Nghiên cứu đánh giá nguy cơ tai biến trượt lở huyện bắc yên, tỉnh sơn la với sự hỗ trợ của công nghệ viễn thám GIS

Mục tiêu nghiên cứu Dự báo nguy cơ xảy ra trượt lở trong phạm vi khu vực nghiên cứu phục vụ cho việc cảnh báo sớm tai biến Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu lịch sử, phương pháp nghiên cứ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRƯỢT LỞ ĐẤT _ 10 1.1 Các khái niệm về tai biến và trượt lở đất 10 1.2 Ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu trượt lở _ 12 1.3 Nghiên cứu trượt lở trên Thế giới và ở Việt Nam 16 1.3.1 Nghiên cứu trượt lở trên Thế giới 16 1.3.2 Nghiên cứu trượt lở ở Việt Nam _ 17 1.4 Phương pháp và quá trình nghiên cứu 19 1.4.1 Phương pháp nghiên cứu 19 1.4.2 Quá trình nghiên cứu _ 20 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VAI TRÒ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TAI BIẾN TRƯỢT LỞ ĐẤT 21 2.1 Các yếu tố chủ yếu quyết định quá trình trượt lở 21 2.2 Xác định ảnh hưởng của các nhân tố thành phần 22 2.2.1 Lớp yếu tố địa hình _ 26 2.2.2 Lượng mưa( lượng mưa trung bình năm) 27 2.2.3 Độ bền của đất đá 28 2.2.4 Mức độ phong hóa 29 2.2.5 Khoảng cách tới đứt gãy hoạt động 30 2.2.6 Mức độ chia cắt ngang địa hình _ 31 2.2.7 Lớp phủ thực vật _ 32 2.2.8 Đường giao thông 32 2.2.9 Vai trò của con người _ 34 CHƯƠNG 3: THÀNH LẬP BẢN ĐỒ VÀ ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TAI BIẾN TRƯỢT

LỞ ĐẤT HUYỆN BẮC YÊN, TỈNH SƠN LA _ 36 3.1 Cơ sở dữ liệu phục vụ nghiên cứu trượt lở _ 36 3.2 Thành lập bản đồ hiện trạng trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 38

3.3 Thành lập các bản đồ đánh giá ảnh hưởng của các nhân tố ảnh hưởng đến trượt lở _ 45

3.3.1 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của độ dốc đối với trượt lở 45 3.3.2 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của các đơn vị địa chất với trượt lở _ 50 3.3.3 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của các đơn vị địa mạo với trượt lở _ 53 3.3.4 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của các đứt gãy với trượt lở _ 56 3.3.5 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của giao thông đối với trượt lở _ 60 3.3.6 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của thổ nhưỡng đối với trượt lở 63 3.3.7 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đối với trượt lở 66 3.3.8 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của lượng mưa đối với trượt lở 69 3.3.9 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng mật độ sông suối đối với trượt lở _ 72 3.4 Thành lập bản đồ dự báo nguy cơ trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 75 3.5 Ứng dụng của bản đồ dự báo nguy cơ trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La _ 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO _ 88

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Dữ liệu DEM huyện Bắc Yên tỉnh Sơn La _ 2 Hình 1.2 Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu trong tỉnh Sơn La 5 Hình 1.3 Bản đồ hành chính huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 6 Hình 1.4 Hình ảnh khối trượt _ 11 Hình 1.5 Mô hình nghiên cứu tổng hợp lưu vực[5] 14 Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống ứng dụng VT-GIS nghiên cứu dự báo trượt lở [5] _ 14 Hình 2.1 Sơ đồ biểu diễn các lực tác động lên một khối trượt 21 Hình 2.2 Hình minh họa tác động của trọng lực 23 Hình 2.3 Một số hình ảnh về ảnh hưởng của độ dốc với trượt lở 23 Hình 2.4 Hình minh họa tính chất cơ lý của đá tác động đến kiểu trượt lở [7] _ 24 Hình 2.5 Mô hình chung về cây và bộ rễ 25 Hình 2.6 Hình ảnh thực địa tại Bắc Yên, tỉnh Sơn La (3-2014) _ 26 Hình 2.7 Các nhân tố ảnh hưởng đến trượt lở [7] _ 26 Hình 2.8 Dữ liệu đứt gãy huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 31 Hình 2.9 Dữ liệu giao thông huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La _ 33 Hình 2.10 Hình ảnh nương rẫy ( thực địa Bắc Yên, tỉnh Sơn La 3-2014) 34 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống quy trình nghiên cứu dự báo trượt lở _ 37 Hình 3.2 Ảnh lansat 30m năm 2012 huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La _ 39 Bảng 3.1 Bảng khóa giải đoán các đối tượng trên ảnh Landsat _ 40 Hình 3.3 Kết quả sau khi giải đoán ảnh Landsat độ phân giải 30m năm 2012 _ 43 Hình 3.4 Bản đồ hiện trạng trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La _ 44 Hình 3.5 Mô hình DEM huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La _ 45 Hình 3.6 Dữ liệu độ dốc huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 46 Hình 3.7 Sơ đồ thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của yêu tố độ dốc đối với trượt lở _ 48

Hình 3.8 Bản đồ đánh giá ảnh hưởng của độ dốc phục vụ nghiên cứu trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La _ 49 Hình 3.9 Dữ liệu địa chất huyện Bắc Yên, Sơn La _ 50

Hình 3.10 Bản đồ đánh giá ảnh hưởng của địa chất phục vụ nghiên cứu trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La _ 52 Hình 3.11 Dữ liệu địa mạo huyện Bắc Yên,Sơn La _ 53 Hình 3.12 Bản đồ đánh giá ảnh hưởng của địa mạo phục vụ nghiên cứu trượt lở _ 55 Hình 3.13 Lớp bufer của các đứt gãy huyện Bắc Yên, Sơn La _ 57

Hình 3.14 Sơ đồ thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của yêu tố đứt gãy đối với trượt lở _ 58

Hình 3.15 Bản đồ đánh giá ảnh hưởng của bufer đứt gãy phục vụ nghiên cứu trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 59 Hình 3.16 Dữ liệu bufer đường giao thông huyện Bắc Yên, Sơn La 60 Hình 3.17 Bản đồ đánh giá ảnh hưởng của giao thông phục vụ nghiên cứu trượt lở _ 62 huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 62 Hình 3.18 Dữ liệu thổ nhưỡng huyện Bắc Yên, Sơn La 63 Hình 3.19 Sơ đồ thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của yếu tố thổ nhưỡng đối với trượt lở _ 64 Hình 3.20 Bản đồ đánh giá ảnh hưởng của thổ nhưỡng phục vụ nghiên cứu trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La _ 65 Hình 3.21 Dữ liệu lớp phủ thực vật huyện Bắc Yên, Sơn La 66 Hình 3.22 Sơ đồ thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của yếu tố lớp phủ thực vật với trượt lở _ 67 Hình 3.23 Bản đồ đánh giá ảnh hưởng của lớp phủ thực vật phục vụ nghiên cứu trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 68 Hình 3.24 Dữ liệu lượng mưa trung bình năm huyện Bắc Yên, Sơn La 69 Hình 3.25 Sơ đồ thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của yếu tố lượng mưa 70 đối với trượt lở 70 Hình 3.26 Bản đồ đánh giá ảnh hưởng của lượng mưa phục vụ nghiên cứu trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La _ 71 Hình 3.27 Dữ liệu thủy văn Bắc Yên, Sơn La 72 Hình 3.28 S ơ đồ thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của yêu tố thủy văn đối với trượt lở 73

Hình 3.29 Bản đồ đánh giá ảnh hưởng của mạng sông suối phục vụ nghiên cứu trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 74

Hình 3.30 Bản đồ nguy cơ trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La _ 80 Hình 3.31 Biểu đồ phân cấp diện tích lãnh thổ huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La theo nguy cơ trượt lở đất _ 81 Hình 3.32 Bản đồ đánh giá độ chính xác của bản đồ nguy cơ trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La _ 83 Hình 3.33 Biểu đồ thống kê tỉ lệ % trượt lở theo đơn vị hành chính xã thuộc huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La _ 84

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng phân cấp độ dốc ( 0 ) (theo bảng phân cấp độ dốc áp dụng cho tai biến khu vực Tây Bắc của Ts Nguyễn Quốc Khánh [10] 27 Bảng 2.2 Bảng phân cấp ảnh hưởng của lượng mưa trung bình năm đến quá trình trượt

lở đất _ 28 Bảng 2.3 Bảng chỉ tiêu cơ lý đá biến đổi theo mức độ phong hóa[12] _ 29 Bảng 3.1 Bảng khóa giải đoán các đối tượng trên ảnh Landsat huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn

