Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu nguy cơ tai biến lũ bùn đá tại xã Tân Nam, huyện Quang Bình, tỉnh Hà Giang và đề xuất các giải pháp phòng tránh

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

74
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận văn nhằm khoanh vùng những khu vực đã xảy ra hiện tượng lũ bùn đá trong khu vực xã Tân Nam; xây dựng bản đồ nguy cơ lũ bùn đá trong khu vực xã Tân Nam; đề xuất một số giải pháp phòng tránh cho khu vực nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu nguy cơ tai biến lũ bùn đá tại xã Tân Nam, huyện Quang Bình, tỉnh Hà Giang và đề xuất các giải pháp phòng tránh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Đỗ Minh Ngọc NGHIÊN CỨU NGUY CƠ TAI BIẾN LŨ BÙN ĐÁ TẠI XÃ TÂN NAM, HUYỆN QUANG BÌNH, TỈNH HÀ GIANG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG TRÁNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Đỗ Minh Ngọc NGHIÊN CỨU NGUY CƠ TAI BIẾN LŨ BÙN ĐÁ TẠI XÃ TÂN NAM, HUYỆN QUANG BÌNH, TỈNH HÀ GIANG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG TRÁNH Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên và môi trƣờng Mã số: 60850101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Đỗ Minh Đức Hà Nội - 2014
LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu nguy cơ tai biến lũ bùn đá tại xã Tân Nam, huyện Quang Bình, tỉnh Hà Giang và đề xuất các giải pháp phòng tránh” đƣợc hoàn thành ngoài sự nỗ lực của bản thân, tác giả còn đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp, cơ quan và gia đình. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đỗ Minh Đức, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, đã dành nhiều công sức giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Địa lý, các cán bộ, giảng viên trong Khoa đã giảng dạy và giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập cũng nhƣ hoàn thành luận văn. Đồng thời, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Chƣơng trình hợp tác giữa Đại học Quốc gia Hà Nội và Bộ ngoại giao Vƣơng quốc Na Uy (SRV-10/0026) về “Tăng cƣờng năng lực và chuyển giao công nghệ phục vụ giảm thiểu địa tai biến ở Việt Nam trong bối cảnh biến đổi khí hậu” đã cung cấp tài liệu, số liệu cho luận văn này. Bên cạnh đó, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các quí cơ quan, bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quí báu trong quá trình tác giả hoàn thành luận văn. Mặc dù luận văn đã đƣợc hoàn thành, nhƣng các vấn đề nghiên cứu rất phức tạp, với trình độ và thời gian có hạn, việc mắc phải những thiếu sót là không tránh khỏi, tác giả mong nhận đƣợc sự góp ý của các thầy cô giáo và bạn bè đồng nghiệp. Hà Nội, tháng 12 năm 2014 Tác giả
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................... i DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... iv MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết ...................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 1 3. Nhiệm vụ nghiên cứu.......................................................................................... 2 4. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................ 2 5. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................ 2 6. Cấu trúc luận văn ................................................................................................ 2 Chƣơng 1. TỔNG QUAN HIỆN TƢỢNG LŨ BÙN ĐÁ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................................ 3 1.1. Tổng quan về nghiên cứu tai biến lũ bùn đá trên Thế giới .................................. 3 1.2. Tổng quan về nghiên cứu tai biến lũ bùn đá ở Việt Nam .................................... 6 1.3. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................... 13 1.3.1. Phương pháp tổng hợp tài liệu ................................................................. 13 1.3.2. Phương pháp khảo sát thực tế .................................................................. 14 1.3.3. Phương pháp địa chất – địa mạo ............................................................. 14 1.3.4. Phương pháp tích hợp dữ liệu bằng công cụ GIS .................................... 15 Chƣơng 2. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI XÃ TÂN NAM ...... 25 2.1. Vị trí địa lý ......................................................................................................... 25 2.2. Địa chất .............................................................................................................. 