Đánh giá điều kiện hình thành và nguy cơ trượt lở đất trong bối cảnh biến đổi khí hậu ở tỉnh quảng nam

- Phân tích đặc điểm các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình phát sinh trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam - Trên cơ sở phân tích hiện trạng trượt lở đất, luận án đã phân tích, đánh giá vai trò củ

- -

Nguyễn Thị Thu Hiền

ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN HÌNH THÀNH VÀ NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Ở TỈNH QUẢNG NAM

Chuyên ngành: Địa lý Tự nhiên

Mã số: 62.44.02.17 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS Mai Trọng Thông

2 PGS TS Lại Vĩnh Cẩm

HÀ NỘI – 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi, các số liệu, các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Thu Hiền

LỜI CẢM ƠN

Luận án được thực hiện tại khoa Địa lý, trường Đại học Sư phạm Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Mai Trọng Thông và PGS.TS Lại Vĩnh Cẩm Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi hoàn thành luận án

Trong quá trình thực hiện luận án, tôi cũng đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các thầy cô, các nhà khoa học trong khoa Địa lý - trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Viện Địa lý, Viện Địa chất - Viện Hàn Lâm Khoa học

và Công nghệ Việt Nam, khoa Địa lý - trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản - Bộ Tài nguyên và Môi trường Tôi xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp quý báu đó

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thị Kim Chương,

TS Lại Huy Phương, PGS.TS Đặng Văn Bào, TS Nguyễn Thành Long, TS

Đỗ Văn Thanh, TS Mai Thành Tân đã có những chỉ dẫn và giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Phòng Sau đại học, Ban Chủ nhiệm khoa Địa lý đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi cơ hội nghiên cứu và hoàn thiện luận án Xin cảm ơn sự giúp đỡ, động viên, chia sẻ của các đồng nghiệp trong khoa Địa lý, bộ môn Địa lý Tự nhiên

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đối với sự giúp

đỡ, động viên của gia đình, người thân và bạn bè trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Thu Hiền

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THN ix

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 2

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 2

2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

4 NGUỒN TƯ LIỆU 4

5 LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ 5

6 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN 5

7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 6

8 CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN 6

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT Ở TỈNH QUẢNG NAM 7

1.1 Tổng quan về nghiên cứu trượt lở đất 7

1.1.1 Nghiên cứu trượt lở đất trên thế giới 7

1.1.1.1 Phân tích khái niệm, cơ chế hoạt động, phân loại và xác định các nguyên nhân gây trượt lở đất 7

1.1.1.2 Đánh giá, phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở đất 9

1.1.1.3 Ứng dụng công nghệ trong nghiên cứu 13

1.1.1.4 Nghiên cứu mối quan hệ giữa trượt lở đất và mưa 13

1.1.2 Nghiên cứu trượt lở đất ở Việt Nam 14

1.1.2.1 Điều tra, phân tích hiện trạng trượt lở đất 15

1.1.2.2 Phân tích các nguyên nhân của trượt lở đất 16

1.1.2.3 Phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở đất 16

1.1.2.4 Ứng dụng công nghệ trong nghiên cứu 17

1.1.2.5 Đề xuất các biện pháp phòng chống và giảm thiểu thiệt hại do trượt lở đất 17

1.1.2.6 Nghiên cứu mối quan hệ giữa trượt lở đất và mưa 18

1.1.3 Nghiên cứu trượt lở đất tại tỉnh Quảng Nam 20

1.2 Cơ sở lý luận 23

1.2.1 Khái niệm trượt lở đất 23

1.2.2 Phân loại trượt lở đất 23

1.2.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình phát sinh trượt lở đất 28

1.2.3.1 Các yếu tố địa chất 28

1.2.3.2 Các yếu tố địa mạo 29

1.2.3.3 Các yếu tố khí hậu - thủy văn 30

1.2.3.4 Lớp phủ thực vật 31

1.2.3.5 Các yếu tố nhân sinh 31

1.2.4 Mối quan hệ giữa trượt lở đất và biến đổi khí hậu 32

1.2.4.1 Biến đổi khí hậu 32

1.2.4.2 Mối quan hệ giữa trượt lở đất và biến đổi khí hậu 32

1.3 Các quan điểm nghiên cứu 37

1.3.1 Quan điểm tổng hợp 37

1.3.2 Quan điểm hệ thống 38

1.3.3 Quan điểm lãnh thổ 39

1.3.4 Quan điểm kế thừa - phát sinh 40

1.4 Phương pháp nghiên cứu 40

1.4.1 Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu 40

1.4.2 Phương pháp bản đồ và hệ thông tin địa lý (GIS) 41

1.4.3 Phương pháp chuyên gia 41

1.4.4 Phương pháp thực địa 42

1.4.5 Phương pháp phân tích thống kê khí hậu 43

1.4.6 Phương pháp đánh giá nguy cơ trượt lở đất 43

1.4.7 Phương pháp tiếp cận hệ thống và phân tích hệ thống 48

Chương 2: ĐẶC ĐIỂM CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÁT SINH TRƯỢT LỞ ĐẤT Ở TỈNH QUẢNG NAM 51

2.1 Các nhân tố tự nhiên 51

2.1.1 Vị trí địa lý 51

2.1.2 Địa chất 51

2.1.2.1 Các thành tạo địa chất 51

2.1.2.2 Đứt gãy kiến tạo 57

2.1.3 Địa hình - địa mạo 59

2.1.4 Khí hậu 63

2.1.4.1 Chế độ nhiệt 63

2.1.4.2 Mưa và chế độ mưa 64

2.1.4.3 Các hiện tượng khí hậu cực đoan liên quan đến trượt lở đất 66

2.1.5 Thủy văn 69

2.1.5.1 Hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia 69

2.1.5.2 Sông Tam Kỳ 71

2.1.6 Vỏ phong hóa 72

2.1.7 Lớp phủ thực vật 74

2.2 Các nhân tố kinh tế - xã hội 75

2.2.1 Khái quát đặc điểm kinh tế - xã hội 75

2.2.2 Các hoạt động phát triển kinh tế ảnh hưởng đến phát sinh tai biến trượt lở đất 76

2.2.2.1 Hoạt động sản xuất nông-lâm nghiệp 76

2.2.2.2 Hoạt động khai thác khoáng sản 77

2.2.2.3 Phát triển thủy điện 78

2.2.2.4 Xây dựng cơ sở hạ tầng 80

Chương 3: ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT Ở TỈNH QUẢNG NAM 82

3.1 Hiện trạng trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam 82

3.1.1 Khái quát chung 82

3.1.2 Hiện trạng trượt lở đất 84

3.2 Đánh giá nguy cơ trượt lở đất theo các nhân tố phát sinh 90

3.2.1 Nhóm các nhân tố địa mạo động lực 90

3.2.1.1 Thành phần thạch học 90

3.2.1.2 Mật độ đứt gãy 91

3.2.1.3 Vỏ phong hóa 92

3.2.1.4 Độ dốc 93

3.2.1.5 Độ phân cắt sâu 95

3.2.2 Nhóm các nhân tố thủy văn động lực 95

3.2.2.1 Lượng mưa mùa thu 95

3.2.2.2 Mật độ sông suối 97

3.2.3 Nhóm các yếu tố nhân sinh 98

3.2.3.1 Hiện trạng sử dụng đất 98

3.2.3.2 Khoảng cách đến đường giao thông 100

3.3 Đánh giá nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam 101

3.3.1 Xác định trọng số các nhân tố gây trượt lở đất 101

3.3.2 Thành lập bản đồ nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam 106

3.3.3 Đánh giá mô hình 110

3.3.4 Xác định các khu vực có nguy cơ trượt lở cao và rất cao 112

Chương 4: CẢNH BÁO NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Ở TỈNH QUẢNG NAM 115

4.1 Biến đổi mưa ở tỉnh Quảng Nam 115

4.1.1 Biến đổi lượng mưa năm và lượng mưa mùa thu 115

4.1.2 Xu thế biến đổi của mưa 118

4.1.2.1 Xu thế biến đổi của lượng mưa trung bình năm 118

4.1.2.2 Xu thế biến đổi của lượng mưa mùa thu 121

4.2 Mối quan hệ giữa trượt lở đất và mưa ở tỉnh Quảng Nam 124

4.2.1 Trượt lở đất do mưa 124

4.2.2 Mối quan hệ giữa trượt lở đất và mưa 125

4.2.3 Xác định ngưỡng mưa gây trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam 127

4.3 Cảnh báo nguy cơ trượt lở đất theo kịch bản biến đổi khí hậu 136

4.3.1 Kịch bản biến đổi mưa của tỉnh Quảng Nam 136

4.3.2 Thành lập bản đồ cảnh báo nguy cơ trượt lở đất theo kịch bản BĐKH 140

4.4 Đề xuất giải pháp phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại do trượt lở đất và biện pháp giảm nhẹ nguy cơ trượt lở đất do biến đổi khí hậu 142

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHN 148

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 150

TÀI LIỆU THAM KHẢO 151 PHỤ LỤC PL-1

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AHP (Analytic Hierarchy Process): Quy trình phân tích thứ bậc

BĐKH Biến đổi khí hậu

ĐB-TN đông bắc -tây nam

GIS (Geography Information System): Hệ thông tin địa lý

IPCC (Intergovernmental Panel on climate change): Ủy ban liên

chính phủ về biến đổi khí hậu LSI (Landslide Susceptibility Index): Chỉ số nhạy cảm trượt lở đất

RCP4.5 Kịch bản biến đổi khí hậu trung bình

RCP8.5 Kịch bản biến đổi khí hậu cao

SINMAP (Stability Index Mapping): Bản đồ chỉ số ổn định sườn dốc

SNMRL Số ngày mưa rất lớn

TB-ĐN tây bắc - đông nam

TBNN Trung bình nhiều năm

TBTN Trung bình thập niên

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Hệ thống phân loại trượt lở theo Varnes (1978, 1984) 24