La _ 40 Bảng 3.2 Đánh giá ảnh hưởng của độ dốc với trượt lở _ 47 Bảng 3.3 Bảng đánh giá cho thạch học _ 51 Bảng 3.4 Bảng kết quả đánh giá cho lớp dữ liệu địa mạo _ 54 Bảng 3.5 Bảng đánh giá ảnh hưởng của hệ thống đường giao thông đối với trượt lở 61 Bảng 3.6 Bảng phân cấp các yếu tố lớp thổ nhưỡng _ 64 Bảng 3.7 Bảng phân cấp các yếu tố lớp lớp phủ thực vật 67 Bảng 3.8 Phân cấp ảnh hưởng của nhân tố lượng mưa trung bình năm đến quá trình trượt lở đất _ 70 Đánh giá ảnh hưởng của mật độ sông suối với trượt lở 73 Bảng 3.9 Ví dụ về ma trận so sánh cặp của 3 yếu tố i, j và k [17] _ 76 Bảng 3.10 Chỉ tiêu của Saaty so sánh cặp đôi các yếu tố _ 76 Bảng 3.11 Bảng ma trận tương quan giữa các yếu tố gây trượt 77 Bảng 3.12 Ma trận xác định trọng số của các yếu tố 78 Bảng 3.13 Phân cấp diện tích lãnh thổ huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La theo nguy cơ trượt lở đất _ 81

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT GIS: Geography Infomation System: Hệ thống thông tin địa lý

DEM: Digital Elevation Model: Mô hình số độ cao

CSDL: Cơ sở dữ liệu

DL: dữ liệu

UNESCO: United Nations Educational Scientific and Cultural Organization: Tổ chức giáo dục, khoa học và văn hóa của Liên hợp quốc

GIS (Geographic Information System ): Hệ thống Thông tin Địa lý

HTTTĐL: Hệ thống Thông tin Địa lý

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): Chỉ số khác biệt thực vật DEM (Digital Evaluation Model): Mô hình độ cao số

R (Red): Kênh đỏ

G (Green): Kênh xanh

B (Blue): Kênh lục

NIR (Near-infrared): Hồng ngoại gần

SWIR (Short-wavelength infrared): Hồng ngoại sóng ngắn

QL: Quốc lộ

MSS (MultiSpectral Scanner): Hệ thống quét đa phổ

1

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết (lý do chọn đề tài)

Trượt lở đất là một dạng tai biến vừa có tính chất tiềm ẩn vừa có tính chất hiểm họa

Trượt lở đất gây rất nhiều thiệt hại lớn, những khó khăn bất lợi cho cuộc sống sinh hoạt của người dân

Tai biến trượt lở khiến môi trường cảnh quan bị hủy hoại

Việc nghiên cứu và thành lập bản đồ nguy cơ tai biến trượt lở là nhu cầu cần thiết

Quá trình nghiên cứu, đánh giá trượt lở đất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

to lớn vì trước hết kết quả đưa ra khách quan và trung thực về sự biến đổi môi trường tự nhiên dưới sự chi phối của các hiện tượng và quy luật tự nhiên cũng như bởi các tác động có hại của con người

Tại Việt Nam, tai biến trượt lở này xảy ra thường xuyên ở các tỉnh miền núi phía Bắc, trong đó huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La là một huyện điển hình về khả năng xảy ra trượt lở

Huyện Bắc Yên có đặc thù địa hình rất phức tạp, chia cắt mạch, dốc dứng, núi cao, khe sâu, diện tích đất bằng rất ít Độ cao trung bình 1.000-1.400 m so với mực nước biển, có đỉnh núi cao nhất là đỉnh Phù Sa Phin cao 2.982 m, thấp nhất là mực nưóc Sông Đà 120m Địa hình phức tạp, đi lại khó khăn, là nơi có nguy cơ xảy

ra tai biến trượt lở cao

Huyện Bắc Yên nằm trên trục đường quốc lộ 37, có cầu Tạ Khoa, sông Đà là tuyến giao thông quan trọng trong giao lưu hàng hóa và phát triển kinh tế của tỉnh Bẳc Yên cũng là huyện có diện tích lòng hồ sông Đà lớn có ý nghĩa vể sinh thái, giữ nước vả điều tiết nước phòng hộ đầu nguồn sông Đà Với những đặc điểm trên về mặt địa lý và địa hình có thể khắng định huyện Bắc Yên có những khó khăn về phát triền kinh tế - xã hội do địa hình kém ưu dãi là dộ dốc lớn, chia cắt mạnh và phức tạp, nhiều núi cao, khe sâu song cũng có những ưu thế về mặt vị trí địa lý do nằm trên trục quốc lộ 37 vừa có tuyến đường sông vừa có tuyến đường bộ để lưu thông, phát triền kinh tế - xã hội của huyện nói riêng và của tỉnh nói chung

2

Hình 1.1 Dữ liệu DEM huyện Bắc Yên tỉnh Sơn La

3

Tình hình tai biến trượt lở huyện Bắc Yên

Ngay từ đầu năm trên địa bàn huyện đã xảy ra nhiều đợt trượt lở diễn biến rất phức tạp và đã gậy thiệt hại lớn về cơ sở hạ tầng, nhà ở, tài sản, hoa màu của nhân dân

Tình hình chung:

Năm 2013 diễn biến thời tiết trên địa bàn huyện Bắc Yên rất phức tạp, xuất hiện nhiều dạng thiên tai: Ngay từ đầu năm đã xảy ra các đợt rét đậm, rét hại kéo dài làm cho gia súc bị chết; đến thời điểm từ cuối tháng 3 năm 2013 đã xảy ra mưa

to kèm theo gió lốc, mưa to và kéo dài, chịu ảnh hưởng từ các cơn bão gây sạt lở đất

đá làm thiệt hại lớn về người, nhà ở, tài sản, hoa màu và các công trình hạ tầng làm ảnh hưởng trực tiếp đến sản xuất nông, lâm nghiệp, đời sống sinh hoạt của nhân dân

Thường trực Ban chỉ huy PCLB - TKCN huyện Bắc Yên đã có công văn chỉ đạo các thành viên trong ban chỉ đạo xuống cơ sở kịp thời tuyên truyền đôn đốc ban chỉ huy PCLB - TKCN của các xã, thị trấn luôn chủ động đề phòng, ứng cứu khi có thiên tai xảy ra Ban chỉ huy PCLB - TKCN xuống các cơ sở điều tra thống kê, xác minh thiệt hại, tổng hợp báo cáo với Thường trực Huyện uỷ, HĐND-UBND huyện, Ban chỉ huy PCLB - TKCN tỉnh và phối hợp với các phòng, ban chức năng: phòng Lao động & TBXH, Hội chữ thập đỏ huyện xây dựng phương án kinh phí hỗ trợ cho các hộ thiệt hại về người và tài sản do thiên tai gây ra

Trong mùa mưa lũ trên địa bàn huyện đã xảy ra những đợt thiên tai như sau: Ngày 07/7/2013 xảy ra mưa to và rất to tại xã Hua Nhàn; ngày 11/7/2013 mưa kéo dài gây sạt lở đất vào nhà 01 hộ dân tại xã Mường Khoa; ngày 15/7/2013 mưa to và kéo dài tại xã Mường Khoa, Pắc Ngà; từ ngày 27 đến sáng ngày 29/7/2013 trên địa bàn huyện đã xảy ra các đợt mưa to làm sạt lở đất gây tắc đường tại 1 số điểm và vùi lấp ruộng lúa của nhân dân; cơn bão số 5, số 6 từ ngày 05/8 đến 8/8/2013; mưa

to kèm theo gió ngày 30-31/8/2013; mưa to và kéo dài từ ngày 03 – 05/9/ 2013

Những thiệt hại do trượt lở đất gây ra trong năm 2013:

- Về nhà ở và tài sản: Làm hỏng và gây tốc mái 918 nhà; đất đá, trượt lở đất làm đổ sập và sạt nền nhà 48 hộ (các hộ đã phải di chuyển ngay nhà ở và có nguy cơ phỉa di chuyển sang vị trí mới) Làm hư, hỏng và cuốn trôi các tài sản khác ước giá trị khoảng 112 triệu đồng Tổng ước thiệt hại 1 tỷ đồng