25 2.2.1. Địa tầng .................................................................................................... 25 2.2.2. Kiến tạo .................................................................................................... 26 2.3. Địa hình – địa mạo ............................................................................................. 26 2.4. Thủy văn............................................................................................................. 27 2.5. Đặc điểm vỏ phong hóa và thổ nhƣỡng ............................................................. 28 2.5.1. Đặc điểm mặt cắt của vỏ phong hóa ........................................................ 28 2.5.2. Phân loại các kiểu vỏ phong hóa ............................................................. 29 2.5.3. Ảnh hưởng của vỏ phong hóa đến trượt lở .............................................. 34
2.6. Điều kiện khí hậu ............................................................................................... 35 2.7. Đặc điểm kinh tế xã hội ..................................................................................... 35 3.1. Lịch sử và hiện trạng lũ bùn đá .......................................................................... 41 3.1.1. Lũ bùn đá tại thôn Nà Chõ ...................................................................... 41 3.1.2. Lũ bùn đá tại thôn Nà Đát ....................................................................... 41 3.1.3. Lũ bùn đá tại thôn Lùng Chúng ............................................................... 43 3.1.4. Lũ bùn đá tại thôn Nà Vài........................................................................ 43 3.2. Phân vùng nguy cơ lũ bùn đá khu vực xã Tân Nam .......................................... 44 3.2.1. Xây dựng các bản đồ thành phần đầu vào của mô hình tính toán nguy cơ lũ bùn đá ............................................................................................................. 45 3.2.2. Kết quả phân cấp, đánh giá vai trò các bộ phận của mỗi nhân tố và thành lập bản đồ nguy cơ lũ bùn đá khu vực xã Tân Nam ........................................... 53 Chƣơng 4. CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG TRÁNH VÀ GIẢM THIỂU LŨ BÙN ĐÁ Ở XÃ TÂN NAM ......................................................................................................... 63 4.1. Một số nguyên tắc chung trong phòng tránh lũ bùn đá .................................... 63 4.2. Biện pháp phi công trình................................................................................... 63 4.2.1. Quy hoạch phòng tránh lũ bùn đá ........................................................... 63 4.2.2. Biện pháp quản lý và sử dụng đất ........................................................... 64 4.2.3. Biện pháp sơ tán, di chuyển công trình và cộng đồng dân cư ra khỏi khu vực nguy hiểm ..................................................................................................... 67 4.2.4. Biện pháp điều chỉnh đất tầng mặt .......................................................... 69 4.2.5. Biện pháp tuyên truyền, nâng cao ý thức cộng đồng............................... 71 4.3. Các biện pháp công trình .................................................................................. 72 4.3.1. Biện pháp khơi thông lòng dẫn ................................................................ 72 4.3.2. Biện pháp phân dòng lũ theo kênh dẫn ra sông chính loại lớn ............... 74 4.3.3. Biện pháp xây dựng hồ chứa, đập kiểm soát lũ ....................................... 74 4.3.4. Xây dựng các trạm thông tin và đo đạc dự báo thời tiết ......................... 77 4.3.5. Các biện pháp công trình khác ................................................................ 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 80
