Bồi lắng lòng hồ Đồng Nai 3: bùn cát từ đâu, lắng ở đâu và tuổi thọ hồ chứa

Bồi lắng là quá trình bùn cát do sông suối mang tới đọng lại trong hồ chứa vì dòng chảy chậm lại khi gặp nước tĩnh. Ở hồ Đồng Nai 3, bùn cát đến từ sông Đồng Nai thượng nguồn, các suối nhánh và đất xói trên dải bờ; hạt thô lắng ngay ở cửa sông suối, hạt mịn trôi xa hơn về phía đập. Theo thời gian, bồi lắng làm giảm dung tích hồ, nên nó là yếu tố chính quyết định tuổi thọ của một hồ chứa.

Bồi lắng diễn ra âm thầm dưới mặt nước nhưng để lại dấu hiệu nhìn thấy được: những dải nước đục vàng loang ra từ cửa suối sau mưa, những bãi bồi mới ở đầu các vịnh nhánh, những vịnh nông dần qua năm tháng. Bài này giải thích cơ chế vật lý, phân bố bùn cát trong hồ, các yếu tố làm bồi lắng nhanh hay chậm, và cách người ta tính đến nó ngay từ khi thiết kế.

Cơ chế: vì sao dòng chậm thì hạt lắng

Nước chảy mang được bao nhiêu hạt đất đá phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy. Dòng chảy mạnh của sông suối mùa lũ có thể cuốn theo cát, sỏi lăn dưới đáy và rất nhiều hạt sét, bùn lơ lửng. Khi dòng sông đổ vào hồ, mặt cắt nước mở rộng đột ngột, vận tốc giảm mạnh. Hạt nặng nhất mất "chỗ dựa" trước và chìm xuống ngay; hạt nhẹ hơn trôi xa hơn rồi mới chìm; hạt sét mịn nhất có thể lơ lửng nhiều ngày, theo dòng nước lan khắp hồ.

Nguyên lý này giống như khi khuấy một cốc nước pha đất rồi để yên: cát lắng trong vài giây, bùn lắng trong vài phút, nước chỉ trong hẳn sau nhiều giờ. Trong hồ, sự phân loại theo cỡ hạt diễn ra theo không gian: càng xa cửa sông, hạt lắng càng mịn. Đó là cơ sở để các kỹ sư dự báo bùn cát sẽ tích ở đâu trong hồ.

Bùn cát lắng ở đâu trong hồ

Ở các hồ chứa trên sông, phân bố bùn cát thường theo một mô hình chung. Áp vào hồ Đồng Nai 3, có thể hình dung các vùng như sau:

Một hiện tượng đặc biệt là dòng chảy đục: nước lũ chứa nhiều bùn nặng hơn nước hồ trong, nên có thể lặn xuống và chảy men theo đáy thung lũng cũ về tận gần đập, mang bùn đi xa hơn dự kiến. Hiện tượng này đã được ghi nhận ở nhiều hồ chứa lớn; ở hồ Đồng Nai 3 có xảy ra hay không và mạnh đến đâu cần đo đạc tại chỗ.

Bùn cát từ đâu đến

Nguồn lớn nhất thường là dòng chính sông Đồng Nai từ thượng nguồn, mang bùn cát của cả lưu vực phía trên. Tuy nhiên, phía trên Đồng Nai 3 còn có những hồ chứa khác trên dòng chính và trên sông Đa Nhim; mỗi hồ phía trên giữ lại một phần bùn cát, nên lượng bùn cát về Đồng Nai 3 ít hơn so với khi sông còn chảy tự do. Đây là một tác động dây chuyền của chuỗi hồ chứa mà các nhà thủy văn rất quan tâm.

Nguồn thứ hai là các suối nhánh chảy thẳng vào hồ từ hai bên cao nguyên. Lưu vực của chúng gồm rừng, nương rẫy, vườn cà phê, đường đất. Khi rừng còn tốt, suối mang ít bùn; khi đất trống, đường mở mới, sườn dốc canh tác không có biện pháp giữ đất, mỗi trận mưa lớn đẩy hàng loạt đất đỏ xuống suối rồi vào hồ. Nguồn thứ ba là chính dải bờ bán ngập và các đảo bị sóng, mưa bào mòn, như đã nói trong bài về vùng bán ngập.

Điều gì làm bồi lắng nhanh hay chậm

Độ che phủ rừng trên lưu vực. Đây là yếu tố mạnh nhất mà con người tác động được. Tán rừng và lớp thảm mục hấp thụ năng lượng giọt mưa, rễ cây giữ đất. Rừng chuyển thành đất trống hoặc vườn trên sườn dốc có thể làm lượng đất xói tăng lên nhiều lần.