4

- Về nông nghiệp: Tổng diện tích hoa màu bị thiệt hại là: 348,267 ha (Trong đó: Ruộng lúa 29,437 ha; các cây trồng trên nương chủ yếu là cây ngô 318,73 ha) mức thiệt hại từ 30% trở lên, diện tích ngô bị thiệt hại chủ yếu là ngô đang đã trong giai đoạn thu hoạch; Tổng số gia súc bị thiệt hại là 27 con (Trong đó: Trâu 13 con,

bò 05 con, dê 08 con, lợn 01 con) và làm vùi lấp, tràn 1.655 ha ao nuôi cá; trôi 5 tấn phân bón, các tài sản khác khoảng 53 triệu Tổng ước thiệt hại 500 triệu đồng

- Về thủy lợi: Công trình thủy lợi bị vùi lấp hơn 3.599 km mương dẫn nước

và khối lượng đất đá vùi lấp trên khoảng 100 m3 Tổng ước thiệt hại 450 triệu đồng

- Về giao thông: Sạt lở đất đá khoảng 4040m3 gây tắc 17 điểm lớn, nhỏ tuyến đường Tỉnh lộ 112, QL 37; sạt lở đất đá taluy, nền đường 22 tuyến đường giao thông nông thôn trôi 02 cống; trôi và chìm 04 thuyền trở khách của nhân dân Tổng ước thiệt hại về giao thông nông thôn khoảng 1,5 tỷ đồng

- Công trình khác: Làm hỏng và gây tốc mái 5 nhà văn hóa bản, 13 điểm trường, 1 trạm y tế xã và 16 điểm điện hạ thế bị gãy đổ cột, 1 công trình nước cung cấp nước bị hư hỏng Tổng ước thiệt hại chưa bao gồm công trình điện 550 triệu triệu đồng

Đứng trước tính cấp thiết như vậy Đề tài:

“Nghiên cứu đánh giá nguy cơ tai biến trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn

La với sự hỗ trợ của công nghệ viễn thám- GIS”

là nhu cầu cần thiết của huyện Bắc Yên nói riêng và các tỉnh miền núi nói chung

Đối tượng nghiên cứu và giới hạn phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: tai biến trượt lở đất tại huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La Phạm vi nghiên cứu: khu vực nghiên cứu là huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La

Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi lãnh thổ

5

Hình 1.2 Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu trong tỉnh Sơn La

6

Hình 1.3 Bản đồ hành chính huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La

7

Bắc Yên là một huyện vùng cao của tỉnh Sơn La nằm cách trung tâm thị xã Sơn La 95km về phía Đông Bắc có diện tích tự nhiên là: 110.371 ha, chiếm 7,78% diện tích tự nhiên của tỉnh

Toạ độ địa lý: 21023’23" Vĩ độ Bắc

104010'15" Kinh độ Đông

Phía bắc và phía Tây bắc giáp tỉnh Yên Bái và huyện Mường La

Phía Nam và Đông Nam giáp huyện Yên Châu và huyện Mộc Châu

Phía Đông giáp huyện Phù Yên

Phía Tây và Tây Nam giáp huyện Mai Sơn

Bắc Yên có 16 đơn vị hành chính (1 thị trấn và 15 xã) với 58.701 người năm

2010, mật độ dân số trên 53,1 người/km2, có 7 dân tộc anh em sinh sống trên địa bàn( Mông, Thái, Mường Kinh, Dao, Khơ Mú, Tày)

Phạm vi khoa học

Xác định mức độ ảnh hưởng của các nhân tố gây ra trượt lở (độ dốc, địa hình, địa chất, thủy văn,…)

Dự báo các vùng có nguy cơ xảy ra trượt lở đất

Mục tiêu nghiên cứu

Dự báo nguy cơ xảy ra trượt lở trong phạm vi khu vực nghiên cứu phục vụ cho việc cảnh báo sớm tai biến

Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu lịch sử, phương pháp nghiên cứu trượt lở trên thế giới và ở Việt Nam

Tìm hiểu một số mô hình đánh giá trượt lở trên thế giới

Lựa chọn mô hình đánh giá trượt lở

Xây dựng quy trình đánh giá trượt lở bằng GIS

Thành lập các bản đồ đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố gây ảnh hưởng đến quá trình trượt lở

Thành lập bản đồ nguy cơ trượt lở

8

Đưa ra các đề xuất, biện pháp nghiên cứu phòng tránh trượt lở

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Những đóng góp về mặt khoa học của đề tài

Đề tài đã xây dựng bản đồ dự báo nguy cơ trượt lở đất huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La Cơ sở dữ liệu của đề tài có thể làm cơ sở cho việc quy hoạch lãnh thổ, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên, đảm bảo tính bền vững của lãnh thổ

Đề tài nghiên cứu đã cho thấy được sự đa dạng trong việc kết hợp giữa Viễn thám và hệ thông tin địa lý để nghiên cứu lập bản đồ tai biến thiên nhiên cũng như các bản đồ chuyên đề khác

Xử lý hệ thông tin địa lý là quá trình tích hợp nhiều lớp thông tin theo các

mô hình và bằng các hàm toán cụ thể Trong quá trình đó, có thể kế thừa nhiều nguồn tư liệu đã có, bổ sung nhiều lớp thông tin mới trong một cơ sở dữ liệu thống nhất với sự trợ giúp của các phần mềm ứng dụng đa chức năng

Viễn thám là một phương pháp nghiên cứu có thể cung cấp nhiều lớp thông tin mới trong cơ sở dữ liệu của Hệ thống thông tin địa lý

Muốn tích hợp thông tin tốt trong nghiên cứu tai biến để đưa ra kết quả chính xác phải kết hợp nhuần nhuyễn kiến thức địa chất, địa mạo, thủy văn và các môn khoa học địa lý khác với kiến thức về tin học và khoa học máy tính

Ý nghĩa thực tiễn:

Cơ sở dữ liệu của đề tài có thể sử dụng cho những nội dung nghiên cứu khác Các bản đồ sản phẩm có thể là nguồn tư liệu tin cậy để xây dựng các dự án quy hoạch lãnh thổ và quy hoạch môi trường, đặc biệt là trong việc phòng chống và giảm thiểu tai biến trong tương lai đối với lãnh thổ huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La

Cấu trúc luận văn

MỞ ĐẦU

Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRƯỢT LỞ ĐẤT

Chương 2: PHÂN TÍCH VAI TRÒ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TAI BIẾN TRƯỢT LỞ ĐẤT

Chương 3: THÀNH LẬP BẢN ĐỒ VÀ ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TAI BIẾN TRƯỢT LỞ ĐẤTHUYỆN BẮC YÊN TỈNH SƠN LA

9 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

10

2 CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRƯỢT LỞ ĐẤT

1.1 Các khái niệm về tai biến và trượt lở đất

Tai biến thiên nhiên:

Hiện nay tồn tại nhiều khái niệm khác nhau về tai biến thiên nhiên

Theo (D.C Call 1992): “Tai biến thiên nhiên là các hiện tượng địa chất, địa mạo, thuỷ văn,… có khả năng trở thành một tai biến, liên quan đến sự tương tác giữa con người và bất cứ một quá trình quản lý tài nguyên của con người với các hiện tượng tự nhiên cực đoan, gây nguy hiểm cho con người cả về vật chất lẫn tính mạng”

Theo (D.C Man): “Tai biến thiên nhiên là sự tương tác giữa hệ thống quản lý tài nguyên của con người với các hiện tượng tự nhiên cực đoan và hiếm hoi có nguồn gốc khác nhau (nội lực, ngoại lực), gây nguy hiểm cho con người cả về vật chất lẫn tính mạng”

Mặc dù có nhiều quan niệm khác nhau nhưng tất cả đều thống nhất tai biến thiên nhiên là sự kiện gây nhiều tổn thất cho con người cả về mặt vật chất lẫn tính mạng, sinh ra do sự tương tác giữa hệ thống quản lý tài nguyên của con người với các hiện tượng tự nhiên cực đoan hoặc hiếm hoi có nguồn gốc khác nhau Vì vậy một hiện tượng trở thành tai biến chỉ khi nào có quan hệ với khả năng đối phó của

xã hội hoặc cá nhân nào đó

Nghiên cứu để nắm vững quy luật của tai biến, nhằm tìm ra những giải pháp phòng tránh và giảm nhẹ những thiệt hại do thiên tai gây ra là một vấn đề hết sức quan trọng trong chiến lược ứng xử với môi trường của nhiều nước, cũng như ở Việt Nam

Tai biến thiên nhiên đã và đang là vấn đề hết sức bức xúc của môi trường và khai thác sử dụng lãnh thổ vì những tác động tiêu cực của chúng Đó không phải chỉ

là vấn đề riêng của một Quốc gia hay của một khu vực mà đang là vấn đề có tính chất toàn cầu

11

Có nhiều loại tai biến, trong số đó thì trượt lở đất là loại hình tai biến phổ biến trên nhiều vùng lãnh thổ, gây ra những thiệt hại lớn cho tài nguyên, môi trường, kinh tế và cộng đồng xã hội