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. LBĐ sƣờn và LBĐ dòng theo phân loại của Cruden và Varnes (1996) và Hutchinson (1988) ....................................................................................................... 6 Hình 1.2. Ảnh hƣởng của trắc lƣợng hình thái lƣu vực đến thủy đồ ....................... 13 Hình 1.3. Mạng lƣới tam giác không đều TIN ........................................................ 16 Hình 1.4. Ma trận dạng ô lƣới .................................................................................. 16 Hình 1.5. Hƣớng dòng chảy trong mô hình dòng chảy 8 hƣớng .............................. 17 Hình 1.6. Mô tả cách tính độ dốc trên Arc Map ....................................................... 18 Hình 1.7. Mô tả ô lƣới và vòng tròn nội suy trong phƣơng pháp tính toán mật độ sông suối .................................................................................................................... 18 Hình 1.8. Phân cấp dạng cành cây của phƣơng pháp AHP....................................... 20 Hình 1.9. Mô hình giả thiết tính toán trọng số trên Arc Map ................................... 23 Hình 1.10. Sơ đồ phân tích dữ liệu ........................................................................... 24 Hình 2.1. Sơ đồ vị trí xã Tân Nam ........................................................................... 25 Hình 2.2. Địa hình đồi núi khu vực xã Tân Nam ...................................................... 27 Hình 2.3. Mạng lƣới thủy văn khu vực xã Tân Nam ................................................ 28 Hình 2.4a. VPH phát triển trên đá granit .................................................................. 30 Hình 2.4b.VPH phát triển trên đá phiến.................................................................... 30 Hình 2.5. Mặt của đới phong hoá mạnh tại thôn Nà Chõ ......................................... 31 Hình 2.6. Mặt của đới phong hoá trung bình tại thôn Nà Chõ.................................. 31 Hình 2.7. Mặt của đới phong hoá trung bình tại thôn Phù Lá .................................. 32 Hình 2.8. Mặt của đới phong hoá hỗn hợp tại thôn Nà Đát ...................................... 33 Hình 2.9. Mặt của đới phong hoá tích tụ tại thôn Nà Mèo ...................................... 34 Hình 2.10. Trụ sở UBND xã Tân Nam ..................................................................... 37 Hình 3.1. Sơ đồ vị trí khối trƣợt, ngôi nhà bị tàn phá và ngấn nƣớc lên sau lũ (vạch đỏ) tại điểm A............................................................................................................ 41 Hình 3.2. Mô tả bãi đá sau lũ bùn đá và hình ảnh bãi đá hiện tại (điểm HG61) tại thôn Nà Đát ............................................................................................................... 42 i
Hình 3.3. Vị trí trạm y tế xã cũ (trái) và dòng chảy của suối (phải) ở thôn Nà Đát khi xảy ra lũ bùn đá ......................................................................................................... 42 Hình 3.4. Mô tả hệ thống suối và hiện trạng các khối tảng lăn trên lòng suối (điểm HG63) ........................................................................................................................ 43 Hình 3.5. Ngƣời dân xây dựng lại nhà sau khi trận lũ đi qua .................................. 44 Hình 3.6. Mô tả vị trí đã xảy ra lũ bùn đá tại thôn Nà Vài ...................................... 44 Hình 3.7. Mô hình số độ cao (DEM) khu vực xã Tân Nam..................................... 45 Hình 3.8. Bản đồ khoanh vùng lƣu vực cấp 2 khu vực xã Tân Nam ....................... 46 Hình 3.9. Bản đồ khoanh vùng lƣu vực cấp 3 khu vực xã Tân Nam ....................... 47 Hình 3.10. Bản đồ độ dốc địa hình xã Tân Nam ...................................................... 48 Hình 3.11. Bản đồ mật độ sông suối khu vực xã Tân Nam ..................................... 49 Hình 3.12. Bản đồ địa mạo xã Tân Nam ................................................................... 50 Hình 3.13. Bản đồ vỏ phong hóa khu vực xã Tân Nam ........................................... 51 Hình 3.14. Bản đồ hiện trạng rừng khu vực xã Tân Nam ........................................ 53 Hình 3.15. Bản đồ chỉ số nguy cơ lũ bùn đá khu vực xã Tân Nam .......................... 61 Hình 3.16. Bản đồ khoanh vùng nguy cơ lũ bùn đá khu vực xã Tân Nam .............. 62 Hình 3.17. Diện tích và tỉ lệ % diện tích của các nhóm nguy cơ tai biến LBĐ ....... 62 Hình 4.1. Đập kiểm soát tại thôn Quyền, xã Xuân Giang, Quang Bình ................... 76 ii
