Vận dụng lý thuyết phương pháp tiếp cận đa chỉ tiêu để đánh giá cường độ hoạt động trượt đất đá vùng đồi núi Tây Thừa Thiên Huế

TẠP CHÍ KHOA HỌC, ðại học Huế, Số 65, 2011<br /> <br /> VẬN DỤNG LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN ðA CHỈ TIÊU<br /> ðỂ ðÁNH GIÁ CƯỜNG ðỘ HOẠT ðỘNG TRƯỢT ðẤT ðÁ<br /> VÙNG ðỒI NÚI TÂY THỪA THIÊN HUẾ<br /> Nguyễn Thị Thanh Nhàn, Nguyễn Thanh<br /> Trường ðại học Khoa học, ðại học Huế<br /> Tạ ðức Thịnh<br /> Vụ Khoa học Công nghệ, Bộ Giáo dục và ðào tạo<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Những năm gần ñây, một số nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam ñã vận dụng lý<br /> thuyết phương pháp tiếp cận ña chỉ tiêu ñể ñánh giá ñịnh lượng tác ñộng của các yếu tố tự<br /> nhiên - kỹ thuật trong nghiên cứu các quá trình và hiện tượng ñịa ñộng lực và tai biến thiên<br /> nhiên, ñặc biệt là tai biến trượt ñất ñá vùng ñồi núi. Bài báo này thử vận dụng lý thuyết phương<br /> pháp tiếp cận ña chỉ tiêu ñể gán trọng số cho các yếu tố tác ñộng ñến quá trình trượt ñất ñá. Từ<br /> ñó tiến hành ñánh giá và so sánh kết quả cường ñộ hoạt ñộng ñịa ñộng lực trượt ñất ñá vùng<br /> ñồi núi theo hai phương pháp tính toán ña chỉ tiêu của chúng tôi trong thời gian qua.<br /> <br /> 1. Tổng quan các phương pháp ñánh giá các quá trình và hiện tượng ñịa chất ñộng<br /> lực và tai biến thiên nhiên<br /> Phương pháp ñánh giá ña chỉ tiêu ñã ñược áp dụng trong xác ñịnh cường ñộ các<br /> quá trình ñịa ñộng lực ở nhiều nước cũng như ở Việt Nam. Hiện nay, trên thế giới<br /> thường sử dụng các phương pháp khác nhau như phương pháp quyết ñịnh, phương pháp<br /> thống kê, phương pháp chuyên gia ñể ñánh giá tác ñộng của các yếu tố tự nhiên - kỹ<br /> thuật ñến MTðC. Trong ñó, phương pháp quyết ñịnh là những biểu thức toán học biểu<br /> diễn các mối quan hệ dạng hàm số trên cơ sở các ñiều kiện biên cho trước. Phương pháp<br /> này cho phép ñánh giá tác ñộng rất hiệu quả khi số lượng các biến số không nhiều. Nếu<br /> số lượng các biến số (yếu tố tác ñộng hay ảnh hưởng) tăng lên, ñồng thời các yếu tố ñó<br /> lại chịu ảnh hưởng của nhiều tác ñộng khác, thì sử dụng phương pháp thống kê, ñặc biệt<br /> là mô hình thống kê phân tích tương quan nhiều chiều thường áp dụng trong nghiên cứu<br /> các quá trình và hiện tượng ñịa chất ñộng lực công trình. Phương pháp chuyên gia, ñược<br /> sử dụng phổ biến trong thời gian gần ñây trong ñánh giá ñịnh lượng cường ñộ hoạt ñộng<br /> ñịa ñộng lực. ðây là phương pháp gián tiếp sử dụng kỹ thuật tổng hợp dữ kiện, các yếu<br /> tố tác ñộng, cường ñộ tác ñộng và hệ số tầm quan trọng ñược xác ñịnh ñịnh lượng hoặc<br /> bán ñịnh lượng. Sau