Bảng 1.2: Phân loại trượt lở theo kích thước khối trượt 27

Bảng 1.3: Những thay đổi trực tiếp và sự ổn định sườn dốc tiềm tàng phản ứng với biến đổi khí hậu 34

Bảng 1.4: So sánh cặp đôi các yếu tố gây trượt lở 46

Bảng 1.5: Chỉ số nhất quán ngẫu nhiên 47

Bảng 2.1: Nhiệt độ trung bình tại Quảng Nam 63

Bảng 2.2: Một số đặc trưng mưa ở Quảng Nam 64

Bảng 2.3: Thống kê số lượng các cơn bão, áp thấp nhiệt đới 66

Bảng 2.4: Một số đặc trưng mưa lớn ở Quảng Nam 68

Bảng 2.5: Đặc trưng hình thái các sông thuộc tỉnh Quảng Nam 71

Bảng 3.1: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố thành phần thạch học 91

Bảng 3.2: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất nhân tố mật độ đứt gãy 92

Bảng 3.3: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố vỏ phong hóa 93

Bảng 3.4: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố độ dốc 94

Bảng 3.5: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố phân cắt sâu 95

Bảng 3.6: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố lượng mưa

mùa thu 96

Bảng 3.7: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố mật độ sông suối 97

Bảng 3.8: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố sử dụng đất 99

Bảng 3.9: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố khoảng cách đến đường giao thông 101

Bảng 3.10: Tổng hợp ý kiến chuyên gia so sánh từng cặp nhân tố 102

Bảng 3.11: Ma trận tương quan giữa các nhân tố phát sinh trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam 104

Bảng 3.12: Ma trận xác định trọng số Wi các nhân tố 105

Bảng 3.13: Các thông số tính tỉ số nhất quán 106

Bảng 3.14: Tổng hợp giá trị trọng số các lớp và trọng số các nhân tố gây trượt lở 107 Bảng 3.15: Phân cấp nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam 109

Bảng 3.16: Quan hệ giữa các cấp nguy cơ với hiện trạng trượt lở đất 111

Bảng 4.1: Độ lệch chuẩn của lượng mưa trung bình tháng, năm và mùa thu (S(x); mm) 116

Hình 3.3: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo mật độ đứt gãy 91a

Hình 3.4: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo vỏ phong hóa 92a

Hình 3.5: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo độ dốc 94a

Hình 3.6: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo mật độ phân cắt sâu 95a

Hình 3.7: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo lượng mưa mùa thu 96a Hình 3.8: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo mật độ sông suối 97a

Hình 3.9: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo hiện trạng sử dụng đất 99a Hình 3.10: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo khoảng cách đến đường giao

thông 100a Hình 3.11: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam 109a

Hình 4.1: Xu thế tuyến tính của lượng mưa trung bình năm tại các trạm 120

Hình 4.2: Chuẩn sai lượng mưa mùa thu các thời kì so với TBNN 122

Hình 4.3: Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa lượng mưa trung bình năm và khối lượng đất đá trượt lở 126

Hình 4.4: Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa lượng mưa trung mùa thu và khối lượng đất đá trượt lở 126

Hình 4.5: Quan hệ giữa lượng mưa ngày và lượng mưa 3 ngày trước đó 132

Hình 4.6: Quan hệ giữa lượng mưa ngày và lượng mưa 5 ngày trước đó 132

Hình 4.7: Quan hệ giữa lượng mưa ngày và lượng mưa 7 ngày trước đó 132

Hình 4.8: Quan hệ giữa lượng mưa ngày và lượng mưa 10 ngày trước đó 133

Hình 4.9: Quan hệ giữa lượng mưa ngày và lượng mưa 15 ngày trước đó 133

Hình 4.10: Quan hệ giữa lượng mưa ngày và lượng mưa 30 ngày trước đó 133

Hình 4.11: Ngưỡng mưa gây trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam 135

Hình 4.12: Biến đổi của lượng mưa trung bình năm theo kịch bản RCP4.5 137

Hình 4.13: Biến đổi của lượng mưa trung bình năm theo kịch bản RCP8.5 137

Hình 4.14: Biến đổi của lượng mưa mùa thu theo kịch bản RCP4.5 138

Hình 4.15: Biến đổi của lượng mưa mùa thu theo kịch bản RCP8.5 138 Hình 4.16: Bản đồ cảnh báo nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam năm 2025 141a Hình 4.17: Bản đồ cảnh báo nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam năm 2050 141b

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trượt lở đất được xem là một trong những tai biến tự nhiên phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới [56] Trên phạm vi toàn cầu, trượt lở đất gây thiệt hại hàng tỉ đô la và khiến hàng nghìn người chết và bị thương mỗi năm Trung tâm nghiên cứu trượt lở đất quốc tế của Trường đại học Durham (Anh) ghi nhận trong năm 2007 trên thế giới có 395 vụ trượt lở đất lớn, làm chết 3017 người, trong đó châu Á là khu vực có số lượng trượt lở lớn nhất và bị thiệt hại nặng nề nhất, chiếm 82,5% số vụ trượt lở nghiêm trọng và 75,9% số người chết [80]

Việt Nam là một trong số các quốc gia thường xuyên xảy ra tai biến trượt lở đất và chịu nhiều tổn thất về người, cơ sở vật chất và môi trường do trượt lở đất gây ra Thống kê trong 10 năm (1996-2005), bình quân mỗi năm thiên tai (trong đó có trượt lở đất) ở nước ta đã làm chết và mất tích gần 750 người, giá trị thiệt hại về tài sản ước tính hơn 400.000 tỷ đồng (theo giá trị năm 2006) [13] Chỉ tính riêng trong năm 2007 trượt lở đất đã làm 130 người chết Ở Việt Nam, tai biến trượt lở đất thường xảy ra vào mùa mưa lũ và tại các khu vực thuộc vùng núi Tây Bắc, Đông Bắc và vùng đồi núi các tỉnh miền Trung Trong những năm gần đây, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, trượt

lở đất cũng có những diễn biến phức tạp, khó lường

Tỉnh Quảng Nam nằm ở trung tâm khu vực miền Trung, có vị trí rất quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng ở khu vực miền Trung và Tây Nguyên Là vùng đất có hai di sản thế giới và giàu truyền thống cách mạng, có địa hình đa dạng từ đồng bằng, trung du đến miền núi và khí hậu nhiệt đới ẩm, Quảng Nam có nhiều điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế xã hội Tuy nhiên, bên cạnh những thuận lợi, địa hình với hơn 70% diện tích là đồi núi, độ dốc lớn và khí hậu phân hóa thành hai mùa mưa và mùa khô sâu sắc rất dễ phát sinh, phát triển các tai biến tự nhiên, trong đó có trượt lở đất Mặt khác, trong một vài thập kỉ gần đây, để đáp ứng

yêu cầu của công cuộc đổi mới, hệ thống cơ sở hạ tầng địa phương đã có sự phát triển vượt bậc Nhiều tuyến đường giao thông được làm mới, sửa chữa nâng cấp; các dự án thủy điện được xây dựng và vận hành; nhiều mỏ khoáng sản được mở rộng khai thác Tuy nhiên hoạt động kinh tế - công trình của con người ngày càng gia tăng, làm cho môi trường tự nhiên bị biến đổi mạnh

mẽ, thúc đẩy sự phát sinh, phát triển các quá trình sườn, gây nguy cơ gia tăng trượt lở đất

Thực tiễn cho thấy, trượt lở đất ở Quảng Nam diễn ra hàng năm với quy mô khác nhau, gây thiệt hại lớn về người và tài sản Trượt lở đã khiến cho hàng ngàn mét khối đất đá đổ xuống vùi lấp ruộng vườn, phá hủy nhà cửa, công trình như vụ trượt đất ở xã Phước Công và Phước Chánh huyện Phước Sơn năm 1999; vụ lở núi khu vực sông Nước Vin thuộc thôn 1, xã Trà Giác, huyện Bắc Trà My năm 2009 Trượt lở xảy ra nghiêm trọng đã vùi lấp

và làm hư hỏng nặng nhiều đoạn đường trên đường Hồ Chí Minh, quốc lộ 14E, 14D, 40B, tỉnh lộ 604, gây ách tắc giao thông Trong những năm gần đây, tai biến trượt lở đất ở Quảng Nam đang có xu hướng gia tăng với quy mô ngày càng lớn do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu làm phát sinh các trận mưa kéo dài với cường độ lớn Xuất phát từ thực tế đó, việc nghiên cứu đánh giá các nhân tố hình thành và phát sinh trượt lở đất, xác định các khu vực có nguy

cơ trượt lở khác nhau để từ đó có các giải pháp phòng tránh và giảm thiểu thiệt hại là rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao Vì vậy, NCS đã

chọn đề tài "Đánh giá điều kiện hình thành và nguy cơ trượt lở đất trong bối cảnh biến đổi khí hậu ở tỉnh Quảng Nam" để thực hiện luận án tiến sĩ

chuyên ngành Địa lý tự nhiên

2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá nguy cơ trượt lở đất và cảnh báo nguy cơ trượt lở đất trong bối cảnh biến đổi khí hậu tại tỉnh Quảng Nam

- Đề xuất các giải pháp phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại do trượt lở đất gây ra tại tỉnh Quảng Nam

2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nêu trên, đề tài đã thực hiện các nhiệm vụ sau đây:

- Tổng quan các vấn đề về trượt lở đất, các hướng nghiên cứu trượt lở đất và các công trình liên quan đến đề tài Xác định cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu của đề tài

- Phân tích đặc điểm các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình phát sinh trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam

- Trên cơ sở phân tích hiện trạng trượt lở đất, luận án đã phân tích, đánh giá vai trò của từng nhân tố tác động đến sự phát sinh trượt lở đất, bao gồm: thành phần thạch học, mật độ đứt gãy, vỏ phong hóa, độ dốc, mật độ phân cắt sâu, lượng mưa mùa thu, mật độ sông suối, hiện trạng sử dụng đất và khoảng cách đến đường giao thông