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Tốc độ dịch chuyển của trƣợt lở (WP/WLI, 1995)..................................... 5 Bảng 1.2. Thang điểm đánh giá theo phƣơng pháp AHP khi so sánh giữa hai đối tƣợng ......................................................................................................................... 21 Bảng 1.3. Chỉ số nhất quán ngẫu nhiên (Random Consistency Index – RI)............. 22 Bảng 2.1. Mặt cắt tổng hợp vỏ phong hóa trên đá granitoid khu vực Tân Nam ....... 28 Bảng 2.2. Mặt cắt tổng hợp vỏ phong hóa trên đá phiến thạch anh - mica khu vực Tân Nam .................................................................................................................... 29 Bảng 2.3. Diện tích, mật độ dân số tại các thôn thuộc khu vực nghiên cứu, năm 2011 ........................................................................................................................... 36 Bảng 2.4. Diện tích và sản lƣợng lƣơng thực có hạt xã Tân Nam qua các năm ....... 39 Bảng 2.5. Tình hình chăn nuôi trong xã các năm ..................................................... 39 Bảng 2.6. Diện tích sử dụng đất các năm .................................................................. 40 Bảng 3.1. Diện tích các lƣu vực (m2) ....................................................................... 46 Bảng 3.2. Diện tích các dạng địa hình ..................................................................... 49 Bảng 3.3. Diện tích các loại vỏ phong hóa .............................................................. 51 Bảng 3.4. Diện tích các loại thực phủ trong khu vực nghiên cứu ............................ 52 Bảng 3.5. Ma trận so sánh cặp đôi, các giá trị trọng số của từng nhóm yếu tố tác động đến LBĐ khu vực xã Tân Nam ........................................................................ 54 Bảng 3.6. Tỷ lệ phần trăm các yếu tố ảnh hƣởng..................................................... 55 Bảng 3.7. Mức độ ảnh hƣởng của các lớp thông tin đối với dữ liệu lịch sử lũ bùn đá .................................................................................................................... 57 Bảng 3.8. Ma trận so sánh giữa các cặp mức độ ảnh hƣởng đối với từng nhóm yếu tố và trọng số của từng lớp thông tin ........................................................................ 59 iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AHP Quá trình phân tích thứ bậc (Analytic Hierarchy Process) DEM Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model) GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) PCLB Phòng chống lụt bão LBĐ Lũ bùn đá LQ Lũ quét TKCN Tìm kiếm cứu nạn iv
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Nhƣ nhiều tỉnh miền núi phía bắc khác, hàng năm Hà Giang luôn phải đối mặt với nhiều loại tai biến địa chất nhƣ: Trƣợt lở, LQ - LBĐ, xói mòn đất, sạt lở bờ sông. Trong đó, xảy ra với tần xuất lớn và dẫn đến nhiều thiệt hại nhất phải kể đến hiện tƣợng lũ quét, lũ bùn đá. Ví dụ nhƣ chỉ trong 2 ngày, đêm 18 rạng sáng 19 tháng 7 năm 2004, mƣa lớn dẫn đến hiện tƣợng LBĐ, trƣợt lở tại nhiều điểm đã làm 45 ngƣời chết và mất tích, 17 ngƣời bị thƣơng thiệt hại tài sản ƣớc tính hàng chục tỷ đồng tại các xã Du Già, Du Tiến thuộc huyện Yên Minh. Xã Tân Nam thuộc huyện Quang Bình là một vùng núi hiểm trở. Địa hình phân cắt mạnh với độ cao thay đổi từ 400m đến trên 1.700m với đỉnh Khao Pha cao 1.723m. Thêm vào đó mạng lƣới sông suối trong vùng khá dày với các suối Nậm Thê, Nậm Thàng, Nậm Qua, Nậm Pú và nhiều suối nhỏ với lòng hẹp và dốc. Lƣợng mƣa trung bình hàng năm khoảng 4.000mm và tập trung đến 90% vào mùa hè từ tháng 5 đến tháng 10. Chính vì các điều kiện địa hình và khí hậu nhƣ vậy cộng với sự bất lợi về điều kiện địa chất và các hoạt động nhân sinh nhƣ quy hoạch đất, quy hoạch rừng đã làm cho tai biến LBĐ phát triển mạnh hơn và trở thành một vấn đề nghiêm trọng cho sự phát triển của khu vực xã Tân Nam. Điển hình nhƣ trận LBĐ lịch sử vào đêm ngày 17 rạng sáng ngày 18 tháng 7 năm 2002 đã làm 14 ngƣời thiệt mạng, nhiều công trình nhà cửa, đƣờng xá, cầu treo bị phá hủy và cuốn trôi, diện tích đất trồng lúa và hoa màu gần nhƣ bị xóa sạch hoàn toàn. Trƣớc thực trạng và diễn biến phức tạp của hiện tƣợng tai biến LBĐ trong khu vực, tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu nguy cơ tai biến lũ bùn đá tại xã Tân Nam, huyện Quang Bình, tỉnh Hà Giang và đề xuất các giải pháp phòng tránh” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn thạc sĩ của mình. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Khoanh vùng những khu vực đã xảy ra hiện tƣợng lũ bùn đá trong khu vực xã Tân Nam. - Xây dựng bản đồ nguy cơ lũ bùn đá trong khu vực xã Tân Nam. - Đề xuất một số giải pháp phòng tránh cho khu vực nghiên cứu. 1