ñó, cường ñộ của quá trình ñược ñánh giá thông qua các chỉ tiêu<br /> tích hợp của ma trận tính toán. Tuy nhiên, phương pháp này ñòi hỏi phải có số liệu quan<br /> 147<br /> <br /> trắc thực tế, số liệu thí nghiệm, nghiên cứu ña dạng, phong phú và phụ thuộc nhiều vào<br /> trình ñộ, kinh nghiệm chuyên môn của các chuyên gia. Việc sử dụng phương pháp<br /> chuyên gia ñể thiết lập một ma trận tính toán tổng cường ñộ hoạt ñộng ñịa ñộng lực là<br /> hợp lý và có ý nghĩa lớn về khoa học cũng như thực tiễn ñối với hoạt ñộng trượt ñất ñá,<br /> từ ñó thể hiện rõ tương tác giữa các yếu tố trong hệ thống một cách ñồng thời và ñịnh<br /> lượng, phục vụ dự báo nguy cơ phát sinh - phát triển hoạt ñộng trượt ñất ñá vùng ñồi núi.<br /> 2. Các phương pháp sử dụng dự báo dịch chuyển ñất ñá trọng lực vùng ñồi núi<br /> 2.1 Phương pháp ma trận ñịnh lượng tính toán cường ñộ hoạt ñộng trượt ñất<br /> ñá vùng ñồi núi<br /> ðể hiểu rõ bản chất của ma trận ñịnh lượng tính toán cường ñộ hoạt ñộng ñịa<br /> ñộng lực khu vực, nhất thiết phải xem xét phương pháp ma trận môi trường. Phương<br /> pháp này do Leopold ñề xuất năm 1971, nhằm liệt kê ñồng thời các tác ñộng của hoạt<br /> ñộng phát triển với liệt kê những nhân tố môi trường có thể bị tác ñộng vào một ma trận.<br /> Các liệt kê này ñược biểu diễn dưới dạng hệ tọa ñộ với trục tung là các yếu tố môi<br /> trường, trục hoành là các hoạt ñộng phát triển. Từ ñó cho phép xem xét các mối quan hệ<br /> nhân - quả giữa các tác ñộng một cách ñồng thời. Có 2 phương pháp ñược sử dụng phổ<br /> biến: Phương pháp ma trận ñơn giản và phương pháp ma trận ñịnh lượng hoặc ñịnh cấp.<br /> Khác với ma trận ñơn giản, ma trận ñịnh lượng không chỉ ñánh dấu khả năng tác ñộng<br /> trong các ô (tác ñộng hay yếu tố) mà còn ñịnh lượng hóa mức ñộ, loại và tầm quan<br /> trọng của tác ñộng. Hạn chế của nó là tương tác giữa các tác ñộng chưa ñược ñề cập ñến,<br /> chưa xét ñến sự diễn biến của các tác ñộng theo thời gian (thời gian vật lý), chưa phân<br /> biệt ñược tác ñộng lâu dài hay tạm thời. Ngoài ra, việc xác ñịnh hệ số tầm quan trọng và<br /> mức ñộ tác ñộng còn mang tính chủ quan (chuyên gia). Song, hiện nay không còn<br /> phương pháp nào tốt hơn nên vẫn ñược áp dụng rất phổ biến là vì phương pháp này ñơn<br /> giản, không cần nhiều số liệu, cho phép phân tích tường minh tác ñộng của nhiều hành<br /> ñộng khác nhau lên cùng một ñối tượng và thể hiện rõ mối quan hệ giữa hoạt ñộng phát<br /> triển (nguyên nhân) với các nhân tố môi trường. ðể khắc phục các nhược ñiểm ñó, ở<br /> Canada ñã ñề xuất một ma trận có thành phần tương tác (ñiều kiện) tương tự ma trận<br /> của Leopold, chỉ bổ sung một ma trận riêng (cả trục tung lẫn trục hoành ñều biểu thị các<br /> yếu tố môi trường) cho các yếu tố môi trường ñể xác ñịnh những nhân tố môi trường có<br /> tác ñộng nhiều ñến các yếu tố môi trường khác, từ ñó xác ñịnh tầm quan trọng của nó và<br /> tính ra ñược các tác ñộng thứ cấp. Một số nơi khác cũng có những cải tiến về ñịnh thứ<br /> bậc của các tác ñộng theo 4 kiểu: ðịnh danh, ñịnh thứ tự, ñịnh khoảng và ñịnh tỷ lệ.<br /> Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng công thức của phương pháp ma trận ñịnh<br /> lượng môi trường ñể xây dựng thang phân cấp mức ñộ tác ñộng của các yếu tố tự nhiên<br /> - kỹ thuật ñối với quá trình trượt ñất ñá vùng ñồi núi như sau [1, 2, 3]:<br /> n<br /> <br /> K = ∑ I i M ij = I1M 1 j +I 2 M 2 j + ............ + I n M nj<br /> i =1<br /> <br /> 148<br /> <br /> (1)<br /> <br /> Với: Ii là hệ số tầm quan trọng của yếu tố thứ i (hệ số tác ñộng hay trọng số).<br /> Mij: Chỉ số mức ñộ ảnh hưởng hoặc cường ñộ tác ñộng của yếu tố môi trường<br /> thứ i có cường ñộ tác ñộng hay mức ñộ ảnh hưởng j.<br /> j: Mức ñộ ảnh hưởng hoặc cường ñộ tác ñộng của yếu tố môi trường thứ i.<br /> n: Số yếu tố môi trường.<br /> K: Tổng giá trị hoạt ñộng ñịa ñộng lực các yếu tố môi trường khu vực.<br /> Kmax: Tổng giá trị lớn nhất về hoạt ñộng ñịa ñộng lực các yếu tố môi trường khu<br /> vực.<br /> KDDL = K/Kmax: Cường ñộ hoạt ñộng ñịa ñộng lực.<br /> n<br /> <br /> K DDL<br /> <br /> K<br /> =<br /> =<br /> K max<br /> <br /> ∑I M<br /> i<br /> <br /> ij<br /> <br /> i =1<br /> <br /> =<br /> <br /> n<br /> <br /> ∑ Ii M ijmax<br /> <br /> I1M1 j + I 2 M 2 j + ........ + I n M nj<br /> I1M1 jmax + I 2 M 2 jmax + ........ + I n M njmax<br /> <br /> (2)<br /> <br /> i =1<br /> <br /> 2.2. Phương pháp quá trình phân tích cấp bậc của Saaty<br /> Bảng 1. Thang tỷ lệ so sánh tầm quan trọng các yếu tố tác ñộng của Saaty<br /> <br /> ><br /> Quan<br /> Quan<br /> trọng<br /> trọng<br /> hơn rất<br /> hơn nhiều<br /> nhiều<br /> <br /> Quan<br /> trọng<br /> bằng<br /> nhau<br /> <br /> Quan<br /> trọng<br /> hơn vừa<br /> <br /> 1<br /> <br /> 3<br /> <br /> 5<br /> <br /> 7<br /> <br /> 9<br /> <br /> 1/3<br /> <br /> 1<br /> <br /> 3<br /> <br /> 5<br /> <br /> 7<br /> <br /> 1/5<br /> <br /> 1/3<br /> <br /> 1<br /> <br /> 3<br /> <br /> 5<br /> <br /> 1/7<br /> <br /> 1/5<br /> <br /> 1/3<br /> <br /> 1<br /> <br /> 3<br /> <br /> 1/9<br /> <br /> 1/7<br /> <br /> 1/5<br /> <br /> 1/3<br /> <br /> 1<br /> <br /> 1.787<br /> <br /> 4.676<br /> <br /> 9.533<br /> <br /> 16.333<br /> <br /> 25.000<br /> <br /> Quan<br /> trọng<br /> cực kỳ<br /> <br /> Phương pháp quá trình phân tích cấp bậc ñể tính toán trọng số (hệ số tầm quan<br /> trọng) và phân cấp cường ñộ tác ñộng của các yếu tố thành phần ñã ñược nhà toán học<br /> người Mỹ T.L. Saaty, và một số tác giả trên thế giới cũng như ở Việt Nam ñã sử dụng ñể<br /> ñánh giá ñịnh lượng cường ñộ của các quá trình. Lý thuyết này phân chia cường ñộ tác<br /> ñộng (j) thành 5 cấp: 1, 3, 5, 7, 9 và ñưa ra thang tỷ lệ so sánh tầm quan trọng của các<br /> 149<br /> <br /> yếu tố tác ñộng. Saaty ñã dùng phương pháp chuyên gia ñể so sánh hơn các yếu tố tác<br /> ñộng theo 5 cấp ñộ (1, 3, 5, 7, 9) và so sánh thua theo 5 cấp ñộ (1, 1/3, 1/5, 1/7, 1/9) trên<br /> một ma trận vuông cấp n (n là số yếu tố tác ñộng dùng ñể so sánh). Trong ñó, Saaty qui<br /> ñịnh ñường chéo chính của ma trận vuông có giá trị bằng 1. Ma trận này chỉ ra rằng nếu<br /> chỉ số quan trọng của yếu tố A so với B là n thì ngược lại tỉ số quan trọng của B so với A<br /> là 1/n. Dựa vào thang tỷ lệ sẽ xác lập ñược ma trận so sánh giữa các yếu tố tác ñộng<br /> (Bảng1). Sau ñó tính toán trọng số cho từng lớp thành phần bằng cách sử dụng vector<br /> nguyên lý Eigen (có thể tính toán gần ñúng vector nguyên lý Eigen bằng cách chia từng<br /> giá trị của mỗi cột cho tổng giá trị trong cột ñó ñể thiết lập một ma trận mới, khi ñó giá<br /> trị trung bình trên mỗi hàng của ma trận mới chính là trọng số của yếu tố tác ñộng có<br /> giá trị từ 0 ñến 1) [4, 5].<br /> <br /> 3. Xác ñịnh cường ñộ trượt ñất ñá ñá vùng ñồi núi Tây Thừa Thiên Huế bằng<br /> phương pháp tiếp cận ña chỉ tiêu<br /> ðể tiến hành ñánh giá cường ñộ trượt ñất ñá vùng ñồi núi bằng các phương pháp<br /> ña chỉ tiêu cần thực hiện một số thao tác sau:<br /> - Lựa chọn các yếu tố tự nhiên - kỹ thuật có ảnh hưởng ñến tai biến ñịa chất.<br /> - Xác ñịnh tầm quan trọng Ii.<br /> - ðịnh giá cường ñộ tác ñộng Mij của từng yếu tố tự nhiên - kỹ thuật ñã chọn.<br /> - Tính trọng số Wi các chỉ tiêu thành phần.<br /> - Xác ñịnh cường ñộ tác ñộng tổng hợp KDDL của tất cả các yếu tố ảnh hưởng<br /> ñến quá trình trượt ñất ñá vùng ñồi núi bằng các phương pháp ña chỉ tiêu.<br /> <br /> 3.1. Lựa chọn các yếu tố tự nhiên - kỹ thuật và xác ñịnh tầm quan trọng Ii<br /> Các yếu tố tự nhiên - kỹ thuật ñược trình bày ở bảng 2. Bảng 2 ñược thành lập<br /> trên cơ sở quan trắc thực tế, kết quả nghiên cứu bản thân và tham khảo từ các chuyên<br /> gia ñược phân thành 5 cấp: Ii = 1 cho yếu tố rất ít quan trọng; Ii = 3 ñối với yếu tố ít<br /> quan trọng; Ii = 5 với yếu tố quan trọng vừa; Ii = 7 khi yếu tố xem xét là quan trọng; Ii<br /> = 9 ñối với yếu tố rất quan trọng [1, 2].