Trượt lở:

Là các chuyển động khối như trượt đất và đá đổ, là quá trình xắp xếp lại của môi trường và đó là một trong những nhân tố tai biến tự nhiên luôn tiềm ẩn trong các khu vực có năng lượng địa hình lớn (khu vực có độ dốc lớn) Chuyển động khối liên quan đến rất nhiều yếu tố của tự nhiên như: động đất, lượng mưa, nước ngầm,

độ dốc, địa hình, tính chất cơ lý của đất đá lớp bề mặt phủ… Chuyển động khối trở nên hiểm họa khi nó ảnh hưởng đến các hoạt động của con người

Trượt lở là dạng chuyển động khối ở các vùng đất dốc mà nguyên nhân là khi trọng lực của các khối đất đá thắng sức kháng cắt của chúng

Trượt lở đất là hiện tượng đá, đất hay mảnh vỡ trượt trên độ dốc do trọng

lực, xảy ra nơi có địa hình dốc Mặc dù tác dụng của trọng lực là yếu tố chính gây ra trượt lở đất, còn có các yếu tố chi phối khác tác động đến trạng thái ổn định của độ dốc ban đầu Sự thay đổi trạng thái ổn định của độ dốc có thể do một số yếu tố gây nên một cách đơn lẻ hay kết hợp,trong đó, có yếu tố tác động của con người Thông

12

thường, các yếu tố tiên quyết tạo nên các điều kiện dưới bề mặt mà làm cho khu vực đất dốc dễ bị trượt lở, trong khi trượt lở đất thực tế thường đòi hỏi một kích hoạt trước khi bị tách ra, trước hết đó là do lượng mưa tập trung với cường độ cao, hoặc

do động đất.[15]

Trượt lở đất là các chuyển động khối như trượt đất và đá đổ, là quá trình

xắp xếp lại của môi trường và đó là một trong những nhân tố tai biến tự nhiên luôn tiềm ẩn trong các khu vực có năng lượng địa hình lớn Chuyển động khối liên quan đến rất nhiều yếu tố của tự nhiên như: động đất, lượng mưa, nước ngầm, độ dốc, địa hình, tính chất cơ lý của đất đá lớp bề mặt phủ… Chuyển động khối trở nên hiểm họa khi nó ảnh hưởng đến các hoạt động của con người

Trượt lở đất là hiện tượng địa vật lý mô tả hiện tượng đá, đất hay mảnh vỡ

trượt trên độ dốc do trọng lực và có thể xảy ra ở môi trường xa bờ biển, gần bờ biển hay thuộc miền ven biển Mặc dù tác dụng của trọng lực là yếu tố chính gây ra trượt

lở đất, còn có các yếu tố chi phối khác tác động đến trạng thái ổn định của độ dốc ban đầu Sự thay đổi trạng thái ổn định của độ dốc có thể do một số yếu tố gây nên, một cách đơn lẻ hay kết hợp Thông thường, các yếu tố tiên quyết tạo nên các điều kiện dưới bề mặt mà làm cho khu vực có độ dốc dễ bị trượt lở, trong khi trượt lở đất thực tế thường đòi hỏi một kích hoạt trước khi bị tách ra Hiện tượng trượt lở đất xuất hiện trong một thời gian dài và được nghiên cứu rất nhiều Có nhiều công cụ, phương pháp có thể hỗ trợ cảnh báo cho người dân sinh sống trong những khu vực

có khả năng xuất hiện trượt lở đất Trượt lở đất là một mối hiểm họa tự nhiên xuất hiện phổ biến trên thế giới Với điều kiện địa hình dốc, hiểm họa trượt lở đất xảy ra hàng năm ở khắp các vùng miển từ vùng cao nguyên cho đến vùng đồng bằng và vùng duyên hải Hiểm họa trượt lở đất này gây thiệt hại lớn về sinh mạng và của cải vật chất cho bất kỳ nơi nào trên thế giới

1.2 Ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu trượt lở

- Lập bản đồ hiện trạng trượt lở với tư liệu viễn thám

Hiện tượng trượt lở đất thường xảy ra ở những khu vực có địa hình đồi núi đất cấu tượng yếu bị mất lớp phủ thực vật trong điều kiện mưa lũ kéo dài có cường

độ lớn Những khu vực tiềm ẩn nguy cơ trượt lở đất thường có một số dấu hiệu cơ bản có thể quan sát được Các dấu hiệu này bao gồm những khối đá lộn ngược nằm trên sườn dốc, các khối phình ra bất thường với thực vật phân bố dưới sườn dốc,

13

khu vực có nước ngầm chảy, các khối đá lớn nằm theo hướng chếch xuống không

có liên kết thạch quyển chặt chẽ, hoặc liên kết yếu bằng đất, bùn…

Theo Richards (1982), các đối tượng gây trượt lở có thể được quan sát trên ảnh viễn thám với độ phân giải không gian từ 10m hoặc lớn hơn Tuy nhiên, việc nhận dạng còn phụ thuộc vào trình độ và kinh nghiệm của chuyên gia viễn thám cũng như khả năng cung cấp tư liệu ảnh lập thể trong phạm vi kinh phí cho phép Bên cạnh đó, các khu vực trượt lở lớn cũng có thể được quan sát trên tư liệu ảnh Landsat MSS và Landsat TM Tư liệu ảnh SPOT toàn sắc độ phân giải không gian 10m, IKONOS đa phổ 4m và toàn sắc 1m, Quickbird 0.6m ra đời về sau đã cung cấp khả năng vượt trội cũng như tăng cường sự sẵn có của các nguồn tư liệu viễn thám trong việc quan sát các vụ trượt lở.

- Nghiên cứu dự báo trượt lở bằng Viễn thám và GIS

Ngày nay, việc áp dụng công nghệ GIS trong nghiên cứu trượt lở đang trở nên phổ biến và chiếm ưu thế Các dữ không gian liên quan có thể được mô hình hoá như DEM, hướng sườn, địa chất, thực vật,… để cung cấp thông tin cho việc xác định sự phân bố cũng như tần suất trượt lở Một số báo cáo về việc ứng dụng công nghệ GIS được đưa ra trong thế kỷ trước bởi Soeters và van Westen (1996), Carrara

và Guzzetti (1995) Ứng dụng GIS là xu thế trong nghiên cứu hiện nay nhưng cũng phải nhận rằng sự không đồng nhất và mức độ chính xác của các lớp thông tin là những khó khăn mà các tác giả đã gặp phải Bởi vậy, bất kỳ sự phân tích không gian nào trên nền tảng GIS đều cần phải được kiểm tra lại trên thực địa

Mô hình nghiên cứu trượt lở được kể đến là của các tác giả sau: Colecchia (1978), Brabb (1984), A Hansen (1984), Ivarnes (1984), Hartlen và Viberg (1988), Lambe và Whiman (1969), Chowdury (1978, 1984), Hock và Bray (1981), Graham (1984), Bromhead (1986), Anderson và Vichards (1987) Đặc biệt, quy trình nghiên cứu của C.S.Van Westen (1993) tại trường Đại học quốc tế về nghiên cứu từ khoảng không và các khoa học trái đất (ITC) - Hà Lan: “Application of Geographic information systems to landshde Hazard zonation”

Với tiếp cận của khoa học trái đất về nghiên cứu quản lý lưu vực, các hình thức trượt trọng lực có liên quan chặt chẽ tới các yếu tố cấu trúc địa hình, đó là những thông tin quan trọng được đưa vào trong phân tích định lượng Trong thực tế, đơn vị tự nhiên bao gồm rất nhiều lớp, vì vậy phải xác định được những lớp thông tin cần thiết nhất, có quyết định nhất đối với việc gây tai biến trượt trọng lực Muốn

14

vậy phải có sự tiếp cận và phân tích theo quan điểm địa mạo - địa chất và quan điểm quản lý tổng hợp lưu vực Với cách tiếp cận và phân tích về cấu trúc và nguyên nhân dẫn đến sự suy yếu lực chịu tải của đất đá khu vực xảy ra trượt, có thể xác định được các lớp thông tin cần thiết để nghiên cứu và xử lý, bao gồm 8-13 lớp thông tin hợp phần để đưa vào tính toán thích hợp, từ đó mới có thể đưa ra những

dự báo tin cậy Tuy nhiên số lượng lớp thông tin có thể lựa chọn tùy theo tỉ lệ nghiên cứu Tỉ lệ lớn thì số lượng lớp thông tin càng cần nhiều hơn

Hình 1.5 Mô hình nghiên cứu tổng hợp lưu vực[5]

