TẠP CHÍ KHOA HỌC, đại học Huế, Số 65, 2011 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 Nguyễn Thị
Trang 1TẠP CHÍ KHOA HỌC, đại học Huế, Số 65, 2011
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
Nguyễn Thị Thanh Nhàn, Nguyễn Thanh Trường đại học Khoa học, đại học Huế
Tạ đức Thịnh
Vụ Khoa học Công nghệ, Bộ Giáo dục và đào tạo
TÓM TẮT
Những năm gần ựây, một số nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam ựã vận dụng lý thuyết phương pháp tiếp cận ựa chỉ tiêu ựể ựánh giá ựịnh lượng tác ựộng của các yếu tố tự nhiên - kỹ thuật trong nghiên cứu các quá trình và hiện tượng ựịa ựộng lực và tai biến thiên nhiên, ựặc biệt là tai biến trượt ựất ựá vùng ựồi núi Bài báo này thử vận dụng lý thuyết phương pháp tiếp cận ựa chỉ tiêu ựể gán trọng số cho các yếu tố tác ựộng ựến quá trình trượt ựất ựá Từ
ựó tiến hành ựánh giá và so sánh kết quả cường ựộ hoạt ựộng ựịa ựộng lực trượt ựất ựá vùng ựồi núi theo hai phương pháp tắnh toán ựa chỉ tiêu của chúng tôi trong thời gian qua
1 Tổng quan các phương pháp ựánh giá các quá trình và hiện tượng ựịa chất ựộng lực và tai biến thiên nhiên
Phương pháp ựánh giá ựa chỉ tiêu ựã ựược áp dụng trong xác ựịnh cường ựộ các quá trình ựịa ựộng lực ở nhiều nước cũng như ở Việt Nam Hiện nay, trên thế giới thường sử dụng các phương pháp khác nhau như phương pháp quyết ựịnh, phương pháp thống kê, phương pháp chuyên gia ựể ựánh giá tác ựộng của các yếu tố tự nhiên - kỹ thuật ựến MTđC Trong ựó, phương pháp quyết ựịnh là những biểu thức toán học biểu diễn các mối quan hệ dạng hàm số trên cơ sở các ựiều kiện biên cho trước Phương pháp này cho phép ựánh giá tác ựộng rất hiệu quả khi số lượng các biến số không nhiều Nếu
số lượng các biến số (yếu tố tác ựộng hay ảnh hưởng) tăng lên, ựồng thời các yếu tố ựó lại chịu ảnh hưởng của nhiều tác ựộng khác, thì sử dụng phương pháp thống kê, ựặc biệt
là mô hình thống kê phân tắch tương quan nhiều chiều thường áp dụng trong nghiên cứu các quá trình và hiện tượng ựịa chất ựộng lực công trình Phương pháp chuyên gia, ựược
sử dụng phổ biến trong thời gian gần ựây trong ựánh giá ựịnh lượng cường ựộ hoạt ựộng ựịa ựộng lực đây là phương pháp gián tiếp sử dụng kỹ thuật tổng hợp dữ kiện, các yếu
tố tác ựộng, cường ựộ tác ựộng và hệ số tầm quan trọng ựược xác ựịnh ựịnh lượng hoặc bán ựịnh lượng Sau ựó, cường ựộ của quá trình ựược ựánh giá thông qua các chỉ tiêu tắch hợp của ma trận tắnh toán Tuy nhiên, phương pháp này ựòi hỏi phải có số liệu quan
Trang 2trắc thực tế, số liệu thí nghiệm, nghiên cứu ña dạng, phong phú và phụ thuộc nhiều vào trình ñộ, kinh nghiệm chuyên môn của các chuyên gia Việc sử dụng phương pháp chuyên gia ñể thiết lập một ma trận tính toán tổng cường ñộ hoạt ñộng ñịa ñộng lực là hợp lý và có ý nghĩa lớn về khoa học cũng như thực tiễn ñối với hoạt ñộng trượt ñất ñá,
từ ñó thể hiện rõ tương tác giữa các yếu tố trong hệ thống một cách ñồng thời và ñịnh lượng, phục vụ dự báo nguy cơ phát sinh - phát triển hoạt ñộng trượt ñất ñá vùng ñồi núi