- Thành lập bản đồ nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam, tỉ lệ 1/100.000

- Luận án phân tích mối quan hệ giữa trượt lở đất và mưa, trên cơ sở đó xác định ngưỡng mưa đối với trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam, cảnh báo nguy

cơ trượt lở đất năm 2025 và 2050 theo kịch bản biến đổi khí hậu và thành lập

bản đồ cảnh báo nguy cơ trượt lở đất vào năm 2025 và 2050, tỉ lệ 1/100.000

- Đề xuất, khuyến nghị các giải pháp phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại

do trượt lở đất gây ra

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đề tài tập trung nghiên cứu trượt lở đất ở khu vực đồi núi thuộc phần đất liền bao gồm cả trượt lở tự nhiên và trượt lở do yếu tố con người (taluy giao thông, khai thác khoáng sản, .) Luận án không nghiên cứu các hiện tượng sạt lở bờ sông, bờ biển

Nguy cơ trượt lở đất được đánh giá trên phương diện địa lí tổng hợp Các nhân tố hình thành trượt lở đất bao gồm các yếu tố địa mạo động lực,

thủy văn động lực và yếu tố nhân sinh Trong luận án này, quá trình hình

thành trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam được đánh giá dựa trên 9 nhân tố, bao gồm: thành phần thạch học, mật độ đứt gãy, vỏ phong hóa, độ dốc, mật độ phân cắt sâu, lượng mưa mùa thu, mật độ sông suối, hiện trạng sử dụng đất và khoảng cách đến đường giao thông

Biến đổi khí hậu với những biểu hiện chính là sự gia tăng nhiệt độ, sự thay đổi lượng mưa và mực nước biển dâng Trong luận án này, trượt lở đất mới chỉ được xem xét trong mối quan hệ với sự biến đổi của mưa

4 NGUỒN TƯ LIỆU

Luận án được hoàn thành trên cơ sở nguồn tài liệu sau:

- Các đề tài NCKH cấp cơ sở do NCS chủ trì liên quan trực tiếp đến các

nội dung của luận án: “Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc nghiên cứu điều kiện hình thành trượt lở đất và nguy cơ trượt lở đất dưới tác động của biến đổi khí hậu ở tỉnh Quảng Nam” (SPHN- 10-603- NCS - đã nghiệm thu);

"Phân tích các nhân tố hình thành trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam" (SPHN

-13 - 263 - đã nghiệm thu)

- Đề tài dự án hợp tác Việt Nam – Đan Mạch “Đánh giá những tác động của biến đổi khí hậu đến điều kiện tự nhiên, môi trường và phát triển kinh tế - xã hội ở Trung Trung Bộ Việt Nam” (P1- 08 Vie) (2009-2012) của

Viện Địa lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, PGS TS Mai Trọng Thông làm chủ nhiệm

- Tài liệu khảo sát thực địa của nhóm nghiên cứu chuyên đề "Mô hình hóa mối quan hệ giữa biến đổi khí hậu và trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam" -

dự án (P1- 08 Vie) trong đó NCS là một thành viên của đoàn khảo sát

- Các tài liệu thu thập và tổng hợp:

+ Các tài liệu nghiên cứu về trượt lở đất trên thế giới và Việt Nam

+ Các tài liệu nghiên cứu về địa mạo, địa chất, khí hậu, thủy văn, vỏ phong hóa, lớp phủ thực vật, kinh tế xã hội hiện có về khu vực nghiên cứu + Các công trình và tài liệu nghiên cứu về trượt lở đất đã công bố liên quan đến khu vực nghiên cứu

+ Số liệu khí tượng bao gồm nhiệt độ, lượng mưa ngày giai đoạn

1981-2015 của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu

+ Các số liệu về thiệt hại do thiên tai từ năm 1981 đến 2007 của tỉnh Quảng Nam

+ Hệ thống các bản đồ khu vực nghiên cứu ở dạng số: bản đồ địa hình

tỉ lệ 1/50.000; bản đồ địa chất tỉ lệ 1/200.000; bản đồ thủy văn tỉ lệ 1/100.000; bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015 tỉ lệ 1/100.000; bản đồ mạng lưới đường giao thông tỉ lệ 1/100.000, bản đồ quy hoạch sử dụng đất đến năm

2020 tỉ lệ 1/100.000

5 LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ

Luận điểm 1: Trượt lở đất ở Quảng Nam là hệ quả tương tác giữa các

nhân tố bề mặt đệm (các nhân tố tự nhiên và hoạt động KT-XH của con người) với xung lượng mưa lớn Phân tích hiện trạng trượt lở đất, đánh giá tổng hợp các nhân tố gây nguy cơ trượt lở đất là cơ sở cho việc dự báo nguy

cơ trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam với lượng mưa tăng do tác động của biến

đổi khí hậu là hướng tiếp cận nghiên cứu của đề tài luận án

Luận điểm 2: Sự gia tăng của lượng mưa mùa thu do tác động của biến

đổi khí hậu ảnh hưởng lớn đến quá trình phát sinh, phát triển trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam

6 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN

- Trên quan điểm coi lượng mưa là nhân tố quan trọng, ảnh hưởng lớn đến quá trình phát sinh trượt lở đất, luận án đã làm sáng tỏ mối quan hệ giữa

mưa và trượt lở đất, đồng thời đã xác định được ngưỡng mưa gây trượt lở đất trên địa bàn nghiên cứu

- Luận án đã thành lập bản đồ cảnh báo nguy cơ trượt lở đất tỉ lệ 1/100.000 tại tỉnh Quảng Nam năm 2025 và 2050 theo sự biến đổi của lượng mưa mùa thu được dự tính theo kịch bản BĐKH cho Việt Nam năm 2015 của

Bộ Tài Nguyên và Môi trường với giả định các nhân tố phát sinh trượt lở khác không thay đổi

7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

- Các kết quả nghiên cứu của đề tài đã góp phần làm phong phú lý luận

và cách tiếp cận phân tích hệ thống và tổng hợp các yếu tố tự nhiên, kinh tế -

xã hội trong mối liên hệ với trượt lở đất trên một đơn vị lãnh thổ

- Trên cơ sở bản đồ đánh giá nguy cơ trượt lở đất, vai trò của các nhân

tố trong việc hình thành trượt lở đất được xác định, từ đó khuyến nghị địa phương có kế hoạch khai thác và sử dụng hợp lí lãnh thổ nhằm phòng tránh

và giảm nhẹ thiệt hại

- Việc xác định được ngưỡng mưa đối với trượt lở đất giúp cho địa phương theo dõi mưa nhằm cảnh báo sớm trượt lở đất

8 CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN

Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, luận án gồm 4 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận và phương pháp đánh giá nguy cơ trượt lở đất

ở tỉnh Quảng Nam

Chương 2: Đặc điểm các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát sinh trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam

Chương 3: Đánh giá nguy cơ trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam

Chương 4: Cảnh báo nguy cơ trượt lở đất trong bối cảnh biến đổi khí hậu ở tỉnh Quảng Nam

Chương 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TRƯỢT

LỞ ĐẤT Ở TỈNH QUẢNG NAM 1.1 Tổng quan về nghiên cứu trượt lở đất

1.1.1 Nghiên cứu trượt lở đất trên thế giới

Trượt lở đất xảy ra ở vùng núi từ thời xa xưa Trượt lở đất thu hút được

sự quan tâm của các nhà nghiên cứu từ thế kỉ 19 bắt đầu với mô tả của Endlich (1876) về vụ trượt lở ở Slumgullion, một trong những vụ trượt lở nổi tiếng nhất nước Mĩ [78] Trượt lở đất ở Slumgullion khá phức tạp bao gồm khối trượt hoạt động hiện tại di chuyển trên vết trượt cổ Tiếp theo Endlich, đã

có nhiều nhà khoa học Mĩ, Anh, Italia, Pháp quan tâm đến trượt lở đất Những nghiên cứu mang tính định hướng, có ảnh hưởng lớn, phát triển từ nửa sau thế kỉ 20

Từ thập niên 90 của thế kỉ 20, tai biến trượt lở đất xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới với tần suất và mức độ ngày càng lớn, gây thiệt hại nghiêm trọng

về người và tài sản Vì thế năm 1989, Liên Hợp Quốc công bố thập niên 1990-2000 là Thập niên Quốc tế giảm thiểu tai biến thiên nhiên Thực tế đòi hỏi công tác nghiên cứu điều tra về trượt lở đất được tiến hành thường xuyên hơn, rộng khắp hơn với sự tham gia của nhiều chuyên gia, nhóm và trung tâm nghiên cứu lớn Từ cuối thế kỉ 20 cho đến nay, nhiều công trình, ấn phẩm được công bố liên quan đến tai biến trượt lở đất trên thế giới với nhiều lĩnh vực khác nhau:

1.1.1.1 Phân tích khái niệm, cơ chế hoạt động, phân loại và xác định các nguyên nhân gây trượt lở đất

Khái niệm trượt lở đất (landslide) được Varnes (1984), Crozier (1986), Cruden (1991), Cruden and Varnes (1996), Soeters and Van Westen (1996), Crozier (2005), phân tích rõ và xác định là sự di chuyển của đất đá xuống chân sườn dốc [99], [55], [60], [59], [89] Liên quan đến tai biến trượt lở đất,

các tác giả cũng làm rõ các khái niệm "rủi ro do trượt lở", "tổn thương do trượt lở" [99], [56], trong đó tổn thương tính đến những thiệt hại về người và tài sản gây ra do trượt lở

