1

Nguồn : Google EarthHình 1: Vị trí đoạn sông nghiên cứu

CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG CẤM TRÊN LUỒNG TÀU VÀO CẢNG HẢI PHÒNG

KS. Đào Nguyên Quý & KS. Lương Phương Hợp Tổng công ty Tư vấn Thiết kế GTVT (TEDI) I. ĐẶT VẤN ĐỀ:

Từ những năm 1983 đến năm 1990, việc duy trì độ sâu chạy tàu trên luồng tàu vào cảng Hải Phòng luôn phải đương đầu với hiện tượng sa bồi nghiêm trọng. Cùng khoảng thời gian đó đã có nhiều công trình nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật giảm thiểu mức độ sa bồi cho luồng tàu vào cảng Hải Phòng được áp dụng và đã mang lại một số kết quả nhất định. Dự án xây dựng công trình chỉnh trị đoạn luồng sông Cấm – Đình Vũ trên luồng tàu vào cảng Hải Phòng nhằm mục tiêu cải thiện điều kiện chạy tàu, tiết kiệm chi phí nạo vét duy tu luồng hàng năm được triển khai xây dựng trong khoảng thời gian 1991 – 1996 là một trong số các công trình nghiên cứu của các kỹ sư tư vấn TEDI đã được áp dụng và mang lại hiệu quả trên thực tế. Để đi đến một tổng kết về nghiên cứu, thiết kế chỉnh trị sông vùng ảnh hưởng triều và đánh giá hiểu quả kỹ thuật công trình chỉnh trị luồng tàu sông Cấm một cách toàn diện, trên cơ sở phân tích tài liệu khảo sát hiện trường và kết quả nghiên cứu trên mô hình toán 2 chiều Mike-21HD, bài viết này bước đầu tập trung đánh giá hiệu quả kỹ thuật đạt được của dự án chỉnh trị đoạn sông Cấm trên luồng tàu vào cảng Hải phòng đã triển khai xây dựng trong giai đoạn từ năm 1991 đến năm 1996.

II. KHÁI LƯỢC VỀ DỰ ÁN & ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CHỈNH TRỊ. II.1:Vị trí và nhận dạng đoạn sông nghiên cứu: Đoạn luồng sông Cấm từ Phà Bính đến kênh Đình Vũ dài ≈ 9,0 km, chảy qua giữa địa phận thành phố Hải Phòng (bờ phải) và huyện Thủy Nguyên (bờ trái). Đoạn từ Phá Bính đến cửa sông Ruột Lợn dài khoảng 3,0 km, tuyến sông có hướng SW-NE. Đoạn từ cửa sông Ruột Lợn dài khoảng 6,0 km, tuyến sông có hướng NW-SE.

Trên mặt bằng, đoạn sông Cấm từ Phà Bính đến kênh Đình Vũ có dạng uốn cong không hoàn thiện, độ cong nhỏ, mặt bằng tuyến sông khá ổn định và bị ràng buộc bởi hai bờ sông với các công trình nhân tạo dọc bờ. Theo cách phân loại hình dạng lòng dẫn, đoạn sông nghiên cứu có thể xếp vào loại đoạn sông cong có dạng “vai trâu” thuộc nhóm sông có hình dạng cong gấp khúc.

2

Nguồn: Google Earth Hình 2: Vị trí các kè RL1, RL2, RL2 & RL4

trên bờ trái đoạn cửa sông Ruột Lợn

II.2: Tình hình khai thác đoạn luồng sông Cấm trước khi xây dựng công trình . Trong những năm từ 1983 đến 1990, độ sâu đoạn luồng sông Cấm từ kênh Đình

