Tài liệu Xây dựng các biện pháp kỹ thuật kiểm soát xói mòn và bồi lắng trong thi công các công trình giao thông đường bộ (dự án điển hình đường cao tốc nội bài – lào cai)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG PHẠM NGỌC TRANG XÂY DỰNG CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT KIỂM SOÁT XÓI MÒN VÀ BỒI LẮNG TRONG THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐƢỜNG BỘ (DỰ ÁN ĐIỂN HÌNH: ĐƢỜNG CAO TỐC NỘI BÀI LÀO CAI) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội – Năm 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG PHẠM NGỌC TRANG XÂY DỰNG CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT KIỂM SOÁT XÓI MÒN VÀ BỒI LẮNG TRONG THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐƢỜNG BỘ (DỰ ÁN ĐIỂN HÌNH: ĐƢỜNG CAO TỐC NỘI BÀI LÀO CAI) Chuyên ngành: Môi trường và phát triển bền vững (Chương trình đào tạo thí điểm) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN MẠNH KHẢI Hà Nội – Năm 2016 LỜI CẢM ƠN Để có được bản luận văn tốt nghiệp này, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Trung tâm Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt là PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tôi với những chỉ dẫn khoa học quý giá trong suốt quá trình triển khai, nghiên cứu và hoàn thành đề tài “Xây dựng các biện pháp kỹ thuật kiểm soát xói mòn và bồi lắng trong thi công các công trình giao thông đường bộ (dự án điển hình: đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai)”. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo – những nhà khoa học đã trực tiếp giảng dạy, truyền đạt cho tôi những kiến thức khoa học chuyên ngành môi trường trong những năm nghiên cứu tại Trung tâm Tài nguyên và Môi trường. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các chuyên gia, kỹ sư trong công ty Getinsa Ingenieria S.L bao gồm ông Fracisco Javier de Bonifaz – Tư vấn trưởng; ông Sergio Mata Gallego – Chuyên gia Môi trường Cao cấp; ông Jose Ignacio Gonzalez Soriano – Kỹ sư Thường trú nhóm 1; ông Romeo Pineda – Kỹ sư kết cấu cao cấp; ông Mai Triệu Quang – Phó tư vấn trưởng, Kỹ sư đường cao cấp; ông Nguyễn Vĩnh Phú – Phó tư vấn trưởng, Chuyên gia xã hội cao cấp; ông Đỗ Văn Mạnh – Kỹ sư hiện trường dự án Nội Bài – Lào Cai đã hợp tác, giúp đỡ và hỗ trợ tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi cũng xin ghi nhận sự quan tâm và đóng góp quý báu, nhiệt tình của các bạn học viện lớp CH10, Trung tâm Tài nguyên và Môi trường trong quá trình nghiên cứu tại Trung tâm. Đặc biệt là sự quan tâm, động viên sâu sắc của gia đình tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn các đơn vị và cá nhân đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Phạm Ngọc Trang ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1.1 Cơ sở lý luận ..................................................................................................... 3 1.1.1 Khái niệm xói mòn và trầm tích .............................................................. 3 1.1.2 Quá trình xói mòn và bồi lắng.................................................................. 4 1.1.3 Phân loại xói mòn và trầm tích ................................................................ 5 1.2 Kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mƣa và dòng chảy nƣớc mƣa trong thi công các công trình GTĐB .................................................................................... 9 1.2.1 Trên thế giới ............................................................................................... 9 1.2.2 Tại Việt Nam ............................................................................................ 12 1.2.3 Kiểm soát xói mòn và bồi lắng trong thi công tại khu vực nghiên cứu14 CHƢƠNG 2: ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN, PHƢƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................... 16 2.