2 Các phương pháp sử dụng dự báo dịch chuyển ñất ñá trọng lực vùng ñồi núi
2.1 Phương pháp ma trận ñịnh lượng tính toán cường ñộ hoạt ñộng trượt ñất
ñá vùng ñồi núi
ðể hiểu rõ bản chất của ma trận ñịnh lượng tính toán cường ñộ hoạt ñộng ñịa ñộng lực khu vực, nhất thiết phải xem xét phương pháp ma trận môi trường Phương pháp này do Leopold ñề xuất năm 1971, nhằm liệt kê ñồng thời các tác ñộng của hoạt ñộng phát triển với liệt kê những nhân tố môi trường có thể bị tác ñộng vào một ma trận Các liệt kê này ñược biểu diễn dưới dạng hệ tọa ñộ với trục tung là các yếu tố môi trường, trục hoành là các hoạt ñộng phát triển Từ ñó cho phép xem xét các mối quan hệ nhân - quả giữa các tác ñộng một cách ñồng thời Có 2 phương pháp ñược sử dụng phổ biến: Phương pháp ma trận ñơn giản và phương pháp ma trận ñịnh lượng hoặc ñịnh cấp Khác với ma trận ñơn giản, ma trận ñịnh lượng không chỉ ñánh dấu khả năng tác ñộng trong các ô (tác ñộng hay yếu tố) mà còn ñịnh lượng hóa mức ñộ, loại và tầm quan trọng của tác ñộng Hạn chế của nó là tương tác giữa các tác ñộng chưa ñược ñề cập ñến, chưa xét ñến sự diễn biến của các tác ñộng theo thời gian (thời gian vật lý), chưa phân biệt ñược tác ñộng lâu dài hay tạm thời Ngoài ra, việc xác ñịnh hệ số tầm quan trọng và mức ñộ tác ñộng còn mang tính chủ quan (chuyên gia) Song, hiện nay không còn phương pháp nào tốt hơn nên vẫn ñược áp dụng rất phổ biến là vì phương pháp này ñơn giản, không cần nhiều số liệu, cho phép phân tích tường minh tác ñộng của nhiều hành ñộng khác nhau lên cùng một ñối tượng và thể hiện rõ mối quan hệ giữa hoạt ñộng phát triển (nguyên nhân) với các nhân tố môi trường ðể khắc phục các nhược ñiểm ñó, ở Canada ñã ñề xuất một ma trận có thành phần tương tác (ñiều kiện) tương tự ma trận của Leopold, chỉ bổ sung một ma trận riêng (cả trục tung lẫn trục hoành ñều biểu thị các yếu tố môi trường) cho các yếu tố môi trường ñể xác ñịnh những nhân tố môi trường có tác ñộng nhiều ñến các yếu tố môi trường khác, từ ñó xác ñịnh tầm quan trọng của nó và tính ra ñược các tác ñộng thứ cấp Một số nơi khác cũng có những cải tiến về ñịnh thứ bậc của các tác ñộng theo 4 kiểu: ðịnh danh, ñịnh thứ tự, ñịnh khoảng và ñịnh tỷ lệ
Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng công thức của phương pháp ma trận ñịnh lượng môi trường ñể xây dựng thang phân cấp mức ñộ tác ñộng của các yếu tố tự nhiên
- kỹ thuật ñối với quá trình trượt ñất ñá vùng ñồi núi như sau [1, 2, 3]:
1
n
i
=
Trang 3Với: Ii là hệ số tầm quan trọng của yếu tố thứ i (hệ số tác ñộng hay trọng số)
Mij: Chỉ số mức ñộ ảnh hưởng hoặc cường ñộ tác ñộng của yếu tố môi trường thứ i có cường ñộ tác ñộng hay mức ñộ ảnh hưởng j
j: Mức ñộ ảnh hưởng hoặc cường ñộ tác ñộng của yếu tố môi trường thứ i n: Số yếu tố môi trường
K: Tổng giá trị hoạt ñộng ñịa ñộng lực các yếu tố môi trường khu vực
Kmax: Tổng giá trị lớn nhất về hoạt ñộng ñịa ñộng lực các yếu tố môi trường khu vực
KDDL = K/Kmax: Cường ñộ hoạt ñộng ñịa ñộng lực
ij
1 DDL
ijmax 1
n i
i n
i i
I M
K K