Vũ đến cảng Hải Phòng bị suy giảm nặng nề. Cao độ đường trũng sâu đi qua các đoạn gềnh cạn hạ lưu cầu No 0 chỉ đạt – 5,0m; hạ lưu cửa sông Ruột Lợn – 4,1 m (cá biệt có năm chỉ đạt – 3,6 m); và – 4,4 m đến – 4,6 m ở Hạ Đoạn. Cao độ đáy luồng khai thác trước mỗi kỹ nạo vét duy tu chỉ vào khoảng – 3,6 m đến -3,9 m. Theo kết quả nghiên cứu chế độ thủy lực đoạn sông thông qua mô hình toán hai chiều Mike – 21HD cho thấy trong chế độ tự nhiên (chưa xây dựng công trình chỉnh trị, năm 1990), tại mức nước + 2,0 m, dòng chảy phân tán, lưu tốc dòng chảy nhỏ và giá trị lưu tốc chỉ đạt 0,3 – 0,5 m/s ở cả khi triều lên và khi triều rút. Lưu tốc tại đoạn cong Ruột Lợn có xu hướng ép sát bờ cong, giá trị lưu tốc lớn hơn các khu vực khác và đạt 0,5 – 0,6 m/s (lớn nhất đạt 0,6 m/s).

Để đáp ứng nhu cầu khai thác của cảng Hải Phòng, hàng năm trên đoạn luồng này công tác nạo vét duy tu đã phải thực hiện với khối lượng trung bình khoảng 530.000 m3/năm nhưng cao độ đáy luồng khai thác đạt được ngay sau nạo vét lại giảm từ - 5,2 m (năm 1984) xuống – 4,5 m (năm 1989).

Trên thực tế, mặc dầu việc nạo vét duy tu hàng năm được tiến hành khá đều đặn nhưng độ sâu luồng sau nạo vét cũng chỉ duy trì được một thời gian ngắn khoảng 3-6 tháng. Sau mỗi mùa lũ, cao độ gềnh cạn trên luồng gần như trả lại trạng thái tự nhiên trước nạo vét duy tu. Hiện tượng tái bồi lấp luồng nạo vét đã ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu quả khai thác cảng Hải Phòng lúc bấy giờ.

II.3: Tóm tắt quy mô và quá trình triển khai dự án chỉnh trị luồng sông Cấm. Mục tiêu ban đầu đặt ra đối với dự án là cải thiện độ sâu chạy tàu trên luồng sông

Cấm để tăng khả năng thông qua tàu bè ra vào cảng Hải Phòng; mục tiêu cụ thể cho giai đoạn trước mắt là đạt chiều sâu luồng chạy tàu tối thiểu 5,0m (tính từ mức “0” Hải đồ). Những mục tiêu có liên quan là hạn chế xói lở bờ kênh Đình Vũ, hiện tượng bồi tụ ở thượng, hạ lưu kênh làm giảm chiều sâu luồng lạch chạy tàu. Xây dựng công trình chỉnh trị để ổn định chiều sâu luồng qua các đoạn cạn kết hợp nạo vét duy tu định kỳ hàng năm với khối lượng nhỏ được coi là giải pháp kỹ thuật chỉ đạo.

Để đạt được mục tiêu đề ra như trên, hệ thống các công trình chỉnh trị luồng sông Cấm được các kỹ sư TEDI đề xuất xây dựng trong giai đoạn từ năm 1990 đến năm 1996 gòm 3 cụm kè: (1) Cụm kè hạ lưu cửa sông Ruột Lợn K1, K2, K3 và K4 xây dựng dọc bờ trái đối diện Cầu cảng 200 vào năm 1991; (2) Cụm kè bờ trái sông Cấm phía thượng lưu cửa kênh Đình Vũ đối diện với cầu cảng của Bộ đội Biên phòng gồm K5, K6, K7 và K8 xây

3

dựng năm 1992; (3) Cụm kè bờ trái sông Cấm đoạn cửa sông Ruột Lợn gồm RL1, RL2, RL3, RL4 và K1a xây dựng năm 1996. Chức năng thực chất của hệ thống công trình chỉnh trị luồng sông Cấm được phân thành hai nhóm như sau: - Nhóm các công trình điều chỉnh lòng dẫn gồm các cụm công trình được xây

dựng trong hai năm 1991 và 1992 (các kè K1÷K8). Đối tượng tác động của các cụm công trình này là yếu tố lòng dẫn. Các công trình xây dựng được dựa trên nguyên lý thu hẹp mặt cắt ngang lòng dẫn đoạn gềnh cạn để thu được kết quả tăng lưu tốc dòng chảy khi triều lên, xuống nhằm tăng khả năng vận chuyền bùn cát mà nhờ đó giảm được mức độ tái bồi lấp luồng nạo vét.

