Hiện tượng bồi, xói là kết quả của quá trình tác động qua lại giữa dòng chảy và lòng sông thông qua chuyển động của bùn cát. Diễn biến lòng sông rất phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như tác dụng xâm thực của dòng chảy; các vận động kiến tạo của địa chất, các điều kiện khí hậu, thời tiết, điều kiện địa hình, địa mạo, lớp phủ thực vật và con người. Xói lòng sông là một trong những nguyên nhân dẫn đến sạt lở bờ. Các nghiên cứu về diễn biến bồi, xói đáy và sạt lở bờ sông đã thu hút được rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới. Nghiên cứu ứng dụng mô hình 1D kết hợp điều tra thực địa [1] hoặc kết hợp mô hình 1D-2D [2] để tính toán tác động của lũ lụt đến sự nút vỡ đê hoặc sạt lở kè, từ đó thiết kế được các kè hướng dòng làm giảm tác động của dòng chảy đến sạt lở. Tác giả [3] nghiên cứu phát triển mô hình 2D có sự kết hợp với mô hình vật lý để tính toán và so sánh hiện tượng xói lở bờ sông Old Rhine. Tuy nhiên nghiên cứu này cũng có một số kết quả chưa phù hợp với số liệu đo đạc do có nhiều yếu tố chưa được xem xét trong mô hình 2D. Nghiên cứu [4] kết hợp lý thuyết với thực nghiệm từ mô hình thí nghiệm đã đề xuất chỉnh sửa một vài thông số lý thuyết trong tính toán xói mòn sông để phù hợp với thực nghiệm hơn. Tác giả [5] nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ trọng bùn đến vận tốc khởi động bùn ven biển bằng các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm với kênh dài 22 m và mẫu bùn từ cửa sông Huangmaohai. Dựa trên kết quả thực nghiệm, một công thức thực nghiệm về vận tốc khởi động của bùn ven biển với tỷ trọng khác nhau được đưa ra. Nghiên cứu [6] kết hợp tính toán CFD và thí nghiệm đo vận tốc hạt (PIV) để đề xuất được phương trình tính toán xói mòn. Nghiên cứu này đã chứng minh được phương trình rất phù hợp để dự báo xói sâu cục bộ. Nhìn chung, với mong muốn hiểu được bản chất và quy luật của quá trình bồi lắng, xói lở, cho đến nay đã có rất nhiều cách tiếp cận và nhiều phương pháp khác nhau như nghiên cứu lý thuyết và công thức thực nghiệm từ thí nghiệm, phân tích tài liệu, đo đạc hiện trường, mô hình vật lý, mô hình toán.

Trong nước cũng đã có nhiều cách tiếp cận để tìm hiểu các quá trình thủy động lực học, vận chuyển bùn cát, xói lở và bồi tụ, đặc biệt là ở đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) như khảo sát thực địa [7–9], mô hình thủy động lực [8, 10–14] và viễn thám [14–17]. Trong số đó, mô hình thủy động lực có khả năng thực hiện được theo nhiều kịch bản, kết hợp được nhiều yếu tố tác động ở quá khứ, hiện tại và tương lai cho kết quả tốt [10, 11, 13]. Có rất nhiều mô hình tính toán được bồi tụ, xói lở được sử dụng rộng rãi hiện nay như: CCHE2D, EFDC ECOMSED, HEC-RAS, TELEMAC, Delft3D, MIKE 21,… trong đó MIKE21 thường được sử dụng rất nhiều vì đã có nhiều tính toán ứng dụng cho các sông ngòi ở nước ta đạt hiệu quả tốt [10, 12, 18–20]. Vì vậy, trong nghiên cứu này, mô hình thủy động lực MIKE 21 được lựa chọn do tính hiệu quả và phổ biến trong nghiên cứu chế độ dòng chảy, vận chuyển trầm tích và diễn biến hình thái ở Việt Nam nói chung và ĐBSCL nói riêng.