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu ................................................................. 16 2.1.1 Địa điểm nghiên cứu................................................................................ 16 2.1.2 Điều kiện tự nhiên môi trƣờng khu vực nghiên cứu ............................ 17 2.1.3 Thời gian nghiên cứu .............................................................................. 19 2.2 Phƣơng pháp luận .......................................................................................... 20 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 20 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.............................................................. 23 3.1 Phân loại đất xây dựng và phân cấp tính xói mòn đất ............................... 23 3.1.1 Phân loại đất xây dựng và quy định về đất xây dựng nền đƣờng của dự án đƣờng cao tốc NB - LC .......................................................................... 23 3.1.2 Phân cấp tính xói mòn của đất ............................................................... 24 3.2 Tình hình xói mòn và bồi lắng do mƣa dòng chảy nƣớc mƣa trong khi thi công tại khu vực nghiên cứu ............................................................................... 25 3.2.1 Tác động của mƣa và dòng chảy nƣớc mƣa đến xói mòn tại khu vực nghiên cứu ......................................................................................................... 25 iii 3.2.2 Các biện pháp kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mƣa và dòng chảy nƣớc mƣa đã đƣợc áp dụng tại khu vực nghiên cứu..................................... 28 3.3 Một số biện pháp kỹ thuật kiểm soát xói mòn và trầm tích do mƣa và dòng chảy nƣớc mƣa đƣợc xây dựng áp dụng cho khu vực nghiên cứu ........ 35 3.3.1 Biện pháp thiết kế và lập kế hoạch ........................................................ 35 3.3.2 Các biện pháp kiểm soát dòng chảy nƣớc mƣa .................................... 35 3.3.3 Các biện pháp kiểm soát xói mòn do mƣa và dòng chảy nƣớc mƣa .. 36 3.3.4 Các biện pháp kiểm soát trầm tích ........................................................ 37 3.4 Đặc điểm kỹ thuật của một số biện pháp kiểm soát xói mòn và trầm tích do mƣa và dòng chảy nƣớc mƣa......................................................................... 38 3.4.1 Thiết kế sắp xếp công trƣờng: ................................................................ 38 3.4.2 Lập kế hoạch thi công ............................................................................. 39 3.4.3 Hào và bờ điều hƣớng tạm thời ............................................................. 41 3.4.4 Đập chặn ................................................................................................... 43 3.4.5 Rãnh thoát nƣớc mái dốc tạm thời ........................................................ 44 3.4.6 Bảo tồn thảm thực vật hiện hữu............................................................. 46 3.4.7 Tạo bậc và làm gồ ghề mái dốc .............................................................. 48 3.4.8 Che phủ .................................................................................................... 50 3.4.9 Đá xếp ....................................................................................................... 52 3.4.10 Phục hồi lại thảm thực vật .................................................................... 53 3.4.11 Kiểm soát trầm tích bằng bờ đá xếp/rọ đá.......................................... 54 3.4.12 Rào chắn bằng bao sỏi và cát ............................................................... 55 3.4.13 Bẫy trầm tích tạm thời .......................................................................... 57 3.4.14 Lƣu vực giữ trầm tích ........................................................................... 59 3.4.15 Rào cản bằng kiện rơm ......................................................................... 