinh th¸i ®Æc h÷u cña nã. C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu tiÕt lßng s«ng kh¸c − lµm yÕu qu¸ tr×nh lßng s«ng vµ t¹o ra c¸c lßng s«ng nh©n t¹o, th× ph¶i sö dông nh− lµ c¸c ph−¬ng ph¸p bæ sung trong tr−êng hîp b»ng ph−¬ng ph¸p chÝnh kh«ng thÓ ®¹t ®−îc hiÖu qu¶ cÇn thiÕt. 5.4. C¸c vÊn ®Ò ®iÒu tiÕt lßng s«ng ë h¹ l−u s«ng Terek b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng ViÖc lµm t¨ng c¸c qu¸ tr×nh lßng s«ng b»ng c¸ch t¸c ®éng tíi h×nh d¹ng lßng s«ng, biÕn ®æi c¶ h×nh d¸ng ho¹ch ®Þnh cña lßng s«ng lÉn h×nh d¸ng cña tr¾c diÖn däc lµ hiÖu qu¶ nhÊt. Trong tr−êng hîp nµy ®Þa h×nh lßng s«ng ë c¸c cÊp bËc tæ chøc thÊp h¬n sÏ ®−îc biÕn ®æi mét c¸ch hµi hßa. ThÝ dô, ph−¬ng ph¸p t¨ng c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng nh− vËy ë c¸c s«ng cã ®é t¸i thiÕt lßng m¹nh vµ cÊu tróc ®Þa h×nh lßng dông ë vïng h¹ l−u s«ng Terek. VÒ trung b×nh, Terek vËn 143 144 chuyÓn 17,1 triÖu tÊn trÇm tÝch øng víi l−u l−îng n−íc n¨m 8,54 km3. Trong 500 n¨m gÇn ®©y, trong ph¹m vi ®ång b»ng ch©u thæ s«ng Terek ®· 7 lÇn thay ®æi vÞ trÝ cña hÖ thèng nh¸nh chÝnh. Chu tr×nh ph¸t triÓn cña mçi hÖ thèng bao gåm sù ph¸ dßng theo mét h−íng míi vÒ phÇn thÊp cña ®ång b»ng ch©u thæ (th−êng lµ do ®−îc kÝch thÝch b»ng c«ng tr×nh xÎ m−¬ng ban ®Çu), thêi kú t¹o ®Çm lau sËy, sù h×nh thµnh c¸c bêm trÇm tÝch phô næi cao lªn trªn khu vùc b»ng trÇm tÝch s«ng, trong ph¹m vi bêm ®ã lßng s«ng ®−îc h×nh thµnh. Chu tr×nh ph¸t triÓn cuèi cïng cña nh¸nh chÝnh ®· b¾t ®Çu vµo n¨m 1914 b»ng ®ît ph¸ dßng Kargalin, chÝnh theo ®ã mµ ng−êi ta gäi tªn nh¸nh chÝnh. Lßng cña s«ng ph¸ Kargalin ®· tr¶i qua tÊt c¶ c¸c thêi kú ph¸t triÓn cña nã: thêi kú h×nh thµnh ®Çm lau sËy (n¨m 1914−1939), i 77) [5]. hµnh n¾n th¼ng nh÷ng chç cong dèc ®øng cña lßng s«ng. Tron thêi kú lßng s«ng nhiÒu nh¸nh æn ®Þnh (n¨m 1940−1962), thê kú lßng s«ng mét nh¸nh n©ng cao (n¨m 1963−19 Sù t¨ng liªn tôc cao tr×nh ®¸y lßng s«ng trong khi tÝch tô trÇm tÝch ®· dÉn tíi gi¶m kh¶ n¨ng tiªu tho¸t n−íc cña lßng s«ng. ThÝ dô, n¨m 1967 kh¶ n¨ng tiªu n−íc cña lßng s«ng Terek ë phÝa d−íi nót s«ng Kargalin (®Ønh ®iÓm cña nh¸nh chÝnh) b»ng 1350 m3/s, ë tr¹m Kytan-Aul (c¸ch nót s«ng 34,5 km vÒ phÝa d−íi) − 1240 m3/s, ë tr¹m Alikazgan (c¸ch 84,3 km) − 400 m3/s. L−u l−îng n−íc cùc ®¹i trong thêi gian lò v−ît trªn 1600 m3/s, t¹i c¸c ®o¹n d−íi cña s«ng, trong ph¹m vi ®ång b»ng ch©u thæ, tõ lßng s«ng xuÊt ra h¬n 3,5 km3 n−íc. §· lµm ngËp c¸c ®iÓm d©n c−, c¸c c¸nh ®ång canh t¸c t¹m thêi, khu vùc n«ng nghiÖp, ph¸ hñy ®ª ®Ëp cña c¸c hå nu«i c¸. Trong c¸c n¨m 1954−1977 tæn thÊt