Ở ĐBSCL, tình hình sạt lở diễn biến phức tạp trong nhiều năm qua, có trên 665 điểm sạt lở nghiêm trọng [7]. Trong đó, tỉnh Đồng Tháp ở thượng nguồn của ĐBSCL có tỷ lệ xói lở bờ sông cao. Sông Tiền và sông Hậu chảy qua địa phận tỉnh Đồng Tháp với tổng chiều dài khoảng 140 km (110 km sông Tiền và 40 km sông Hậu) mang lại cho tỉnh nhiều lợi ích về kinh tế và xã hội. Tuy nhiên, tình trạng xói lở bờ sông thường xuyên xảy ra làm ảnh hưởng nhiều đến đời sống dân sinh và sự phát triển kinh tế - xã hội của địa phương. Theo thống kê của Chi cục Thủy lợi Đồng Tháp, tổng diện tích đất sạt lở chiếm khoảng 330 ha trên toàn tỉnh, bình quân 22 ha/năm (tính từ năm 2005-2020) [21]. Theo báo cáo thường niên của tỉnh Đồng Tháp, nguyên nhân khiến lòng sông bị thay đổi mạnh và sạt lở bờ sông có thể là do dòng thủy động lực mạnh tương tác với nền đất yếu, hình thái sông cong và có nhiều cồn cát làm phân dòng, ở đây là vùng giáp nước chịu ảnh hưởng của cả dòng chảy lũ ở phía thượng nguồn chảy xuống và dòng triều chảy lên. Với tình hình sạt lở bờ liên tục và nghiêm trọng nơi đây, nhiều giải pháp công trình bảo vệ bờ được xây dựng nhằm giảm thiểu thiệt hại và mất mát [22]. Tuy nhiên, vẫn có nhiều sự cố sạt lở bờ xảy ra ở những đoạn công trình đã được bảo vệ [23–25]. Do đó, mục đích chính của nghiên cứu này là đánh giá tác động của dòng chảy đến xói lở lòng sông trong hai trường hợp trước và sau khi có kè mỏ hàn cho đoạn sông Tiền qua thành phố Sa Đéc. Kết quả thu được từ nghiên cứu này sẽ góp phần giúp các nhà quản lý đánh giá được hiệu quả của kè mỏ hàn, đồng thời lựa chọn được phương án bảo vệ bờ phù hợp với khu vực.

Qua quá trình nghiên cứu, ứng dụng mô hình MIKE21 đã tính toán được chế độ thủy lực và chuyển tải bùn cát, biến đổi đáy tại khu vực sông Tiền đoạn qua thành phố Sa Đéc. Với mục đích của nghiên cứu là đánh giá nguy cơ xói lở dưới tác động của dòng chảy trước và sau khi xây dựng kè bờ, kết quả đạt được như sau:

- Dòng chảy trước khi có kè có vận tốc dòng chảy tối đa đạt 1,65m/s áp sát bờ lõm ở đoạn sông cong, dẫn đến xói sâu lòng dẫn (0,9 m/6 tháng) và bồi nhẹ ở bờ lồi (0,1-0,3 m/6 tháng).

- Sau khi xây dựng kè, vận tốc dòng chảy tăng ở phía trước đoạn có kè (vận tốc đạt tối đa 2,3 m/s) và giảm dần vận tốc trong khu vực có kè, đồng thời các kè này làm thay đổi luồng dòng chảy. Nhìn chung là mức độ xói giảm ở sát bờ lõm nhưng mức độ xói ở giữa dòng cũng khá đáng kể (0,8 m/6 tháng). Diện tích xói tăng so với khi chưa có kè. Bồi lắng phân bố ở phía bờ lồi, diện tích bồi giảm hơn so với khi không có kè.

- Mặc dù các kè mỏ hàn có khả năng giảm xói hiệu quả ở sát bờ lõm (quanh các kè sát bờ lõm có hiện tượng bồi), nhưng ở đầu các kè mỏ hàn cũng bị xói dẫn đến sạt lở kè.

Bên cạnh những kết quả đạt được như trên, trong bài báo này còn hạn chế là chưa tính toán được quá trình bồi xói trong thời gian dài hơn (trên 1 năm), do đó chưa thấy được tác động của dòng chảy mùa lũ và dòng chảy mùa kiệt.

Khu vực này là đoạn sông cong tự nhiên có chế động dòng chảy mạnh và phức tạp. Địa hình lòng sông có lạch sâu ép sát bờ lõm, có hố xói sâu. Dòng chảy chịu ảnh hưởng của cả dòng chảy lũ ở thượng lưu và triều ở hạ lưu, do đó, dòng chảy phức tạp với dòng xoáy và dòng nhiễu động, dễ dẫn đến xói lở khó khắc phục. Nghiên cứu góp phần giúp các nhà quản lý có thêm góc nhìn về hiệu quả của kè mỏ hàn ở đoạn sông cong này.