Nguyên nhân gây sụt lún mặt đất ở thôn Hậu Viên, Cam Lộ, tỉnh Quảng Trị

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 17, 2003<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> NGUYÊN NHÂN  GÂY SỤT LÚN MẶT ĐẤT <br /> Ở THÔN HẬU VIÊN, CAM LỘ, TỈNH QUẢNG TRỊ<br />  Nguyễn Văn Canh,  Nguyễn Thanh<br /> Trường Đại học Khoa học Huế<br /> 1. Quá trình phát sinh và thực trạng hiện tượng sụt lún mặt đất trên <br /> lãnh thổ nghiên cứu:<br /> Thôn Hậu viên là một phần của huyện Cam Lộ, thị  xã Quảng Trị, nằm <br /> trọn trong khúc uốn của đoạn sông Hiếu với diện tích khoảng 100.000m2., xưa <br /> là vùng đất hoang sơ, không có người ở. Quá trình tụ cư mới bắt đầu cách đây  <br /> khoảng 70 ­ 80 năm về  trước. Những năm gần đây xảy ra hiện tượng sụt lún <br /> bề mặt đất khá mạnh, với các hố sụt có có hình dạng và kích thước khác nhau, <br /> từ 1 ­3m, sâu từ  2 ­3m đến 4 ­5m, thậm chí có hố diện tích đạt tới 10m 2  (ảnh) <br /> hoặc lớn hơn và mật độ  các hố  sụt   khá dày, tốc độ  sụt lún khá nhanh, có  <br /> những chỗ sụt lún hầu như tức thời. Các hố sụt thường xuất hiện trong những  <br /> trận mưa rào lớn đầu mùa mưa bão, nhất là những mùa mưa xẩy ra ngay sau  <br /> những tháng ngày hạn lớn.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Ảnh một số hố sụt lún mặt đất<br /> <br /> Về đặc điểm địa chất, khu vực Cam Lộ nằm trong vùng có cấu trúc khá <br /> phức tạp, với các tầng đá gốc có tuổi từ Odovic ­ Silua đến các lớp đá trầm tích  <br /> Đệ tứ. Các đá gốc chủ yếu thuộc hệ tầng Long đại (O3 ­ S1ld), bị uốn nếp, vò <br /> nhàu mạnh, phần trên thường bị nứt nẻ nhiều mà phủ bất chỉnh hợp trên chúng <br /> là các tầng đá  thuộc hệ tầng Cù Bai (D 2­3cb) với thành phần thạch học chủ yếu  <br /> là đá vôi màu xám đen xen kẹp phiến sét bị castơ hoá mạnh, mái của tầng đá vôi <br /> không bằng phẳng. Đá của hệ tầng này phân bố chủ yếu trong phạm vi của địa <br /> hào Cam Lộ và thỉnh thoảng lộ ra dạng chỏm dọc sông Hiếu. Đá gốc thuộc hệ <br /> tầng Long Đại và Cù Bai được che phủ  bởi các trầm tích Pleistoxen, Holoxen <br /> (QIV1­2) và (QIV3)  mà thành phần thạch học chủ yếu là cát, sỏi, cuội đa khoáng,  <br /> kết cấu rời rạc, có kích thước thay đổi nhiều, có khi đạt tới 200 ­ 250mm, độ <br /> chọn lọc kém, bề dày đạt tới 20 ­30m <br /> Từ  kết quả  đo vẽ  địa chất công trình, khoan thăm dò và thí nghiệm tính <br /> chất các mẫu đất cho thấy, trong phạm vi độ  sâu đến 30m, từ  trên xuống, các <br /> lớp đất đá phân bố như sau:<br /> ­ Sét nhiều bụi, sét pha nhẹ  màu vàng sẫm, vàng xám và cát sỏi thuộc  <br /> trầm tích sông Holoxen thượng dày 4­6m.<br /> ­ Sét, sét pha xám xi măng, xám trắng loang lổ, sét pha xám tro chứa hữu <br /> cơ, cát lẫn sỏi (lớp  đất loại sét của trầm tích sông biển Holoxen hạ  trung <br /> thường bị bào mòn hoàn toàn) dày 2­5m.<br /> ­ Cát cuội sỏi đa khoáng bồi tích (có thể cả  lũ tích) Pleixtoxen thượng ­ <br /> Holoxen với bề dày có thể tới 2­5m.<br /> ­ Đá vôi hệ tầng Cà Bai bị nứt nẻ, castơ hoá mạnh với nhiều phễu, hang,  <br /> động hút nước. <br /> Thành phần, kích thước hạt và các tính chất cơ lý của các lớp đất đá nêu <br /> trên được trình bày trong bảng 1 và 2.