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 66 iv Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt ADB Asian Development Bank (Ngân hàng Phát triển châu Á) BĐKH Biến đổi khí hậu BMPs Best Management Practices (Thực hành quản lý tốt nhất) ĐTM Đánh giá tác động môi trường FAO Food and Agricultural Organization (Tổ chức Nông nghiệp và Lương thực Liên hiệp quốc) GTĐB Giao thông đường bộ GTVT Giao thông vận tải NOAA National Oceanic and Asmotpheric Administration (Cơ quan Đại dương và Khí quyển Quốc gia – Hoa Kỳ) NB-LC Nội Bài – Lào Cai US EPA US Environmental Protection Agency (Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ) WB World Bank (Ngân hàng Thế giới) v Danh mục các bảng Bảng 1.1: Phân loại trầm tích theo kích thước hạt ...................................................... 8 Bảng 2.1: Kết quả phân tích một số mẫu đất khu vực dự án .................................... 19 Bảng 3.1: Đất và phân cấp tính xói mòn đất ............................................................. 24 Bảng 3.2: Một số vị trí bị tác động điển hình bởi xói mòn và trầm tích do mưa và dòng chảy nước mưa ................................................................................................. 32 Bảng 3.3: Các biện pháp kiểm soát dòng chảy nước mưa tạm thời .......................... 36 Bảng 3.4: Các biện pháp kiểm soát xói mòn do mưa và dòng chảy nước mưa ........ 36 Bảng 3.5: Kiểm soát xói mòn và che phủ đất ........................................................... 37 Bảng 3.6: Các biện pháp kiểm soát trầm tích ........................................................... 38 Bảng 3.7: Kích thước đá xếp và chiều dài thềm đá xếp theo năng lực tiêu thoát của rãnh thoát ................................................................................................................... 46 Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình 1.1: Quá trình xói mòn ....................................................................................... 4 Hình 2.1: Sơ đồ tuyến đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai, đoạn Km 0 – 48+680 ..... 22 Hình 3.1: Phân loại đất theo thành phần hạt cát, bụi và sét được sử dụng bởi Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ ................................................................................................ 25 Hình 3.2: Biểu đồ lượng mưa các tháng trong năm 2012 tỉnh Vĩnh Phúc ................ 26 Hình 3.3: Sơ đồ xói mòn bề mặt do mưa và dòng chảy nước mưa ........................... 27 Hình 3.4: Kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa tại Km 23+900 – Km 25+000 ............................................................................................... 28 Hình 3.5: Kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa tại Km 41+600 – Km 41+900 ............................................................................................... 29 Hình 3.6: Kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa tại Km 47+200 – Km 47+900 ............................................................................................... 30 vi MỞ ĐẦU Hạ tầng giao thông đường bộ là bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng xã hội nói chung và kết cấu hạ tầng giao thông nói riêng, cần được phát triển trước một bước để tạo tiền đề, làm động lực phát triển kinh tế xã hội, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa của Đảng và Nhà nước, đáp ứng quá trình hội nhập khu vực và quốc tế, góp phần đảm bảo an ninh, quốc phòng của đất nước. Chính vì lẽ đó, trong nhiều năm vừa qua hạ tầng giao thông Việt Nam đã được đầu tư và có những định hướng phát triển vượt bậc. Theo Quyết định số 1327/QĐ-TTg ngày 24/8/2009 của Thủ tướng Chính phủ về việc quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030, Quyết định số 1734/QĐ-TTg ngày 01/12/2008 