Đường giao thông và san ủi. Mặt đường đất, taluy đào đắp, bãi đổ đất là nguồn bùn tập trung. Một đoạn đường mới mở trên sườn dốc mà không có rãnh thoát nước tốt có thể đưa nhiều đất vào suối hơn cả một vùng vườn rộng.

Cường độ mưa. Đất bazan phong hoá thấm nước khá tốt, nhưng mưa cường độ lớn vượt quá khả năng thấm sẽ sinh dòng chảy mặt và xói. Những trận mưa giông dữ dội đầu mùa trên đất vừa cày xới là thời điểm xói mạnh nhất.

Các hồ phía trên. Hồ chứa thượng nguồn giữ lại phần lớn hạt thô, làm giảm bồi lắng cho hồ phía dưới, đổi lại hạ du phía sau chuỗi hồ thiếu bùn cát.

Chế độ vận hành. Mực nước hồ khi lũ về quyết định đuôi hồ nằm ở đâu, do đó bùn cát lắng ở đâu. Năm hồ thấp, bùn cát đi sâu hơn vào lòng hồ; năm hồ cao, bùn cát lắng sớm ở đuôi hồ.

Đất đỏ bazan xói ra sao khi vào hồ

Đất đỏ phong hoá từ đá bazan có thành phần hạt khá mịn, giàu sét, nhưng các hạt sét thường kết lại thành những hạt đoàn nhỏ nhờ oxit sắt và nhôm. Nhờ cấu trúc hạt đoàn, đất bazan còn rừng thấm nước tốt và khá bền trước xói mòn, so với nhiều loại đất khác. Khi rừng bị phát, đất bị cày xới liên tục và phơi nắng, hạt đoàn vỡ dần; mưa lớn đập xuống làm hạt mịn tách ra và bị cuốn đi rất dễ.

Khi vào hồ, phần lớn đất đỏ bị cuốn là hạt mịn, nên nó không lắng ngay ở cửa suối như cát mà lơ lửng lâu, nhuộm nước thành màu nâu đỏ trên một vùng rộng. Đó là lý do sau mưa lớn, nước ở các vịnh có suối từ vùng đồi canh tác đổ vào thường đục đỏ lâu hơn nước ở vịnh có suối từ rừng. Lớp bùn mịn này cuối cùng lắng thành lớp bùn mềm phủ đáy, mỏng nhưng trải rộng, góp vào việc làm giảm dung tích hồ một cách khó thấy.

Bồi lắng và tuổi thọ hồ chứa

Khi thiết kế, kỹ sư ước tính lượng bùn cát trung bình đổ về hồ mỗi năm, từ đó tính thể tích bùn cát tích luỹ trong suốt tuổi thọ dự kiến của công trình. Phần lớn thể tích này được bố trí nằm trong dung tích chết, dưới mực nước chết, để bồi lắng không ăn vào dung tích hữu ích trong nhiều thập kỷ. Cửa nhận nước của nhà máy được đặt cao hơn cao trình bùn cát dự kiến, để bùn không lấp vào đường dẫn nước.

Vấn đề là bồi lắng không đều. Bùn cát lắng ở đuôi hồ và cửa nhánh, tức là ngay trong dung tích hữu ích, chứ không ngoan ngoãn chìm xuống đáy gần đập. Nếu lưu vực bị xói mạnh hơn mức dự tính, hồ mất dung tích nhanh hơn thiết kế. Đây là vấn đề chung của nhiều hồ chứa trên thế giới, được các tổ chức chuyên ngành về đập lớn nhắc đến như một trong những thách thức dài hạn của thủy điện.

Bồi lắng cũng có tác động ở hạ du. Nước ra khỏi đập đã mất phần lớn bùn cát, nên có xu hướng "đói phù sa", bào lòng sông và bờ sông phía dưới mạnh hơn trước. Hiện tượng này đã được ghi nhận ở nhiều hệ thống sông có chuỗi hồ chứa, trong đó có các sông lớn ở Việt Nam.

Dấu hiệu bồi lắng nhìn thấy ở vùng Tà Đùng

Sau một trận mưa lớn, đứng trên cao nhìn xuống hồ, anh chị có thể thấy những dải nước nâu đỏ loang ra từ cửa các suối, ranh giới với nước hồ xanh khá rõ. Đó là bùn cát đang đi vào hồ, và hình dạng dải nước đục cho biết dòng chảy đang đẩy nó về hướng nào. Vài ngày sau, dải đục tan dần khi hạt lắng xuống hoặc hoà loãng.