do ngËp lôt −íc tÝnh b»ng 49,1 triÖu róp [62]. BiÖn ph¸p truyÒn thèng ®Êu tranh víi lò ë h¹ l−u s«ng Terek − x©y dùng c¸c ®ª bao ng¨n lò. HiÖn nay, ®ª bao ë bê ph¶i s«ng kÐo dµi ®Õn kil«mÐt thø 80 kÓ tõ nót Kargalin, ë bê tr¸i − ®Õn kil«mÐt thø 100 (b¸n ®¶o Agrakhan). Trªn ®o¹n 0−40 km c¸c ®ª ®¶m b¶o cho qua 2000 m3/s, trªn ®o¹n 40−83 km − 1000−1800 m3/s. Tuy nhiªn, viÖc lµm ®ª bao kh«ng kh¾c phôc ®−îc nguyªn nh©n chÝnh cña c¸c ®ît lò − sù tÝch tô trÇm tÝch vµ röa xãi bê. H¬n n÷a, sù h¹n chÕ vïng ph©n chia n−íc dÉn tíi lµm t¨ng tèc ®é t¨ng tr−ëng cña triÒn s«ng trong kh«ng gian gi÷a c¸c ®ª bao vµ lµm gi¶m tiÕt diÖn −ít cña lßng s«ng. Tõ gi÷a nh÷ng n¨m s¸u m−¬i, ë h¹ l−u s«ng Terek ng−êi ta b¾t ®Çu ¸p dông c¸c ph−¬ng ph¸p lµm t¨ng c¸c qu¸ tr×nh lßng s«ng. T¹i c¸c bê lâm bÞ röa xãi cña c¸c ®o¹n cong dèc ®øng cña lßng s«ng mµ sù di chuyÓn cña chóng cã thÓ dÉn tíi ph¸ ho¹i ®ª vµ trµn n−íc vµo nh÷ng n¬i tròng cña ®Þa ph−¬ng, ng−êi ta thiÕt kÕ m¸i bao tõ nh÷ng yÕu tè cã ®é gå ghÒ cì lín − c¸c khèi bª t«ng tø diÖn. C¸c khèi nµy ®−îc bè trÝ r¶i r¸c thµnh nh÷ng d¶i dµi b»ng 2−3 chiÒu réng cña lßng s«ng vµ t¹i c¸c ®o¹n bÞ xãi röa m¹nh nhÊt. PhÇn lín tr−êng hîp m¸i bao b»ng c¸c khèi tø diÖn t¨ng c−êng sù tÝch tô trÇm tÝch t¹i chç vµ dÉn tíi h×nh thµnh c¸c thµnh t¹o lßng s«ng ë bê lâm cña c¸c ®o¹n s«ng cong gi÷ cho bê khái bÞ xãi tr«i. §Ó lµm gi¶m møc n−íc lò, ng−êi ta tiÕn g ®iÒu kiÖn vïng h¹ l−u s«ng Terek, c¸c r·nh xuyªn hÑp th¼ng trªn nÒn trÇm tÝch cã th¶m c©y bôi dµy ®Æc kh¸ æn ®Þnh, dÇn dÇn bÞ xãi mßn ®Õn ®é réng cña lßng s«ng chÝnh. HiÖn nay ng−êi ta ®· thiÕt kÕ 11 ®o¹n s«ng n¾n th¼ng nh− thÕ, toµn bé hoÆc phÇn lín l−u l−îng n−íc vµ trÇm tÝch ch¶y qua 10, chØ cã 1 bÞ vïi lÊp bëi trÇm tÝch. ChiÒu dµi lßng s«ng ®· gi¶m ®i 4 km, mùc n−íc cùc ®¹i ®· gi¶m 0,1 m ë tr¹m Kytan-Aul, 0,7 m ë nót Kargalin. Do t¨ng vËn tèc trong c¸c r·nh n¾n th¼ng mµ kÝch th−íc cña c¸c thµnh t¹o ®Þa h×nh cì võa h×nh thµnh ë ®ã ®· gi¶m. Chóng nhanh chãng di chuyÓn vÒ phÝa d−íi theo dßng, kh¸c h¼n víi c¸c d¹ng ®Þa h×nh cì võa ë trong lßng s«ng chÝnh 145 146 cña Terek thùc tÕ rÊt æn ®Þnh. Trong thêi gian lò, kÝch th−íc cña c¸c d¹ng ®Þa h×nh vi m« ë ®©y lín h¬n ®¸ng kÓ so víi ë trong lßng s«ng chÝnh. Trong c¸c kªnh th¼ng hÑp (chiÒu réng 30−50 m) víi ®é s©u 6−8 m vµ vËn tèc ch¶y tíi 3,0 m/s ®ang h×nh thµnh nhanh c¸c gß, ®ôn. C−êng ®é biÕn ®æi cña tæ hîp c¸c thµnh t¹o lßng s«ng nhiÒu cÊp trong c¸c ®o¹n n¾n th¼ng lín h¬n ®¸ng kÓ so víi ë trong lßng s«ng chÝnh, ®iÒu nµy thóc ®Èy sù suy tho¸i cña lßng s«ng chÝnh. Trong lßng s«ng Terek cßn l¹i 5 ®o¹n