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch phát triển mạng đường bộ cao tốc Việt Nam đến năm 2020 và tầm nhìn sau năm 2020, dự kiến nhu cầu vốn đầu tư để thực hiện các dự án giao thông chính yếu giai đoạn 2010-2025 vào khoảng 75 tỷ USD (khoảng 5 tỷ USD/năm, tương đương với 90.000 tỷ đồng/năm). Phát triển cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ gây ra các tác động không tránh khỏi lên môi trường xung quanh, đặc biệt trong quá trình thi công. Kinh nghiệm thực tế từ hoạt động giám sát, quản lý thi công tại dự án đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai cho thấy xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa là một trong những tác động chính, tác động nghiêm trọng lên môi trường đất, nước mặt nơi dự án đi qua ảnh hưởng đến đếntài sản của người dân, ô nhiễm môi trường đất và nước sản xuất nông nghiệp, hủy hoại và giảm năng suất cây trồng nông nghiệp và thủy sản, mất nhiều chi phí và thời gian đề xử lý và gây bức xúc mạnh mẽ trong cộng đồng. Với nhu cầu cũng như thực tiễn phát triển cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ nhanh chóng tại Việt Nam, việc xây dựng các biện pháp kỹ thuật kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa trong quá trình thi công nhằm giảm thiểu tối đa các tác động của chúng đến môi trường xung quanh là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. 1 Luận văn tập trung nghiên cứu vào các mục tiêu sau: - Làm rõ đặc điểm của quá trình xây dựng công trình GTĐB cũng như xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa trong giai đoạn xây dựng công trình GTĐB tại dự án điển hình. - Xây dựng các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn cho từng biện pháp kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa trong giai đoạn xây dựng phù hợp với điều kiện địa hình và khí hậu tại khu vực dự án cũng như các công trình GTĐB tương tự. Đối tượng nghiên cứu: - Xói mòn và trầm tích do mưa và dòng chảy nước mưa trong giai đoạn thi công các công trình giao thông đường bộ và một số biện pháp kiểm soát. Phạm vi nghiên cứu: - Đề tài tập trung nghiên cứu xói mòn, bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa trên đoạn tuyến Km 0 ~ Km 48+680, tuyến đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai; đánh giá tác động của xói mòn, bồi lắng do mưa và dòng chảy nước mưa trong giai đoạn thi công; đề xuất các biện pháp kỹ thuật khả thi kiểm soát xói mòn và trầm tích do mưa và dòng chảy nước mưa tại khu vực dự án điển hình. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: - Đóng góp ban đầu cho việc hình thành một bộ biện pháp kỹ thuật với các tiêu chuẩn cụ thể nhằm kiểm soát xói mòn và trầm tích do mưa và dòng chảy nước mưa trong thi công các công trình GTĐB của Việt Nam. - Giảm thiểu, hạn chế tối đa tác động môi trường gây ra bởi xói mòn và trầm tích do mưa và dòng chảy nước mưa trong thi công các công trình GTĐB. - Góp phần đảm bảo, giữ gìn sinh kế, tài sản và an ninh trật tự cho các cộng đồng lân cận khu vực dự án. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở lý luận 1.1.1 Khái niệm xói mòn và trầm tích Xói mòn Trong địa mạo và địa chất, xói mòn là hoạt động của các quá trình ngoại sinh (như dòng nước hoặc gió) mà loại bỏ đất đá từ một vị trí trên vỏ trái đất, sau đó vận chuyển nó đến một vị trí mà tại đó nó được lắng xuống.Trầm tích bị xói mòn có thể được vận chuyển chỉ một vài mm, hoặc hàng ngàn cây số. Trong khi xói mòn là quá trình tự nhiên, thì các hoạt động của con người đã làm tăng 10 – 40 lần tỷ lệ xói mòn xảy ra trên toàn cầu.Xói mòn quá mức gây ra cả các vấn đề “tại chỗ” lẫn “bên ngoài”.Các tác động tại chỗ bao gồm làm giảm năng suất nông nghiệp và (về cảnh quan thiên nhiên) sụp đổ hệ sinh thái, bởi vì sự mất mát của lớp đất giầu dinh dưỡng phía trên. Trong một vài trường hợp, kết quả cuối cùng là sa mạc hóa. Các ảnh hưởng bên ngoài bao gồm bồi lắng các