- Nhóm các công trình điều chỉnh trục động lực dòng chảy là cụm kè bờ trái sông Cấm đoạn cửa sông Ruột Lợn gồm RL1, RL2, RL3, RL4 và K1a xây dựng năm 1996. Đối tượng tác động của cụm công trình này là yếu tố dòng chảy. Các công trình xây dựng được dựa trên nguyên lý điều chỉnh bán kính trục động lực dòng chảy trên đoạn sông cong để thu được kết quả tăng lưu tốc dòng chảy dọc khi triều lên, xuống trên gềnh cạn đoạn sông quá độ hạ lưu và qua đó hạ thấp cao độ gênh cạn hạ lưu.

Bảng 1: Quy mô các kè xây dựng trên sông Cấm

Hạng mục Cg trình

Chiều dài (m)

Cao độ đầu kè

(m)

Kh. Lượng đá đổ (m3)

Hạng mục Cg trình

Chiều dài (m)

Cao độ đầu kè

(m)

Kh. Lượng đá đổ (m3)

K1 95 +2.0 2.161 K2 80 +2.0 2.214

K3 80 +2.0 1.590 K4 80 +2.0 1.570

K5 119 +2.0 2.260 K6 105 +2.0 3.450

K7 86 +2.0 3.770 K8 79 +2.0 3.730

RL1 92 +2.0 1.946 RL2 66 +2.0 1.058

RL3 51 +2.0 824 RL4 30 +2.0 911

K1a 27 +2.0 464 Tổng khối lượng đá đổ xây kè 25.948 II.4: Hiệu quả kỹ thuật đạt được sau khi hoàn thành và đưa dự án vào khai thác.

Mặc dầu quy mô và khối lượng công trình của dự án chỉnh trị luồng tàu sông Cấm không lớn, kinh nghiệm chỉnh trị sông vùng ảnh hưởng triều ở Việt Nam chưa có nhiều do đó chủ đầu tư (Bộ GTVT, VINAMARINE) đã quyết định triển khai xây dựng hệ thống các công trình chỉnh trị làm 3 bước. Để có bức tranh diễn biến luồng lạch, việc phân tích kết quả chỉnh trị so với trước khi triển khai dự án được chia làm 3 giai đoạn như sau:

a. Sau khi xây dựng cụm công trình số 1 năm 1991 gồm các kè K1, K2, K3 và K4. Chập và phân tích bình đồ khảo sát tháng 9/1990 (ngay trước khi XD kè K1

– K4) và bình đồ khảo sát tháng 9/1991 (khi công trình trải qua mùa lũ 1991) cho thấy:

4

(1). Đoạn từ ngã ba sông Ruột Lợn đến cảng Chùa Vẽ: - Đường trũng sâu phát triển dọc theo bờ trái 630 m về phía hạ lưu (vượt qua

tuyến kè K3 là 130 m), nằm so le với lạch sâu ≥ - 5.0 m ở bờ phải một đoạn dài 250 m. Dọc theo đường lạch sâu, cao độ đỉnh gềnh cạn (đoạn giữa 2 lạch sâu so le) có cao độ - 4,8 m. Nhìn chung đường trũng sâu (gần trùng với trục động lực dòng chảy khi triều xuống) đi theo một đường cong êm thuận. Theo chập mặt cắt dọc luồng đoạn này cho thấy:

+ Từ kè K1 đến K2 cao độ đáy luồng theo mặt cắt dọc được xói đi từ 0,6 đến 0,8 m;

+ Từ kè K2 đến K3 cao độ đáy luồng theo mặt cắt dọc được xói đi từ 0,8 đến 1,0 m;

+ Từ kè K3 đến K4 cao độ đáy luồng theo mặt cắt dọc luồng tàu được xói đi ≈0,8 m;

- Về cơ bản trên đoạn sông từ ngã ba Ruột Lợn đến cảng Chùa Vẽ mặt cắt dọc tim luồng tàu đạt cao độ - 4,5 đến – 5,0 m (ngay sau mùa lũ). Hạn chế còn tồn tại là lạch sâu thượng và hạ lưu chưa nối liền với nhau; lạch sâu chưa phát triển theo phương ngang để trùng với luồng chạy tàu khai thác.

