Tài liệu Nghiên cứu đề xuất giải pháp công trình chỉnh trị ôn định khu vực cửa hội – hà tĩnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ––––––––––– TRẦN NHẬT TÂN NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH CHỈNH TRỊ ÔN ĐỊNH KHU VỰC CỬA HỘI – HÀ TĨNH LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ––––––––––– TRẦN NHẬT TÂN NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH CHỈNH TRỊ ÔN ĐỊNH KHU VỰC CỬA HỘI – HÀ TĨNH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY MÃ SỐ: 60-58-40 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. NGUYỄN BÁ QUỲ 2. GS.TS. NGÔ TRÍ VIỀNG Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN  Luận văn thạc sỹ chuyên ngành xây dựng công trình thuỷ với đề tài “Nghiên cứu giải pháp công trình chỉnh trị ổn định khu vực cửa Hội-Hà Tĩnh ” đã được hoàn thành với sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của Ban giám hiệu nhà trường, các thầy giáo, cô giáo trong khoa Công trình, khoa Thuỷ văn và Tài nguyên nước, Bộ môn Thuỷ công, Bộ môn Kỹ thuật sông và quản lý thiên nhiên - Trường Đại học Thuỷ lợi cùng các bạn bè và đồng nghiệp. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Bá Quỳ và GS.TS Ngô Trí Viềng, người hướng dẫn khoa học đã rất tận tình, không kể thời gian, tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả cũng xin cảm ơn sự động viên giúp đỡ, chia sẻ, cổ vũ tinh thần của người thân, gia đình và bạn bè để tác giả có thể hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Chi cục Quản lý đê điều và PCLB Hà Tĩnh, Nghệ An và các cơ quan đơn vị đã giúp đỡ tác giả trong quá trình điều tra thu thập tài liệu phục vụ nghiên cứu đề tài. Do thời gian và trình độ có hạn nên luận văn không thể tránh được những thiếu sót nên tác giả rất mong nhận được ý kiến chia sẻ, đóng góp của các thầy cô, bạn bè đồng nghiệp để luận văn đáp ứng được những mục tiêu đề ra. Hà Nội, tháng năm 2014 Tác giả luận văn Trần Nhật Tân LỜI CAM KẾT Tên tôi là: Trần Nhật Tân Học viên lớp: 19C21 Đề tài luận văn cao học: “Nghiên cứu giải pháp công trình chỉnh trị ổn định khu vực cửa Hội-Hà Tĩnh ” được Trường Đại học Thuỷ lợi giao cho học viên Trần Nhật Tân, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Bá Quỳ và GS.TS Ngô Trí Viềng luận văn đã hoàn thành. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Hà Nội, tháng năm 2014 Tác giả Trần Nhật Tân MỤC LỤC MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của Đề tài: .........................................................................................1 2. Mục đích của Đề tài: ................................................................................................2 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: .............................................................2 4. Kết quả đạt được ......................................................................................................3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG CẢ - CỬA HỘI VÀ HIỆN TRẠNG KHU VỰC CẦN NGHIÊN CỨU…………………………………….....4 1.1 Đặc điểm vị trí địa lý của khu vực nghiên cứu: .....................................................4 1.1.1. Đặc điểm địa hình ..............................................................................................5 1.1.2. Đặc điểm địa chất ...............................................................................................6 1.1.3. Đặc điểm thổ nhưỡng .........................................................................................7 1.1.4. Đặc điểm lớp phủ bề mặt lưu vực ......................................................................8 1.2. Đặc điểm khí tượng thủy hải văn ..........................................................................9 1.2.1. Đặc điểm khí tượng thủy văn .............................................................................9 1.2.2. Đặc điểm thủy văn ..........................................................................................12 1.2.3. Đặc điểm lũ trên lưu vực ..................................................................................13 1.2.4. Đặc điểm dòng chảy mùa cạn ..........................................................................16 1.2.5. Dòng chảy rắn: .................................................................................................19 1.3. Tình hình dân sinh kinh tế và xã hội ...................................................................19 1.3.1. Dân sinh ...........................................................................................................19 