tuyến đường thủy và hiện tượng phú dưỡng các thực thể nước, cũng như thiệt hại do trầm tích liên quan tới đường giao thông và nhà ở. Xói mòn do gió và nước là hai nguyên nhân chính gây ra tình trạng suy thoái đất; kết hợp lại, chúng gây ra 84% suy thoái đất ở mức độ toàn cầu, làm cho xói mòn quá mức là một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng nhất trên toàn thế giới[9]. Thâm canh nông nghiệp, phá rừng, đường giao thông, mở rộng đô thị và biến đổi khí hậu (BĐKH) do con người nằm trong những hoạt động đáng kể nhất của con người kích thích xói mòn [17]. Tuy nhiên, có rất nhiều các biện pháp phòng chống và khắc phục hậu quả có thể ngăn chặn hoặc hạn chế xói mòn của những khu vực đất dễ bị tổn thương. Trầm tích Trầm tích là một loại vật liệu xuất hiện tự nhiên bị chia nhỏ bởi các quá trình phong hóa và xói mòn, và sau đó được vận chuyển bởi các tác động của gió, nước, hoặc băng, và/hoặc bởi lực hấp dẫn. 3 Trầm tích thường được vận chuyển bằng nước (quy trình sông), gió (quy trình gió) và sông băng.Cát ở bãi biển và bồi lắng lòng sông là những ví dụ về vận chuyển sông và bồi lắng, mặc dù trầm tích cũng lắng ra khỏi các dòng chảy chậm hay nước tĩnh trong các hồ và đại dương. Các dụn cát sa mạc và hoàng thổ là những ví dụ về vận chuyển do gió và lắng đọng. Lắng đọng băng tích trong các dòng sông băng là trầm tích được vận chuyển do nước đá. 1.1.2 Quá trình xói mòn và bồi lắng a) Quá trình xói mòn Quá trình xói mòn có thể chia làm 3 giai đoạn bao gồm: (i) các hạt vật chất bị tách rời, (ii) sự vận chuyển, và (iii) sự lắng đọng. Vận chuyển Hạt vật chất bị tách rời Lắng đọng Hình 1.1: Quá trình xói mòn b) Quá trình bồi lắng Trầm tích được vận chuyển phụ thuộc vào cường độ dòng chảy mang nó và hình dạng, mật độ, khối lượng và kích thước của bản thân nó. Dòng chảy mạnh hơn sẽ tăng khảnăng và lôi kéo hạt, làm trầm tích tăng lên, trong khi các hạt có mật độ cao hơn hay lớn hơn sẽ có nhiều khả năng rơi ra khỏi dòng chảy. Các quy trình sông: sông, suối và các dòng chảy trên mặt đất Các dòng sông hay suối mang trầm tích trong những dòng chảy của chúng. Trầm tích có thể ở trong những vị trí khác nhau của dòng chảy, phụ thuộc và sự cân bằng giữa vận tốc dòng chảy hướng lên các hạt (lực nâng và lôi kéo), và vận tốc 4 lắng của hạt. Các mối quan hệ này được thể hiện trong bảng sau cho số Rouse, là một tỷ lệ giữa vận tốc rơi của trầm tích với vận tốc dòng chảy hướng lên. Vận tốc lắng ws Rouse = = Lực nâng và kéo (1) ku* Trong đó:  ws là vận tốc lắng  k là hằng số von Kármán  u* là vận tốc dịch chuyển Phƣơng thức vận chuyển Số Rouse Dưới đáy >2.5 Lơ lửng: 50% lơ lửng >1.2, <2.5 Lơ lửng: 100% lơ lửng >0.8, <1.2 Trên bề mặt <0.8 Nếu vận tốc lắng xấp xỉ bằng vận tốc dòng chảy hướng lên thì trầm tích được vận chuyển lơ lửng trong dòng chảy. Nếu vận tốc dòng chảy nhỏ hơn nhiều so với vận tốc lắng nhưng vẫn đủ để làm di chuyển trầm tích thì trầm tích sẽ di chuyển ở phía dưới đáy dòng chảy bằng cách lăn, trượt, và nhảy cóc (nhảy lên vào dòng chảy và được vận chuyển một đoạn ngắn, sau đó lại lắng xuống). Nếu vận tốc dòng chảy hướng lên lớn hơn so với vận tốc lắng thì trầm tích sẽ được vận chuyển ở phía trên bề mặt của dòng chảy. Quy trình gió: Gió đưa đến sự vận chuyển các hạt trầm tích nhỏ, mịn và sự hình thành các cánh đồng cát và đất từ bụi lơ lửng trong không khí. Quy trình sông băng: Sông băng vận chuyển trầm tích với nhiều kích cỡ khác nhau và lưu trữ nó trong băng tích. 1.1.3 Phân loại xói mòn và trầm tích Phân loại xói mòn 5 Xói mòn là kết quả của nhiều quá trình vật lý khác nhau như mưa, dòng chảy bề mặt, sông suối, lũ lụt, gió, bong tróc, sét đánh, trọng lực…Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài sẽ tập trung xem xét các loại xói mòn do mưa và dòng chảy nước mưa. Mưa và dòng chảy nước mưa Mưa và dòng chảy bề mặt do mưa là nguyên nhân gây ra 4 loại xói mòn chính bao gồm xói mòn