(1). Đoạn sông từ K4 đến đầu kênh Đình Vũ:

- Lạch sâu ≥ - 5,0 m chạy liên tục theo bờ phải gần trùng với luồng tàu, nhưng từ cầu tàu Hải Quân tuyến lạch sâu ≥ - 5,0 m chuyển hướng sang bờ trái đi lệch khỏi tim luồng tàu. Chiều rộng giải lạch sâu này mới chỉ đạt ≈ 40m ÷ 60m như vậy còn nhỏ hơn chiều rộng luồng tàu từ 20m ÷40m.

- Cao độ đáy luồng theo đường tim luồng tàu trên đoạn hạ lưu cầu tàu Hải Quân đến đầu kênh Đình Vũ nơi cạn nhất là – 4,3 m; so với bình đồ năm 1990 đoạn luồng này dường như còn nằm ngoài miền ảnh hưởng của công trình kè K1 đến K4.

Tóm lại, sau mùa lũ đầu tiên từ khi các kè K1 đến K4 đưa vào khai thác, độ sâu luồng tàu chỉ mới được cải thiện cục bộ tại khu vực các kè, độ sâu toàn đoạn luồng chưa có dấu hiệu được cải thiện rõ rệt.

b. Sau khi xây dựng thêm cụm công trình số 2 năm 1992 gồm các kè K5, K6,

K7 và K8

So sánh bình đồ khảo sát tháng 4 năm 1996 (sau khi xây dựng thêm kè K5 – K8) với bình đồ khảo sát tháng 9 năm 1991 (sau khi xây dựng các kè K1 – K4, trước khi xây dựng các kè K5 – K8) thấy rằng:

Luồng tàu trên đoạn thẳng chuyển tiếp giữa 2 đỉnh cong trái chiều cửa sông Ruột Lợn và cảng Chùa Vẽ, dòng chảy đã tạo ra được lạch sâu ≥ - 5,0 m liên tục (lạch sâu thượng hạ lưu đã nối liền nhau); nhưng tuyến lạch sâu này có phần nằm ngoài tuyến luồng tàu.

Theo mặt cắt dọc, trên phương thẳng đứng, cao độ đáy luồng nơi cạn nhất là – 4,3 m; trên toàn đoạn luồng còn tồn tại 2 đoạn cạn ngắn ở hạ lưu cầu tàu Thống Nhất và hạ lưu cảng Biên phòng.

5

Với 8 kè đã được xây dựng, sau 5 năm đưa vào sử dụng hiệu quả đạt được là đã tạo được một lạch sâu ≥ - 5,0 m gần như liên tục suốt chiều dài luồng tàu nhưng tuyến lạch sâu vẫn chưa ổn định trên phương ngang, để bảo đảm duy trì độ sâu luồng ở cao trình – 4,5 m vẫn còn phải tiến hành nạo vét duy tu mặt dầu khối lượng không lớn. Quá trình uốn cong trục động lực dòng chảy đoạn cửa sông Ruột Lợn vẫn chưa được khắc phục.

c. Sau khi xây dựng cụm công trình số 3 – các kè RL1, RL2, RL3, RL4 và K1a,

năm 1996. So sánh bình đồ khảo sát tháng 4 năm 1996 (sau khi xây dựng 8 kè K1 –

K8) với các bình đồ khảo sát năm 1999, 2000 và 2002 (sau khi xây dựng thêm kè RL1 – RL4) thấy rằng:

Tuyến lạch sâu ≥ - 5,0 m đã được kéo dài liên tục trên toàn bộ đoạn sông. Chiều rộng phần lòng dẫn sâu dưới cao độ - 5,0 m dao động từ 90 đến 130 m. Trục động lực dòng chảy đã ổn định và nằm gần như trùng khít với tim luồng tàu. Để duy trì cao độ đáy luồng tàu – 4,5 m, hàng năm không còn phải nạo vét để duy tu luồng. Mục tiêu chỉnh trị đặt ra ban đầu gần như đã đạt được yêu cầu.