1.3.2. Hiện trạng kinh tế lưu vực................................................................................20 1.4. Tổng quan về diễn biến cửa sông và hiện trạng khu vực nghiên cứu .................21 1.4.1. Nước dâng ........................................................................................................22 1.4.2. Sóng: ................................................................................................................22 1.4.3. Thủy triều .........................................................................................................22 1.4.4. Vận chuyển bùn cát ..........................................................................................22 1.4.5. Điều kiện địa chất.............................................................................................23 1.4.6. Diễn biến xói lở, bồi lấp ...................................................................................23 1.4.7. Nguyên nhân bồi lắng, xói lở khu vực cửa sông..............................................25 1.4.8. Đánh giá hệ thống đập mỏ hàn đã xây dựng trong khu vực – Đề xuất giải pháp nhằm nâng cao tính ổn định và hiệu quả làm việc của hệ thống. ......................30 1.5. Kết luận chương ..................................................................................................35 CHƯƠNG II: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH CHỈNH TRỊ ỔN ĐỊNH KHU VỰC CỬA HỘI…………………………………………………………………………..37 2.1. Phất tích các giải pháp công trình .......................................................................37 2.1.1. Định hướng chung ............................................................................................37 2.1.2. Phân tích giải pháp ...........................................................................................37 2.2. Phân tích lựu chọn phương án công trình: ..........................................................39 2.2.1. Tiêu chuẩn phân tích ........................................................................................39 2.2.2. Đánh giá hiệu quả công trình đối với các mục tiêu đặt ra ...............................39 2.2.3. Giải pháp kỹ thuật, phân tích so sánh. .............................................................40 2.3. Ứng dụng phần mềm Cresswin trong tính toán – đề xuất phương án bố trí tổng thể công trình..............................................................................................................41 2.3.1. Giới thiệu về phần mềm CRESSWIN ..............................................................41 2.3.2. Tính toán các tham số thiết kế .........................................................................43 2.3.3. Phương án bố trí tổng thể công trình ...............................................................75 2.4. Kết luận chương ..................................................................................................77 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH BẢO VỆ THEO PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN ………………………………………………………………………79 3.1. Các số liệu xuất phát và căn cứ thiết kế ..............................................................79 3.2. Các hạng mục công trình thiết kế........................................................................79 3.3. Tính toán chuẩn tắc luồng tàu .............................................................................79 3.3.1. Các thông số chuẩn tắc luồng tàu .....................................................................79 3.3.2 Thiết kế nạo vét .................................................................................................82 3.4. Thiết kế đê ngăn cát, giảm sóng H1 ....................................................................83 3.4.1. Các giải pháp kết cấu: ......................................................................................83 3.4.2. Bề rộng đỉnh B đ ................................................................................................88 3.4.3. Hệ số mái dốc m ...............................................................................................88 3.4.4. Khối phủ mái ....................................................................................................88 3.4.5. Lớp lót dưới khối phủ mái ...............................................................................96 3.4.6. Đá lăng thể chân mái, đá lõi đê và đá lớp đệm ................................................96 3.4.7. Tường đỉnh