Trượt lở đất bao gồm nhiều kiểu loại khác nhau Ngay từ năm 1978 Varnes đã đưa ra một bảng phân loại trượt lở đất và sau này được chính tác giả hoàn thiện [99], [59] Công trình này được thảo luận tại Hội địa chất công trình quốc tế (IAEG) về trượt lở (1990), sau đó được xuất bản trong cuốn thuật ngữ trượt lở ở nhiều thứ tiếng và được sử dụng rộng rãi Hệ thống phân

loại trượt lở theo Varnes (1978 và 1984) làm nổi bật được kiểu dịch chuyển

và kiểu vật chất Trong thực tế, bất kỳ khối trượt nào cũng được phân loại và

mô tả bằng hai cụm từ vật liệu và kiểu dịch chuyển Theo hệ thống phân loại này, kiểu dịch chuyển bao gồm: đổ, rơi, lật, trượt, chảy ngang, chảy dòng, hỗn hợp và được kết hợp với các loại vật liệu là đá, đất hạt thô, đất hạt mịn [98], [99]

Trong nghiên cứu trượt lở, ngoài việc phân loại chúng theo các dạng còn phải nghiên cứu các quá trình phát sinh và xảy ra trượt lở để có được các

giải pháp phù hợp Theo Varnes (1978) định nghĩa: "Quá trình trượt lở bao gồm chuỗi các sự kiện liên tục từ nguyên nhân hình thành tới tác động”

Trong một vài trường hợp, có thể kinh tế hơn khi tránh những tác động của quá trình trượt lở so với việc cải tạo nó, loại bỏ các nguyên nhân hình thành

Trượt lở nói chung là phức tạp cả về nguyên nhân gây trượt, cơ chế tác động, kiểu di chuyển và loại vật liệu … Nguyên nhân gây trượt lở đất có thể phân chia thành bốn nhóm chính sau [59]:

- Các nguyên nhân địa kỹ thuật: sự có mặt của vật liệu yếu, vật liệu

nhạy cảm, vật liệu bị phong hóa, vật liệu chịu ứng suất cắt, vật liệu bị nứt nẻ, tách giãn, tồn tại các khối không liên tục với các yếu tố bất lợi (khối phân lớp, phân phiến …), các cấu trúc không liên tục với các yếu tố bất lợi (đứt gãy, bất

chỉnh hợp, đới cà nát…), vật liệu có khả năng thấm lớn, hỗn hợp vật liệu bất lợi (các vật liệu cứng, chặt phân bố trên nền các vật liệu mềm dẻo hơn)

- Các nguyên nhân hình thái địa mạo: Sự có mặt của hoạt động kiến

tạo hay sự nâng lên của núi lửa, xói lở lòng sông tới chân mái dốc, hoạt động của sóng tới chân mái dốc, xói lở các mép bên mái dốc, xói ngầm (do hòa tan, vận chuyển dòng ngầm …), tăng tải trọng lên mái dốc do các tích đọng vật liệu, hủy hoại thảm thực vật (cháy rừng, hạn hán)

- Các nguyên nhân vật lý: Mưa lớn, các quá trình kết tủa hóa học, khả

năng kéo vật chất đi xuống dưới tác động của lũ lụt và thủy triều, động đất, hoạt động núi lửa, sự co ngót và giãn nở của vật liệu dưới tác động của thời tiết

- Các nguyên nhân nhân sinh: khai đào hố móng hay làm mất chân mái

dốc (làm đường), chất tải lên mái dốc, hoạt động làm tăng khả năng kéo vật chất đi xuống như xây dựng hồ chứa, hoạt động tạo chấn động nhân tạo (nổ mìn), sự thoát nước từ các hoạt động kinh tế [59]

Việc xác định rõ các nguyên nhân gây trượt lở đối với từng khu vực cụ thể có ý nghĩa rất lớn trong việc khoanh vùng dự báo nguy cơ trượt lở

1.1.1.2 Đánh giá, phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở đất

Nghiên cứu cơ chế hoạt động, nguyên nhân hình thành các khối trượt lở đất sẽ giảm đi giá trị nếu không có nghiên cứu phân vùng dự báo Dựa trên

nguyên tắc "quá khứ và hiện tại là chìa khóa tới tương lai" [99], các nghiên

cứu xác định nguy cơ tai biến trong tương lai theo các điều kiện về địa chất, địa mạo, khí hậu thủy văn giả định như trong quá khứ và hiện tại Mục đích chính của các nghiên cứu này là thành lập bản đồ nguy cơ trượt lở đất hoặc phân vùng ổn định sườn dốc với các mức độ cao thấp phân bố trong không gian Do có rất nhiều thuộc tính và các yếu tố liên quan nên việc xây dựng loại bản đồ này có nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau, từ định tính cho đến định lượng:

a) Phân tích sự phân bố của các điểm trượt lở

Phân tích sự phân bố các điểm trượt lở là một cách tiếp cận trực tiếp đối với phân vùng nhạy cảm trượt lở đất Phương pháp này chỉ ra sự phân bố trượt

lở trên bản đồ thông qua việc phân tích ảnh hàng không, thực địa hoặc các dữ liệu trượt lở trong quá khứ Các bản đồ hiện trạng trượt lở, trong nhiều trường hợp, là cơ sở cho các tiếp cận phân vùng khác Bản đồ hiện trạng thể hiện sự phân bố trượt lở trong không gian theo dạng vùng, dạng điểm hoặc mật độ trượt lở Phương pháp này trình bày được mật độ trượt lở một cách định lượng, tuy nhiên lại không thể hiện được mối quan hệ giữa trượt lở đất và các yếu tố nguyên nhân gây ra trượt lở Phương pháp phân tích sự phân bố trượt lở rất tốn kém về thời gian, công sức và tiền của và bản đồ được thành lập theo phương pháp này cũng không cung cấp thông tin gì về mức độ nhạy cảm trượt lở trong tương lai [89] Nghiên cứu ứng dụng phương pháp này phải kể đến công trình của Cruden (1988) [61], và Chau K.T, và nnk (2004) [52]

b) Phân tích địa mạo

Phân tích địa mạo được xem là phương pháp thành lập bản đồ trực tiếp, cách tiếp cận trực tiếp, định tính chủ yếu dựa trên khả năng, kinh nghiệm của các nhà địa mạo Theo cách này, phân vùng tai biến trượt lở được các nhà địa mạo tiến hành trực tiếp ngoài thực địa, dựa trên kinh nghiệm của họ về đối tượng, về vùng nghiên cứu và các điều kiện tương tự khác mà không đưa ra được nguyên tắc đánh giá Bản đồ nhạy cảm trượt lở được xây dựng trực tiếp

từ bản đồ địa mạo chi tiết Người thành lập bản đồ sẽ quy định một cách chủ quan một giá trị ổn định sườn mang tính định lượng, hoặc một nhóm tai biến trượt lở cho mỗi một polygon trên bản đồ dựa vào kết quả giải đoán ảnh máy bay, hoặc dựa trên các quan sát ngoài thực địa, hay dựa theo kinh nghiệm của chính người chuyên gia đó Việc nhận dạng hình thái địa mạo đối với các khu vực địa hình có tiềm năng không ổn định thường dựa chủ yếu vào các kết quả quan sát các điểm trượt đã biết Phân tích địa mạo là một phương pháp khá linh

hoạt và rất hiệu quả ở nhiều tỷ lệ và mức độ nghiên cứu khác nhau Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là thiếu khả năng lặp lại và độ tin cậy phụ thuộc hoàn toàn vào kỹ năng và kinh nghiệm của người thành lập bản đồ Một

số nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp này: [69], [67], [83] và [99]

c) Phân tích thống kê

Phân tích thống kê sử dụng so sánh tương quan giữa hiện trạng phân bố trượt lở và các yếu tố gây trượt Trên cơ sở ứng dụng GIS, các phương pháp phân tích thống kê nhằm dự báo nguy cơ trượt lở đất có thể phân chia thành hai nhóm: phân tích thống kê đơn biến và phân tích thống kê đa biến Phương pháp thống kê đơn biến dựa trên phép phân tích mối quan hệ giữa trượt lở đất

và các yếu tố gây trượt, đồng thời xác định mật độ xuất hiện trượt lở trên các yếu tố gây trượt Mật độ hoặc tần suất xuất hiện của tai biến trượt lở đất trên từng yếu tố gây trượt lở đất có thể sử dụng để gán làm trọng số cho từng yếu

tố gây trượt Bản đồ trọng số về nguy cơ xảy ra tai biến trượt lở đất là sự kết hợp những bản đồ trọng số của các tác nhân gây ra tai biến trượt lở đất trong

hệ thống GIS theo một thuật toán nhất định nào đó tùy vào phương pháp ứng dụng cụ thể ví dụ như phương pháp chỉ số thống kê (Statistical analysis index), phương pháp xác suất (Probability), phương pháp trọng số bằng chứng (Weight of Evidence), phương pháp hệ số chắc chắn (Certainty factor)… Đối với phương pháp thống kê đơn biến, những bản đồ có tỷ lệ thích hợp nhất là 1:50000 [94] Phương pháp phân tích thống kê đa biến cũng dựa trên mối quan hệ của mỗi yếu tố gây ra trượt lở đất và các điểm trượt lở Có ba loại phân tích đa biến được dùng phổ biến hiện nay là hồi qui đa biến (Multiple regression), hồi qui logic (Logistic regression) và phép phân tích biệt thức (Discriminant analysis) Phương pháp phân tích đa biến số này cũng chỉ phù hợp với bản đồ tỷ lệ trung bình Trong hai nhóm phương pháp nêu trên thì phương pháp phân tích thống kê đơn biến tương đối dễ sử dụng và thuật toán phân tích đơn giản Phương pháp phân tích thống kê đa biến có thuật toán phân tích rất phức tạp và trong trường hợp có nhiều yếu tố gây ảnh hưởng tới

quá trình trượt lở đất thì việc phân tích mất nhiều thời gian Các phương pháp phân tích thống kê đơn biến hiện nay được sử dụng tương đối rộng rãi bởi các

nhà khoa học trên thế giới như các công trình nghiên cứu của: Van Westen (1997b) [94], Westen Van Cees J (2000) [95], Van Westen và nnk., (2003) [96], Lee S, Choi J, (2004) [71], Lee S, (2006) [87], Thiery và nnk., (2007)