Điều cần chú ý trong các mô hình này là trong quá trình xử lý, việc giải quyết các “quy luật ẩn” trong việc xác định mối liên quan của trượt trọng lực với các yếu tố hợp phần của địa hình được xem xét là khái niệm “tổ hợp định lượng bản đồ” hay chính là khái niệm xác định trọng số của các lớp thông tin hợp phần

Có thể khái quát hóa mô hình nghiên cứu trong sơ đồ dưới đây:

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống ứng dụng VT-GIS nghiên cứu dự báo trượt lở [5]

15

Áp dụng phương pháp viễn thám và GIS để phân tích thống kê các điểm trượt lở cũng như các tác nhân gây nên trượt lở, phương pháp này sẽ cung cấp các

kết quả nghiên cứu có tính chất định lượng

Việc phân tích định lượng yêu cầu xác định rõ về mặt không gian của sự phân bố, nghĩa là có một lớp thông tin chính xác về tọa độ, diện tích, thuộc tính của các loại hình trượt trọng lực Để đơn giản có thể thay thế việc phân tích này bằng cách áp dụng viễn thám và khái quát hóa bằng phương pháp bản đồ để tạo nên lớp thông tin dạng vector cho các loại hình tai biến trượt lở

Một trong những yêu cầu cần thiết của việc phân tích là xác định tính chất đồng nhất về khả năng nhạy cảm với trượt lở của các đơn vị trên một lớp thông tin

Để thực hiện, phải có sự tiếp cận hoàn chỉnh về địa lý, đặc biệt là kiến thức địa mạo

và địa lý tự nhiên Việc tách hoặc gộp nhóm các đơn vị của lớp thông tin trong cơ

sở để phục vụ cho nghiên cứu trượt lở là một trong những công việc cần thiết

Bên cạnh đó, việc xác định các trọng số cũng là công việc hết sức quan trọng Để xác định trọng số, áp dụng phương pháp GIS, đây là phương pháp khách quan xác định trọng số, dựa vào tính toán sự xuất hiện ngẫu nhiên của các dấu hiệu trượt lở trên các đơn vị đồng nhất của từng lớp thông tin Thông thường, thuật toán được sử dụng là thuật toán ma trận chéo (Crossing matrix) và phân loại (classification)

Dự báo là việc tính toán liên kết tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến trượt lở theo những mối quan hệ của nguyên tắc tích hợp thông tin Mô hình tích hợp thông tin là

sự kết hợp các thông số, các trọng số với những ngưỡng giả định của các lớp thông tin không liên tục như lượng mưa, động đất

 Trong nội dung của luận văn, việc xác định trọng số được sử dụng bằng

phương pháp phân tích cấp bậc Saaty (Saaty’s Analytical Process – AHP) Có rất

nhiều nhân tố tác động đến quá trình trượt lở đất, tuy nhiên vai trò của chúng là không hoàn toàn giống nhau Vì vậy, việc xác định trọng số cho mỗi nhân tố này là rất cần thiết

Phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) (hay còn gọi là phương pháp mô hình

trọng số) là một phương pháp bán định lượng Nội dung của phương pháp bao gồm việc xây dựng một hệ thống các cặp ma trận so sánh giữa các yếu tố khác nhau cho trượt lở đất Cách tiếp cận này có thể được mô tả như là sự phân bậc tầm quan trọng

16

của các nhân tố gây nên trượt lở đất, mỗi nhân tố được so sánh với các nhân tố khác

để xác định tầm quan trọng của chúng đối với trượt lở đất Sau khi đã phân cấp và tính trọng số của các chỉ tiêu thì việc tích hợp chúng sẽ cho ta chỉ số nhạy cảm trượt

lở đất.[10]

1.3 Nghiên cứu trượt lở trên Thế giới và ở Việt Nam

1.3.1 Nghiên cứu trượt lở trên Thế giới

Ở trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu có giá trị về dự báo tai biến trượt lở đất đóng góp tích cực vào việc phòng tránh,giảm nhẹ thiên tai cho nhiều Quốc gia

Hướng nghiên cứu tai biến trượt lở đất trên thế giới đã được các nhà khoa học Nga (và Liên Xô), các nhà nghiên cứu Pháp, Đức và Thuỵ Sỹ… quan tâm và các hướng nghiên cứu liên quan đến vùng núi Anpơ, Kavkazơ, Kacpat, các vùng khí hậu lục địa khô hạn như Trung á, các vùng hoang mạc Bắc Phi và Bắc Mỹ, Trung

Mỹ Trên cơ sở các công trình công bố, đã có được những kết luận ban đầu về cơ chế hoạt động cũng như những nguyên nhân phát sinh của dạng tai biến này

Tại Liên xô: phải kể đến là công trình “Lũ bùn đá và những biện pháp phòng chống” đã phân tích bản chất vật lý, mô hình cơ học, sự phân bố và những tác hại khủng khiếp của tượt lở, lũ bùn đá qua hàng loạt ví dụ cụ thể Những kết luận về cơ chế hoạt động của dạng tại biến này đến nay vẫn còn nguyên giá trị: điều kiện tiên quyết để xảy ra lũ bùn đá điển hình là phải có lượng vật liệu vụn phong phú để khi mưa với cường độ lớn có cơ hội trượt – lở ồ ạt vào địa bàn khô khan hoặc khô khan

và vùng giàu băng tích Song, cần nhận xét thêm rằng tất cả đều dừng lại ở những kết luận về bản chất quá trình, về cảnh báo nguy cơ tai biến, các điểm dân cư vẫn cứ tiếp tục bị tàn phá nặng nề, thậm chí bị vùi lấp hoàn toàn, mà hầu như không được báo trước

Đặc biệt là từ năm 2000 đến nay, hàng năm có rất nhiều hội thảo quốc tế về tai biến thiên nhiên tổ chức ở nhiều nước trên thế giới Các hôi thảo này đã trình bày nhiều thông tin và phương pháp nghiên cứu mới trong việc phòng chống và giảm nhẹ tai biến thiên nhiên như: lũ lụt, trượt lở, xói lở bờ sông bờ biển, về sóng thần, hạn hán, cháy rừng nhiễm mặn về biến đổi khí hậu và tai biến liên quan

Do tính cấp thiết và tầm quan trọng của công tác nghiên cứu tai biến địa chất, hàng năm tổ chức quốc tế nghiên cứu tai biến thiên nhiên thuộc Liên hiệp quốc

17

thường tổ chức các hội thảo khoa học quốc tế và có những tập san, tuyển tập chuyên

đề về tai biến thiên nhiên, đặc biệt là việc áp dụng công nghệ mới Các tác giả có các công trình được đánh giá cao là: Einstein (1988), Ketrilz (1992), Innocenti (1992), Montgomery D.R và Dietrich Carrara W.E et al, (1994); Jade và Sarkar, (1993); Chung and Fabbri (2001), v.v

Đáng kể đến là các mô hình nghiên cứu trượt lở điển hình của trường ITC (Hà Lan), trên cơ sở mã nguồn của phần mềm ILWIS, được thể hiện bằng mô hình GISIZ, xây dựng trên quan điểm tiếp cận địa lý - địa mạo; mô hình SINMAP lại được xây dựng theo quan điểm địa chất công trình …

Các nghiên cứu tập trung nghiên cứu cơ chế, vận động, tác động, phân vùng, cảnh báo, các giải pháp nhằm giảm thiểu thiệt hại và các công nghệ mới ứng dụng trong việc nghiên cứu như GIS, viễn thám:

 Định lượng và phân vùng tai biến trượt lở đất cho vùng núi (D Anbalagan, 1992),

 Mô hình vật lý về dòng bùn nông do trượt lở đất ở phạm vi lưu vực (Bathurst J C., Burton A., 1998),

 Đặc trưng của trượt lở đất và áp dụng GIS để mô phỏng tính bất ổn định

độ dốc vùng Lantau, Hong Kong (F.C Dai, F.C Lee, 2002),

 Phân vùng ngưỡng mưa – trợ giúp đánh giá tai biến trượt lở đất (Crosta G., 1998),

 Ước lượng tai biến trượt lở đất gây ra do mưa thời gian thực (Liritano G

Và nnk, 1998),

 Định lượng tai biến trượt lở đất – tổng quan về công nghệ hiện tại và ứng dụng để nghiên cứu ở các tỷ lệ khác nhau cho miền trung Italia (Fausto G Và nnk, 1999),

 Trượt lở đất và mối tương quan với tham số mưa – tiếp cận theo công nghệ GIS và viễn thám (D.P Kanungo, S Sarkar, 2006), ứng dụng GIS phân vùng tai biến trượt lở đất (C.J van Westen, 1993), …