đê ..................................................................................................97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................98 1. Kết quả đạt được của luận văn: ..............................................................................98 2. Những tồn tại, hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp: ................................................98 3. Kiến nghị: ...............................................................................................................99 TÀI LIỆU THAM KHẢO: ....................................................................................100 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Bản đồ hệ thống sông Cả .............................................................................4 Hình 1.1: Khu vực Cửa Hội (Nguồn Google Earth) .................................................21 Hình 1.3. Biến động đường bờ khu vực Cửa Hội (Năm 2002 - 2009)........ ............. 23 Hình 1.4. Hiện tượng bồi lấp bờ Bắc và xói lở bờ Nam cửa Hội.................... ........ 24 Hình 1.5. Hiện tượng xói lở bờ sông Lam ...............................................................24 Hình 1.6. Các mỏ hàn bằng ống buy đã được xây dựng.......................................... 28 Hình 1.7: Một số hình ảnh đê kè biển Hội Thống, huyện Nghi Xuân, Tỉnh Hà Tĩnh ..................................................................................................................................30 Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống mỏ hàn bảo vệ bờ biển………………………………….31 Hình 1.9. Hiện trạng nghiêng ngả ống buy dọc thân mỏ do tác động của sóng………………………………………………………………………………...32 Hình 1.10: Địa hình khảo sat tháng X/2009...............................................................34 Hình 1.11: Địa hình khảo sat tháng X/2009...............................................................34 Hình 2.1. Một vài hình ảnh về công trình đê chắn sóng ngăn cát ở nước ngoài.......41 Hình 2.2. Biểu đồ quan hệ P% ~ Hnd .......................................................................48 Hình 2.3.Vị trí các điểm tính toán đường tần suất mực nước tổng hợp từ tỉnh Quảng Ninh đến tỉnh Quảng Nam .........................................................................................49 Hình 2.4: Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm MC24 (105°43', 18°50') Nghi Thiết, Nghi Lộc, Nghệ An.................................................................................50 Hình 2.5: Đường tần suất mực nước tổng hợp tại điểm MC25(105°48', 18°39') Xuân Viên, Nghi Xuân, Hà Tĩnh .........................................................................................50 Hình 2.6. Modun 221 xác định chiều cao, chu kỳ sóng thiết kế (D=3,5m) ...............54 Hình 2.7. Modun 221 xác định chiều cao, chu kỳ sóng thiết kế (D=2,99m) .............55 Hình 2.8. Modun 232 tính toán tốc độ dòng ven bờ và phạm vi đới sóng vỡ ...........58 Hình 2.9. Modun 231 tính toán lượng vận chuyển bùn cát........................................67 Hình 2.10. Modun 425 tính toán lượng vận chuyển bùn cát theo pp Queens............68 Hình 2.11 Modun 421 tính toán lượng vận chuyển bùn cát theo pp Bijker...............69 Hình 2.12. Tổng thể công trình chỉnh trị trên khu vực nghiên cứu ...........................75 Hình 2.13. Xây dựng nạo vét tuyến luồng .................................................................75 Hinh 3.1. Sơ họa vị trí tàu trên kênh ..........................................................................79 Hình 3.2. Kết cấu đê dạng mái nghiêng. ....................................................................83 Hình 3.3. Công trình thành đứng dạng trọng lực bằng chuồng (cũi) bêtông .............84 Hình 3.4. Công trình thành đứng dạng trọng lực bằng khối xếp bêtông ...................84 Hình 3.5. Hiệu quả giảm sóng của đê đá đổ ( đê nhô) ...............................................87 Hình 3.6. Hình ảnh một số loại khối bê tông dị hình phá sóng ............................89,90 Hình 3.7. Modun 511 tính toán trọng lượng khối phủ (Phương pháp Hudson) ........92 Hình 3.8. Modun 512 tính toán trọng lượng khối phủ (Phương pháp Van der Meer)93 Hình 3.9. Khối phủ mái Haro và khối lục lăng 7 lỗ ...................................................95 Hình 3.10. Sơ đồ vai và tường đỉnh ...........................................................................97 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Phân bố diện tích lưu vực sông Cả theo địa bàn hành chính ......................5 Bảng 1.2. Đặc trưng hình thái lưu vực .........................................................................6 Bảng 1. 