[90], Nandi A, Shakoor A, (2009) [77]

d) Phân tích độ ổn định sườn

Trong phép phân tích này, nguy cơ trượt lở được thể hiện bởi một hệ số

an toàn, là chỉ số diễn tả tỉ lệ giữa các lực giữ ổn định (stabilizing forces) và các lực gây trượt (destabilizing forces) Các giá trị của chỉ số này lớn hơn 1 thì sườn dốc ổn định, nhỏ hơn 1 thì sườn dốc bất ổn định và có nguy cơ trượt Phương pháp này sử dụng các mô hình tính toán sự ổn định của sườn dốc thông qua các tham số như lực, góc ma sát trong, độ dính kết, áp lực nước lổ hổng, gia tốc địa chấn, trọng lượng ngoài… Một số mô hình phổ biến đối với

sự bất ổn định sườn như:

- Mô hình ổn định trượt lở nông (SHALSTAB) - mô hình kết hợp mô hình thủy văn với một phương trình ổn định sườn dốc xác định, dự đoán sự bất ổn định sườn dốc dựa trên tổng nhỏ nhất lượng mưa ở trạng thái ổn định đòi hỏi để gây ra trượt lở Các yếu tố đầu vào của mô hình là DEM, các tham

số địa kĩ thuật như mật độ khối lượng đất, góc ma sát trong và độ sâu bảng nước Mô hình này tính toán áp lực lỗ hổng đối với nước bão hòa ổn định chảy dưới mặt sườn dốc [70], [74]

- Mô hình SINMAP (Stability INdex MAPping - thành lập bản đồ chỉ

số ổn định của sườn dốc), được phát triển bởi trường Đại học Utah (Mỹ) kết

hợp với công ty tư vấn Terratech Consulting Ltd (Mỹ) và tổ chức Forest Renewal British Columbia (Canada), đã được sử dụng thành công trong việc đánh giá phân vùng độ ổn định sườn dốc trong nhiều đề án nghiên cứu trượt

lở ở Mỹ và Canada Cũng như mô hình SHALSTAB, SINMAP đòi hỏi dữ liệu đầu vào là các đặc tính cơ lí của đất, góc ma sát, hệ số truyền dẫn nước

của đất, tỉ số giữa tỉ trọng của nước và tỉ trọng của đất với độ chính xác cao

Mô hình SINMAP chỉ nên áp dụng với các vùng nghiên cứu chi tiết, tỉ lệ của bản đồ bằng hoặc lớn hơn 1/25.000 [81]

1.1.1.3 Ứng dụng công nghệ trong nghiên cứu

Trượt lở đất là một quá trình phức tạp và chịu sự tác động tổng hợp của nhiều nhân tố Việc đánh giá đúng đắn tai biến trượt lở đất phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của các dữ liệu đầu vào và để chuẩn hóa được đòi hỏi thời gian và công sức rất lớn Trong thời gian gần đây, việc ứng dụng viễn thám (RS - Remote sensing) và hệ thống thông tin địa lý - địa chất cùng các lý thuyết và quan điểm của nó vào lĩnh vực địa chất đã tạo được những ảnh hưởng tích cực trong công tác điều tra trượt lở nói chung và đánh giá tai biến trượt lở đất nói riêng Công nghệ giúp cho việc đánh giá thuận lợi hơn rất nhiều, kết quả định lượng hơn và có độ tin cậy cao hơn [93], [95]

Phân tích ảnh viễn thám, ảnh vệ tinh, ảnh hàng không được xem là phương pháp có hiệu quả cao trong việc điều tra, kiểm kê tai biến trượt lở nhất là trong điều kiện khảo sát thực địa khó khăn hoặc không thể thực hiện được Hệ thông tin địa lý (GIS) và các mô hình lý thuyết là công cụ hữu ích

để tích hợp các nhân tố tham gia vào quá trình trượt lở giúp cho việc đánh giá mang tính tổng hợp

Trên thế giới, việc ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám trong nghiên cứu trượt lở đất đã được tiến hành từ lâu và rất phổ biến Điển hình cho hướng nghiên cứu này là các công trình: Van Westen (1993) [92], Van Westen

(1997a) [93], Van Westen (2000) [95], Nandi A, và Shakoor.A, (2009) [77],

Lee S, Choi J, (2004) [71], Chau K.T, và nnk (2004) [52], Mukta Sharma

(2008) [76]

1.1.1.4 Nghiên cứu mối quan hệ giữa trượt lở đất và mưa

Mưa được xem là một yếu tố tự nhiên thúc đẩy quá trình trượt lở đất Phần lớn các vụ trượt đất lớn trên thế giới được kích hoạt bởi mưa lớn hoặc mưa kéo dài Mưa làm mất ổn định sườn dốc thông qua việc làm tăng áp lực

nước lỗ hổng, tăng mực nước ngầm, làm giảm lực kháng cắt của vật liệu Những ảnh hưởng khác nhau của mưa đến sự ổn định của sườn dốc và trượt

lở đất đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Guidicini G and Iwasa O.Y, (1977) chỉ ra rằng hầu hết các vụ trượt lở được xem xét trong vùng nghiên cứu có liên quan đến các sự kiện mưa lớn, kéo dài từ vài giờ đến 2 hoặc 3 ngày Nghiên cứu cũng chỉ ra trượt lở đất chắc chắn xảy ra đối với lượng mưa ghi lại được chiếm từ 8 -17% lượng mưa trung bình năm [66] Năm 1980, Caine [51] dựa trên dữ liệu toàn cầu về 73 sự kiện mưa - trượt lở xảy ra ở nhiều khu vực sườn dốc tự nhiên đã đưa ra ngưỡng của cường độ mưa và thời gian mưa cho sự bắt đầu của trượt lở đất và lũ bùn đá Ngưỡng này thể hiện mối quan hệ của cường độ mưa (I (mm/h)) và thời gian mưa (D (h)) theo công thức sau: I = 14,82D-0,39 Brand et al (1984) cho rằng phần lớn trượt lở đất ở Hồng Kông là do mưa với cường độ cao Ngưỡng cường độ mưa dẫn tới trượt

lở được Brand xác định là 70mm/h và ngưỡng lượng mưa ngày là 100mm [49] Rahardio et al (2001) trong nghiên cứu nhiều vụ trượt lở đất ở Nanyang Technological University (NTU) campus ở Jurong, Western Singapore đã phân tích các số liệu thực địa trong thời gian dài trên sự thay đổi áp lực nước

lỗ hổng do mưa, xác định ngưỡng cường độ mưa xảy ra trượt lở ở NTU là 90mm [82] Tuy nhiên chỉ riêng lượng mưa ngày thì chưa đủ gây ra trượt lở đất mà lượng mưa tích lũy đóng một vai trò quan trọng đối với sự bất ổn định của sườn dốc

1.1.2 Nghiên cứu trượt lở đất ở Việt Nam

Trên thế giới, việc nghiên cứu tai biến địa chất được đầu tư từ rất sớm

và hiện đã áp dụng rất nhiều phương pháp có tính khoa học rất cao vào việc tính toán và dự báo Ở nước ta, vấn đề này bắt đầu muộn hơn nhiều, từ sau năm 1954 (ở miền Bắc) và sau 1975 (ở miền Nam) Trong vài thập kỉ gần đây, một số tai biến địa chất liên tục xảy ra hàng năm và gây ra rất nhiều thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản Từ năm 2000 đã có rất nhiều đề tài, dự

án và chương trình nghiên cứu về tai biến địa chất của các nhà khoa học trong

cả nước thực hiện, trong đó có nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả thuộc Viện Địa chất, Viện Địa lý, Viện khoa học Địa chất và Khoáng sản, Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải và các trường đại học Các nghiên cứu về trượt lở đất thường được lồng ghép vào các nghiên cứu về tai biến địa chất nói chung và được xem xét ở một số nội dung sau đây:

1.1.2.1 Điều tra, phân tích hiện trạng trượt lở đất

Hầu hết các công trình nghiên cứu về tai biến địa chất nói chung và trượt lở đất nói riêng đều tập trung vào phân tích hiện trạng Đây có thể coi là bước đầu tiên và rất quan trọng trong nghiên cứu trượt lở đất Trượt lở đất ở nước ta diễn ra hàng năm, đặc biệt là trong thời kì mùa mưa Hàng năm các

Sở Giao thông, Ủy ban phòng chống lụt bão thiên tai các tỉnh đều có báo cáo, tuy nhiên các báo cáo về trượt lở của các cơ quan này nặng về thống kê số lượng và thống kê thiệt hại Trong các nghiên cứu của các nhà địa chất, trượt

lở đất được khảo sát bằng thực địa với các khối trượt được miêu tả một cách chi tiết về vị trí, kích thước, thành phần vật chất, kiểu trượt, mặt trượt [28], [46] Cùng với việc phát triển và mở rộng của mạng lưới giao thông, trượt lở đất xảy ra trên các tuyến đường ngày càng nhiều Các nghiên cứu trượt lở đất dọc theo các tuyến quốc lộ, tỉnh lộ được thực hiện ở nhiều địa phương [43], [44], [8], [23], [26], [24], [31] Ở một số nghiên cứu, các tác giả không chỉ phân tích tình hình mà còn đi sâu vào lập sơ đồ khối các trường hợp dịch chuyển mái dốc, sườn dốc trên các taluy âm và taluy dương Hoạt động này thường được thực hiện bởi các nhà khoa học thuộc lĩnh vực giao thông vận tải Trong thời gian gần đây với sự phát triển của công nghệ GIS và Viễn thám, nghiên cứu hiện trạng trượt lở có thể được thực hiện thông qua giải đoán ảnh vệ tinh Kết quả của công việc này là thành lập bản đồ hiện trạng trượt lở đất ở tỉ lệ từ cấp huyện, cấp tỉnh cho đến cấp vùng và cả nước [47], [33], [42], [9], [21]

