Đánh giá tình hình biến động lòng dẫn hạ lưu sông thu bồn từ giao thủy tới cửa đại bằng công nghệ viễn thám - Gis

Đánh giá Tình hình biến động lòng dẫn hạ lưu sông Thu bồn từ giao thủy tới cửa đại bằng công nghệ viễn thám- gis PGS. TS. Vũ Minh Cát, Phòng Quản lý khoa học & HTQT Tóm tắt: Trong những năm gần đây, mưa lũ ngày càng có xu thế ác liệt, thêm vào đó là các tác động ngược do con người gây ra như phá rừng, các hoạt động dân sinh, kinh tế chưa hợp lý gây nên những biến động mạnh mẽ hạ lưu sông. Thông qua việc nghiên cứu diễn biến sông bằng công nghệ viễn thám, bài báo mong muốn đóng góp những giải pháp nhằm hạn chế và giảm nhẹ thiệt hại do xói lở gây ra nhằm phát triển bền vững kinh tế xã hội cho khu vực. 1. Mở đầu Sông Thu Bồn bắt nguồn từ sườn núi phía đông dãy Trường Sơn, có độ cao trung bình khoảng 200-300m, với đỉnh Gle-lang ở thượng nguồn dòng chính Thu Bồn có độ cao lớn nhất đạt tới 1855m. Trước khi chảy vào vùng đồng bằng trũng thấp ven biển, sông Thu Bồn có hai nhánh chính Thu Bồn và Vu Gia nối với nhau bằng sông Quảng Huế tại khu vực huyện Đại Lộc - tỉnh Quảng Nam, sau đó chảy ra biển trên miền đồng bằng với nhánh sông ái Nghĩa chảy ra cửa Hàn và nhánh Thu Bồn chảy ra cửa Đại. Bài báo này trình bày nghiên cứu biến động lòng dẫn nhánh Thu Bồn với chiều dài tới cửa Đại khoảng 40 km. Các thành tạo trầm tích trên bề mặt đồng bằng chủ yếu là loại vật liệu bở rời (cát thô, cát nhỏ, cát pha). Dọc theo các lòng dẫn không có các hệ thống đê bao và đê ngăn lũ, dòng nước lũ thường chảy tràn mặt bãi và không bị bó hẹp trong một không gian "cứng", nên lòng dẫn có điều kiện phát triển "tự do" trong quá trình tiến hoá tự nhiên của dòng sông. Mùa mưa lũ ở vùng nghiên cứu từ tháng IX đến tháng XII với tổng lượng dòng chảy chiếm từ 70% đến 80% tổng lượng dòng chảy năm. Lũ chính vụ xảy ra chủ yếu trong hai tháng X và XI. Lưu tốc dòng chảy lũ, biên độ lũ và cường suất lũ đều rất lớn (Bảng 1) Bảng 1: Lưu tốc, biên độ và cường suất lũ tại Nông Sơn và Giao Thủy Trạm Vmax Biên độ lũ H (m) H/t (cm/h) Nông Sơn 3.74 9.00 109.0 Giao Thủy 2.95 5.82 84.6 Mật độ dân số trên vùng đồng bằng khá cao (trên dưới 1000 người/km2), các hoạt động kinh tế có xu thế can thiệp khá sâu vào vùng hoạt động của dòng sông và do vậy tác động không nhỏ tới chế độ dòng chảy, làm tăng thêm tính phức tạp tình hình bồi xói lòng dẫn. 2. Phương pháp thực hiện Phương pháp sử dụng trong nghiên cứu là giải đoán thông tin trên các ảnh máy bay, ảnh vệ tinh, bản đồ địa hình và các tài liệu khác có liên quan để phân tích tình hình diễn biến lòng dẫn Thu Bồn. Có thể nêu tóm tắt qui trình xử lý thông tin từ ảnh