3. Đặc trưng dòng chảy sông Cả ...................................................................13 Bảng 1. 4. Đặc trưng dòng chảy năm .........................................................................13 Bảng 1.5. Thành phần lượng lũ 7 ngày của 1 số trạm .............................................15 Bảng 1.6. Đặc trưng nước lũ ......................................................................................16 Bảng 1.7. Đặc trưng lưu lượng lũ lớn nhất ................................................................16 Bảng 1.8. Đặc trưng mực nước .................................................................................17 Bảng 1.9. Đặc trưng lưu lượng.................................................................................17 Bảng 1.10. Mực nước triều trung bình lớn nhất và nhỏ nhất ở hạ lưu sông Cả ........18 Bảng 1.11. Đặc trưng dòng chảy bùn cát nhiều năm ................................................19 Bảng 1.12. Một số chỉ tiêu tính bình quân theo đầu người .......................................20 Bảng 1.13. Thống kê biên độ triều lớn tại trạm Cửa Hội...........................................22 Bảng 2.1. Phân cấp công trình đê biển .......................................................................44 Bảng 2.2- Tần suất thiết kế (tương ứng với chu kỳ lặp lại thiết kế) và mức đảm bảo thiết kế công trình đê biển .........................................................................................44 Bảng 2.3. Cấp công trình trong tính toán thiết kế .....................................................45 Bảng 2.4. Mực nước triều cực đại, cực tiểu và cực trị thiên văn ở các trạm .............46 Bảng 2.5. Chiều cao nước dâng vùng bờ biển Bắc vĩ tuyến 16 theo tần suất % .......47 Bảng 2.6 - Bảng phân bố tần suất nước dâng............................................................47 Bảng 2.7 - Tọa độ các điểm tính toán đường tần suất mực nước tổng hợp từ tỉnh Quảng Ninh đến tỉnh Quảng Nam..............................................................................49 Bảng 2.8 - Cao độ mực nước biển ven bờ tương ứng với tần suất tổng hợp tại các điểm tính toán từ tỉnh Quảng Ninh đến tỉnh Quảng Nam ..........................................50 Bảng 2.9 : Phân cấp gió bão .......................................................................................51 Bảng 2.10: Kết qủa xác định vận tốc gió, đà gió .......................................................52 Bảng 2.11. Kết quả tính toán dòng ven bờ .................................................................59 Bảng 2.12: Kết quả tính toán lượng vận chuyển bùn cát ...........................................69 Bảng 2.13: Kết quả lượng vận chuyển bùn cát tại các mặt cắt ..................................74 Bảng 2.14: Bảng tổng hợp công trình chỉnh trị theo phương án bố trí .....................74 Bảng 3.1. Hệ số của mái dốc ứng với từng loại địa chất ...........................................81 Bảng 3.2. Chiều rộng đáy chạy tàu ............................................................................81 Bảng 3.3. Chuẩn tắc luồng tàu ...................................................................................82 Bảng 3.4. So sánh giải pháp kết cấu mái nghiêng và tường đứng .............................85 Bảng 3.5. Mức độ giảm chiều cao sóng sau đê ..........................................................88 Bảng 3.6. Hệ số ổn định khối phủ .............................................................................91 Bảng 3.7. Trọng lượng khối phủ xác định theo phương pháp Hudson ......................93 Bảng 3.8. Trọng lượng khối phủ xác định theo công thức Van Der Meer ................94 Bảng 3.9. Lựa chọn khối phủ mái ..............................................................................94 Bảng 3.10. Kích thước khối lục lăng 7 lỗ ..................................................................95 Bảng 3.11. Kích thước khối phủ mái Haro ................................................................95 Bảng 3.12. Lựa chọn lớp lót dưới khối phủ mái ........................................................96 Bảng 3.13. Trọng lượng ổn định viên đá theo Vmax.................................................96 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài: Phát triển kinh tế biển là một trong những chiến lược quan