1.1.2.2 Phân tích các nguyên nhân của trượt lở đất

Trượt lở đất là một quá trình phức tạp, chịu sự tác động của nhiều nhân

tố Các nghiên cứu tập trung phân tích các nguyên nhân về địa chất, địa mạo, thủy văn, kĩ thuật Tuy nhiên ở mỗi lĩnh vực chuyên sâu khác nhau, các nhân tố được chú trọng ở mức độ khác nhau Đối với các nghiên cứu trượt lở đất của các nhà địa chất, các yếu tố địa chất được quan tâm nhiều hơn và chú trọng hơn như các yếu tố về đặc tính cơ học của đất, các yếu tố về địa chất công trình, địa chất thủy văn [28],[46], [42], [48] Đối với các nhà nghiên cứu trượt lở đất trên quan điểm địa mạo thì các yếu tố địa mạo như độ dốc sườn, độ phân cắt sâu, dạng sườn được coi trọng [1], [7], [8], ) Đối với các nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc lĩnh vực giao thông vận tải thì yếu

tố kĩ thuật được đặt lên hàng đầu

Trong nhiều nghiên cứu gần đây, các yếu tố nguyên nhân dẫn đến trượt

lở đất được phân tích toàn diện hơn, bao gồm không chỉ các yếu tố địa chất, địa mạo, mà còn phân tích các yếu tố khí hậu, thủy văn và cả yếu tố nhân sinh [46], [42], [17], [30], [16], [72], [26] Tiếp cận một cách đẩy đủ như vậy giúp cho công tác phân vùng dự báo trượt lở được đúng đắn hơn và chính xác hơn

1.1.2.3 Phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở đất

Phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở trong tương lai là mục tiêu mà bất

cứ đề tài nào cũng hướng tới Bởi nghiên cứu hiện trạng và nguyên nhân sẽ giảm ý nghĩa nếu không chỉ ra được khu vực nào có nguy cơ cao, thấp khác nhau

Các nghiên cứu đã thành lập được bản đồ phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở đất theo các cấp khác nhau từ quy mô cả nước [47], cấp vùng [42], liên tỉnh [31], cấp tỉnh [16] đến cấp huyện [9] và một tuyến đường [17]

Về các phương pháp phân vùng, các nghiên cứu trong nước đã dần dần tiếp cận và áp dụng hầu hết các phương pháp hiện đại của thế giới Đối với các nghiên cứu ở phạm vi vùng và cấp liên tỉnh, tỉnh với tỉ lệ bản đồ nhỏ

thường sử dụng các phương pháp AHP [7], [16], [17], [48], [26], [72] , gán trọng số [16], [26] Đối với các nghiên cứu ở tỉ lệ lớn hơn, có thể áp dụng các phương pháp thống kê như thống kê 2 biến [72], trọng số bằng chứng [72], [9]), hệ số chắc chắn [72] Việc ứng dụng một số mô hình lý thuyết như SINMAP cũng được tiến hành đối với các nghiên cứu có tỉ lệ lớn [72], [9]

1.1.2.4 Ứng dụng công nghệ trong nghiên cứu

Trong những năm gần đây, việc ứng dụng hệ thống tin địa lý (GIS) và viễn thám trong các nghiên cứu tai biến địa chất nói chung và tai biến trượt lở đất nói riêng ở Việt Nam xuất hiện ngày càng nhiều Công nghệ GIS, viễn thám và các mô hình đã giúp cho công tác điều tra hiện trạng trượt lở, đánh giá các nhân tố phát sinh trượt lở đất trở nên thuận lợi hơn, giảm các chi phí

do tiết kiệm được thời gian và công sức so với phương pháp truyền thống Hầu hết các nghiên cứu trượt lở đất trong thời gian từ năm 2000 trở lại đây đều ứng dụng GIS như trong các nghiên cứu [46], [48], [42], [43], [44], [17], [7], [31], [33], [16], [72], [9], và [26] Công cụ GIS thường được sử dụng trong việc thành lập các bản đồ nhân tố gây trượt lở, đánh giá vai trò của các nhân tố thông qua trọng số GIS còn là công cụ hữu hiệu trong việc tích hợp các bản đồ nhân tố (có trọng số) theo một mô hình được lựa chọn để đánh giá tổng hợp từ đó là cơ sở để phân vùng nguy cơ trượt lở khu vực nghiên cứu theo các cấp khác nhau

1.1.2.5 Đề xuất các biện pháp phòng chống và giảm thiểu thiệt hại do trượt

lở đất

Ở hầu hết các nghiên cứu, sau phân tích hiện trạng, phân vùng là đề xuất các giải pháp, thể hiện một nghiên cứu toàn diện Đối với mỗi quy mô địa bàn nghiên cứu khác nhau, các giải pháp ở mức độ khái quát khác nhau Các nghiên cứu ở quy mô lớn như cả nước, vùng, liên tỉnh các giải pháp chủ yếu mang tính quy hoạch tổng thể, sử dụng hợp lý lãnh thổ [42], [48] Các nghiên cứu ở quy mô cấp tỉnh, huyện các giải pháp được đưa ra cụ thể hơn,

gắn với đặc điểm của từng địa phương [16], [7], [9] Giải pháp công trình chống trượt với các điều kiện kĩ thuật được áp dụng cho các mái dốc, taluy giao thông trong các nghiên cứu ở phạm vi tuyến đường [17], [23], [43], Các giải pháp đều nhằm mục tiêu phòng chống và giảm thiểu đến mức thấp nhất thiệt hại do trượt lở đất gây ra

1.1.2.6 Nghiên cứu mối quan hệ giữa trượt lở đất và mưa

Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm và mưa mùa, phần lớn các vụ trượt lở đất ở nước ta là do mưa và xảy ra trong mùa mưa Tuy nhiên những nghiên cứu về mối quan hệ giữa trượt lở đất và mưa ở Việt Nam chưa nhiều, và mới xuất hiện trong thời gian gần đây Lê Đức An (2010) phân tích mối quan hệ giữa chế độ mưa và trượt lở đất ở Hà Giang cho thấy trượt lở đất thường gắn với các trận mưa lớn bất thường và mưa trước đó nhiều ngày [2] Tác giả cũng phân tích và khẳng định đại đa số các vụ trượt lở đất ở Hà Giang được gây ra bởi 2 pha: pha chuẩn bị với những trận mưa lớn và mưa rất lớn làm tăng độ ẩm của đất, giảm độ gắn kết của vật liệu, giảm độ ổn định sườn; pha tác động với một trận mưa lớn bất thường phá vỡ độ ổn định của sườn và trực tiếp gây tai biến Các ngưỡng mưa theo lượng mưa pha chuẩn bị Ppr (mm) và pha tác động Pef (mm), cường độ mưa pha chuẩn bị Ipr (mm/h) và pha tác động Ief (mm/h) được tác giả xác định bằng công thức:

Pef = -0,335Ppr + 210,371;

Ief = -3,016Ipr + 8,328 Bùi Tiến Diệu và nnk (2013) [64] trên cơ sở số liệu lượng mưa của 12 trạm đo mưa và các vụ trượt lở đất từ năm 1990-2010 của tỉnh Hòa Bình đã xây dựng một hệ thống dữ liệu thời điểm xảy ra trượt lở đất với lượng mưa ngày, lượng mưa 3 ngày, 5 ngày, 7 ngày, 10 ngày, 15 ngày trước đó Để xác định ngưỡng mưa gây ra trượt lở (RTh), tác giả sử dụng lượng mưa 15 ngày (P15Ad) trước ngày xảy ra trượt lở và được thể hiện bằng công thức: RTh = 128,5 - 0,164 R15Ad

Năm 2015, Mai Thành Tân và các cộng sự [29] đã đánh giá mối quan

hệ giữa trượt lở đất và lượng mưa của khu vực Mai Châu - Hòa Bình trên cơ

sở phân tích lượng mưa trong vòng 25 năm tại trạm Mai Châu và số liệu điều tra thống kê trượt lở đất trong khu vực Tác giả cũng phân tích đồ thị quan hệ giữa tập hợp số liệu mưa có và không xảy ra trượt lở đất đối với mưa ngày và mưa 3 ngày, 5 ngày, 7 ngày, 10 ngày và 15 ngày trước đó Và kết quả cho thấy ở Mai Châu - Hòa Bình, trượt lở đất có thể đánh giá theo quan hệ giữa ngưỡng mưa ngày (P) và lượng mưa 10 ngày trước đó (P10) Ngưỡng mưa được thể hiện bằng biểu thức: P = 128,41 - 0,076P10 Điều đó có nghĩa nếu như trong vòng 10 ngày trước đó không có mưa thì chỉ cần lượng mưa trong vòng 24h vượt qua ngưỡng 128,41mm cũng đủ gây ra trượt lở đất Khi lượng mưa tích lũy trong vòng 10 ngày trước đó tăng lên thì lượng mưa ngày cần thiết để gây ra trượt đất sẽ giảm đi

Các nghiên cứu xác định ngưỡng mưa đối với trượt lở tuy chưa nhiều nhưng mở ra một hướng nghiên cứu mới bên cạnh những nghiên cứu mang tính chất truyền thống và có ý nghĩa rất lớn trong việc theo dõi mưa nhằm cảnh báo nguy cơ trượt đất đối với từng khu vực

Nhìn chung tai biến trượt lở đất thu hút được sự quan tâm của Nhà nước, các bộ ban ngành ở trung ương và địa phương, các nhà khoa học Vì vậy các nghiên cứu về trượt lở đất ngày càng nhiều Việc ứng dụng các phương pháp, các mô hình tính toán và công nghệ đã bắt kịp được với xu hướng của thế giới Tuy nhiên một thực tế ở Việt Nam cho thấy phạm vi nghiên cứu trượt lở ở nước ta thường lớn (cả nước, vùng, liên tỉnh, tỉnh) với bản đồ ở tỉ lệ nhỏ và trung bình đồng thời do hạn chế về số liệu, tài liệu chuyên sâu nên các nghiên cứu thường sử dụng các phương pháp phân vùng trượt lở mang tính chất định tính và bán định lượng Do đó các kết quả còn mang tính chủ quan của nhà nghiên cứu Việc ứng dụng các mô hình định lượng như mô hình thống kê, mô hình ổn định sườn còn nhiều hạn chế