3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Điều tra đánh giá hiện trạng, quy mô phát triển và những thiệt hại do tai biến LBĐ gây ra; - Nghiên cứu, phân tích nguyên nhân và cơ chế hình thành LBĐ; - Đánh giá nguy cơ LBĐ trên cơ sở phân tích tổng hợp các yếu tố ảnh hƣởng nhƣ: độ cao, độ dốc địa hình, mật độ sông suối, các dạng địa hình – địa mạo, vỏ phong hóa và hiện trạng rừng; - Kiến nghị các giải pháp phòng tránh giảm nhẹ tai biến LBĐ. 4. Ý nghĩa khoa học Xác lập một quy trình phân tích nguy cơ tai biến LBĐ tại khu vực xã Tân Nam trên cơ sở tổng hợp các kết quả nghiên cứu hiện trạng, nguyên nhân và các yếu tố ảnh hƣởng đến loại tai biến này bằng phƣơng pháp GIS. 5. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả có thể đƣợc sử dụng làm tài liệu tham khảo đối với nhiều cơ quan chức năng cũng nhƣ đối với ngƣời dân xã Tân Nam, huyện Quang Bình, tỉnh Hà Giang để quản lý, quy hoạch hợp lý nhằm giảm thiểu tối đa các thiệt hại khi xảy ra loại tai biến này trong khu vực, đồng thời cũng có thể áp dụng cho các khu vực lân cận trong tỉnh Hà Giang. 6. Cấu trúc luận văn Cấu trúc luận văn gồm các nội dung sau: Mở đầu Chƣơng 1. Tổng quan hiện tƣợng lũ bùn đá và các phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng 2. Đặc điểm điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội xã Tân Nam Chƣơng 3. Đánh giá nguy cơ lũ bùn đá tại khu vực xã Tân Nam, huyện Quang Bình, tỉnh Hà Giang Chƣơng 4. Các giải pháp phòng tránh và giảm thiểu tai biến lũ bùn đá tại khu vực xã Tân Nam Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo 2
Chƣơng 1. TỔNG QUAN HIỆN TƢỢNG LŨ BÙN ĐÁ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về nghiên cứu tai biến lũ bùn đá trên Thế giới Ở những khu vực vùng núi cao thuộc các nƣớc trên Thế giới, hiện tƣợng LQ - LBĐ luôn là một trong những vấn đề quan tâm hàng đầu của các nhà khoa học. Đối với hầu hết các nƣớc phát triển, những nghiên cứu về hiện tƣợng LBĐ đã có từ những năm đầu thế kỷ 20. Về định nghĩa, đối với mỗi khu vực nghiên cứu khác nhau, các đặc trƣng về hiện tƣợng LBĐ nhƣ yếu tố ảnh hƣởng, nguyên nhân, diễn biến … khác nhau. Tuy nhiên, những nghiên cứu của các nhà khoa học trên Thế giới về hiện tƣợng này vẫn có những nét tƣơng đồng. Cụ thể: + Varnes, 1978 và Hutchinson, 1988 đã chỉ ra hai loại LBĐ chính là một hỗn hợp các loại vật liệu hạt mịn (sét, bùn và cát) và hỗn hợp các loại vật liệu hạt thô (những mảnh vụn, cuội và sỏi) với một lƣợng nƣớc phù hợp. Kết quả của những sự kết hợp đó thƣờng tạo nên một hợp chất giống nhƣ “hồ xi măng” có độ nhớt cao và chúng di chuyển một cách chậm chạp xuống chân sƣờn dốc [21]. + McMillan, 1999 đƣa ra một bảng thống kê các loại trầm tích bề mặt dễ dẫn đến hiện tƣợng LBĐ. Những vật liệu không cố kết, khối lƣợng đất bất đồng nhất đƣợc lắng đọng dƣới các chân đồi bởi hoạt động rửa trôi hoặc chảy một cách chậm chạp xuống phía chân sƣờn dốc; sự tích lũy những mảnh vụn của đá tại chân của các vách đá hoặc các bậc sƣờn dốc dựa vào quá trình phong hóa, vỡ vụn/rửa trôi và đá lở, nhóm trầm tích này đƣợc xếp vào nhóm trầm tích bề mặt của taluy; nhóm loại trầm tích tiếp theo thuộc về trầm tích sông, nhóm này đƣợc định nghĩa là những vật liệu vụn không cố kết nằm ở dƣới đáy sông, suối hoặc một phần nào đó của nƣớc; nhóm trầm tích của băng là khối lƣợng đất hỗn tạp, không cố kết (sét, bùn, cát, cuội, sỏi và đá tảng); nhóm đất mặt thuộc tầng phong hóa là lớp vỏ của những mảnh vụ của đá không cố kết (sỏi, cuội và đá tảng kích thƣớc lớn), cát, bùn và lớp sét bao phủ đá gốc đƣợc hình thành từ lớp vỏ phong hóa của đá gốc [13]. 3
+ Với dữ liệu đầu vào là các đặc tính về vật liệu của mái dốc thông qua các quá trình địa chất thủy văn (phân tích dòng thấm bằng phần mềm Seep/W – giai đoạn trƣớc khi xảy ra trƣợt lở), địa kỹ thuật (phân tích cân bằng giới hạn bằng phần mềm Slope/W – giai đoạn trƣợt lở) và quá trình lƣu biến học (phân tích động lực dòng chảy bằng mô hình Cemagref 1-D – giai đoạn sau trƣợt lở), J-P. Malet (2005) đã xây dựng đƣợc mô hình LBĐ Super-Sauze thuộc tỉnh Alpes, Pháp. Với mô hình này, ông đã đƣa ra đƣợc các kịch bản trận LBĐ với vật liệu chính là sét có thể quay trở lại sau 5 năm (với điều kiện lƣợng mƣa nhƣ những ghi nhận trong lịch sử), khi đó dòng LBĐ có khoảng chảy xa là 1km và với khối lƣợng 2000-5000m3, và sau 25 năm thì trận LBĐ lớn với khối lƣợng có thể từ 30.000-50.000m3 có thể xảy ra sẽ dẫn đến một thảm họa thiên tai rất lớn cho khu vực này [12]. + Thomas, 2005 cho rằng những phối hợp trong đánh giá tai biến LBĐ thông thƣờng dựa trên kinh nghiệm thực tiễn, cơ chế hoặc các phƣơng pháp, các công nghệ mô hình toán. Sự tồn tại cố hữu trong các phƣơng pháp là thƣờng giả định nguồn cung cấp trầm tích là không giới hạn. Nghiên cứu so sánh mô hình đầu vào của lƣợng trầm tích yêu cầu đối với tai biến LBĐ tại khu vực