và bản đồ địa hình theo sơ đồ tóm tắt trên hình vẽ số 2, với việc sử dụng các phần mềm xử lý ảnh và hệ thông tin địa lý (GIS). T ư l i ệ u n h ậ p v à o ả n h m á y b a y , ả n h v ệ t i n h B ả n đ ồ đ ị a h ì n h C á c t ư l i ệ u l i ê n q u a n k h á c L ự a c h ọ n ả n h , c h ọ n l ư ớ i t o ạ đ ộ , t i ề n x ử l ý c á c t ư l i ệ u n h ậ p v à o S ố h o á ả n h t ư ơ n g t ự , n ắ n c h ỉ n h h ì n h h ọ c t h e o l ư ớ i c h i ế u U T M T r i ế t x u ấ t t h ô n g t i n , l ậ p b ả n đ ồ c h u y ê n đ ề , t í n h t o á n , p h â n t í c h k ế t q u ả K ế t q u ả x ử l ý I n k ế t q u ảL ư u g i ữ Hình 2: Công cụ và qui trình phân tích diễn biến lòng sông bằng công nghệ GIS Nguồn tư liệu sử dụng là ảnh vệ tinh và bản đồ địa hình UTM... ghi nhận hiện trạng đoạn hạ lưu sông Thu Bồn ở những thời gian khác nhau 1965, 1981, 1988, 1996 và đã được các cơ quan chuyên môn nắn chỉnh đưa về cùng hệ toạ độ để có thể so sánh sự biến đổi của hệ thống sông qua các thời kỳ khác nhau 3. Tình hình biến động lòng dẫn hạ lưu sông thu bồn Qua phân tích hiện trạng lòng dẫn hạ lưu sông Thu Bồn trong các thời kỳ khác nhau trên cơ sở ảnh vệ tinh các năm 1965, 1981, 1988, 1996 và các tư liệu có liên quan cho chúng ta hình ảnh về tình hình biến động lòng dẫn hạ lưu sông Thu Bồn. Tổng quan diễn biến đoạn hạ lưu từ 1965 đến 1996 thể hiện trong hình 3. 611 603 610 QL.1 607 608 609 QL.1 610 610 609 605 222 2 2 2222 202020 20 20 20202020 101010 10 10 10101010 666 6 6 6666 222 2 2 2222 202020 20 20 20202020 666 6 6 6666 Cẩm ChâuCẩ Châu Cẩm HàCẩ à ẩ à P. Minh AnP. inh n. i . i Điện PhươngĐiện Phươngi iệ Cẩm AnCẩ An ẩ Điện MinhĐiện inhi i iệ i TT. Vĩnh ĐiệnTT. Vĩnh Điện. ĩ i. ĩ iệ. Điện Aniện ni iệ Cẩm KimCẩ i i i Duy PhướcDuy Phước y ớc Cẩm NamCẩ Na ẩ a TT. Nam PhướcTT. a Phước. . c Duy Thànhuy Thành Duy VinhDuy Vinh i y i Điện PhongĐiện Phongi iệ Điện TrungĐiện Trungi iệ r g Bình GiangBình iangì iì i Bình DươngBình Dươngì ì ơ g Duy Nghĩauy ghĩa ĩ ĩ Duy Hảiuy ải i i Cẩm ThanhCẩ Thanh Điện NamĐiện Nai iệ Điện PhướcĐiện Phướci iệ c Điện ThọĐiện Thọi iệ Duy TrinhDuy Trinh i ri Điện QuangĐiện uangi iệ Duy ChâuDuy Châu Quế Phúuế Phú ếQuế Xuân uế Xuân ế â Duy TrungDuy Trung y r g Điện HồngĐiện ồngi iệ Duy HoàDuy oà TT. ái NghĩaTT. ái Nghĩa. i ĩ. i ĩ. Đại Hoàại oài i Bình NguyênBình guyênì ì êQuế Cườnguế ường ế Bình Minhì iì iì i Bình ĐàoBình Đàoì ì ào Điện Thắngiện Thắngi iệ Điện Tiếniện Tiếni iiệ iế Đại Cườngại ườngi i Điện Dươngiện ươngi iệ Bình AnBình Anì ì Điện HoàĐiện oài iệ Đại Hiệp Duy Phú Duy Sơn Bình Phục 180 1 2 0 2 2 02 40 140 2 6 02 8 060 16 0 2 0 80 40 580 64 0 520 680 740 78 0 540 