Thông qua kết quả nghiên cứu trường dòng chảy đoạn sông trên mô hình toán 2 chiều Mike – 21 cho thấy sau khi hoàn thành dự án năm 1996, lưu tốc trung bình thủy trực dọc trên tuyến luồng tàu tăng đáng kể, trục động lực dòng chảy khi triều xuống được điều chỉnh phù hợp với tuyến luồng, giá trị lưu tốc trên các đoạn ghềnh cạn tăng từ 35% đến 60% trong khoảng sườn triều xuống.

Hiệu quả của công tác chỉnh trị có thể nhận thấy rõ rệt nhất thông qua chập trắc dọc đoạn luồng trong hình 2 và các số liệu thống kê khối lượng nạo vét duy tu luồng hàng năm trước và sau khi hoàn thành dự án chỉnh trị cho ở bảng 2.

Bảng 2: Bảng thống kê khối lượng nạo vét duy tu luồng tàu sông Cấm

từ 1983 – 2001

Năm KL NV (1000m3)

Đáy luồng (m)

Thời gian duy trì

Năm KL NV (1000m3)

Đáy luồng (m)

Thời gian duy trì

1984 595 -4.8 ≈ 06 tháng 1996 110 -4.2 ≈ 06 tháng 1985 767 -5.0 ≈ 06 tháng 1997 128 -4.2 ≈ 06 tháng 1986 715 -4.8 ≈ 06 tháng 1998 0 -4.2 Cả năm 1987 471 -4.5 ≈ 06 tháng 1999 0 -4.2 Cả năm 1988 392 -4.5 ≈ 06 tháng 2000 0 -4.5 Cả năm 1989 210 -4.8 ≈ 06 tháng 2001 0 -4.5 Cả năm 1990 170 -4.5 ≈ 06 tháng 2002 - -4.5 -

6

II.4: Những hạn chế và đề xuất hướng khắc phục. Từ tình hình khai thác thực tế luồng tàu sông Cấm trong những năm 1996 lại

đây có thể khẳng định hiệu quả thu được từ việc xây dựng hệ thống công trình chỉnh trị trong các năm 1991 – 1996 có ý nghĩa to lớn trên cả phương diện nghiên cứu chỉnh trị cũng như khía cạnh kinh tế - kỹ thuật. Hiện tại luồng tàu đoạn sông này duy trì được ở cao độ chạy tàu – 4,5 mà không cần nạo vét duy tu (theo bình đồ khảo sát năm 2002). Trên mặt cắt dọc tim luồng tàu giờ đây cao độ đỉnh gềnh cạn đã sâu hơn – 5,5 m (trước khi chỉnh trị thường chỉ đạt – 4,1 m). Khả năng duy trì chiều sâu chạy tàu trên đoạn luồng này ở mức – 5,5 m giờ đây đã trở thành hiện thực. Xem xét thực tế cho thấy một số vấn đề còn hạn chế và cần tiến hành các biện pháp khắc phục như sau: Hệ thống công trình được xây dựng trong giai đoạn 1991 – 1996 tuy đạt được mục

tiêu kinh tế - kỹ thuật đề ra song về khía cạnh mỹ quan công trình còn chưa đáp ứng được yêu cầu. Trong thời gian tới khi tiến hành công tác duy tu bảo dưỡng cần kết hợp để nâng cấp công trình với việc chú ý lựa chọn giải pháp kỹ thuật tạo hình dáng bề mặt để tăng mỹ quan công trình.

Độ sâu luồng tàu đoạn kênh Đình Vũ tuy đã được cải thiện rõ rệt sau gần 6 năm đưa toàn bộ hệ thống công trình chỉnh trị vào khai thác, nhưng hiện tượng xâm thực ngang vẫn tiếp tục diễn ra tạo nên yếu tố gây bất lợi đến diễn biến luồng tàu hạ lưu kênh Đình Vũ. Để ngăn chặn sự phát triển của hiện tượng này cần nghiên cứu giải pháp công trình ổn định lòng dẫn kênh kết hợp điều chỉnh góc hợp lưu giữa dòng chảy từ kênh với dòng chảy của sông Bạch Đằng.

III. NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐÁNG CHÚ Ý CỦA DỰ ÁN.

Từ những phân tích hiệu quả kỹ thuật của hệ thống công trình chỉnh trị, đối chiếu với các kết quả nghiên cứu chỉnh trị cho thấy một số vấn đề đáng chú ý cần được đúc rút thành kinh nghiệm bổ sung cho công tác nghiên cứu chỉnh trị luồng tàu tương tự như sau: Lựa chọn đối tượng tác động làm cơ sở cho nghiên cứu giải pháp kỹ thuật chỉnh

trị: Trong chỉnh trị sông, vấn đề có ý nghĩa theo chốt quyết định mức độ thành công của giải pháp kỹ thuật chỉnh trị cũng như đề xuất được quy mô, mặt bằng hợp lý về phương diện kinh tế đó là tính đúng đắn của việc lựa chọn đối tượng tác động. Trên cơ sở phân tích quan hệ hình thái lòng dẫn sông Cấm và mối quan hệ biện chứng giữa hai yếu tố lòng dẫn và dòng chảy, các kỹ sư thiết kế đã lựa chọn yếu tố “dòng chảy” trong pha triều rút làm yếu tố chủ đạo để tác động là sự lựa chọn đúng đắn đã được thực tế kiểm chứng.

Nghiên cứu diễn biến hình thái đoạn sông: Trong quá trình nghiên cứu chỉnh trị đoạn sông, các kỹ sư đã phát hiện và xây dựng hàm tương quan giữa vị trí đỉnh cong trục động lực dòng chảy khi triều xuống (thay thế cho bán kính cong trục động lưcj dòng chảy đoạn sông cong) với chiều dài gềnh cạn trên đoạn sông thẳng quá độ hạ lưu (thay cho chiều sâu đỉnh gềnh cạn). Nhờ kết quả nghiên cứu này, các kỹ sư thiết kế đã có cơ sở khoa học một cách định lượng trong việc lựa chọn đối tượng tác động, các định quy mô và bố trí các công trình chỉnh trị phù hợp để tác động vào yếu tố dòng chảy một cách có hiệu quả mà kết quả cuối cùng là chiều sâu

7

luồng tàu trên thực tế được cải thiện một cách rõ rệt sau khi hoàn thành dự án và đưa vào khai thác.

Một khi số liệu điều tra, khảo sát về điều kiện tự nhiên thiếu đồng bộ và có nhiều hạn chế thì việc ứng dụng mô hình toán 2 chiều (như phần mềm Mike-21HD) là một công cụ nghiên cứu kiểm định lại các kết quả nghiên cứu hình thái, nghiên cứu dự báo hiệu quả kỹ thuật công trình chỉnh trị có vai trò vị trí hết sức quan trọng và cần thiết.

TÀI LIỆU THAM KHẢO: (1). Động lực học sông ngòi, Võ Phán và nhiều tác giả: NXB Nông nghiệp – 1981. (1). Động lực học dòng sông, Lương Phương Hậu, ĐHXD – 1992 (1). Thiết kế KT thi công kè chỉnh trị luồng sông Cấm – Hải phòng, TEDI năm 1989, 1991,

1995 và 1996. (1). Báo cáo tổng kết đề tài “Nguyên nhân và giải pháp chống sa bồi luồng tàu vùng cảng

Hải phòng”, Viện Địa lý – Trung tâm KHTN & CN Quốc gia – 1997. (1). Báo cáo NCKT dự án luồng tàu vào các cảng khu vực Hải phòng, TEDI - 1997. (1). Báo cáo NCKT DA cải tạo nâng cấp cảng Hải phòng giai đoạn II, TEDI – 1998. (1). Báo cáo đánh giá hiệu quả công trình chỉnh trị thuộc DA cảo tạo nâng cấp hệ thống kè

chỉn trị luồng Hải phòng TEDI – 2002 – 07 – 01.