1.1.3 Nghiên cứu trượt lở đất tại tỉnh Quảng Nam

Trượt lở đất ở Quảng Nam là một vấn đề thu hút sự quan tâm của không chỉ các cấp, các ngành trong tỉnh, mà cả các nhà khoa học, bởi sự tác động của nó đến nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội Trong những năm qua đã có nhiều công trình nghiên cứu về trượt lở đất ở Quảng Nam trên quy mô và khía cạnh khác nhau

Đề tài “Điều tra, khảo sát hiện tượng trượt lở đất ở các huyện miền núi tỉnh Quảng Nam và các giải pháp phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại do chúng gây nên” của Nguyễn Trọng Yêm và các cộng sự thực hiện năm 2000, đã khảo sát từng điểm trượt lở ở các huyện Tiên Phước, Phước Sơn, Trà My, Đại Lộc, Quế Sơn, Hiên, Nam Giang Các điểm trượt lở được thể hiện trên bản đồ địa hình và mô tả khá kĩ về kiểu trượt, quy mô, độ dốc, vật liệu… Đề tài cũng đánh giá dự báo nguy cơ trượt lở trên cơ sở đánh giá dự báo mức độ ảnh hưởng của các yếu tố phát sinh trượt lở đến quá trình trượt lở, bao gồm tính chất của đất đá, độ dốc sườn, chiều dày lớp vỏ phong hoá, cấu kiến tạo địa chất (các đới đứt gãy), tác động của con người (sử dụng đất) Đánh giá dự báo được tiến hành theo nhiều bước Trước hết là đánh giá dự báo nguy cơ "trượt

lở tự nhiên phi kiến tạo”, nghĩa là đánh giá dự báo “nguy cơ trượt lở tự nhiên" chỉ dựa vào tính chất cơ lý đất đá, độ dốc sườn và chiều dày vỏ phong hoá mà chưa tính đến các tác động của cấu kiến tạo địa chất Sau đó kết hợp với đánh giá tác động của các yếu tố cấu kiến tạo đến trượt lở thành đánh giá dự báo nguy cơ trượt lở tự nhiên Cuối cùng kết hợp với dự báo tác động của con người đến nguy cơ trượt lở Đây được xem là đánh giá dự báo tổng hợp nguy

cơ trượt lở Kết quả đánh giá này được thể hiện trên sơ đồ nguy cơ trượt lở ở các huyện miền núi của tỉnh Quảng Nam tỉ lệ 1/200.000

Các yếu tố được sử dụng trong đánh giá nguy cơ trượt lở ở đây chưa đầy đủ và chưa mang tính tổng hợp Một số yếu tố tác động đến trượt lở như khí hậu (mưa), đứt gãy, sông suối … chưa được xem xét

Trong nghiên cứu “Đánh giá tai biến địa chất ở các tỉnh ven biển miền trung từ Quảng Bình đến Phú Yên - hiện trạng, nguyên nhân, dự báo và đề xuất biện pháp phòng tránh, giảm thiểu hậu quả”của Trần Tân Văn và nnk

năm 2002, Quảng Nam là một trong số các tỉnh thuộc vùng nghiên cứu Đề tài cũng đã khảo sát nhiều khu vực trong đó có 2 khu vực nghiên cứu chi tiết là Tiên Kì và Thạnh Mĩ

Phạm Văn Hùng trong công trình “Đánh giá hiện trạng, khoanh vùng cảnh báo chi tiết nguy cơ, đề xuất các giải pháp phòng tránh tai biến nứt đất

và trượt lở đất làm cơ sở khoa học cho quy hoạch phát triển bền vững kinh tế

- xã hội tỉnh Quảng Nam” (năm 2010) đã sử dụng phương pháp phân tích ảnh

viễn thám, khảo sát thực địa, phân tích tổng hợp, phân tích so sánh cặp và phân tích không gian trong môi trường Hệ thông tin Địa lí (GIS) để đánh giá hiện trạng và phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất Theo đó các yếu tố gây phát sinh trượt lở đất được xác định bao gồm: độ dốc, lượng mưa trung bình năm, vỏ phong hóa, địa chất công trình, mật độ đứt gãy, địa chất thủy văn, phân cắt sâu, phân cắt ngang, lớp phủ thực vật và hoạt động kinh tế Vai trò của mỗi yếu tố đối với trượt lở được xác định thông qua trọng số Độ dốc sườn là nhân tố quan trọng nhất trong phát sinh trượt lở đất, có trọng số 9; yếu

tố phân cắt sâu và lớp phủ thực vật có vai trò thứ yếu nhất, có trọng số là 1 Bản đồ phân vùng nguy cơ trượt lở được xây dựng trên cơ sở tích hợp bản đồ các yếu tố trên

Đường Hồ Chí Minh là tuyến đường trọng điểm nối các tỉnh phía tây của Việt Nam và cũng là con đường có vai trò rất quan trọng trong việc phát triển kinh tế xã hội của đất nước Đường Hồ Chí Minh cắt qua vùng đồi núi với nhiều dạng địa hình khác nhau nên nguy cơ xảy ra trượt lở là rất lớn Từ khi xây dựng đến nay đã có rất nhiều điểm bị trượt lở bao gồm cả taluy âm và taluy dương, nhiều nơi mặt đường bị nứt, xuất lộ nước Đoạn đường Hồ Chí Minh chạy qua tỉnh Quảng Nam cũng trong tình trạng như vậy Đề tài

“Nghiên cứu, đánh giá điều kiện địa chất, kiến tạo và các yếu tố liên quan

đến tai biến địa chất môi trường dọc một số đoạn trên tuyến đường Hồ Chí Minh” của Trần Tân Văn (2006) đã tiến hành khảo sát trượt lở đoạn đường

Hồ Chí Minh dài khoảng 250 km, qua 4 huyện miền núi phía tây là Tây Giang, Đông Giang, Nam Giang và Phước Sơn của tỉnh Quảng Nam, trong đó

có khu vực nghiên cứu chi tiết Hiên - Thạnh Mỹ, Khâm Đức Nguy cơ trượt

lở được xác định trong các khu vực này là nghiêm trọng và rất nghiêm trọng

Đặng Vũ Khắc năm 2007 trong công trình "Sử dụng GIS để đánh giá

độ nhạy cảm của trượt đất: Trường hợp đoạn đi qua tỉnh Quảng Nam của đường Hồ Chí Minh" đã phần vùng nguy cơ trượt lở trên một số đoạn của

đường Hồ Chí Minh Theo đó nhiều đoạn đường của tỉnh Quảng Nam có nguy cơ trượt lở cao và rất cao

Trên cơ sở phân tích lý thuyết và thực tiễn, trượt lở đất ở Việt Nam nói chung và ở Quảng Nam nói riêng đã được nghiên cứu ở nhiều khía cạnh khác nhau Trong khi đó, trước yêu cầu của thực tiễn cuộc sống thì tai biến trượt lở đất đá phải được nghiên cứu một cách hệ thống, tổng hợp để từ đó đề xuất được những giải pháp phòng chống có hiệu quả hơn

Kế thừa một cách có chọn lọc từ các nghiên cứu trước, tai biến trượt lở đất ở Quảng Nam trong nghiên cứu này được đánh giá trên quan điểm của địa

lý tổng hợp với cách tiếp cận hệ thống và phân tích hệ thống Theo đó các nhân tố tham gia vào quá trình hình thành trượt lở đất được đánh giá một cách đầy đủ, tổng hợp ở cả 3 nhóm: địa động lực nội sinh, địa động lực ngoại sinh

và nhân sinh Nguy cơ trượt lở đất được đánh giá trên cơ sở tích hợp cả các nhân tố tự nhiên và nhân sinh

Xét ở khía cạnh nghiên cứu trượt lở đất do mưa và đánh giá nguy cơ trượt

lở đất do biến đổi khí hậu thì đến nay ở Quảng Nam chưa có một công trình nghiên cứu nào Trong bối cảnh biến đổi khí hậu đã và đang tác động đến nhiều lĩnh vực của môi trường tự nhiên và kinh tế xã hội trên địa bàn tỉnh thì nghiên

cứu này rất có ý nghĩa trong việc dự báo, cảnh báo sớm trượt lở đất do mưa

1.2 Cơ sở lý luận

1.2.1 Khái niệm trượt lở đất

Hiện nay, trượt lở đất (landslide) có nhiều quan niệm khác nhau; là "sự

di chuyển xuống dưới và ra ngoài của vật liệu do trọng lực mà không có sự trợ giúp của nước chảy như là chất xúc tác” [55], "sự di chuyển của khối đá, mảnh vụn hoặc đất xuống chân sườn dốc” [60], “sản phẩm của điều kiện địa mạo, thủy văn và địa chất của địa phương, sự điều chỉnh của các yếu tố này bằng các quá trình địa động lực, thực vật, sử dụng đất và hoạt động của con người và tần suất, cường độ của mưa và dư chấn” [97], "sự di chuyển xuống dưới chân sườn dốc của các vật liệu trên sườn như đá, đất, vật liệu nhân tạo hoặc sự hỗn hợp của chúng Các vật liệu này có thể di chuyển bằng cách đổ, rơi, trượt, chảy ngang và chảy dòng" [73], "một kiểu “phá hoại” theo khối biểu thị bất kì sự di chuyển xuống chân sườn dốc của đất và đá dưới ảnh hưởng trực tiếp của trọng lực [59], "quá trình di chuyển của những khối đất lớn, có khi diễn ra rất chậm chạp, trong đó không xảy ra sự đổ vỡ hoặc đảo lộn tính nguyên khối của chúng" [3] Mặc dù quan niệm của mỗi tác giả có