Bildudalur, Iceland với việc cung cấp trầm tích từ cả quá trình phong hóa từ đá và quá trình rửa trôi đất. Khối lƣợng LBĐ đƣợc xác định bởi cả cƣờng độ mƣa và kích thƣớc lƣu vực với độ chứa trầm tích trung bình [21]. + Takahashi, 2007 đã đề cập đến định nghĩa về dòng LBĐ khi giải thích về cơ chế khác nhau giữa dòng LBĐ và các sự dịch chuyển khối lƣợng khác. Sự giải thích rõ ràng nhất có thể chỉ ra nhƣ sau: Dòng LBĐ là dòng hỗn hợp giữa trầm tích và nước như thể nó là một dòng chất lỏng liên tục được dịch chuyển bởi trọng lực, và nó đạt tới dịch chuyển lớn từ việc nới rộng các khoảng trống không gian đã được bão hòa bằng nước hoặc bùn [20]. Về một số những đặc điểm và cơ chế hình thành LBĐ, một số những trƣờng hợp nghiên cứu cụ thể đƣợc đƣa ra nhƣ sau: + Động năng của dòng LBĐ sẽ tăng tỉ lệ thuận với lƣợng vật liệu chứa trong nó. Lƣợng vật liệu này phần lớn đƣợc cung cấp từ những khối trƣợt xung quanh đó. 4
WP/WLI, 1995 đã đƣa ra một bảng tốc độ dịch chuyển của trƣợt lở trong bối cảnh xảy ra hiện tƣợng LBĐ (bảng 1.1). Mật độ và sự dịch chuyển nhanh chóng của các vật liệu LBĐ mang lại một khối lƣợng lớn với năng lƣợng đáng kể. Điều này cho thấy rằng LBĐ còn có khả năng mang và vận chuyển những vật liệu có khối lƣợng rất lớn, do đó tăng khả năng gây thiệt hại lớn [24]. Bảng 1.1. Tốc độ dịch chuyển của trượt lở (WP/WLI, 1995) Tốc độ dịch Vận tốc giới Lớp vận tốc Tốc độ (mm/s) Vùng LBĐ chuyển hạn Cực kỳ nhanh 7 5m/giây 5 x 103 Rất nhanh 6 3m/phút 50 Nhanh 5 1.8m/giờ 0.5 Trung bình 4 13m/tháng 5 x 10-3 Chậm 3 1.6m/năm 50 x 10-6 Rất chậm 2 16mm/năm 0.5 x 10-6 Cực kỳ chậm 1 Dựa vào hình thức, quy mô phát triển và các vật chất mang theo trong dòng chảy LBĐ Cruden và Varnes (1996) và Hutchinson (1988) chia LBĐ ra làm 2 loại sau (hình 1.1) [23]: Lũ bùn đá sườn (Hillslope Debris flow) LBĐ sƣờn dốc là quá trình chuyển vật liệu theo sƣờn dốc từ vị trí có độ dốc cao xuống nơi thấp hơn, tích tụ nƣớc nhanh về các suối tạo nên dòng LBĐ ở phía hạ lƣu. Càng xuống phía dƣới tốc độ dòng chảy càng giảm do thay đổi địa hình và gặp chƣớng ngại vật trên đƣờng dịch chuyển. Lũ bùn đá dòng (Channelised Debris flow) Kiểu LBĐ dòng xảy ra phổ biến tại các thung lũng, rãnh, kênh. Dòng chảy chứa tới 80% vật liệu là đất, đá có dung trọng lớn và có độ ổn định tƣơng đƣơng với bê tông ƣớt (Hutchinson, 1988), do đó, nó có thể làm dịch chuyển những tảng lớn có đƣờng kính vài mét. 5
Hình 1.1. LBĐ sườn và LBĐ dòng theo phân loại của Cruden và Varnes (1996) và Hutchinson (1988) LBĐ sƣờn thƣờng đƣợc bắt đầu khi có mƣa với lƣợng lớn và xảy ra sự trƣợt của các vật liệu rời (trƣợt các mảnh vụn, than bùn, đá lở…). Khối lƣợng trƣợt xuống thƣờng bao gồm cả lƣợng nƣớc bề mặt dẫn đến khối trƣợt có động năng cao và khoảng trƣợt xa hơn. LBĐ dòng có thể đƣợc phát triển bằng cách cuốn theo các trầm tích bởi các dòng chảy với tốc độ cực lớn bị giới hạn trong những con suối của thung lũng, những trầm tích này có thể bao gồm cả những khối trƣợt tự nhiên là một phần hoặc đã chặn hoàn toàn một kênh chảy trƣớc đó của suối. Chính vì vậy, việc điều tra toàn bộ lƣu vực đối với các kênh có liên quan là cần thiết để đánh giá rủi ro. 1.2. Tổng quan về nghiên cứu tai biến lũ bùn đá ở Việt Nam Là một đất nƣớc có tới ¾ diện tích là đồi núi, hiện tƣợng lũ quét – LBĐ xảy ra tƣơng đối phổ biến, nhất là các vùng núi thuộc khu vực phía bắc Việt Nam. Chỉ tính riêng trong 15 năm (1990-2005) lũ quét, LBĐ đã làm chết và mất tích 965 ngƣời, bị thƣơng 628 ngƣời, làm đổ trôi 13.280 nhà, 197.879 ha lúa và hoa màu bị hƣ hỏng. Tổng thiệt ƣớc tính khoảng 1.915 tỷ đồng). Một số trận LBĐ đƣợc ghi nhận lại nhƣ ở Mƣờng Lay, Lai Châu ngày 23/7/1994, diễn biến thời tiết khi xảy ra LBĐ cũng không có gì đặc biệt. Có hai đợt mƣa, đợt 1 từ ngày 5-18/6 với tổng lƣợng mƣa 461,4 mm với các đỉnh cao 94,1 mm/ngày và 84,9 mm/ngày. Đợt 2 từ 6
ngày 7-31/7 với tổng lƣợng mƣa 702,7 mm, đỉnh mƣa cao nhất vào ngày 21/7 là 242,5 mm. Tại đây vào đêm 22/7, rạng sáng ngày 23/7 dòng LBĐ ở suối Huổi Ló đã bất ngờ ập vào khu cơ quan dân cƣ huyện lỵ phá vỡ 18 ngôi nhà, làm 11 ngƣời chết và 20 ngƣời khác bị thƣơng. Cũng tại khu vực này, trong 2 ngày 17 và 18/8/1996, LBĐ đã hủy diệt gần hết thị trấn Mƣờng Lay và một số vùng dân cƣ trong huyện, làm 54 ngƣời chết, 13 công sở, trƣờng học, cửa hàng vùng hàng trăm nhà dân và ruộng vƣờn quanh thị trấn đã bị đất đá vùi kín. Một trận LBĐ nữa đã xảy ra vào ngày 4/10/2000 ở Nậm Cóng xã Nậm Cuổi, huyện Sìn Hồ, tỉnh Lai Châu. Đây là vùng có cấu tạo chủ yếu từ hệ tầng Yên Châu. Độ dốc địa