1.3.2 Nghiên cứu trượt lở ở Việt Nam

Tai biến trượt lở đất ở Việt Nam cũng mới được quan tâm nghiên cứu từ những năm 1990 Viện Địa chất, Viện Địa lý (Viện Khoa học và Công nghệ Việt

18

Nam), Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia, Viện Địa chất Khoáng sản, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội), trường Đại học Mỏ Địa chất, là những trung tâm hàng đầu trong nghiên cứu lĩnh vực này

Các nghiên cứu đã kết luận trong những năm gần đây tại các tỉnh miền núi phía Bắc, dạng tai biến này diễn ra ngày càng nguy hiểm hơn với 12/16 tỉnh nằm trong vùng có nguy cơ trượt – lở cao Theo hướng này, phải kể đến các công trình:

 Nghiên cứu tai biến trượt lở tại các điểm dân cư vùng thủy điện Hòa Bình (Bùi Khôi Hùng, 1992),

 Nghiên cứu nguy cơ trượt lở ở miền núi Bắc Bộ và giải pháp phòng tránh (Nguyễn Quốc Thành và nnk, 2005),

 HNghiên cứu đánh giá tai biến trượt lở khu vực các tỉnh miền núi phía Bắc và các giải pháp phòng tránh (Lê Thị Nghinh và nnk, 2003),

 Nghiên cứu tai biến trượt lở ở Việt Nam (Dự án UNDP/VIE/97/2002),

 Tai biến trượt lở ở tỉnh Quảng Nam và Quảng Ngãi (Nguyễn Trọng Yêm

 Nghiên cứu đánh giá tổng hợp các loại hình tai biến địa chất các tỉnh Bắc Trung Bộ và các tỉnh miền núi Bắc Bộ (Trần Trọng Huệ và nnk, 2005)

Một hướng nghiên cứu hiện nay đang được phát triển, có vai trò hỗ trợ hiệu quả trong phân tích và đánh giá tai biến là ứng dụng công nghệ hệ thông tin địa lý (GIS) và viễn thám, cũng như sử dụng các mô hình thực nghiệm Có thể phân biệt hai nhóm phương pháp, mô hình nghiên cứu trượt lở:

- Nhóm phương pháp vật lý dựa trên các phương trình toán lý mô phỏng bản chất vật lý của quá trình trượt;

19

- Nhóm phương pháp thống kê dựa trên quan hệ thống kê giữa các điểm trượt lở và các yếu tố được cho là nguyên nhân gây nên trượt lở (Nguyễn Ngọc Thạch và nnk, 1998), ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) nghiên cứu dự báo trượt lở đất vùng hồ thủy điện Sơn La trong đó dựa trên cơ sở phương pháp chuyên gia trong GIS để đánh giá các lớp thông tin ảnh hưởng đến trượt lở và ứng dụng công nghệ viễn thám để phân tích các yếu tố dạng tuyến

Từ năm 2004 đến nay, tập thể các nhà khoa học Địa lý thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội đã công bố nhiều công trình áp dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu tai biến nói chung và tai biến trượt lở đất nói riêng (Chu Văn Ngợi, Nguyễn Văn Đức, ) Trong đó tích hợp các thông tinh về cấu trúc địa chất, địa mạo

và lớp phủ được trình bày là cơ sở quan trọng cho việc giảm thiểu tai biến do trượt

lở đất trên nhiều khu vực nghiên cứu Qua các công trình này các tác giả đã thống nhất quan điểm đánh giá tai biến trượt lở đất bằng GIS và viễn thám trên cơ sở địa mạo và địa lý tổng hợp

Đề tài “Nghiên cứu đánh giá nguy cơ tai biến trượt lở huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La với sự hỗ trợ của công nghệ viễn thám- GIS” áp dụng theo phương pháp,

mô hình nghiên cứu thuộc nhóm thứ hai, đó là: phương pháp thống kê dựa trên quan

hệ thống kê giữa các điểm trượt lở và các yếu tố gây nên trượt lở, áp dụng phương pháp GIS để đánh giá trọng số cho các lớp thông tin ảnh hưởng đến trượt lở và ứng dụng công nghệ viễn thám để phân tích các yếu tố

1.4 Phương pháp và quá trình nghiên cứu

1.4.1 Phương pháp nghiên cứu

Có hai nhóm phương pháp, mô hình nghiên cứu trượt lở chính là:

Nhóm phương pháp vật lý, địa chất công trình: dựa trên các phương trình toán lý và các thông số địa chất công trình đo đạc quan trắc trên sườn dốc (các thông số về lực, tính chất cơ lý của đất đá ), mô phỏng bản chất vật lý của quá trình trượt ;

Nhóm phương pháp thống kê dựa trên quan hệ thống kê giữa các điểm trượt

lở và các yếu tố được cho là nguyên nhân gây nên trượt lở Với cách tiếp cận này, trượt trọng lực được xem như một hàm của nhiều tham số, trong đó có nhiều tham

số thuộc về tự nhiên như điều kiện địa chất, địa mạo, vỏ phong hoá, chế độ thuỷ văn, lớp phủ thực vật… Bên cạnh đó còn có nhiều nguyên nhân thuộc về nhân tác

20

như: bạt taluy để mở đường, sự phá rừng làm nương rẫy… Những tác động đó có

xu thế làm giảm lực kháng cắt của các khối vật chất, dẫn đến sự tăng lực tiếp tuyến,

gây ra trượt lở

1.4.2 Quá trình nghiên cứu

Để xác định quy trình nghiên cứu, đề tài đã dựa vào phương pháp nghiên cứu của các tác giả sau: Colecchia (1978), Brabb (1984), A Hansen (1984), Ivarnes (1984), Hartlen và Viberg (1988), Lambe và Whiman (1969), Chowdury (1978, 1984), Hock và Bray (1981), Graham (1984), Bromhead (1986), Anderson và Vichards (1987) Đặc biệt, quy trình nghiên cứu của C.S.Van Westen (1993) tại trường Đại học quốc tế về nghiên cứu từ khoảng không và các khoa học trái đất (ITC) – Hà Lan: “Application of Geographic information systems to landshde Hazard zonation” Đề án này có sự hỗ trợ của tổ chức UNESCO, UNDP và tổ chức kinh tế Châu Âu

Quy trình nghiên cứu bao gồm 5 bước như sau:

Các bước nghiên cứu Nội dung chi tiết của công việc

A Nghiên cứu sự phân bố Lập bản đồ trong đó thể hiện các kiểu và diện

phân bố của các loại hình trượt lở

B Phân tích định tính Trực tiếp hoặc bán trực tiếp phân tích mối quan hệ

của trượt lở với các bản đồ hợp phần đặc biệt là bản đồ địa mạo, dựa vào kinh nghiệm của các nhà khoa học Địa lý - Địa chất

C Phân tích thống kê Các phương pháp gián tiếp để phân tích thống kê

nhằm thu được các thông số dự báo đối với chuyển động khối cho các lớp bản đồ hợp phần

D Phân tích xác định Phương pháp gián tiếp để tính toán các tham số

liên quan đến trượt lở và tích hợp thông tin để dự báo

E Phân tích tần số xuất hiện

của trượt lở

Phương pháp gián tiếp, phân tích các số liệu thống

kê về khí tượng thủy văn nhằm xác định được các gía trị ngưỡng liên quan đến tần số xuất hiện trượt

lở

21

3 CHƯƠNG 2

PHÂN TÍCH CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TAI BIẾN

TRƯỢT LỞ ĐẤT

2.1 Các yếu tố chủ yếu quyết định quá trình trượt lở

Dịch chuyển trượt phát sinh do tác động của trọng lực và các lực khác, khi thành phần lực gây trượt (lực T) vượt quá độ bền của đất đá nói chung (lực giữ G), thì khi đó ổn định của mái dốc hoặc sườn dốc bị phá huỷ Lúc này F (hệ số ổn định) của mái dốc nhỏ hơn 1 Hệ số ổn định trượt F là tỷ số giữa tổng lực giữ và tổng lực gây trượt của một khối trượt Như vậy quá trình trượt xảy ra chỉ khi có sự tăng hoặc giảm tương đối giữa lực kéo trượt và lực giữ trượt (hình 2.1)

Hình 2.1 Sơ đồ biểu diễn các lực tác động lên một khối trượt

(theo VD Lomtadze)[12]

Khối trượt

Dtđ: áp lực nước thủy động [T/m2]

f = tgϕ: Hệ số góc ma sát trong C: Lực kết dính [T/m2]

L: Chiều dài cung trượt đơn vị [m]