Vào cuối mùa khô, khi mặt hồ thấp, đầu các vịnh nhánh thường lộ ra bãi bùn cát phẳng, có khi đã có cỏ mọc. Những bãi này nằm ở đúng chỗ dòng suối gặp nước hồ, và nhiều khả năng lớn dần qua các năm. Người dân lâu năm hay nói "vịnh này cạn hơn xưa", và đó thường là quan sát đúng về bồi lắng cục bộ. Phép đo chính xác cần khảo sát địa hình đáy hồ định kỳ, việc thuộc về đơn vị quản lý công trình.

Một dấu hiệu khác ít người để ý là màu nước theo mùa. Đầu mùa mưa, khi những trận mưa giông đầu tiên rơi trên đất vườn vừa làm cỏ, nước ở các vịnh nhánh đổi màu nhanh nhất trong năm. Giữa mùa mưa, khi cỏ và cây đã phủ lại mặt đất, cùng lượng mưa ấy lại cho nước ít đục hơn. Cuối mùa khô, nước hồ thường trong nhất vì gần như không có bùn mới đổ vào, phần bùn lơ lửng đã lắng hết. Nhịp màu nước ấy, ghi lại qua vài năm, phản ánh khá trung thực mức độ che phủ đất trên các sườn đồi quanh hồ.

Giảm bồi lắng bắt đầu từ sườn đồi

Có những giải pháp công trình để xử lý bùn cát trong hồ, như xả bùn qua cống đáy khi lũ, nạo vét cục bộ, hay xây đập chắn bùn ở thượng lưu. Chúng tốn kém và chỉ áp dụng được ở những điều kiện nhất định. Giải pháp bền và rẻ nhất trên thế giới vẫn là giảm lượng đất rời khỏi sườn đồi ngay từ đầu.

Với vùng Tà Đùng, điều đó có nghĩa là giữ rừng trên các sườn dốc và dọc suối, giữ vành cây ngay trên mức nước cao nhất của hồ, làm đường có rãnh thoát và hố lắng, không để đất san ủi trôi tự do xuống khe. Cơ chế khoa học của các quy định về hành lang bảo vệ nguồn nước và bảo vệ rừng đầu nguồn nằm chính ở đây; phần quy định cụ thể được nói trong chuyên mục Bảo tồn và quy định. Mỗi khối đất giữ lại được trên sườn đồi là một phần dung tích hồ được giữ cho các thế hệ sau.

Câu hỏi thường gặp

Hồ Đồng Nai 3 có bị bồi lấp nhanh không?

Chưa thấy số liệu đo bồi lắng của riêng hồ được công bố rộng rãi để kết luận nhanh hay chậm. Về nguyên lý, hồ được thiết kế với dung tích chết dành cho bùn cát trong tuổi thọ công trình; tốc độ thực tế phụ thuộc mức xói trên lưu vực và vai trò giữ bùn của các hồ phía trên.

Vì sao sau mưa nước hồ chỗ đục chỗ trong?

Vì bùn cát đi vào hồ theo cửa các suối và sông, rồi loang ra theo dòng chảy và gió. Gần cửa suối nước đục nhất, càng xa càng loãng và trong dần khi hạt lắng xuống. Vịnh có suối lớn đổ vào thường đục hơn vịnh không có suối.

Bồi lắng có ảnh hưởng đến cá trong hồ không?

Có. Nước đục làm giảm ánh sáng xuống sâu, ảnh hưởng tảo và thực vật thủy sinh, vốn là nền của chuỗi thức ăn. Bùn phủ đáy có thể vùi nơi đẻ trứng của một số loài. Ngược lại, bùn cát cũng mang theo dinh dưỡng. Tác động tổng hợp tuỳ mức độ và thời điểm.

Có thể nạo vét hồ được không?

Về kỹ thuật có thể nạo vét cục bộ ở cửa nhận nước hoặc vùng quan trọng, nhưng nạo vét toàn bộ một hồ lớn là gần như không khả thi về chi phí. Vì thế các nhà quản lý hồ chứa ưu tiên giảm lượng đất xói trên lưu vực.

Bùn cát bị giữ lại trong hồ thì hạ du thiếu gì?

Hạ du nhận ít phù sa hơn, dòng nước "đói" bùn cát có xu hướng bào lòng sông và bờ sông mạnh hơn, đồng bằng ven sông nhận ít phù sa bồi đắp. Đây là tác động được ghi nhận ở nhiều hệ thống sông có chuỗi hồ chứa.

Ai theo dõi bồi lắng của hồ?

Việc khảo sát địa hình lòng hồ và đánh giá bồi lắng thuộc trách nhiệm của đơn vị quản lý, vận hành công trình theo quy định về quản lý an toàn đập, hồ chứa nước, dưới sự giám sát của cơ quan nhà nước có thẩm quyền.