hình lớn (25-350), địa hình phân cắt mạnh. Khu vực này đã có dấu vết hoạt động mạnh của quá trình Proluvi, nghĩa là có những trận LBĐ lớn trong lịch sử. Hệ thống đứt gãy sâu khu vực có hƣớng TB-ĐN và các đứt gãy cộng ứng tuy ở xa song có các dấu vết của các đai mạch Lamprofia chứng tỏ có sự liên quan với nhau. Dòng nƣớc có vận tốc lớn kéo theo nhiều tảng cuội kết từ trên cao đổ xuống với năng lƣợng lớn đã gây nhiều thiệt hại về ngƣời và của. Theo báo cáo thống kê đã có 39 ngƣời chết, 17 ngƣời bị thƣơng, thiệt hại về tài sản lên tới 2 tỷ đồng. Các trận LBĐ xảy ra tƣơng tự nhƣ ở Ngòi Đum (Sa Pa, 7/2000) làm chết 20 ngƣời; Du Tiến (Yên Minh, 7/2004) làm chết 48 ngƣời; tại bản Khên Lìn (Pắc Nâm, 7/2009) làm chết 24 ngƣời; bản Nậm Lúc (Bắc Hà, 8/2012) làm chết 10 ngƣời; xã Bản Khoang (Sa Pa, 9/2013) làm chết 10 ngƣời. Không những đem lại những thiệt hại về ngƣời và của, LBĐ còn làm ảnh hƣởng nặng nề tới môi trƣờng sinh thái mà phải rất nhiều năm sau khi trận LBĐ đi qua mới có thể khắc phục đƣợc. Tuy nhiên, do kinh tế còn khó khăn và vấn đề về trang thiết bị kỹ thuật dành cho khoa học chƣa thực sự đƣợc chú trọng nên các công trình đƣợc nghiên cứu về hiện tƣợng tai biến LBĐ chƣa đƣợc phổ biến nhiều. Tổng hợp một số những nghiên cứu về hiện tƣợng LBĐ đã xảy ra ở một số khu vực cụ thể thuộc vùng núi phía bắc Việt Nam, những đặc trƣng của hiện tƣợng này đƣợc nhận định nhƣ sau: 7
LBĐ thƣờng là những trận lũ xảy ra ở các sông miền núi và các dòng chảy tạm thời, mang theo nhiều vật liệu hòn mảnh cứng (tảng sắc cạnh, tảng tròn cạnh, dăm cuội, cát) và đát mịn loại hạt sét. Cũng giống nhƣ những trận lũ bất kỳ nào, LBĐ xảy ra đột ngột và nhanh chóng, có tốc độ chảy lớn và tƣơng đối lớn trong mấy tiếng đồng hồ (3 - 5 giờ trở lại), kèm theo những đợt sóng do dòng bị tắc nghẽn, nhƣng sau đó lại đƣợc khai thông dƣới sức ép của khối vật chất mang theo mỗi lúc một nhiều. Trong những trƣờng hợp nhƣ vậy, đôi khi thời gian kéo dài LBĐ tăng đến 8 - 12 giờ. Cơ chế hình thành lũ bùn đá: LBĐ là một dạng đặc biệt của lũ quét, có sức tàn phá huỷ diệt ghê gớm. Hầu hết những dòng bùn đá thƣờng bắt nguồn từ sự trƣợt lở đất gây ra bởi nhiều nhân tố nhƣ nƣớc mƣa, động đất, xói mòn, trƣợt ngầm, nƣớc ngầm,... những mảnh vụn (đất, đá) do trƣợt đất cuốn đi hoà với nƣớc sông, suối trở thành dòng bùn. Tốc độ lớn nhất trung bình của dòng bùn thƣờng là từ một vài m/s đến vài chục m/s tuỳ thuộc vào độ dốc lòng dẫn, thƣờng bao gồm một khối lƣợng lớn những vật bị cuốn trôi. Nói chung dòng bùn có mật độ cao, khối lƣợng dòng bùn có thể từ 1,1 - 1,2 tấn/m3 và có khi cao hơn nữa. Đó là trƣờng hợp dòng bùn mật độ lớn cuốn theo nhiều tảng đá, có khả năng va đập, cuốn trôi các công trình kiến trúc, cầu cống, kết cấu thép, móng công trình, những tảng đá khổng lồ... nghĩa là tất cả mọi vật cản, mọi chƣớng ngại trên đƣờng nó đi qua. LBĐ đƣợc hình thành và phát triển trên sƣờn dốc với dòng nƣớc có lƣợng vật chất đậm đặc bùn đá (>60%) và động năng lớn, hầu hết thiệt hại do chúng gây ra đều do đất đá va đập, vùi lấp, cuốn trôi. LBĐ phát sinh ở thƣợng nguồn các suối nhỏ, hầu hết là lƣu vực bậc I, II, III, nơi đất đá bị trƣợt lở mạnh và chảy ra các cửa suối hợp lƣu với các sông suối lớn hơn. Lƣu vực đƣợc hình thành là kết quả của các hoạt động địa chất – kiến tạo và khí hậu. Bề mặt lƣu vực hiện nay tiếp tục bị biến đổi theo thời gian tùy thuộc vào các yếu tố này. Tuy nhiên trong một thời đoạn ngắn nó có sự ổn định tạm thời. Hoạt 8
động địa mạo bao gồm các quá trình trƣợt lở, đá lăn, đá đổ, xói mòn, tích tụ thể hiện sự mất cân bằng sƣờn dốc có thể coi là bài toán ổn định địa cơ học. Những nơi có địa hình dốc cấu tạo từ đá lục nguyên, đá biến chất của trầm tích hay magma bị phong hóa thƣờng mất ổn định và xảy ra trƣợt lở, LBĐ. Khi mƣa với cƣờng độ và diễn biến thích hợp, dòng ngầm tại khu vực dâng cao. Đất đá do thấm nƣớc bị giảm cƣờng độ và bị tác dụng thêm của áp lực nƣớc lỗ rỗng. Sự mất cân bằng xảy ra, đầu tiên là mất ổn định về trƣợt, sau đó dƣới tác động của nhiều yếu tố mà đất đá bị rời ra tạo thành dòng chảy bùn đá. Thƣờng đất đá nằm trong vỏ phong hóa. Nhƣ vậy thành phần vật chất và chiều dày vỏ phong hóa quyết định cơ chế phát sinh, phát triển và quy mô của trận LBĐ. Nguy hiểm nhất là sự phong hóa không triệt để của các thể địa chất. Các tảng đá sót lại lẫn với đất rời tạo nên động năng to lớn của LBĐ. LBĐ thƣờng xảy ra ở những nơi có lũ quét sƣờn, đất đá cấu tạo sƣờn thƣờng yếu và nhạy cảm với nƣớc. Thƣờng đất đá có nguồn gốc biến chất cổ, các đá trầm tích