trọng của Đảng và Nhà nước nhằm phát triển và khai thác bền vững tài nguyên biển với mục tiêu tới năm 2020 thu nhập từ biển có thể đóng góp trên 53% GDP của đất nước. Để góp phần thực hiện thành công chiến lược phát triển kinh tế biển thì xây dựng cơ sở hạ tầng, trong đó có hệ thống công trình chỉnh trị bờ sông, bờ biển là rất quan trọng vì nó là lá chắn đảm bảo an toàn và ổn định dân cư, các công trình hạ tầng cho công cuộc phát triển kinh tế – xã hội. Chính vì tầm quan trọng của việc phát triển kinh tế biển; với mục tiêu đề ra là chủ động phòng, chống lụt bão, nước biển dâng, hạn chế thiệt hại do thiên tai gây ra; tạo điều kiện phát triển kinh tế - xã hội ở các địa phương, góp phần bảo đảm an ninh, quốc phòng vùng ven biển… nên ngày 14 tháng 3 năm 2006, Thủ tướng Chính Phủ đã ra Quyết định số 58/2006/QĐ-TTg, phê duyệt Chương trình đầu tư củng cố, bảo vệ và nâng cấp đê biển hiện có tại các tỉnh có đê từ Quảng Ninh đến Quảng Nam. Cửa sông là một vùng có địa lý tự nhiên phức tạp, chịu tác động của các yếu tố động lực sông và các yếu tố động lực biển; ngoài ra còn chịu tác động từ các yếu tố do con người tạo ra… Những hoạt động như vậy tác động không nhỏ đến quá trình bồi lấp và xói lở vùng cửa sông gây nên những thiệt hại rất lớn về kinh tế – xã hội. Cửa sông Miền trung với đặc điểm xói lở vào mùa lũ, bồi lấp vào mùa khô; do đó giải pháp chủ yếu là chống xói lở và ngăn chặn bồi lấp. Các nguyên nhân dẫn đến bồi lấp và xói lở thường rất phức tạp nhưng chủ yếu vẫn là do điều kiện khí tượng, thuỷ hải văn và động lực sông biển là chính. Hiện nay Các giải pháp công nghệ trong công trình chỉnh trị bờ sông, bờ biên đã có một lịch sử phát triển lâu dài và đến nay đã thu được những kết qủa về khoa học và thực tiễn, góp phần vào việc chịnh trị cửa sông, bờ biển, giảm nhẹ thiên tai. Trong những năm trở lại đây Cửa Hội khu vực thuộc địa bàn tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh liên tục bị bồi lấp, gây khó khăn cho tàu thuyền ra vào cửa và vấn đề tiêu thoát lũ. Tình trạng bồi lấp làm cho dòng chảy bị thu hẹp lại. Chính sự dâng cao mực nước do tác dụng cản trở dòng chảy của công trình cần chỉnh trị; tức là khi lưu tốc dòng chảy giảm mạnh ở cửa sông dẫn đến bồi tụ thành bãi cạn ở cửa vào; Các tài liệu chỉ dẫn kỹ thuật, cho đến nay, chưa có phương pháp tính toán hiệu quả xói sâu luồng lạch và hiệu ứng dâng nước của các công trình chỉnh trị đoạn cạn. 2 Vì vậy, việc nghiên cứu đề xuất giải pháp về diễn biến lòng dẫn, biến động mực nước đảm bảo thoát lũ vào mùa mưa khơi thông luồng, chống bồi lấp vào mùa khô để chỉnh trị ổn định khu vực cửa Hội là vấn đề rất cần thiết. Cửa Hội là một trong 4 cửa sông lớn của tỉnh Hà Tĩnh, là nhánh thoát lũ chính của sông Lam (hơp bởi sông La – Hà Tĩnh và sông Cả – Nghệ An). Hiện nay tình trạng bồi lấp không những gây khó khăn cho tàu thuyền ra vào mà còn gây ảnh hưởng đến vấn đề tiêu thoát lũ qua Cửa Hội dẫn đến ngập lụt vùng thường nguồn và gây ra sự cố tràn đê….sạt lở bờ sông. Vì vậy, đi sâu nghiên cứu thiết kế chỉnh trị ổn định Cửa Hội là đề tài có ý nghĩa thực tiến và khoa học cần được nghiên cứu. Trên đây là lý do chính cho thấy sự cần thiết của đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu đề xuất giải pháp công trình chỉnh trị ổn định khu vực Cửa Hội-Hà Tĩnh” 2. Mục đích của Đề tài: Đề xuất giải pháp chỉnh trị lòng dẫn chống bồi lấp Cửa Hội, ổn định luồng lạch, tạo thuận lợi cho giao thông thủy, tăng cường khả năng tiêu thoát lũ. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: * Để thực hiện được các yêu cầu đặt ra, công tác nghiên cứu cần được tiếp cận theo các hướng sau: - Về thực tiễn: Qua các báo cáo đánh giá hằng năm của đơn vị quản lý chúng ta sơ bộ đánh giá được mức độ bồi lắng Cửa Hội và các giải pháp công trình đã đưa ra để phòng chống hiện tượng bồi lắng cửa biển. - Về lý thuyết: Kế thừa các kết quả nghiên cứu, đánh giá về hiện tượng bồi lắng cửa biển và các giải pháp phòng chống đã được thực nghiệm trong thực tế - Về công nghệ: Trên cơ sở nghiên cứu đưa ra các giải pháp công trính tối ưu chỉnh trị ổn định khu vực cửa biển. - Lấy ý kiến chuyên gia: Quá trình nghiên cứu hoàn thiện nội dung, trình tự được tiến hành trên cơ sở ý kiến đóng góp của các chuyên gia chuyên ngành. * Về Phương pháp thực hiện: - Kế thừa lý thuyết và kinh nghiệm: áp dụng có chọn lọc các các sản phẩm, tài liệu khoa học và công nghệ đã có trong nước và trên thế giới. - Phương pháp khảo sát thực địa: Khảo sát thực địa tại các công trình đê chắn sóng đã được xây dựng; đánh