Khi: F > 1: An toàn

F = 1: Cân bằng động

F < 1: Mất an toàn

Từ công thức ta thấy, góc dốc đóng vai trò quan trọng nhất, nó quan hệ trực

tiếp đến sự thay đổi hệ số ổn định Khi góc dốc bằng 0, hệ số ổn định bằng dương

vô cực, như vậy quá trình trượt lở không xảy ra Đóng vai trò quan trọng thứ hai là

lượng mưa, nước mưa ngấm xuống đất làm tăng khối lượng thể tích, suy yếu độ

bền của đất đá, đồng thời làm tăng áp lực nước thuỷ động và thuỷ tĩnh bên trong

khối trượt Tiếp đến là thành phần của đất đá với độ bền của chính chúng và mực nước ngầm Quá trình phong hoá; mức độ dập vỡ, nứt nẻ; sự phân dị và chia cắt địa hình phản ánh mức độ bị phá hủy của đất đá, làm suy giảm độ bền kháng cắt của đất đá Lớp phủ thực vật đóng vai trò cản trở các tác nhân phá họai đất đá xâm

nhập xuống dưới sâu

Căn cứ vào hoàn cảnh cụ thể của khu vực nghiên cứu, những yếu tố chủ yếu quyết định T - L đã được lựa chọ là:

Độ dốc sườn, lượng mưa, địa chất, địa mạo, thuỷ văn, các kiểu vỏ phong hoá (thổ nhưỡng), khoảng cách tới đứt gãy, giao thông, rừng, lớp phủ thực vật, hiện trạng sử dụng đất

2.2 Xác định ảnh hưởng của các nhân tố thành phần

Trong thực tế, đơn vị tự nhiên bao gồm rất nhiều lớp, vì vậy phải xác định được những lớp thông tin cần thiết nhất, có quyết định nhất đối với việc gây tai biến trượt lở

23

Việc xác định ảnh hưởng của mỗi yếu tố quyết định trượt lở hay là phân cấp ảnh hưởng của các bộ phận của mỗi yếu tố dựa trên tính chất của các bộ phận của mỗi yếu tố đó, và dựa vào sự phát triển của trượt lở trên từng bộ phận của yếu tố, ở đây là mật độ của các điểm trượt lở

Với cách tiếp cận và phân tích về cấu trúc và nguyên nhân dẫn đến sự suy yếu lực chịu tải của đất đá khu vực xảy ra trượt, có thể xác định được các lớp thông tin cần thiết để nghiên cứu và xử lý, bao gồm:

 Trọng lực: cung cấp lực trượt cho khối trượt trên cơ sở tương tác

giữa khối lượng của khối trượt và trọng lực Khối lượng càng lớn lực tác dụng càng lớn

Hình 2.2 Hình minh họa tác động của trọng lực

 Độ dốc: theo quy luật chung, độ dốc có liên hệ tỉ lệ thuận với trượt lở

Khi độ dốc > 600, đổ lở là dạng phổ biến hơn cả

Hình 2.3 Một số hình ảnh về ảnh hưởng của độ dốc với trượt lở

(Nguồn: thực địa tại Bắc Yên, tỉnh Sơn La 3-2014)

24

 Độ ẩm của đất đá: Khi độ ẩm tăng đến mức độ giới hạn sẽ làm suy

yếu tính chịu tải của đất đá thì trượt lở xuất hiện và gia tăng tỷ lệ thuận với sự tăng

độ ẩm, đặc biệt khi có gương nước ngầm xuất hiện ở trên bề mặt địa hình

 Tính chất cơ lý của đất đá: các lớp đất có độ chịu tải thấp thì trượt lở

gia tăng

Ví dụ: sét, bột, đất mùn giàu hữu cơ, vật liệu tơi xốp (tuff núi lửa hay các loại vỏ phong hóa có độ rỗng cao )

Hình 2.4 Hình minh họa tính chất cơ lý của đá tác động đến kiểu trượt lở [7]

 Cấu trúc của đá: Sự trượt lở hoặc đổ lở gia tăng khi đá bị nứt nẻ

nhiều, hoặc mặt dốc trùng với mặt phân lớp của đá Ngược lại, khi hướng dốc của đất ngược hoặc vuông góc với hướng dốc địa hình thì trượt trọng lực có xu thế giảm

đi

 Địa hình: là lớp thông tin chung, song cũng có thể lựa chọn những

đơn vị địa hình là chỉ thị trực tiếp cho những vùng có khả năng gây trượt lở hoặc đổ

lở Đó là những khe rãnh xâm thực, các thung lũng hình chữ V, các bề mặt sườn, các tích tụ chân sườn hoặc các thềm sông, bãi bồi Các đơn vị địa hình đó vừa là dấu hiệu song cũng vừa là cơ sở để giúp kiểm tra việc phân tích xử lý thông tin

 Mật độ sông suối: thông số chỉ sự phân cắt ngang của địa hình, là

thông số giúp ta xác định được một cách gián tiếp tiềm năng xảy ra trượt lở

25

 Hệ thống đứt gãy: là các đới có liên quan tới nhiều vấn đề của khoa

học trái đất, đặc biệt là việc nghiên cứu tìm kiếm khoáng sản, nước ngầm vì đó là hệ thống kênh dẫn và lưu giữ chúng Đối với trượt lở, đứt gãy sẽ tạo nên các đới suy yếu về tính chất cơ lý của đất đá Vì vậy, hai thông số về đới xung quanh của đứt gãy và mật độ đứt gãy sẽ là hai lớp thông tin cần thiết trong nghiên cứu trượt lở

 Lớp phủ thực vật: nhiều nghiên cứu đã khẳng định: thực vật có khả

năng chống trượt lở Trong từng thảm thực vật mà cấu trúc bộ rễ có khác nhau, cây

có bộ rễ lớn, ăn sâu sẽ có khả năng củng cố sự chịu tải của đất nơi sinh sống Các bộ

rễ như vậy phổ biến ở kiểu thảm rừng thường xanh lá rộng hoặc tre nứa Thảm rừng càng dày thì khả năng chống trượt lở càng cao

Hình 2.5 Mô hình chung về cây và bộ rễ

 Thành phần thạch học: Các loại đá khác nhau thì tính chất cơ lý

khác nhau và khả năng chống chịu với trượt lở cũng khác nhau Các đá cấu tạo khối, cấu trúc chặt thì ít khi bị trượt lở Tuy nhiên, đối với đá dạng khối, hiện tượng

đổ lở dễ xảy ra khi độ dốc lớn, đặc biệt là đối với đá vôi nứt nẻ

 Lượng mưa: Đây là thông số rất quan trọng liên quan đến trượt lở và

đổ lở Thông thường, cường độ trượt lở gia tăng tỷ lệ thuận với lượng mưa, đặc biệt

là với cường độ mưa trận

26

Hình 2.6 Hình ảnh thực địa tại Bắc Yên, tỉnh Sơn La (3-2014)

Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình trượt lở đất được mô tả trong hình 2.7

Hình 2.7 Các nhân tố ảnh hưởng đến trượt lở [7]

2.2.1 Lớp yếu tố địa hình

Đặc trưng cho lớp yếu tố địa hình chi phối quá trình trượt lở chính là độ dốc sườn Độ dốc địa hình có vai trò quyết định tới sự hình thành và phát triển trượt lở Khi góc dốc bằng 0, như vậy sẽ không có trượt

27

Các bản đồ độ dốc của sườn được xây dựng theo các bản đồ địa hình (có đường đồng mức) Cần phải thành lập thang phân cấp độ dốc, thang này được thành lập dựa vào tương quan thay đổi giữa độ dốc và hệ số ổn định trượt Tương quan này được xác lập khi các đại lượng khác trong tính F giữ nguyên chỉ để cho độ dốc thay đổi, kết quả cho ta có đồ thị biểu diễn sự thay đổi của hệ số ổn định trượt F theo độ dốc Sự thay đổi đột ngột hệ số góc của đồ thị chính là biên các cấp độ dốc cần xác định Sau đó dựa vào tỷ lệ nằm ngang trên bản đồ để phân biệt các khu vực với độ dốc phải tìm

Bảng 2.1 Bảng phân cấp độ dốc ( 0 ) (theo bảng phân cấp độ dốc áp dụng cho tai

biến khu vực Tây Bắc của Ts Nguyễn Quốc Khánh [10]

2.2.2 Lượng mưa( lượng mưa trung bình năm)

Lượng mưa là thông số rất quan trọng quyết định đến quá trình trượt lở đất Nước mưa ngấm xuống khối trượt một mặt làm tăng tải trọng của khối đất đá trên sườn dốc, làm giảm độ bền của đất đá Mặt khác, còn tạo thành dòng ngầm sinh ra