3 2 0 34 0 3 6 0 560 42 0 -2 -6 -2 2 2 -1 0 50 1 5 0 7 2 0 660460 2 0 0 60 0 50 0 300 0 -9999 -19998 12 1 9 2 194 0 0 0 0Sô ng Th u B ồn Sô ng Th u B ồn ô g ồ Sô ng h u ồn Sôn g T hu Bồ n ô g ồ Sông Bà RénSông Bà Rén é Cửa ĐạiCửa Đại i i Biển Đôngi i Ghi Chú i Lòng sông năm 1965 ò g sô g ă 1965 Lòng sông năm 1996 s Đường giao thông i t i t i t Đường sắt s t s t s t Bản đồ biến động lòng dẫn sông thu bồn giai đoạn 1965 - 1996 - Tỷ lệ 1/100.000 i i i - - / . i i i - - / . i i i - - / . Thông thường ở vùng hạ lưu các dòng sông, quá trình phát triển lòng dẫn diễn biến theo chu kỳ khép kín, qua các giai đoạn trong một chu kỳ như sau (hình 4) - Chảy thẳng ổn định, - Uốn cong hạn chế về một phía, - Uốn cong chưa hoàn thiện, - Uốn cong hoàn thiện, - Chảy cắt thẳng (kết thúc một chu kỳ uốn khúc). Hình 4: Chu kỳ phát triển của đoạn sông cong (1) Chảy thẳng ổn định (4) Uốn cong hoàn thiện (2) Uốn cong hạn chế về một phía (5) Chảy cắt thẳng (3) Uốn cong chưa hoàn thiện Trong thực tế, nhiều trường hợp có quá trình uốn khúc chỉ dừng ở mức uốn cong hạn chế hoặc uốn cong chưa hoàn thiện (không đạt tới giai đoạn uốn cong hoàn thiện) do sự chi phối của địa hình nền móng địa chất và các nhân tố thủy văn-thuỷ lực. Dựa vào đặc điểm hình thái và địa mạo khác nhau, có thể chia vùng hạ lưu sông Thu Bồn thành 2 đoạn như sau: - Đoạn sông Thu Bồn từ hợp lưu tới Câu Lâu, dài 23,8 km - Đoạn sông từ Câu Lâu tới Hội An, dài 7,6 km a. Lòng dẫn sông Thu Bồn từ hợp lưu tới Câu Lâu Thời điểm năm 1965 trên đoạn sông này xuất hiện liên tiếp 8 đỉnh cong, đó là Điện Phước (1), Điện Quang, Điện Phước (2), Điện Trung, Điện Minh (1), Điện Phong, Điện Minh (2) và Câu Lâu như hình 5 . Đoạn lòng dẫn sông Thu Bồn từ hợp lưu tới Câu Lâu có quá trình phát triển mạnh mẽ, gắn liền với hiện tượng biến đổi là chảy uốn khúc - cắt thẳng - uốn khúc. Do địa hình vùng đồng bằng sông Thu Bồn không có hệ thống đê khống chế nên quá trình này diễn ra một cách tuần tự, lần lượt về phía hạ lưu sông. 1 2 3 4 5 6 7 8 Hình 5: Các đỉnh cong năm 1965 Hai date ảnh năm 1965 và 1981 cho thấy trong vòng 16 năm, đỉnh cong số 5 (Điện Minh 1) đã bị cắt thẳng, trong khi đỉnh cong Điện Minh 2 đã cắt dòng, bán kính cong của đỉnh này ngày càng nhỏ và dịch về phía hạ lưu. Bán kính cong lớn nhất xác định trên thực địa được kiểm nghiệm trên bản đồ khoảng 730 m. Như vậy, biên độ dịch chuyển lớn nhất sang hai phía của trục sông khoảng 1.5 km đến 2.0 km. Đây là biên độ dịch chuyển tối đa của lòng dẫn và là vùng hoạt động của con sông. Đây là một đoạn sông cong, bờ lõm của sông cong luôn bị xói, bờ lồi luôn luôn được bồi do sự vận chuyển không ngừng