giá, phân tích ưu nhược điểm của từng công trình và nhận xét về công trình đó sau khi đã đưa vào sử dụng. - Phân tích, lý luận để thiết lập cơ sở khoa học chung, lập mô hình toán tính toán đối chiếu với thực tế. 3 - Phương pháp Nghiên cứu tài liệu đã có, ứng dụng từ thực tiễn. Cụ thể bằng cách đánh giá nguyên nhân hình thái cửa sông, phân tích ảnh hưởng của các nhân tố chi phối. 4. Kết quả đạt được Từ việc đánh giá, phân tích điều tra thực tế, thu thập, thống kê các tài liệu hiện trạng khu vực nghiên cứu. Đề xuất các giải pháp công trình, tiến hành phân tích, so sánh các ưu nhược điểm của từng giải pháp để chọn ra giải pháp công trình tối ưu nhất; từ đó tiến hành tính toán đề xuất được hình thức kết cấu công trình hợp lý áp dụng cho khu vực cửa Hội. 4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG CẢ - CỬA HỘI VÀ HIỆN TRẠNG KHU VỰC CẦN NGHIÊN CỨU 1.1. Đặc điểm vị trí địa lý của khu vực nghiên cứu: Hệ thống sông Cả bắt nguồn từ vùng Nậm Căn, Lào. Phần chính của dòng sông chảy qua Nghệ An, phần cuối của sông Cả hợp lưu với sông La từ Hà Tĩnh, tạo thành sông Lam đổ ra biển tại cửa Hội. Cửa Hội Hình 1.1: Bản đồ hệ thống sông Cả và cửa Hội - Sông Cả là một lưu vực lớn ở vùng Bắc Trung Bộ, có diện tích lưu vực 27.200 km2 phân bố trên lãnh thổ 2 quốc gia: Việt Nam và CHDCND Lào. Ở Việt Nam sông Cả nằm trên địa giới hành chính của 3 tỉnh: Nghệ An, Hà Tĩnh và Thanh Hoá. Phần lưu vực sông Cả và vùng chịu ảnh hưởng của lũ sông Cả thuộc địa phận tỉnh Nghệ An có diện tích khoảng 15.030 km2 chiếm trên 55% diện tích toàn lưu vực, với dân số hiện nay khoảng 2,1 triệu dân sinh sống từ đồng bằng, trung du đến miền núi và có 8 dân tộc anh em sinh sống, trong đó 90% dân tộc Kinh. Tổng lượng nước 21,90 km³ tương ứng với lưu lượng trung bình năm 688 m³/s và môđun dòng chảy năm 25,3 l/s.km². Lưu lượng trung bình năm tại Cửa Rào 236 m³/s, tại Dừa 5 430 m³/s. Mùa lũ từ tháng 6 đến tháng 11, chiếm khoảng 74-80% tổng lượng nước cả năm. - Lưu vực sông Cả ở vị trí từ 18015'50" đến 20010'30" vĩ độ Bắc, từ 103045'10" đến 105015'20" kinh độ Đông. Tổng diện tích lưu vực là 27.200 km2, phần diện tích trên lãnh thổ Việt Nam là 17.730km2, chiếm 65,2% diện tích lưu vực; diện tích thuộc Lào là 9.470km2 chiếm 34,8% diện tích lưu vực. Lũ lụt gây ra ở hạ du lưu vực sông Cả do tổ hợp lũ gây ra trên các nhánh và dòng chính sông Cả. Bảng 1.1: Phân bố diện tích lưu vực sông Cả theo địa bàn hành chính Diện tích tự nhiên (Km2) D.tích lâm nghiệp (ha) Toàn lưu vực 27.200,00 1.798.830 D.tích nông nghiệp (ha) 449.266 CHDCND Lào 9.470,00 681.840 66.290 198.870 17.730,00 1.116.990 382.976 273.034 441,21 32.400 1.500 10.221 Nghệ An 13860,79 884.410 331.734 169.935 Hà Tĩnh 3.428,00 200.180 49.742 92.878 Lưu vực nằm ở CHXHCN Việt Nam Thanh Hoá Diện tích khác (ha) 471.910 1.1.1. Đặc điểm địa hình Lưu vực sông Cả phát triển theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, nghiêng dần ra biển. Toàn bộ vùng thượng nguồn trên đất Lào có độ cao bình quân trên 1000 m. Ở địa phận Việt Nam hơn 80% diện tích là đồi núi. Bề mặt lưu vực sông Cả nằm cao so với mực nước biển trung bình nên chứa đựng một nguồn tiềm năng to lớn về thủy điện. Sự phân cắt địa hình bởi những dãy núi cao chạy theo các hướng khác nhau dẫn đến sự phân bố mưa không đều theo không gian và thời gian trên bề mặt lưu vực làm giảm bớt mức độ cực đoan của nước ở hạ du. Dòng chính sông Cả và các nhập lưu chảy qua các vùng đồi núi có nhiều đoạn địa hình thắt hẹp là những nơi có thể nghiên cứu xây dựng các công trình lợi dụng tổng hợp nguồn nước. 6 Đồng bằng hạ du sông Cả có cao độ bình quân từ 6 - 8 m ở những nơi tiếp giáp với trung du và có độ cao từ 0,5 - 2 m ở các dải đất chạy dài ven biển, đây cùng là một yếu tố thuận lợi để sử dụng phương thức tiêu tự chảy trong vụ hè thu khi mực nước sông còn thấp và lợi dụng lúc triều ròng. Tuy nhiên, độ cao và độ dốc của bề mặt lưu vực cũng có những hạn chế lớn đối với sản xuất và đời sống của nhân dân ở lưu vực. Trong mùa mưa lũ chính vụ có khoảng 40.000 đến 60.000 ha đất canh tác ở đồng bằng bị ngập úng thường xuyên vì mực nước ở ngoài sông cao hơn trong đồng. Độ dốc địa hình và đáy sông lớn nên tốc độ dòng chảy về mùa lũ tăng. Lòng sông dốc, mưa lớn do đó gây xói mòn, xói lở lòng sông mạnh. Ở đồng bằng độ dốc địa hình, lòng sông nhỏ do đó năng lượng dòng nước giảm đi gây bồi tụ lòng sông, nâng cao mức xâm thực của lưu vực do đó gây xói lở ngang. Dọc theo bờ biển là các doi cát ngăn dòng chảy thoát ra biển. Đặc biệt nhiều sông khi ra gần biển lại chảy song