lục nguyên hay trầm tích núi lửa trẻ, đất đá là sản phẩm dăm vụn kiến tạo. Đặc biệt nơi đó có các đứt gãy kiến tạo khu vực hoặc là giao của các đứt gãy sâu, các đứt gãy tái hoạt động trong tân kiến tạo và hiện đại. LBĐ xảy ra chịu ảnh hƣởng của các dạng tổ hợp, các điều kiện tự nhiên và các hình thức hoạt động của con ngƣời trên lƣu vực. Dựa vào bản chất, có thể đƣa ra một số nguyên nhân chủ yếu sau: 1) Mƣa: Trong cùng một lƣu vực hoặc một miền, vùng núi thƣờng có lƣợng mƣa lớn hơn vùng đồng bằng, do đặc điểm địa hình có sƣờn núi chắn gió và các thung lũng có tác dụng hút luồng không khí ẩm từ biển vào. Các tâm mƣa lớn của nƣớc ta hầu hết đều tập trung ở các vùng núi có điều kiện địa hình nhƣ vậy. Mƣa là nhân tố quyết định gây ra LBĐ, thƣờng tập trung trong vài giờ với cƣờng độ rất lớn trên diện tích hẹp từ vài chục đến vài trăm km2. Điều đó giải thích lý do tại sao nhiều khi LBĐ xảy ra trên một số khu vực lại không đồng bộ với lũ trên sông lớn. Mƣa gây ra 9
LBĐ thƣờng tập trung với cƣờng độ lớn hiếm thấy trong 1 giờ hoặc 2 giờ; Mƣa với cƣờng suất lớn có ý nghĩa quyết định trong sự hình thành LBĐ. Mƣa lớn còn là động lực chủ yếu gây ra xói mòn, sụt lở tạo thành phần vật liệu rắn của dòng LBĐ. Tác động của bão, áp thấp nhiệt đới, gió mùa Đông Bắc, hiện tƣợng Lanina là những tác nhân gián tiếp tạo ra mƣa lớn với cƣờng độ cao, nên nó đồng thời là nguyên nhân gián tiếp góp phần gây nên LBĐ. Các hình thế mƣa chủ yếu thƣờng xuất hiện ở phía Đông Bắc bộ Việt Nam: - Bão hoặc do áp thấp kết hợp với không khí lạnh. - Rãnh thấp nóng phía tây kết hợp với không khí lạnh hoặc rìa lƣỡi cao áp Thái Bình Dƣơng lấn sang. - Hoạt động của không khí lạnh. - Hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới. 2) Vỏ phong hóa: Quá trình phong hóa đất đã làm biến đổi tính chất cơ lý của đất đá cấu tạo tầng phủ theo hƣớng có lợi cho việc phát sinh LBĐ (tăng mức độ nứt nẻ, độ rỗng, độ thấm nƣớc, giảm lực liên kết, lực kháng cắt…) điều này dễ dẫn đến hiện tƣợng trƣợt, sạt lở đất làm nguồn cung cấp nguyên vật liệu thuận lợi cho hiện tƣợng LBĐ. Cụ thể, LBĐ thƣờng chỉ xảy ra trong môi trƣờng đất mềm rời, nơi có sự tích tụ vật liệu hòn mảnh xốp rời, hòn mảnh lẫn sét trong phạm vi lƣu vực (có nguồn gốc khác nhau nhƣ: lở tích, sƣờn tích, tàn tích, bồi tích… với kích thƣớc khác nhau, gồm các đá tảng, đá mảnh, đá lăn, cuội, dăm, cát, sạn, sỏi, cát pha sét và sét pha cát…), trong đó xói mòn bề mặt và xói mòn mƣơng xói dễ phát sinh trong đất hạt mịn (chủ yếu là hạt bụi và cát) và hạn chế đối với đất chứa nhiều khoáng vật sét, mùn hữu cơ, còn dòng LBĐ thì dễ dàng xảy ra cả trong môi trƣờng hạt mịn và hạt thô. Đất mềm rời có bề dày tầng phủ càng lớn, có độ thấm cáo, độ nứt nẻ, độ rỗng lớn thì càng dễ làm phát sinh các quá trình sƣờn dốc, mà quan trọng là LBĐ. 3) Địa hình – địa mạo: 10
Định hƣớng không gian và độ cao của địa hình, độ dốc, sƣờn dốc, mức độ chia cắt ngang và lớp phủ thực vật là những điều kiện địa hình, địa mạo quan trọng có tác động hỗ trợ hoặc hạn chế thành tạo quá trình sƣờn dốc, LBĐ. Những địa hình có định hƣớng không gian vuông góc với hƣớng Đông Bắc – Tây Nam (hƣớng Tây Bắc – Đông Nam) và độ cao tuyệt đối lớn sẽ tăng lƣợng mƣa, độ cao tƣơng đối lớn sẽ làm tăng vận tốc dòng chảy mặt, mức độ phân cắt ngang lớn, góc dốc sƣờn dốc từ 10-500 (phổ biến là 25-400), lớp phủ thực vật bị phá hủy…sẽ là những địa hình có tác động hỗ trợ tích cực cho thành tạo quá trình sƣờn dốc, LBĐ. Địa hình vùng núi Việt Nam nói chung rất dốc, do đó độ dốc lòng sông, suối lớn nên thời gian tập trung dòng chảy ngắn, tốc độ dòng chảy lớn, năng lƣợng, sức tải và sức phá hủy lớn, nên đây là một trong những điều kiện thuận lợi để phát sinh LBĐ. Thực tế cho thấy, các lƣu vực đã xảy ra LBĐ có diện tích không lớn (300), sông suối bắt nguồn từ các đỉnh cao, độ dốc lòng sông ở phần đầu nguồn rất lớn, mặt cắt dọc sông nhiều nơi có điểm gãy mà sau điểm này là vùng thƣờng bị LBĐ. Về mức độ chia cắt ngang: địa hình với mức độ chia cắt ngang lớn là điều kiện thuận lợi làm tăng nguồn nƣớc lũ, tăng động năng và tác động phá hủy của dòng chảy lũ gây nên LBĐ [04]. Khu vực nghiên cứu có độ dốc địa hình lớn với nhiều sƣờn dốc, khe suối hẹp do đó hiện tƣợng lũ quét hàng năm vẫn xảy ra thƣờng xuyên. Thời gian xuất hiện lũ quét là vào mùa mƣa từ tháng 5 đến tháng 10, trong đó tập trung nhất là vào tháng 7 đến tháng 8. Loại hình LBĐ điển hình trong khu vực liên quan đến hiện tƣợng nghẽn dòng. Nguyên nhân của sự hình thành loại hình lũ này là do đặc điểm địa hình tạo 11