xới, xói mòn bề mặt, xói mòn dòng chảy chậm bề mặt và xói mòn rãnh. Xói mòn xới nhìn chung là bước đầu tiên và ít nguy hại nhất trong quá trính xói mòn đất, diễn tiến tiếp theo là xói mòn bề mặt, sau đó là xói mòn dòng chảy chậm bề mặt và cuối cùng là xói mòn rãnh [28]. Xói mòn xới là do tác động của hạt mưa tạo trên bể mặt đất một hố nhỏ, tách rời các hạt đất. Hạt đất bị tách rời có thể bắn cao 0,6m theo chiều thẳng đứng và 1,5m theo chiều ngang so với bề mặt. Khi đất bão hòa nước, hay khi lượng mưa lớn hơn tốc độ nước thâm nhập vào trong đất, dòng chảy bề mặt sẽ xuất hiện, nếu dòng chảy có đủ năng lượng nó sẽ vận chuyển các hạt đất bị tách rời theo chiều dốc gây ra xói mòn bề mặt. Xói mòn bề mặt là sự vận chuyển của các hạt đất bị tách rời do dòng chảy tràn trên bề mặt [19]. Xói mòn do dòng chảy chậm bề mặt xuất hiện khi các dòng chảy yếu trênbề mặt phát triển và tập trung lại với nhau. Độ sâu của dòng chảy này thường là một vài cm hay nhỏ hơn. Xói mòn rãnh xảy ra khi xuất hiện các dòng chảy bề mặt tập trung và chảy nhanh hơn trong những rãnh hẹp trong suốt hay ngay lập tức sau khi có mưa lớn hoặc tuyết tan chảy, di rời đất và tạo một rãnh sâu đáng kể. Các dòng sông và suối Xói mòn bờ là bờ của các dòng sông, suối bị cuốn đi.Điều này khác với các thay đổi ở đáy của nguồn nước.Xói mòn và những thay đổi về hình dáng của bờ 6 sông có thể được xác định bằng cách cắm mốc giới trên bờ sông và đánh dấu bị trí của bề mặt bờ cùng các mốcgiới tại các thời điểm khác nhau. Xói mòn gió Xói mòn do gói là một loại ảnh hưởng địa mạo chủ yếu, đặc biệt ở những vùng khô hạn hoặc bán khô hạn. Nó cũng là nguyên nhân chính gây suy thoái đất, bốc hơi, sa mạc hóa, bụi bẩn có hại, và thiệt hại cây trồng – đặc biệt sau khi được tăng cường hơn xa tỷ lệ tự nhiên do những hoạt động của con người như phá rừng, đô thị hóa và nông nghiệp [11]. Xói mòn gió có 2 dạng chính bao gồm: sự ăn mòn (deflation) – khi gió cuốn lên mà mang đi những hạt vật chất nhỏ, liên kết yếu); và mài mòn (abrasion) – khi bề mặt bị bắn phá, mài mòn bởi các hạt vật chất mang theo trong gió. Sự ăn mòn được chia thành 3 loại bao gồm: (i) trượt trên bề mặt (5-25%), nơi các hạt vật chất nặng hơn và lớn hơn trượt hoặc lăn dọc trên bề mặt; (ii) nảy lên (50-70%), nơi các hạt vật chất được nâng lên trong không khí và đưa đi một đoạn ngắn, rồi lại rơi xuống và cứ như thế bị vận chuyển đi trên mặt đất; và (iii) lơ lửng (30-40%), khi những hạt rất nhỏ và nhẹ được nâng lên vào không khí bởi gió và thường được mang đi một khoảng xa [8, 9]. Xói mòn gió nặng nề hơn rất nhiều ở những khu vực khô cằn và trong thời gian bị hạn hán; ví dụ như ở Great Plains, ước tính lượng đất mất đi do xói mòn gió có thể nhiều hơn 6100 lần so với trong những năm ẩm ướt [27]. Di chuyển khối Di chuyển khối là sự chuyển động bên ngoài và xuống phía dưới của đá và trầm tích trên một bề mặt dốc, chủ yếu là do trọng lực [15]. Di chuyển khối là một phần quan trọng của quá trình xói mòn, và thường là bước đầu tiên trong việc phá vỡ và vận chuyển vật liệu bị phong hóa tại các khu vực miền núi [18].Nó di chuyển vật liệu từ cao độ lớn hơn xuống cao độ thấp hơn nơi mà các tác nhân gây xói mòn như dòng nước có thể mang vật liệu xuống độ cao thấp hơn nữa. 7 Phân loại trầm tích: Trầm tích có thể được phân loại dựa vào kích thước hạt hay thành phần của nó. Bảng 1.1: Phân loại trầm tích theo kích thước hạt Kích cỡ(hệ mét) Phân loại tổng hợp Tên khác >300mm Đá tảng 64-300 mm Đá cuội 32-64 mm Sỏi thô lớn Dăm 16-32 mm Sỏi thô Dăm 8-16 mm Sỏi vừa Sạn 4-8 mm Sỏi mịn Sạn 2-4 mm Sỏi mịn nhỏ Sạn 1-2 mm Cát thô lớn 0,5-1 mm Cát thô 0,25-0,5 mm Cát vừa 125-250 µm Cát mịn 62,5-125 µm Cát rất mịn 3,9-62,5 µm Phù sa <3,9 µm Hạt sét <1 µm Chất keo Bụi Thành phần của trầm tích có thể được xác định theo: - Thạch học, - Thành phần khoáng sản, hay - Tính chất hóa học 8 1.2 Kiểm soát xói mòn và bồi lắng do mƣa và dòng