của bùn cát theo phương ngang làm cho mặt phẳng của sông luôn thay đổi. Trong trường hợp phát triển tự do, bán kính cong ngày càng nhỏ, dần dần phát triển thành đoạn cong gấp mà điểm đầu và điểm cuối của đoạn cong rất gần nhau (gọi là eo đất). ở thời kỳ nước cạn, khi mực nước thấp, dòng nước chảy theo bờ cong. Tuy nhiên vào mùa lũ, khi mực nước trong sông dâng cao dần đến khi tràn bãi thì dòng chảy trên bãi có xu hướng đi theo đường có độ dốc lớn nhất hay đường ngắn nhất, dưới tác dụng lâu dài, thường thường trên eo đất hình thành những rãnh nước, khi gặp lũ lớn hoặc các điều kiện có lợi khác thì các rãnh đó phát triển thành dòng rẽ của sông và hình thành hiện tượng cắt dòng tự nhiên. Sau khi cắt dòng sẽ hình thành đoạn lòng dẫn mới. Trên đoạn này, do độ dốc lớn dẫn tới lưu tốc lớn, kéo theo sức tải cát cũng tăng lên. Mặt khác, cửa vào thường chạy sát với bờ lõm của đoạn cong nên dòng nước chảy vào ở phần trên mặt mang ít bùn cát, do đó ở đoạn sông mới này xảy ra xói lở rất mạnh, mặt cắt mở rộng rất nhanh. Ngược lại, đoạn sông cũ (cong) vì độ dốc nhỏ, lưu tốc nhỏ, sức tải cát của dòng nước cũng nhỏ, lại thêm dòng nước chảy vào thường là nước mang nhiều bùn cát nên bị bồi rất mạnh mặt cắt giảm đi rất nhanh. Đoạn sông cũ thoái hoá dần hình thành đoạn sông chết. Sau khi sông cũ hoàn toàn ngừng chảy thì sông mới sẽ phát triển thành đoạn sông đơn nhất có thể cho toàn bộ lưu lượng của sông chảy qua. Hình 6: Hiện tượng cắt dòng tại đỉnh cong Điện Minh 1&2. Đến năm 1988, đoạn sông biến đổi như hình 7 và đỉnh cong Điện Minh 2 đã hoàn thành quá trình cắt dòng tự nhiên trong vòng 7 năm. Hiện tượng này tiếp tục dịch chuyển về hạ lưu tại đỉnh cong Câu Lâu (đỉnh cong 8). Đến năm 1996 (trong vòng 9 năm) đỉnh cong Câu Lâu đã gần bị thoái hoá hết. Hình thái của đoạn sông nghiên cứu đã gần như chảy thẳng, chỉ còn đỉnh cong Điện Phước 1 và Điện Quang ở ngay sau phần hợp lưu của sông Thu Bồn. Theo số liệu khảo sát năm 2000, đỉnh cong 2 (Điện Quang ) cũng đã có hiện tượng cắt dòng. Như vậy, lần lượt các đỉnh cong đều xảy ra hiện tượng cắt dòng gây nên sự biến hình của dòng sông. Hình 7: Hiện tượng chảy thẳng ở đỉnh cong Điện Minh 2 Hình 8: Đỉnh cong Câu Lâu Điều này cho thấy rằng, lòng dẫn đoạn hạ lưu từ đoạn nhập lưu Thu Bồn đến cầu Câu Lâu rất dễ biến động và việc hình thành đoạn sông mới, hay xoá một đoạn sông đang tồn tại có thể xảy ra ngay sau một trận lũ. Tính “linh động” của lòng dẫn là hệ quả của chế độ lũ khá khắc nghiệt, nền địa chất dễ rửa trôi và quá trình này càng trở nên khốc liệt, càng được đẩy nhanh khi có tác động ngược của con người. b. Lòng dẫn sông Thu Bồn từ Câu