I M
=
=
∑
∑
(2)
2.2 Phương pháp quá trình phân tích cấp bậc của Saaty
Bảng 1 Thang tỷ lệ so sánh tầm quan trọng các yếu tố tác ñộng của Saaty
Yếu tố tác ñộng
(Lớp thành phần)
Quan trọng bằng nhau
Quan trọng hơn >>>
Quan trọng hơn vừa
Quan trọng hơn nhiều
Quan trọng hơn rất nhiều
Quan trọng cực kỳ Quan trọng
a Quan trọng
Quan trọng
Quan trọng
Quan trọng
Tổng 1.787 4.676 9.533 16.333 25.000
Phương pháp quá trình phân tích cấp bậc ñể tính toán trọng số (hệ số tầm quan trọng) và phân cấp cường ñộ tác ñộng của các yếu tố thành phần ñã ñược nhà toán học người Mỹ T.L Saaty, và một số tác giả trên thế giới cũng như ở Việt Nam ñã sử dụng ñể ñánh giá ñịnh lượng cường ñộ của các quá trình Lý thuyết này phân chia cường ñộ tác ñộng (j) thành 5 cấp: 1, 3, 5, 7, 9 và ñưa ra thang tỷ lệ so sánh tầm quan trọng của các
Trang 4yếu tố tác ñộng Saaty ñã dùng phương pháp chuyên gia ñể so sánh hơn các yếu tố tác 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 một ma trận vuông cấp n (n là số yếu tố tác ñộng dùng ñể so sánh) Trong ñó, Saaty qui ñịnh ñường chéo chính của ma trận vuông có giá trị bằng 1 Ma trận này chỉ ra rằng nếu 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
là 1/n Dựa vào thang tỷ lệ sẽ xác lập ñược ma trận so sánh giữa các yếu tố tác ñộng (Bảng1) Sau ñó tính toán trọng số cho từng lớp thành phần bằng cách sử dụng vector nguyên lý Eigen (có thể tính toán gần ñúng vector nguyên lý Eigen bằng cách chia từng giá trị của mỗi cột cho tổng giá trị trong cột ñó ñể thiết lập một ma trận mới, khi ñó giá trị trung bình trên mỗi hàng của ma trận mới chính là trọng số của yếu tố tác ñộng có giá trị từ 0 ñến 1) [4, 5]
3 Xác ñịnh cường ñộ trượt ñất ñá ñá vùng ñồi núi Tây Thừa Thiên Huế bằng phương pháp tiếp cận ña chỉ tiêu
ðể tiến hành ñánh giá cường ñộ trượt ñất ñá vùng ñồi núi bằng các phương pháp
ña chỉ tiêu cần thực hiện một số thao tác sau:
- Lựa chọn các yếu tố tự nhiên - kỹ thuật có ảnh hưởng ñến tai biến ñịa chất
- Xác ñịnh tầm quan trọng Ii
- ðịnh giá cường ñộ tác ñộng Mij của từng yếu tố tự nhiên - kỹ thuật ñã chọn
- Tính trọng số Wi các chỉ tiêu thành phần
- Xác ñịnh cường ñộ tác ñộng tổng hợp KDDL của tất cả các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình trượt ñất ñá vùng ñồi núi bằng các phương pháp ña chỉ tiêu
3.1 Lựa chọn các yếu tố tự nhiên - kỹ thuật và xác ñịnh tầm quan trọng Ii
Các yếu tố tự nhiên - kỹ thuật ñược trình bày ở bảng 2 Bảng 2 ñược thành lập trên cơ sở quan trắc thực tế, kết quả nghiên cứu bản thân và tham khảo từ các chuyên gia ñược phân thành 5 cấp: Ii = 1 cho yếu tố rất ít quan trọng; Ii = 3 ñối với yếu tố ít quan trọng; Ii = 5 với yếu tố quan trọng vừa; Ii = 7 khi yếu tố xem xét là quan trọng; Ii
= 9 ñối với yếu tố rất quan trọng [1, 2]
3.2 ðịnh giá cường ñộ tác ñộng Mij của từng yếu tố tự nhiên - kỹ thuật ñã chọn
Cường ñộ tác ñộng của từng yếu tố tự nhiên - kỹ thuật theo kết quả ño ñạc, quan trắc thực tế ñược phân chia theo 5 mức: Mij = 1 tác ñộng rất yếu (rất bé, rất thấp, rất chậm ); Mij = 2 tác ñộng yếu (bé, thấp, chậm ); Mij = 3 tác ñộng trung bình (vừa);