<br /> 2. Nguyên nhân gây ra sụt lún mặt đất ở  thôn Hậu Viên<br /> Qua khảo sát thực tế  và theo kết quả  thí nghiệm, các lớp đất có trong <br /> mặt cắt địa chất chịu  ảnh hưởng của sụt lún, nhất là lớp cát cuội sỏi, được <br /> lắng đọng trong điều kiện và chế độ sông lũ nên có độ chọn lọc thấp, độ  rỗng  <br /> ban đầu cao. Mặt khác, các nhóm hạt nhỏ (cát, bụi, sét) xen lẫn cành lá cây ( dễ <br /> bị  phân huỷ) rất dễ  bị  dòng ngầm mang ra khỏi tầng cát cuội sỏi, do đó, độ <br /> rỗng của cát cuội sỏi càng tăng lên theo thời gian tồn tại của thành tạo này. <br /> Trong lúc đó, lớp sét loang lổ, cách nước tốt amQIV1­2 lại bị  bào mòn, tạo điều <br /> kiện cho sự ngấm nhanh nước mưa xuống sâu tạo ra áp lực thuỷ  động lên cát  <br /> cuội sỏi vào mùa mưa lũ hoặc hạ  thấp độ   ẩm và tăng khả  năng tan rã đất sét  <br /> pha, cát pha khi mùa mưa đến. Sự tồn tại tầng đá vôi bị nứt nẻ castơ hoá mạnh <br /> với nhiều phễu, giếng, động hút nước, nằm lót đáy các thành tạo cát cuội sỏi  <br /> dày, có độ  thấm nước lớn (K=40m/ngđ), càng đẩy nhanh quá trình sụt lún mặt  <br /> đất phía trên. Ngoài ra, yếu tố có ảnh hưởng rất quan trọng với quá trình đang <br /> xét là chế độ khí hậu địa phương, nhất là vào những năm thời tiết khô nóng bất  <br /> thường và kéo dài, rồi tiếp đến là những trận mưa lớn và cũng chính vì vậy mà  <br /> sụt lún mặt đất thường phát sinh vào tháng 8, tháng 9 hàng năm. Do nắng hạn  <br /> kéo dài, tầng sét cách nước giữ   ẩm bên dưới bị  bào mòn nên độ  ẩm trầm tích  <br /> đất loại sét aQIV3  ở  phía trên suy giảm nhanh, đất trở  nên khô ngót, nứt nẻ <br /> nhiều và mực nước dưới đất lại hạ  thấp (có thể  đến 7­8m so với mặt đất),  <br /> càng làm cho đất dễ  bị  tan rã, sụt lún khi đột ngột có mưa lũ. Như  vậy, quá  <br /> trình sụt lún mặt đất đã phát sinh, phát triển trong môi trường địa chất, điều <br /> kiện khí hậu rất thuận lợi và trong môi trường  đó, nguyên nhân chú yếu gây ra <br /> hiện tượng sụt lún mặt đất là quá trình xói ngầm và di chuyển trọng lực của  <br /> vật liệu  ở  phía dưới. Tuy nhiên,  ở  đây cần xem xét cơ  chế  và vai trò của quá  <br /> trình xói ngầm theo phương vận động ngang và vận động thẳng như  thế  nào. <br /> Để  làm rõ điều đó chúng tôI đã tiến hành kiếm toan theo cả  hai phương: nằm  <br /> ngang và thẳng đứng.<br /> 2.1. Kiểm toán xói ngầm theo phương vận động ngang.<br /> Để tiến hành kiểm toán, chúng tôi giả định độ rỗng các cuội sỏi n = 45%,  <br /> đồng thời chỉ  xét kích thước lỗ  rổng giữa các hạt bụi, sét lấp, nhét trong cát,  <br /> cuội, sỏi. Còn Gradient dòng ngầm theo kết quả quan trắc mực nước tĩnh ở các  <br /> lỗ  khoan khảo sát và trong giếng nước của nhân dân, được tính theo biểu thức <br /> sau:<br /> H H 11 H 6 6,0 4,5 1,5<br /> i 0,003<br /> L LH 6 500 500<br /> <br /> <br /> Trong đó: HH­ là cao trình mực nước ở mép sông Hiếu lúc khảo sát là 6m, H 6 là chiếu  <br /> sâu mực nước tĩnh trong lỗ khoan GHV6 là 4,5m, lúc kiệt nhất đến độ  sâu 5m, LH­6   là khoảng  <br /> cách từ lỗ khoan GHV6 đến mét nước sông Hiếu lấy bằng 500m <br />  Theo I.S. Istomina đường kính trung bình của lỗ rỗng đất cát bụi sét do và <br /> đường kính các hạt đất d1 bị xói ngầm tương ứng với gradient thực tế của dòng  <br /> ngầm tại khu vực nghiên cứu sẽ là:<br /> <br /> 32 K 32 0,06 0,01<br /> d0 cm 0,0066cm 0,066mm<br /> ng 0,45 980<br /> Trong đó:  K ­ là hệ số thấm cát cuội sỏi 50m/ngđ hay 0,06cm/s<br />  ­  là hệ số nhớt động ở nhiệt độ 20 ­ 300C lấy bằng 0.01cm2/s<br /> n ­ là độ rỗng thập phân của cát cuội sỏi.