song với bờ biển sau đó mới chọc thủng cồn cát do đó gây khó khăn cho thoát lũ. Ở vùng cửa sông thường xuất hiện địa hình kiểu nút cổ chai, từ cầu Bến thủy đến cửa có hình thành nhiều bãi bồi gây khó khăn cho giao thông. Bảng 1.2. Đặc trưng hình thái lưu vực Lưu vực sông DT lvực (km2) Độ cao b.quân (m) Độ dốc bình quân (km) Chiều rộng b.q (km) Mật độ lưới sông (km/km2) Hệ số đối xứng Hệ số hình dạng Sông Cả 27.2 294 1,83 89 0,6 -0,14 0,29 Sông Mô 3.97 960 2,57 38,2 0,22 0,27 Sông Giăng 1.05 492 1,72 15,8 -0,09 0,24 Sông Hiếu 5.34 303 1,30 32,5 0,71 0,02 0,2 Sông La 3.21 362 2,82 46,6 0,87 0,53 0,68 1.1.2. Đặc điểm địa chất 1.1.2.1. Địa tầng địa chất 7 Trong vùng nghiên cứu xuất lộ gần như đầy đủ địa tầng địa chất có tuổi từ cổ đến trẻ: - Giới Proteozoi (Pt) - Giới Paleozoi (Pz) - Giới Mezozoi ( Mz) - Trầm tích đệ tứ - Các thành tạo macma xâm nhập. 1.1.2.2. Cấu tạo địa chất - Đồng bằng: + Hệ Trias T 3 được cấu tạo bởi cát kết, bột kết, đá phiến sét, sét vôi, cuội kết vôi kết + Hệ Đệ tứ am IV 1-2 được cấu tạo bởi cát, bột, sét, than bùn, các tích tụ thềm sông biển + Hệ Jura J 2 được cấu tạo bởi Ryolit, đacit, cuội kết + Hệ Paleozoi Muộn- Mesozoi sớm γ5 4 được cấu tạo bởi adamelit, granit biotit sẫm màu, granit haimica chứa granat. - Miền núi + Hệ Ordovic thống thượng- Hệ silur O3-S được cấu tạo bởi đá vôi, cuội sạn kết, đá phiến, bazan + Hệ Đềvôn D1-3, D2-3, D3 được cấu tạo bởi cát kết, đá phiến, đá vôi. + Hệ Jura thống thượng J3-K hệ Kreta được cấu tạo bởi sỏi kết, cát kết, bột kết, sét kết màu đỏ + Hệ Đềvon- Hê Cácbon D-C được cấu tạo bởi đá phiến sét, cát kết, đá vôi, ryplit. Hệ D-C này bao trùm cả dãy Đèo Ngang. 1.1.3. Đặc điểm thổ nhưỡng Đất đai là sản phẩm của đá mẹ, khí hậu và thảm thực vật. Chất lượng của đất đai (hoá tính và lý tính) có ảnh hưởng quyết định đến sự sinh trưởng và phát triển của các loại cây trồng. Dựa vào những chỉ tiêu chuyên môn của ngành thổ nhưỡng, qua khảo sát, thí nghiệm các mẫu đất, Bộ Nông Nghiệp đã tiến hành thiết lập bản đồ 8 thổ nhưỡng ở lưu vực sông Cả. Dựa vào bản đồ này có thể thấy các loại đất chính ở vùng dự án là: - Đất phù sa và đất cát ven biển - Đất bùn lầy - Đất mặn - Đất Feralitic mùn vàng nhạt trên núi - Đất Feralitic trên núi - Đất Feralitic điển hình nhiệt đới ẩm vùng đồi - Đất Macgalit Feralitic - Đất lúa nước vùng đồi Ở vùng đồng bằng sông Cả có các loại đất chủ yếu là 5 loại đất phía trên. Đất đai vùng trung du khá đa dạng: các loại đất chua, đất glây hoặc glây mạnh úng nước. Ở vùng đồi chuyển tiếp từ đồng bằng lên núi, loại đất chủ yếu là Feralitic. Đất đai ở 6 huyện miền núi chủ yếu là loại trầm tích và trầm tích có xen kẽ đá vôi. Do phải chịu ảnh hưởng tổng hợp của các nhân tố địa lý, địa hình, khí hậu, lớp phủ bề mặt... cho nên đất đai ở vùng đồng bằng và trung du sông Cả được xếp vào loại kém màu mỡ. 1.1.4. Đặc điểm lớp phủ bề mặt lưu vực Rừng nói riêng và thảm phủ thực vật nói chung ngoài việc cung cấp gỗ, củi, lâm sản, rừng tự nhiên có tác dụng giám tốc độ tập trung nước lũ, chống xói mòn, rửa trôi các lớp đất màu mỡ trên bề mặt và xét về mặt định tính có góp phần điều hoà dòng chảy trong năm. Rừng ở lưu vực sông Cả tập trung chủ yếu bên đất Lào và 6 huyện miền núi thuộc Nghệ An và hai huyện trung du: Hương Sơn, Hương Khê thuộc Hà Tĩnh. Trên địa phận Việt Nam, diện tích rừng che phủ bị giảm nhanh do tốc độ phát triển dân số cao ở miền núi cùng với tập quán du canh du cư của đồng bào các dân tộc. Năm 1943 toàn vùng dự án có khoảng 1, 2 triệu ha rừng, đến nay diện tích đất có rừng vào khoảng 710.000 ha chiếm khoảng 35,5% diện tích đất tự nhiên toàn lưu vực và khoảng 43% diện tích tự nhiên của các huyện miền núi và Hương Sơn, Hương Khê. Tuy rừng bị giảm 405 diện tích (tính từ năm 1943) nhưng so chung với 9 diện tích đất có rừng ở các địa phương khác như: Tuyên Quang 28%, Tây Bắc 8% thì ở vùng dự án, tỷ lệ đất có rừng ít bị tàn phá hơn nhiều. Mặc dù rừng giàu và rừng trung bình chỉ còn từ 12 - 14% diện tích đất có rừng nhưng vai trò bảo vệ môi trường và điều hoà dòng chảy ở lưu vực sông Cả vẫn còn tốt hơn nhiều so với vai trò của rừng ở thượng nguồn sông Đà, sông Lô và sông Thao. Để khắc phục tình trạng suy giảm diện tích rừng đầu nguồn cần phải đẩy mạnh phát triển đồng bộ các ngành kinh tế- xã hội đối với miền núi và trung du vùng dự án thông qua chính sách điều động dân cư, đầu tư xây dựng kết cấu hạ tầng, thay đổi tập quán du canh, du cư lạc hậu bằng kinh tế rừng, làm thuỷ lợi đảm bảo yêu cầu tưới ổn định để giảm diện tích lúa rẫy... 1.2. Đặc điểm khí