chảy nƣớc mƣatrong thi công các công trình GTĐB 1.2.1 Trên thế giới Đường giao thông, trong và sau khi xây dựng, có nhiều tác động bất lợiđối với môi trường xung quanh, đặc biệt là các tác động do xói mòn và trầm tích.Từ nhiều năm qua, tác động của xói mòn và bồi lắng từ hoạt động của các công trình GTĐB đã được đánh giá và xem xét kỹ lưỡng với nhiều nghiên cứu đến từ các nhà khoa học, các tổ chức khác nhau trên thế giới. Xói mòn trong và sau quá trình xây dựng các công trình GTĐB có thể mang đến một lượng lớn trầm tích, bùn trong các dòng chảy mà có thể làm suy giảm chất lượng nước dẫn đến hủy hoại môi trường sống của các động vật thủy sinh và các vấn đề sinh thái khác [26]. Trong bài báo nghiên cứu được đăng trên tạp chí Streamline, [14] và các cộng sự đã cho thấy dù các hệ thống đường bộ được thiết kế tốt cũng có thể làm thay đổi dòng chảy sông suối và khối lượng trầm tích. Các con đường có thể làm gia tăng mất mùa và là nguồn trầm tích lâu dài hay lặp đi lặp lại do xói mòn bề mặt. Bằng cách thay đổi tỉ lệ và vị trí xói mòn và bồi lắng, các con đường có thể tác động đến thủy văn và địa mạo, cũng như tác động tiêu cực đến chất lượng nước và môi trường sống thủy sinh. Các con đường mang đến trầm tích do xói mòn gây ra từ các mái dốc đào, đắp, trên bề mặt đường và do chuyển hướng các dòng chảy. Các con đường mòn khai thác gỗ tạm, giống như đường rừng, có thể là nguồn trầm tích trong các khu vực nước mặt. Chúng cũng ảnh hưởng đến thủy văn tầng dưới do sự gia tăng mật độ khối đất và làm suy giảm độ dẫn thủy lực [7]. Việc xây dựng và sử dụng các con đường rừng dẫn đến sự thay đổi cảnh quan nơi chúng đi qua. Tất cả các loại hoạt động lâm sinh, xây dựng không phù hợp và duy trì không hợp lý “các con đường khai thác gỗ” là nguồn chủ yếu gây ra xói mòn và bồi lắng do con người [26]. Hư hỏng đường và xói mòn bề mặt có thể gây 9 ra một tác động to lớn đối với tài nguyên thiên nhiên và có thể gây ra mất mát kinh tế nghiêm trọng do các dòng suối bị chặn, suy giảm chất lượng nước, phá hủy các cây cầu và phần đất lưu hai bên đường, khu vực sinh sản bị hủy hoại, giảm đất sản xuất và thiệt hại tài sản [19]. Đường bị hư hại có thể mang cả trầm tích thô và mịn vào các dòng chảy, và sự tích lũy của nó trong các cơn bão lớn có thể có những ảnh hưởng vô cùng nghiêm trọng, như bồi lấp các ao hồ và làm giảm độ phức tạp của môi trường sống. Các nghiên cứu chỉ ra rằng các con đường có thể mang 50-80% trầm tích vào trong những dòng chảy. Lượng trầm tích được mang đến từ các con đường rừng có thể lớn hơn 300 lần tại những khu vực đất rừng không bị xáo trộn. Những con đường trên đất trang trại và dẫn đến những khu vực nông thôn và ngoại thành cũng có thể mang đến các vấn đề về trẩm tích trong các lưu vực sông [18]. Xói mòn bề mặt từ các con đường có thể cung cấp nguồn trầm tích mịn thường xuyên mà có thể làm suy giảm sự thành công của hoạt động sinh sản của cá hồi.Trầm tích nhỏ từ các con đường thâm nhập vào các con suối lấp đầy các khe hở giữa các viên sỏi dưới đáy, làm giảm khả năng sống sót của trứng các hồi và các côn trùng thủy sinh [18]. Cedarholm đã phát hiện ra rằng trầm tích mịn trong những kẽ sỏi ở bãi đẻ của cá hồi tăng từ 2,6 – 4,3 lần trong những lưu vực sông với tỷ lệ nhiều hơn 4,1 dặm đường trên một dặm vuông đất. Matthewsđã kết nối sự gia tăng mật độ đường giao thông với sự gia tăng lượng trầm tích ở sông Noyo. Các nghiên cứu khu vực từ lưu vực nội sông Columbia đã chỉ ra rằng cá hồi nước ngọt giống đực không xuất hiện trong những lưu vực sông với tỷ lệ nhiều hơn 1,7 dặm đường trên một dặm vuông đất và NOAA vào năm 1995 đã thiết lập các giới hạn cho mật độ đường trên những khu vực đất rừng quốc gia trong lưu vực sông Columbia không quá 2,5 dặm/1 dặm vuông. Cơ quan Dịch vụ cá biển quốc gia Hoa Kỳ (1996) đã ra hướng dẫn cho lưu vực sông đặc trưng cho môi trường sống của cá hồi với mật độ đường giao thông