Mij = 4 tác ñộng mạnh (cao, nhanh, lớn ); Mij = 5 tác ñộng rất mạnh (rất cao, rất nhanh, rất lớn )
Trang 53.3 Tính trọng số W i các chỉ tiêu thành phần
ðể xác ñịnh trọng số Wi các chỉ tiêu thành phần, trước hết cần lập bảng ma trận
so sánh các chỉ tiêu (Bảng 3) Sau ñó tính toán trọng số cho từng lớp thành phần bằng cách sử dụng vector nguyên lý Eigen (có thể tính toán gần ñúng vector nguyên lý Eigen bằng cách chia từng giá trị của mỗi cột cho tổng giá trị trong cột ñó ñể thiết lập một ma trận mới, khi ñó giá trị trung bình trên mỗi hàng của ma trận mới chính là trọng số của yếu tố tác ñộng có giá trị từ 0 ñến 1) (Bảng 4)
3.4 Xác ñịnh cường ñộ tác ñộng tổng hợp K DDL của tất cả các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình trượt ñất ñá vùng ñồi núi
Trong nội dung bài báo này sẽ tiến hành xác ñịnh cường ñộ tác ñộng tổng hợp
KDDL của tất cả các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình trượt ñất ñá vùng ñồi núi theo hai phương pháp:
Phương pháp ma trận ñịnh lượng và phương pháp quá trình phân tích cấp bậc của Saaty (Bảng 5) như ñã trình bày ở trên và tiến hành phân cấp mức ñộ tác ñộng theo
5 cấp như sau: KDDL< 0,20 rất yếu; KDDL= 0,21 – 0,40 yếu; KDDL= 0,41 – 0,60 trung bình; KDDL= 0,61 – 0,80 mạnh; KDDL> 0,80 rất mạnh
Bảng 2 Thang bậc hệ số tầm quan trọng I i và cường ñộ tác ñộng M ij của các yếu tố ảnh hưởng
ñến quá trình trượt ñất ñá ñá trên sườn dốc vùng ñồi núi nghiên cứu
TT Các yếu tố Ký
hiệu
Hệ
số I i
Cấp ñộ tác ñộng M ij
Giá trị
M ij
1 Cường ñộ mưa
I = 51 - 200 mm/2-3 ngày 2
I = 201 - 500 mm/2-3 ngày 3
I = 501 - 750 mm/2-3 ngày 4
2 Hệ số dòng chảy
Trang 63 độ sũng nước của
4 Mức ựộ phong hoá D 9
Phong hoá hoàn toàn (IA1) 5
5
Xây dựng công
trình, ựào bốc ựất
m3/km
KL ựất ựá ựào bốc (m3/1km) < 5000 1
KL ựất ựá ựào bốc (m3/1km) = 5000
KL ựất ựá ựào bốc (m3/1km) =
KL ựất ựá ựào bốc (m3/1km) =
KL ựất ựá ựào bốc (m3/1km) >
6 Bề dày vỏ phong
7
Thế nằm của lớp
đá cấu tạo khối, ựất ựá phân lớp
đá có hướng cắm vào trong sườn
đất ựá có hướng dốc không rõ ràng 3
Trang 7đá cắm thuận dốc với góc cắm >
đá cắm thuận dốc với góc cắm <
8 độ dốc sườn dốc
9 Xói lở bờ Ker, % K
7
10 Thành phần thạch
Magma, BC, TT cacbonat, lục
BC, TT phân lớp phong hóa nhẹ 2
đá các loại, nứt nẻ phong hóa vừa 3
11 độ cao sườn dốc
12 Áp lực thủy tĩnh N 5
20 % bề dày tầng phủ bị bảo hòa
21 - 40 % bề dày tầng phủ bị bảo
41 - 60 % bề dày tầng phủ bị bảo
Trang 861 - 80 % bề dày tầng phủ bị bảo
> 80 % bề dày tầng phủ bị bảo
13 Áp lực thủy ñộng,
14 Lớp phủ thực
Rừng kín có tán che > 50% 1 Rừng hỗn giao tán che 50 - 30% 2 Rừng nghèo tán che 30 - 20% 3
15
Hoạt ñộng ñộng
ñất (cường ñộ
ñộng ñất M - ñộ
Richter)
16 ðốt phá rừng Cc R 5
17 Nâng tân kiến tạo
Trang 918 Chia cắt sâu T 3
19 Phân cắt ngang De,
4 Kết luận và kiến nghị
- Kết quả nghiên cứu ở trên cho thấy có thể sử dụng hai phương pháp tiếp cận ña chỉ tiêu ñể ñánh giá cường ñộ hoạt ñộng ñịa ñộng lực ở vùng ñồi núi ñặc biệt vào mùa mưa và cho giá trị bằng số về cường ñộ hoạt ñộng trượt ñất ñá ñều nằm trong ngưỡng