tượng thủy hải văn 1.2.1. Đặc điểm khí tượng thủy văn 1.2.1.1. Các loại hình thời tiết Vùng dự án chịu ảnh hưởng của các loại hình thời tiết sau: - Khối không khí cực đới lục địa châu á hoạt động từ tháng 11 năm trước đến tháng 3 năm sau. Đặc điểm thời tiết là lạnh, khô, số ngày có mưa phùn từ giữa đến cuối mùa Đông nhiều hơn ở Bắc Bộ. - Khối không khí nhiệt đới ấn Độ Dương với hướng gió Tây-Nam hoạt động mạnh từ tháng 5 đến tháng 8, mạnh nhất vào tháng 7. Đặc điểm thời tiết là nóng, kho và ít mưa. Đây cũng là thời kỳ hoạt động mạnh nhất của gió Tây Nam mà nhân dân địa phương thường gọi là gió Lào. - Khối không khí xích đạo Thái Bình Dương với hướng gió Đông Đông Nam hoạt động từ tháng 5 tới tháng 10, mạnh nhất vào tháng 2 tháng 9 và 10. Đặc điểm của khối không khí này là nóng, ẩm và gây mưa nhiều. - Các loại hình thời tiết diễn ra trong năm làm cho chế độ khí hậu của lưu vực sông Cả vừa có đặc ddiểm của chế độ khí hậu Bắc Bộ, lại vừa mang những đặc điểm khí hậu của vùng đệm chuyển tiếp của khí hậu Đông Trường Sơn, vừa mang đặc điểm thời tiết và khí hậu của vùng duyên hải Bắc Trung Bộ. 1.2.1.2. Các đặc trưng khí hậu a) Chế độ nhiệt 10 - Vùng dự án có nhiệt độ trung bình năm từ 23,5-23,80C. - Mùa lạnh thường từ tháng 12 năm trước đến tháng 3 năm sau. - Mùa nóng kéo dài từ tháng 5 đến tháng 8, tháng 7 là tháng nóng nhất. - Nhiệt độ tối cao tuyệt đối đo được ( tháng 5/1966) ở Vinh là 42,70C - Nhiệt độ tối thấp đã quan trắc được ở Quỳ Châu từ -0,20C xuống -0,50C - Tổng nhiệt độ bình quân của cả năm khoảng 8.500-8.7000C ở đồng bằng, 8.0000C ở vùng núi phía Tây. b) Độ ẩm - Độ ẩm tương đối trung bình năm của vùng dự án dao động từ 80% đến 85%. - Độ ẩm trung bình tháng 7 đạt trị số thấp nhất vì thường có gió Lào. Độ ẩm trung bình mùa lạnh ở đồng bằng cao hơn ở vùng núi, nhưng độ ẩm tương đối trung bình tháng thì ngược lại. c) Bức xạ Số giờ nắng trung bình năm ở vùng dự án từ 1.500 giờ tới 1.800 giờ, bức xạ tổng cộng đạt (120- 130) Kcal/cm2/năm. Từ tháng 9 đến tháng 11 hàng năm bức xạ tổng cộng nhỏ hơn 400 cal/cm2 ngày, thời gian còn lại trong năm đều lớn hơn 400 cal/cm2 ngày. d) Bốc hơi Lượng bốc hơi bình quân của vùng dự án là 800 mm/năm đến 900 mm/năm (đo bằng ống Piche). ở đồng bằng khả năng khả năng bố hơi lớn hơn 900 mm/năm. Còn các vùng núi cao lượng bốc hơi chỉ biến động từ 700mm/năm tới 800 mm/năm. Tháng 7 là tháng có lượng bốc hơi lớn nhất so với các tháng trong năm. Tháng 2 là tháng có lượng bốc hơi nhỏ nhất. e) Gió -bão Gió: Các tháng mùa đông có hướng gió thịnh hành là Đông và Đông Bắc, vận tốc trung bình từ 1,5m/s đến 2m/2. Về mùa hè hướng gió thịnh hành là gió Tây và Tây Nam, với vận tốc gió bình quân đạt từ 2m/s đến 3m/s. Tốc độ gió lớn nhất có thể đạt tới 40m/s. Hàng năm từ tháng 5 đến tháng 8 có 30-35 ngày có gió Lào và được chia thành từ 5-7 đợt. 11 Bão: Bão thường đổ bộ vào lưu vực trong tháng 9 và tháng 10 gây ra mưa lớn trong lưu vực. Những đợt mưa lớn kéo dài từ 5 đến 7 ngày gây ra lũ lụt nghiêm trọng. Cường độ mưa lớn nhất khi có bão đạt tời 700-899mm/ngày và xảy ra trên diện rộng tạo nên lũ lớn trên lưu vực như lũ năm 1978, 1996. f) Đặc điểm mưa - Sự phân bố mưa theo không gian: lượng mưa bình quân nhiều năm ở địa phận Việt Nam được chia theo các vùng sau: - Vùng ít mưa nằm dọc theo thung lũng dòng chính sông Cả từ biên giới về đến Con Cuông có lượng mưa bình quân năm (1.200-1.300)mm. Trong vùng ít mưa này có những năm lượng mưa rất nhỏ như năm 1984 ở Khe Bố, lượng mưa cả năm chỉ có 511mm; năm 1977 ở Cửa Rào lượng mưa năm là 773mm. - Vùng mưa vừa nằm ở đồng bằng hạ du và lưu vực sông Hiếu (1.6002.000)mm/năm. - Vùng mưa lớn là các khu vực có lượng mưa lớn hơn 2000mm/năm nằm ở thượng nguồn sông Hiếu, sông Giăng và sông La, huyện Nghi Xuân nằm ven biển có dãy núi Hồng Lĩnh đón gió nên cũng có lượng mưa bình quân năm tới 2.300mm. * Sự phân bố mưa theo thời gian - Ở thượng nguồn sông Cả, sông Hiếu mùa mưa bắt đầu từ tháng 5, kết thúc vào tháng 10. - Vùng đồng bằng hạ du sông Cả, sông La mùa mưa bắt đầu từ tháng 6, kết thúc tháng 11. * Diễn biễn lượng mưa - Trong mùa mưa thường xuất hiện 2 đỉnh mưa, đỉnh phụ xuất hiện trước tháng 6, có năm xuất hiện sớm hơn (tháng 5/1989). Đỉnh mưa phụ là nguyên nhân tạo nên lũ tiểu mãn. - Đỉnh mưa chính thường xuất hiện vào tháng 9 hoặc tháng 10. - Đầu mùa hạ lượng mưa đạt cực đại vào tháng 6, sau đó lại giảm xuống cực vào tháng 7. Tổng lượng mưa trong 2 tháng 5 và 6 chiếm khoảng 20% lượng mưa năm, còn 2 tháng 9 và 10 có lượng mưa khoảng 40% tơi 50% lương mưa năm.