lớn hơn 3 dặm trên 1 dặm vuông tại khu vực lưu vực sông là “chức năng 10 không phù hợp”, trong khi “điều kiện chức năng phù hợp” được xác định với mật độ đường tối đa là 2,5 dặm/dặm vuông, với không hoặc một vài đường phụ trợ [18]. Ngoài ra, đô thị hóa có ảnh hưởng lớn đến các quá trình xói mòn, đầu tiên là sự lột bỏ thảm thực vật che phủ trên mặt đất, thay đổi các mô hình thoát nước, và đầm nén đất trong quá trình xây dựng; và tiếp theo là che phủ đất với lớp bê tông hoặc bê tông nhựa không thấm làm tăng số lượng dòng chảy bề mặt và tăng tốc độ gió [21]. Phần lớn trầm tích được mang vào dòng chảy từ các khu vực đô thị (đặc biệt là đường giao thông) bị ô nhiễm nghiêm trọng với nhiên liệu, dầu, và các chất hóa học khác [23]. Việc gia tăng dòng chảy này, ngoài việc làm xói mòn và suy thoái đất nơi nó chảy qua, nó cũng gây ra sự gián đoạn lớn xung quanh các lưu vực sông do thay đổi khối lượng và tốc độ nước chảy qua chúng, và lấp đầy chúng với trầm tích bị ô nhiễm các chất hóa học. Sự gia tăng dòng chảy qua đường thủy nội địa cũng gây ra một sự gia tăng lớn trong tỷ lệ xói mòn bờ [16]. Văn phòng Di sản và Môi trường thuộc Văn phòng Thủ tướng và Nội các của Úc, trong tài liệu của mình, cho thấy xói mòn và bồi lắng dài hạn từ các con đường không được rải nhựa là không thể tránh khỏi. Tuy nhiên, quản lý một cách có hiệu quả có thể giảm thiểu xói mòn và bồi lắng và qua đó làm giảm tất cả chi phí về bảo dưỡng, các rủi ro an toàn công cộng tiềm tàng và các tác động môi trường [24]. Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều công trình công nghiên cứu tại các nước phát triển như Hoa Kỳ, Canada, New Zealand… về kiểm soát xói mòn và trầm tích trong thi công các công trình GTĐB được ban hành dưới dạng luật hay hướng dẫn thực hành quản lý trong thi công.Có thể kể ra đây các công trình như “Kiểm soát xói mòn và trầm tích đối với các con đường không rải nhựa” của Văn phòng Di sản và Môi trường Úc; “Sổ tay Thực hành quản lý tốt nhất cho các công trường xây dựng tại Honolulu” của Sở các dịch vụ môi trường Honolulu; “Sổ tay quản lý chất lượng nước mưa” của Sở GTVT bang California, Hoa Kỳ; hay “Sổ tay các con đường và môi trường” của WB… 11 Một số bang tại Hoa Kỳ thậm chí còn ban hành Luật Kiểm soát Xói mòn và Trầm tích để ngăn chặn sự hủy hoại tài sản và các nguồn tài nguyên thiên nhiên do xói mòn, trầm tích và dòng chảy phi nông nghiệp gây ra (như Luật Kiểm soát Xói mòn và Trầm tích của bang Virginia, Hoa Kỳ có hiệu lực bắt đầu từ ngày 01 tháng 7 năm 2013). 1.2.2 Tại Việt Nam Các công trình nghiên cứu bảo vệ đất đầu tiên đựơc tiến hành từ những năm 1960, do Viện Nông hoá thổ nhưỡng - trường Đại học Tổng hợp, trường Đại học Nông nghiệp, trường Đại học Lâm nghiệp, Đại học Sư phạm Hà Nội và một số trung tâm khác thực hiện. Tuy nhiên, do nghiên cứu bảo vệ đất thường đòi hỏi kinh phí lớn và phương tiện hiện đại, nên những công trình nghiên cứu còn ít và chưa hệ thống, các phương tiện nghiên cứu còn đơn giản; nên vẫn còn rất ít ỏi những thông tin về xói mòn ở Việt Nam, chưa đủ thông tin cho việc phân tích quy luật để dự báo xói mòn, xây dựng biện pháp bảo vệ đất ở Việt Nam. Theo Nguyễn Quang Mỹ, lịch sử nghiên cứu xói mòn ở nước ta có thể chia thành 3 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Trước năm 1954. Giai đoạn này xói mòn đất hầu như chưa được nghiên cứu đưa lên thành lý luận.Một số biện pháp canh tác chống xói mòn mang tính sơ khai như làm ruộng bậc thang, kè cống… mới bước đầu xuất hiện [4]. - Giai đoạn 2: Từ 1954 đến 1975. Nghiên cứu về xói mòn đất ở Việt Nam có thể nói bắt đầu từ những năm 1960.Trong thời gian này, miền Bắc xây dựng nhiều nông trường, nông trang, các hợp tác xã nông nghiệp. Ở khu vực trung du và miền núi nước ta chủ yếu là đất đá, do đó vấn đề sử dụng hợp lý và có hiệu quả đất đai được nhiều người chú ý, nhất là Tây Bắc, Đông Bắc, Bắc Trường Sơn v.v... Ở các 12