KDDL= 0,61 – 0,8 (mạnh) là chính xác so với thực tế mùa mưa lũ năm 1999
- Kết quả dự báo hoạt ñộng dịch chuyển trọng lực ñất ñá từ mái dốc ñường giao thông bằng hai phương pháp cho kết quả gần giống nhau, do ñó tác giả ñề nghị chọn phương pháp ma trận ñịnh lượng trong dự báo trong dự báo tai biến ñịa chất này nhờ ưu thế ñơn giản trong tính toán
- Giá trị ñịnh lượng về cường ñộ trượt ñất ñá cao trong khu vực này (KDDL= 0,74 – 0,77) là phù hợp với thực tế khả năng xảy ra trượt ñất ñá khá lớn kéo theo hoạt ñộng
lũ bùn ñá, lũ quét, sụt ñất, ñổ ñá rất lớn và ồ ạt gây ách tắt giao thông và ảnh hưởng ñến ñời sống của nhân dân trong phạm vi ảnh hưởng này vào mùa mưa lũ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Thị Thanh Nhàn, Nguyễn Thanh, ðỗ Quang Thiên, Ứng dụng phương pháp tiếp cận ña chỉ tiêu trong ñánh giá cường ñộ lũ bùn ñá lãnh thổ ñồi núi bị chia cắt mạnh Tây A Lưới, Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học lần thứ 18 Trường ðại học Mỏ
ðịa chất, Hà Nội, (2008), 62-69
[2] Tạ ðức Thịnh, Nguyễn ðức Lý, ðề xuất tiêu chí và thang bậc ñánh giá cường ñộ tác ñộng tương hỗ của các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình trượt lở ñất ñá trên sườn dốc miền núi, Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học lần thứ 18 Trường ðại học Mỏ ðịa chất,
Hà Nội, (2008), 124 -130
Trang 10[3] ðỗ Quang Thiên, Nguyễn Thanh, ðề xuất một thang bậc và tiêu chí ñánh giá về mức
ñộ hoạt ñộng thủy thạch ñộng lực sông Vu Gia - Thu Bồn, Tạp chí Khí Tượng Thủy
Văn, số 542, Hà Nội, (2006), 37-43
[4] ðỗ Quang Thiên, ðỗ Minh Toàn, Ma trận ñịnh lượng ñánh giá cường ñộ hoạt ñộng ñịa ñộng lực ñoạn hạ lưu Thu Bồn theo lý thuyết quá trình phân tích thứ bậc Saaty, Tạp chí
Khoa học ðại học Huế, số 36, (2007), 105-115
[5] Saaty T.L., Fundamentals of the Analytic Hierarchy Process, RWS Publications, 4922
Ellsworth Avenue, Pittsburgh, PA 15413, (2000)
APPLYING THE THEORY OF APPROACHING METHOD
IN MULTI - CRITERION TO APPRECIATING THE STRENGH
OF LANDSLIDE OCCURRENCE AT WESTERN MOUNTAINOUS AREA
OF THUA THIEN HUE PROVINCE
Nguyen Thi Thanh Nhan, Nguyen Thanh College of Sciences, Hue University
Ta Duc Thinh Science - Technology Department, Ministry of Education and Training
SUMMARY
In recent years, some countries in the world as well as Vietnam have applied the theory
of approaching method in multi - criterion for quantitative appreciation of the effect of natural - technical factors to the research on the progresses and the phenomenon of geodynamic and of natural disasters, particularly the landslide occurrence on the mountainous area The author tried this theory to assign parameters to factors affecting the progresses of landslide After that, assessment and comparison of the results in strength of geodynamic - landslide on the mountainous area in our two methods of multi - criterion calculation in past time were done