<br /> <br /> 3.2. ðịnh giá cường ñộ tác ñộng Mij của từng yếu tố tự nhiên - kỹ thuật ñã<br /> chọn<br /> Cường ñộ tác ñộng của từng yếu tố tự nhiên - kỹ thuật theo kết quả ño ñạc, quan<br /> trắc thực tế ñược phân chia theo 5 mức: Mij = 1 tác ñộng rất yếu (rất bé, rất thấp, rất<br /> chậm...); Mij = 2 tác ñộng yếu (bé, thấp, chậm...); Mij = 3 tác ñộng trung bình (vừa);<br /> Mij = 4 tác ñộng mạnh (cao, nhanh, lớn...); Mij = 5 tác ñộng rất mạnh (rất cao, rất nhanh,<br /> rất lớn...).<br /> <br /> 150<br /> <br /> 3.3. Tính trọng số Wi các chỉ tiêu thành phần<br /> ðể xác ñịnh trọng số Wi các chỉ tiêu thành phần, trước hết cần lập bảng ma trận<br /> so sánh các chỉ tiêu (Bảng 3). Sau ñó tính toán trọng số cho từng lớp thành phần bằng<br /> cách sử dụng vector nguyên lý Eigen (có thể tính toán gần ñúng vector nguyên lý Eigen<br /> bằng cách chia từng giá trị của mỗi cột cho tổng giá trị trong cột ñó ñể thiết lập một ma<br /> trận mới, khi ñó giá trị trung bình trên mỗi hàng của ma trận mới chính là trọng số của<br /> yếu tố tác ñộng có giá trị từ 0 ñến 1) (Bảng 4).<br /> <br /> 3.4. Xác ñịnh cường ñộ tác ñộng tổng hợp KDDL của tất cả các yếu tố ảnh<br /> hưởng ñến quá trình trượt ñất ñá vùng ñồi núi<br /> Trong nội dung bài báo này sẽ tiến hành xác ñịnh cường ñộ tác ñộng tổng hợp<br /> KDDL của tất cả các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình trượt ñất ñá vùng ñồi núi theo hai<br /> phương pháp:<br /> Phương pháp ma trận ñịnh lượng và phương pháp quá trình phân tích cấp bậc<br /> của Saaty (Bảng 5) như ñã trình bày ở trên và tiến hành phân cấp mức ñộ tác ñộng theo<br /> 5 cấp như sau: KDDL< 0,20 rất yếu; KDDL= 0,21 – 0,40 yếu; KDDL= 0,41 – 0,60 trung<br /> bình; KDDL= 0,61 – 0,80 mạnh; KDDL> 0,80 rất mạnh.<br /> Bảng 2. Thang bậc hệ số tầm quan trọng Ii và cường ñộ tác ñộng Mij của các yếu tố ảnh hưởng<br /> ñến quá trình trượt ñất ñá ñá trên sườn dốc vùng ñồi núi nghiên cứu<br /> <br /> TT<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2<br /> <br /> Các yếu tố<br /> <br /> Cường ñộ mưa<br /> mm/2-3 ngày<br /> <br /> Hệ số dòng chảy<br /> Cα<br /> <br /> Ký<br /> hiệu<br /> <br /> A<br /> <br /> B<br /> <br /> Hệ<br /> số Ii<br /> <br /> 9<br /> <br /> 9<br /> <br /> Cấp ñộ tác ñộng Mij<br /> <br /> Giá trị<br /> Mij<br /> <br /> I < 50 mm/2-3 ngày<br /> <br /> 1<br /> <br /> I = 51 - 200 mm/2-3 ngày<br /> <br /> 2<br /> <br /> I = 201 - 500 mm/2-3 ngày<br /> <br /> 3<br /> <br /> I = 501 - 750 mm/2-3 ngày<br /> <br /> 4<br /> <br /> I > 750 mm/2-3 ngày<br /> <br /> 5<br /> <br /> C α < 0,50<br /> <br /> 1<br /> <br /> C α = 0,51 - 0,55<br /> <br /> 2<br /> <br /> C α = 0,56 - 0,60<br /> <br /> 3<br /> <br /> C α = 0,61 - 0,65<br /> <br /> 4<br /> <br /> C α = 0,65*<br /> <br /> 5<br /> <br /> 151<br /> <br />