áp lực nước thủy động và thủy tĩnh kết quả làm lực gây trượt tăng một cách đáng

kể Cường độ trượt lở đất gia tang tỷ lệ thuận với lượng mưa, đặc biệt là với cường

độ mưa trận Từ số liệu mưa trung bình năm theo thống kê của UBND huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La kết hợp với bản đồ lượng mưa trung bình năm thuộc atlats quốc gia cho phép xây dựng bản đồ lượng mưa trung bình năm của khu vực nghiên cứu Tổng lượng mưa năm từ 1300 - >2000 mm, lượng mưa phân bố không đều theo không gian và thời gian Lượng mưa bình quân 1.500 mm/năm, mưa chủ yếu vào tháng 6,7,8 và 9, chiếm 85% Nghiên cứu theo tình hình thực tế và tiến hành thống

28

kê các giá trị nội suy toàn huyện, tác giả chia thành 5 cấp các giá trị tương ứng với mức độ tác động của nó đến tai biến trượt lở đất khác nhau từ thấp đến rất cao Các bước tiến hành sẽ được thực hiện trong chương 3

Bảng 2.2 Bảng phân cấp ảnh hưởng của lượng mưa trung bình năm đến quá

- Đất phù sa ngòi suối (Py): diện tích khoảng 220 ha, chiếm tỷ lệ nhỏ 0,2% diện tích tự nhiên Nằm ở địa hình thấp dọc theo ven sông, suối Loại đất này

ít gây ảnh hương tới quá trình trượt lở

- Đất đỏ vàng trên đá sét và biến chất (Fs): diện tích khoảng 32.980 ha, chiếm 30% diện tích tự nhiên, phân bố chủ yếu trên địa hình đồi núi cao Độ dốc phô biến từ 20-30%, tầng đất dày thường 50-100 cm Loại đất này có thành phần lớn là sét Đây là một điều kiện gây ra nguy cơ trượt lở rất cao

- Đất vàng nhạt trên đá cát (Fq): diện tích 31.880 ha, chiếm khoảng 29% diện tích tự nhiên, phần bố trên địa hình dồi núi cao lừ 600 - 1000 m Độ dốc thường trên 25% Tầng đất mỏng, phổ biến từ 30- 50 cm Đây là loại đất chứa thành phần sét cao có mức độ tác động mạnh đến trượt lở

29

- Đất vàng đỏ trên đá Macma axít (Fa): diện tích 16.500 ha, chiếm khoảng 15% diện tích tự nhiên Phân bố trên địa hình núi cao từ 400-600 m Độ dốc phổ biến từ 20- 25% Tầng dầy mỏng thường từ 30-70 cm Loại đất này được đánh giá ở mức trượt lở cao

- Đất mùn vàng nhạt trên đá phiến set (Hs): diện tích khoảng 11.000 ha, chiếm 10% diện tích tự nhiên Phân bổ trên khu vực núi cao trên 1000 m Loại đất này chỉ có ý nghĩa về lâm sinh

- Đất mùn vàng nhạt trên đá cát (Hq): diện tích khoảng 7.700 ha, chiếm 7% diện tích tự nhiên Phân bố trên khu vực núi cao trên 1000 m

Ngoài ra còn một số loại đất có diện tích 9.600 ha, chiếm tỷ lệ 8,7% so với diện tích tự nhiên như: đất dốc tụ (D), đất nâu đỏ trên dá vôi (Fv) Tương quan giữa các nhóm đất đá và sự xuất hiện trượt cho phép xây dựng bản đồ nguy cơ trượt lở thành phần chỉ tính tới yếu tố nhóm đất đá Mỗi một nhóm đất đá tương ứng với một cấp độ trượt Tầng dầy của đất càng lớn và thành phần cơ giới chứa càng nhiều sét thì tiềm năng trượt lở càng cao Các tính chất của vật liệu liên quan mật thiết nhất tới sự ổn định của sườn dốc là ma sát, lực gắn kết và tỉ trọng của đất đá

2.2.4 Mức độ phong hóa

Phong hóa là quá trình biến đổi đá theo thời gian Độ bền của đá giảm đáng

kể sau khi bị phong hóa Kiểu vỏ phong hóa quyết định chiều dày và tổ hợp khoáng vật đi kèm Trên các sườn dốc mà lớp vỏ phong hóa càng dày, mức độ phong hóa càng triệt để thì khả năng trượt càng lớn Nhóm khoáng vật sét của sản phẩm phong hóa quyết định tính chất đối với nước của lớp vỏ phong hóa

Trong nội dung luận văn tác giả sử dụng tầng dày của lớp thổ nhưỡng để đánh giá nguy cơ trượt lở

Bảng 2.3 Bảng chỉ tiêu cơ lý đá biến đổi theo mức độ phong hóa[12]

STT Mẫu

TN

Tên đá Dung

trọng (TN) ó (g/cm3)

Tỷ trọng

∆ (g/cm3)

Hệ số rỗng ồ

Độ lỗ rỗng n(%)

Cờng độ kháng nén khô (KG/cm2 )

1 np 13 Cát sạn kết 2.50 2.79 0.116 10.4 167.5

2.2.5 Khoảng cách tới đứt gãy hoạt động

Đứt gãy hoạt động thể hiện mức độ hoạt đông địa chấn của khu vực hoặc mức độ linh động của nền đất Các rung động của hoạt động địa chấn gây nên hiệu ứng tissotropia làm giảm một cách cơ bản lực kết dính C và góc ma sát trong của đất Để thể hiện một cách dễ dàng vị trí tương đối của điểm khảo sát trong khuôn khổ của hoạt động địa chấn khu vực, chúng tôi đã phân ra điểm khảo sát nằm trên đứt gãy hoạt động và điểm khảo sát nằm bên ngoài đứt gãy hoạt động với một khoảng cách xác định Khoảng cách này được xác định bằng cách xây dựng các vùng ảnh hưởng (buffer zones) với sự hỗ trợ của công cụ GIS

31

Hình 2.8 Dữ liệu đứt gãy huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La

2.2.6 Mức độ chia cắt ngang địa hình

Chiều rộng của sườn dốc được thể hiện qua chỉ số phân cắt ngang địa hình Cũng như mức độ dập vỡ, nứt nẻ, mức độ chia cắt ngang địa hình phản ánh tính liên tục, mức độ liền khối của đất đá Các đặc tính định lượng của sự phân cắt ngang địa

32

hình phụ thuộc vào tỷ lệ và chức năng của bản đồ Thông thường người ta thường dùng chỉ số độ dài của mạng lưới thuỷ văn trên diện tích 1 km2 được quy định như giá trị trung bình hoặc theo lưu vực sông Khi tính chỉ số này người ta thường dùng công thức:

l= L / P Trong đó: l- là độ dài chung của mạng lưới xâm thực tính theo km phù hợp với giá trị bình quân trong giới hạn diện tích P

L là độ dài chung của mạng lưới xâm thực trong giới hạn diện tích đó

P là diện tích mà trong đó độ dài của mạng lưới xâm thực được đo đạc

Huyện Bắc Yên là huyện có diện tích đất rừng và rừng khá lớn, chiếm 69,1% diện tích nông nghiệp vả chiếm 36,07% diện tích đất tự nhiên, đất đai phù hợp với nhiều loại cây, rừng của huyện Bắc Yên có vai trò của rừng phòng hộ và cỏ khả năng phát triển rừng Hiện nay độ che phủ của rừng thấp, đạt 42%, trong đó rừng gỗ

lá rộng còn 31.537.9 ha, trữ lượng gỗ khoảng 461.100 m3, còn lại là rừng hỗn giao, rừng tre là 7.702,6 ha nằm dọc 2 bờ sông Đà, rửng trồng còn trên 4.000 ha, chủ yếu của dự án 219 dự án 747 và 661 Hiện trạng rừng tại đấy đảm bảo cho nguy cơ phòng tránh trượt lở cao

2.2.8 Đường giao thông

Mạng lưới giao thông huyện Bắc Yên thời gian qua phát triển khá nhanh, một số tuyến đường đã được nhựa hóa như Quốc lộ 37, tỉnh lộ 112, các tuyến nội thị, các tuyến huyện lộ đã được thông tuyến Các tuyến đường huyện, xã ô tô đi được được đầu tư xây dựng chủ yếu trong những năm gần đây, do đó nhiều tuyến mặt đường chưa ổn định dễ gây ách tắc giao thông vào mùa mưa Mật độ đường giao thông tăng nhanh kèm theo đó là tác động của con người vào lớp phủ thực vật cũng như chất lượng đất Theo tình hình thực địa thì hiện trạng 2 bên taluy của đường giao thông có độ dốc cao gây khả năng trượt lở mạnh gây nguy hiểm cho