Lâu tới Hội An Đoạn sông này tiếp tục phân chia ra các nhánh và tạo ra các bãi bồi lớn như xã Điện Phương (huyện Điện Bàn), các xã Cẩm Kim, Cẩm Nam (thị xã Hội An) và xã Duy Vinh (huyện Duy Xuyên). Hình 9: Diễn biến lòng dẫn đoạn cửa sông Hội An (1965 - 1996) Kết quả chồng date ảnh năm 1965, năm 1996 đoạn sông này xói lở rất mạnh. Hiện tượng xói lở và bồi tụ trên diện rộng xảy ra cả hai phía bờ sông. Tại khu vực khu phố cổ Hội An, biến động lòng dẫn sông Thu Bồn liên quan đến quá trình đổi hướng dòng chảy trên lòng dẫn chính. Hậu quả là nhiều đảo cát bồi tụ bị xói lở nghiêm trọng. Có những đảo lớn từ lâu đã trở thành các khu dân cư quan trọng như Cẩm Nam, Cẩm Kim (thị xã Hội An) đã bị xói rất mạnh. ở đây còn thấy có một hiện tượng đảo cát "trôi" di chuyển tương đối mạnh do tác động kết hợp của dòng nước lũ và thuỷ triều, gây xói lở đầu cồn cát phía thượng du và bồi tụ chân cồn phía hạ du. Các đảo cát "trôi" dạng này có xu hướng dịch chuyển dần về phiá cửa sông. 4. kết luận Qua phân tích ảnh vệ tinh và khảo sát thực địa có thể đưa ra một số nhận xét về đặc điểm diễn biến hiện tượng xói lở, bồi tụ và phát triển lòng dẫn đoạn hạ lưu như sau: (a) Phần đồng bằng sông Thu Bồn là vùng tập trung dân cư cũng như các công trình dân sinh kinh tế, nhưng lại là phần có diễn biến phức tạp nhất. Do đặc điểm vật liệu thành tạo nên địa hình đồng bằng sông Thu Bồn chủ yếu là các loại cát và cát pha bở rời, rất dễ bị di chuyển do tác động của dòng nước. Thêm vào đó lượng dòng chảy tăng lên do hợp lưu hai dòng sông, trong khi không có hệ thống đê ngăn nước lũ nên lòng sông Thu Bồn luôn bị thay đổi bởi quá trình uốn khúc- cắt thẳng- uốn khúc. Phạm vi hoạt động của sông tới 3 km theo chiều vuông góc với trục dòng chảy. (b) Do vật liệu thành tạo nên địa hình đồng bằng hạ du sông Thu Bồn chủ yếu là các loại cát và cát pha bở rời, rất dễ bị di chuyển do tác động của dòng nước. Biến động điển hình trong lòng sông là hiện tượng xói lở ở các đỉnh uốn cong và trên các bãi cát bồi theo dạng các đảo "cát trôi". Hiện tượng xói lở, đổi dòng gây ra các vùng xói lở cục bộ, có ảnh hưởng tới các khu dân cư ven sông từ sau ngã ba ra đến cửa sông. (c) Những biến động vùng cửa sông Thu Bồn còn chịu ảnh hưởng của hệ thống cơ sở hạ tầng bao gồm đường xá, công trình thuỷ lợi, nhà máy, công xưởng v.v., đặc biệt là vai trò của quốc lộ 1A và đường sắt Bắc Nam. Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự biến động lòng dẫn hạ lưu Thu Bồn là kết quả tổng hợp của quá trình tự nhiên (cấu tạo địa chất và chế độ dòng chảy) và tác động của con người ngày càng mạnh mẽ. Với đặc điểm như vậy thì bất cứ một sự can thiệp nào, nếu không xem xét một cách tổng thể đều có thể dẫn tới những hậu quả không thể dự tính được. Thông qua kết quả nghiên cứu viễn thám, GIS, có thể đưa ra một số định hướng nhằm hạn chế xói lở và điễn biến đoạn hạ luư dòng sông Thu Bồn là: - Phải “giành không gian” cho sông với chiều rộng khoảng 3 km. Trong phạm vi này không xây dựng các công trình kiên cố, không trồng cây lâu năm và có kế hoạch chuyển dần số dân đang sống trong “không gian của sông” để đảm bảo an toàn tính mạng và tài sản và tăng khả năng thoát lũ. Chỉ xem xét xây dựng những công trình bảo vệ bờ cho những đoạn sông, các khu vực dân sinh, kinh tế, các công trình văn hoá, xã hội quan trọng không thể di dời được. - Nghiên cứu và cho phép khai thác cát ở một số đoạn để khơi thông dòng chảy, đảm bảo mặt cắt ướt ngay cả trong thời kỳ nước thấp. - Quan tâm đến qui hoạch nông thôn, đặc biệt là khu vực thấp vào mùa lũ hướng dòng chảy có thể đi qua gây thiệt hại về người và tài sản. - Nghiên cứu các công trình cắt ngang dòng chảy hiện có và khuyến nghị các giải pháp nhằm tăng cường khả năng thoát lũ và giảm thiểu tình hình bồi xói. Giải pháp ổn định lòng sông, bờ sông nói chung, phòng chống sạt lở bờ nói riêng là sự phối hợp một cách hợp lý giữa hai biện pháp phi công trình và công trình, nhằm mục đích là phòng, tránh những tác hại xấu và phát triển bền vững vùng hạ lưu sông. Tài liệu tham khảo 1. Báo cáo “Qui hoạch phát triển và bảo vệ tài nguyên nước lưu vực sông Vũ Gia- Thu Bồn phần Qui hoạch chi tiết phòng chống xói lở “ , 1999 - 2001 2. Báo cáo "Nghiên cứu các giải pháp thoát lũ, phòng tránh xói lở và bồi lấp cửa sông Vũ Gia -Thu Bồn" , 2001- 2003 3. Đặng Văn Bào, Nguyễn Vi Dân, 1996 Lịch sử phát triển địa hình dải đồng bằng Huế-Quảng Ngãi. Tạp chí Khoa học-Chuyên san Địa lý 1996-Đại học Quốc gia Hà Nội. Tr. 7-14 4. Vũ Văn Phái, 1996 Địa mạo khu bờ biển hiện đại Trung Bộ Việt Nam. Luận án PTS khoa học địa lý-địa chất. Đại học quốc gia Hà nội. 5. Phạm Quang Sơn và nnk,1996 Đặc điểm động thái vùng cửa sông Thu Bồn và khu vực phố cổ Hội An. Địa chất tài nguyên -Tập I. Trung tâm Khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia. Nhà xuất bản KHKT, Hà Nội. Summary: Recently hydrological regime in the studied catchment trends to become more serious. In addition, negative activities such as deforestation, uncontrol planing of socio-economic activities cause a vast change of river morphology. Using GIS technology, author find out the evolution of downstrean section of Thu Bon river and suggest the solutions in order to mitigate risks caused by erosion and sustainably to develop the area.