cong ch−a ®−îc n¾n th¼ng víi hÖ sè h×nh d¹ng 6,1 . . .4,1/ =λS . NÕu n¾n th¼ng chóng cã thÓ lµm gi¶m chiÒu dµi s«ng tíi 4,0 km. C¸c tÝnh to¸n tiÕn hµnh theo m« h×nh tr¾c diÖn däc thiÕt kÕ [4, 86] cho thÊy r»ng ®iÒu nµy sÏ dÉn tíi tiÕp tôc t¨ng c−êng qu¸ tr×nh lßng s«ng, gi¶m cao ®é ®¸y vµ mùc n−íc cùc ®¹i tíi 1,0−1,2 m t¹i ®Ønh ®o¹n s«ng. ë phÇn d−íi lßng s«ng Terek ®o¹n n¾n th¼ng lín nhÊt lµ kªnh tho¸t qua b¸n ®¶o Agrakhan. Nhê kªnh nµy mµ cöa s«ng Terek dÞch chuyÓn tõ vïng n−íc n«ng B¾c Kaspi tíi ®íi n−íc s©u B¾c Kaspi. ý t−ëng x©y dùng r·nh tho¸t nh− vËy lµ cña B. A. Shumakov, n¨m 1929 «ng ®· tr¶i qua mét chuyÕn kh¶o s¸t qua vïng ngËp lò vì ®ª Kargalin, ®−a ra lý gi¶i khoa häc s©u s¾c vÒ c¸c qu¸ tr×nh h×nh thµnh lßng s«ng vµ tam gi¸c ch©u s«ng Terek trong nh÷ng ®iÒu kiÖn míi, ®ång thêi lËp dù b¸o sù l¾ng bïn cña vÞnh Agrakhan vµ kh¶ n¨ng hiÓm häa ph¸ dßng míi cña s«ng Terek vµo phÇn thÊp cña ®ång b»ng ch©u thæ [100]. Nhê kÕt qu¶ thiÕt kÕ r·nh tho¸t, chiÒu dµi s«ng Terek ®· gi¶m 25 km (®o¹n lßng s«ng phÝa b¾c kÐo dµi 30 km ®· ®−îc thay thÕ b»ng kªnh dµi 5 km). Mùc n−íc ë ®Çu r·nh tho¸t ®· gi¶m 3 m. T¹i ®o¹n d−íi cña lßng s«ng ®· h×nh thµnh ®−êng cong gi¶m mÆt n−íc tù do víi ®é dèc trong r·nh 4108 −⋅ . B¾t ®Çu qu¸ tr×nh x©m thùc m¹nh ë ®¸y vµ c¸c bê r·nh tho¸t vµ lßng s«ng. Ngay sau 1 th¸ng ®íi t¨ng ®é dèc mÆt n−íc tù do vµ x©m ßng ®· lan lªn tíi 20 km vÒ phÝa trªn s«ng, sau 13 th¸ng sau khi më r·nh tho¸t − tíi 45 km. Vïng xãi mßn cùc ®¹i, t−¬ng øng víi vïng t¨ng cùc ®¹i ®é dèc mÆt n−íc, sau 1 n¨m khi më r·nh tho¸t ®· ph©n bè ë 10 km c¸ch cöa s«ng (xãi lë ë ®©y b»ng 2,1 m), sau 2 n¨m − 15 km c¸ch cöa (2,3 m), sau 6 n¨m − 20 km c¸ch cöa (1 m), sau 10 n¨m − 26 km thùc s©u cña l c¸ch cöa (0,4 m). vì c¸c ®ª bao vµ ngËp lôt ë ®Þa ph−¬ng. Tæng céng trong lßng s«ng Terek trong n¨m 1973 vµ tõ n¨m 1977 ®Õn n¨m 1987 ®· xãi tr«i 4,54 triÖu m3 trÇm tÝch, trong ®ã 3,94 triÖu m3 mang ra biÓn, phÇn cßn l¹i t¸i l¾ng ®äng trong lßng s«ng [62]. Sù c−êng hãa qu¸ tr×nh lßng s«ng trªn tÊt c¶ c¸c cÊp bËc cÊu tróc khi thiÕt kÕ n¾n dßng qua b¸n ®¶o Agrakhan ®· lµm gi¶m m¹nh nguy c¬ lò lôt ë h¹ l−u s«ng. Vµo c¸c n¨m 1978−1989, ë h¹ l−u s«ng Terek ®· diÔn ra nh÷ng ®ît lò víi l−u l−îng n−íc cùc ®¹i ®Õn 900 m3/s. Mùc n−íc biÓn Kaspi trong thêi kú ®ã n©ng cao 1,3 m, nh−ng trong nh÷ng n¨m ®ã kh«ng x¶y ra Tuy nhiªn, viÖc c−êng hãa quy m« lín qu¸ tr×nh lßng s«ng, thay ®æi c¨n b¶n h×nh d¹ng lßng s«ng ë vïng cöa s«ng cã ¶nh h−ëng tiªu cùc tíi t×nh tr¹ng sinh th¸i trong khu vùc. ViÖc dÉn l−u s«ng Terek vµo B¾c Kaspi ®· dÉn tíi lµm kh« h¹n phÇn