<br /> G­ là gia tốc trọng trường = 980cm/s2<br /> i ­ là gradient thuỷ lực dòng ngầm, lấy cao hơn thực tế và bằng 0,005<br />  ­ là hệ số nhớt động lực lấy tương đương   và bằng 0,01cm2/s<br /> s ­ là khối lượng riêng trung bình của các hạt đất và lấy bằng 2,67g/cm3<br /> <br /> <br /> 18K i 18 0,06 0,005 0,01<br /> d1 0,00027cm 0,0027 mm<br /> ng s 1 0,45 980 2,67 1<br />        Từ kết quả tính toán trên, rõ ràng rằng với đường kính trung bình của lỗ <br /> rộng do và gradient thuỷ lực thấp (đã lấy i = 0,005 chứ không phải 0,003) dòng <br /> ngầm vận động theo phương nằm ngang chỉ có thể mang ra khỏi tầng cát cuội <br /> sỏi các hạt bụi bé, hạt sét, hạt keo. Như vậy,  hoạt động xói ngầm theo phương  <br /> vận động ngang không đáng kể, không thể  tạo nên khoảng trống ngầm trong  <br /> thành tạo cát cuội sỏi để có thể phát sinh sụt lún mặt đất như đã xảy ra.<br />  2. 2. Kiểm toán xói ngầm theo phương vận động thẳng đứng.<br /> Vận động  vật liệu theo phương thẳng đứng từ  trên xuống dưới do tác  <br /> động tổng hợp cả  trọng lực, lẫn áp lực thuỷ  động của dòng ngầm với điều <br /> kiện thuận lợi sẽ  mạnh mẽ hơn nhiều. Quá trình xói mòn theo phương thẳng <br /> đứng diễn ra trong thời gian dài kể  từ  khi vừa kết thúc quá trình lắng đọng <br /> trầm tích và cũng được bắt đầu từ  hiện tượng mang ra khỏi tầng cát, cuội sỏi  <br /> những hạt bé (hạt bụi, hạt sét) và kích thước các hạt được mang đi ngày càng <br /> tăng lên cùng với quá trình xói ngầm, tạo lỗ rỗng và đường kính lỗ  rỗng trong  <br /> tầng cát cuội sỏi được mở  rộng đáng kể. Ngoài ra, sự  tồn tại các phễu, hang, <br /> động hút nước castơ trong đá vôi hệ tầng Cùbai có thể  xem như những “thùng  <br /> không đáy” trong vận chuyển cát cuội sỏi ở phía trên rơi xuống, tạo môi trường  <br /> thuận lợi cho quá trình xói ngầm và dịch chuyển trọng lực các thành tạo đất đá  <br /> theo phương thẳng đứng được diễn tiến liên tục cho đến khi xảy ra hiện tượng  <br /> sụt lún mặt đất.<br /> Để kiểm toán khả năng vậng chuyển theo chiều thẳng đứng chúng tôi xây  <br /> dựng mô hình với các thông số sau:<br /> ­  Mực nước sông Hiếu ở độ cao Hn+2<br /> <br /> ­  Mực nước ngầm dâng đến độ cao Hn+5<br /> ­   Đất phủ trên tầng cuội sỏi cùng với hệ <br /> thống  giếng  nước  có  đáy  ở  cốt cao +1  và <br /> được  xem  như  là  “cột  nước”  nằm  trên <br /> tầng  cuội  sỏi  trong  mô  hình  khảo  nghiệm <br /> xói ngầm từ cuội sỏi.<br />   ­ Tầng đất cuội sỏi dày trung bình 15m và <br /> có đáy nằm ở độ cao ­ 14.<br />     ­  Đá  vôi  D2­3cb  bị  castơ  hoá  với  nhiều <br /> phễu,  động  hút  nước  đóng  vai  trò  duy  trì <br /> dòng  ngầm  vận  động  thẳng  đứng  từ  trên <br /> xuống được liên tục (xem sơ đồ).         Sơ đồ mặt cắt khu vực sụt lún<br /> .<br /> <br /> Với  mô  hình  đã  xây dựng  và  giá  trị   các  thông  số   được  chọn nói  trên <br /> gradient dòng ngầm vận động theo phương thẳng đứng và đường kính d các hạt <br /> đất bị xói ngầm lôi đi khỏi tầng đất cuội sỏi như sau:<br /> H Z y 4 15 3<br /> i 1,07<br /> Z 15<br /> 18 K i 18 0,06 0,01 0,01<br /> d1 0,004cm 0,04mm<br /> ng s 1 0,45 980 2,67 1<br />  Từ  kết quả  tính toán trên, chúng ta thấy vận động dòng ngầm phát sinh  <br /> khi mưa rào đầu mùa lũ theo phương thẳng đứng từ trên xuống có gradient thuỷ <br /> lực i = 1,07 (lớn hơn 200 lần gradient dòng ngầm vận động theo phương nằm  <br /> ngang). Cũng do vậy, dòng ngầm lôi ra khỏi tầng cuội sỏi cả những hạt cát với <br /> đường kính lớn gấp 15 lần các hạt bị  xói ngầm theo phương nằm ngang. Như <br /> vậy, xói ngầm theo phương thẳng đứng là nguyên nhân chủ yếu gây ra sụt lún <br /> mặt đất tại khu vực nghiên cứu.<br />  3.  Dự báo khả năng phát triển quá trình sụt lún mặt đất.<br /> Như  đã biết, các yếu tố   ảnh hưởng cơ  bản về  địa chất và khí hậu khu <br /> vực đã hỗ  trợ cho quá trình sụt lún mặt đất phát sinh trong các năm gần đây ở <br /> Hậu Viên vẫn sẽ  tiếp diện trong tương lai. Tuy nhiên, quy mô, cường độ  sụt <br /> lún mặt đất sẽ phụ thuộc rất nhiều vào thời gian, đặc điểm diễn biến của khí <br /> hậu địa phương liên quan nhiều đến điều kiện địa chất thuỷ  văn. Những năm <br /> có hạn hán kéo dài hơn và tiếp đến có trận mưa rào đầu mùa với cường độ <br /> mưa lớn hơn so với trị số trung bình nhiều năm cũng như so với chế độ khí hậu  <br /> đã hình thành trong các năm 1996, 1997 và 1998 thì quá trình sụt lún mặt đất <br /> mạnh hơn có nhiều khả năng phát sinh. Ngược lại, trong những năm ít hạn hán, <br /> lượng mưa phân bố  đều trong năm và mưa với cường độ  thấp, nhất là mưa  <br /> đầu mùa thì hiện tượng sụt lún mặt đất sẽ không xảy ra hoặc nếu có phát sinh  <br /> thì cũng với cường độ và quy mô hạn chế so với hiện tại.  <br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> 1. Nguyễn Văn Canh.  Xác định nguyên nhân gây sụt lún và biến dạng công  <br /> trình tại Bệnh viện Cam Lộ, Quảng Trị. Đề tài cấp tỉnh (1993)<br /> 2. Nguyễn   Thanh,   Nguyễn   Văn   Canh,   Nguyễn   Văn   Sau   và   nnk.   Xác   định <br /> nguyên   nhân   gây   nứt   đất   tại   khu   vực   Hương   Hồ   tỉnh   Thừa   Thiên   Huế <br /> (1993)<br /> 3. Nguyễn Thanh, Nguyễn Văn Canh, Nguyễn Văn Sau.  Xác định đứt gãy và  <br /> ảnh hưởng của nó đến Nhà máy xi măng 8,2 vạn tấn/năm Đông Hà, Quảng  <br /> Trị. Đề tài cấp tỉnh (1994)<br /> 4. Nguyễn Thanh, Nguyễn Văn Canh. Xác định nguyên nhân gây sụt lún đất và <br /> xói lở bờ sông ở thôn Hậu Viên, huyện Cam Lộ Quảng Trị (1998)<br /> <br /> FACTORS OF  LAND SURFACE DEPRESSION <br /> IN HAU VIEN VILLAGE, CAM LO DISTRICT, QUANG TRI PROVINCE <br />            Nguyen Van Canh, Nguyen Thanh<br /> College of Sciences, Hue University<br /> <br /> SUMMARY<br /> Land   surface   depression   in   Hau   Vien   village   is   a     geological   phenomenon  <br /> happened in Quatennary sedimental layer which has high descrepancy and pority.<br /> The results of the study on the field and labratorical works show that the  <br /> land   depression   was   developing   under   very   farourable   hydrogeological   and  <br /> clime­metorological   conditions.   The   results   of   the   study   also   show   that   the  <br /> horizontal and vertical transport of sedimental materials under layer are factors  <br /> of land depression in this  research region but  vertical transport of sedimental  <br /> materials is more factor  important. <br />