điểm khác nhau nhưng đều thống nhất trượt lở đất là sự di chuyển của đất đá xuống chân sườn dốc dưới tác động của trọng lực Trượt lở đất xảy ra khi khối đất đá bị mất cân bằng, các lực gây trượt vượt quá các lực giữ trượt Các quá trình trượt lở là sản phẩm của những thay đổi về các điều kiện hình thái địa mạo, thủy văn và địa chất Sự thay đổi những điều kiện này được thực hiện bởi các quá trình địa động lực, phát triển của thực vật, quá trình sử dụng đất, các hoạt động nhân sinh

1.2.2 Phân loại trượt lở đất

Sự di chuyển sườn dốc được phân chia theo nhiều cách, mỗi cách đều

có một số ưu điểm đặc biệt hoặc có thể ứng dụng để nhận biết, phòng tránh, điều khiển hoặc sống chung với tai biến Các thuộc tính được sử dụng như tiêu chuẩn cho việc xác định và phân loại là kiểu di chuyển, loại vật liệu, mức

độ di chuyển, hình dạng của vùng trượt và trầm tích, tuổi, nguyên nhân, mức

độ gãy vỡ của khối di chuyển, sự liên quan hay không có sự liên quan của

hình dạng khối trượt với cấu trúc địa chất, mức độ phát triển, vị trí địa lí của các kiểu và tình trạng hoạt động

Hệ thống phân loại trượt lở được sử dụng rộng rãi nhất là hệ thống phân loại do Varnes đề xuất năm 1978 và được chính tác giả này hoàn thiện vào năm 1984 Trong hệ thống này, việc phân loại trượt lở chủ yếu theo kiểu

di chuyển và loại vật liệu [98], [59] Kiểu di chuyển được phân chia thành 5 nhóm: lở, đổ, trượt, chảy ngang và chảy dòng Nhóm thứ 6, sự di chuyển hỗn hợp, là sự kết hợp của hai hay nhiều kiểu di chuyển khác nhau Vật liệu được phân chia thành 2 nhóm: đá và đất; đất sau đó được chia thành đất thô và đất mịn (bảng 1.1)

- Kiểu dịch chuyển dạng đổ (lở): Quá trình đổ bắt đầu bằng sự tách rời

đất hoặc đá từ sườn dốc đứng dọc theo bề mặt trên đó ít hoặc không cắt xẻ Vật liệu sau đó đổ xuống dốc chủ yếu bằng lở, nhảy, lăn [59] Hutchinson (1988) xác định rằng đổ chủ yếu bao gồm các thân đá tách một cách cơ học khỏi vách núi Đổ di chuyển rất nhanh đến cực kì nhanh và khối đất đá ban đầu có thể bị tách ra thành nhiều khối nhỏ hơn Đổ thường xảy ra ở góc dốc điển hình thay đổi từ 450 đến 900 [68] Di chuyển đổ có thể được phân chia thành 3 loại là đá đổ, mảnh vụn đổ và đất đổ

Bảng 1.1: Hệ thống phân loại trượt lở theo Varnes (1978, 1984) Kiểu dịch chuyển

Dịch chuyển khối

Dịch chuyển khối mảnh vụn

Dịch chuyển khối đất Chảy ngang Dịch ngang Mảnh vụn dịch ngang Đất dịch ngang Chảy dòng Dòng đá (lở) Dòng mảnh vụn Dòng đất Hỗn hợp Sự kết hợp của 2 kiểu dịch chuyển trở lên

(Nguồn: [98],[99])

- Kiểu dịch chuyển dạng rơi (lật): Kiểu dịch chuyển dạng rơi (lật) là

hiện tượng khi một phần mái dốc (đất, đá) bị lật quay, rơi ra khỏi mái dốc với trọng tâm quay quanh một điểm hay một trục giả định Quá trình rơi (lật) có thể bị tác động bởi trọng lực vào phần khối lở ở những vật liệu hình thành các khe nứt tạo góc dốc ngược hoặc dưới tác động của nước, băng tồn tại trong khối đất đá

- Trượt xoay: Trượt xoay là hiện tượng các khối đất, đá được dịch

chuyển theo bề mặt phá hủy dạng mặt cong lõm giả định Nếu bề mặt phá hủy (theo mặt cắt ngang) có dạng cung trượt hình trụ hay cycloit thì trong quá trình trượt, biến dạng bên trong khối trượt ít, thành phần đất đá cơ bản không

bị xáo động Khi trượt xảy ra, phần đầu khối trượt dịch chuyển chủ yếu theo chiều thẳng đứng, phần bề mặt mái dốc phía trên khối trượt có khuynh hướng tạo ra độ nghiêng dốc ngược với mái dốc

Trượt xoay xảy ra trong các vật liệu đồng nhất, thường sự tác động của chúng mãnh liệt hơn so với các kiểu dịch chuyển khác Tuy nhiên, trong tự nhiên ít khi vật liệu đồng nhất hoàn toàn, mái dốc dịch chuyển trong các vật liệu này thường xảy ra không đồng đều và gián đoạn theo các lớp vật liệu Khi đào bỏ một phần mái dốc cũng có thể là nguyên nhân gây trượt Vách dốc chính ở đỉnh mặt trượt xoay gần như thẳng đứng, không có gì chống đỡ nên

sự dịch chuyển khối trượt có thể làm đổ lở phần này

- Trượt tịnh tiến: là hiện tượng khối trượt dịch chuyển xuống qua bề

mặt dạng mặt phẳng hoặc hơi gồ ghề Trượt tịnh tiến nhìn chung là nông hơn trượt xoay Các bề mặt phá hủy thường dạng hình lòng máng rộng theo mặt cắt ngang Ngược lại, mặt trượt xoay có khuynh hướng khôi phục lại khối trượt về trạng thái cân bằng

Trong kiểu trượt này, khối trượt dịch chuyển liên tục có thể bị đứt gãy

ra từng phần nếu vận tốc di chuyển hoặc độ ẩm tăng, khối bị phá vỡ sau đó có thể biến thành dạng chảy, tạo ra các dòng mảnh vụn đúng hơn là trượt thuần túy Trượt tịnh tiến thường kèm theo các dấu hiệu không liên tục như đứt gãy, khe nứt, sự phân lớp hay lớp tiếp xúc giữa đá gốc là lớp phong hóa bên trên

Hình 1.1: Mô hình minh họa một số loại trượt lở chính (theo USGS-2004) [73]

Dịch chuyển dạng đổ (lở) Dịch chuyển dạng rơi (lật)

Vùng khởi đầu Đường đi

chính Vùng lắng đọng

Kiểu dịch chuyển chảy dòng Kiểu dịch chuyển trượt ngang

Trượt xoay

Mặt trượt

Trượt tịnh tiến

- Chảy ngang: Thuật ngữ chảy ngang miêu tả sự dịch chuyển bất thình

lình của dòng nước mang theo bùn và cát được bao bọc bởi lớp sét đồng nhất Một trong các kiểu phá hủy này xảy khi một lớp sét hoặc cát ẩm trở nên ẩm

và mềm hơn do tác dụng của dòng thấm và chịu nén bởi trọng lượng của những lớp bên trên Điều này giải thích hiện tượng một mái dốc thoải ổn định trong thời gian dài có thể bị phá hủy và dịch chuyển bất ngờ Bề mặt phá hủy của dạng này không phải là bề mặt có ứng lực cắt lớn nhất như trượt bình thường mà phá hủy do sự hóa lỏng hoặc chảy (đẩy ra) của vật liệu mềm hơn bao bọc

- Chảy dòng: kiểu dịch chuyển dòng là sự dịch chuyển liên tục theo

không gian trong đó các dạng mặt cắt tồn tại ngắn, không được duy trì lâu Đặc điểm phân bố vận tốc trong khối dịch chuyển gần giống với dạng dòng chất lỏng sệt Sự biến đổi dần dần từ trượt tới chảy xảy ra phụ thuộc vào lượng nước trong đất, tính lưu động và phạm vi phát triển của khối trượt Trượt, lở mảnh vụn có thể trở thành dòng mảnh vụn có tốc độ cực nhanh trong các điều kiện nhất định

Trượt lở cũng rất đa dạng về quy mô, hình thái và cấu trúc Quy mô trượt lở được tính trên cơ sở kích thước khối trượt, và được chia ra các loại như rất nhỏ, nhỏ, trung bình, lớn và rất lớn (bảng 1.2) Trong luận án này trượt lở đất trên địa bàn nghiên cứu được phân loại theo kích thước khối trượt thành 3 loại: nhỏ, trung bình và lớn

Bảng 1.2: Phân loại trượt lở theo kích thước khối trượt

(theo Lomtadze V.Đ (1982))

(Nguồn: Dẫn theo [16])

1.2.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình phát sinh trượt lở đất

Hiện tượng trượt lở đất chỉ xảy ra trong những điều kiện thuận lợi nhất định, đó là khi xuất hiện tình trạng mất cân bằng trọng lực, tức là lực trượt lớn hơn lực kháng cự Trạng thái này thường xảy ra khi vật chất trên sườn dốc bị thấm đẫm nước, chân sườn bị hụt hẫng, hoặc hiện tượng xói ngầm làm giảm lực liên kết giữa các tầng thấm nước và bề mặt tầng chắn nước Điều này thường xảy ra trong những vùng có lượng ẩm đáng kể, thành phần thạch học chứa nhiều vật liệu sét và có những điều kiện cấu trúc thuận lợi khác

Trượt lở xảy ra chịu sự tác động tổng hợp của các điều kiện tự nhiên và

các hoạt động của con người Theo Lê Đức An (2008), các nhân tố gây trượt

lở được phân làm 2 nhóm: Nhóm nhân tố tác động thường xuyên bao gồm: địa chất – địa mạo (thành phần đá, thế nằm, khe nứt, đứt gãy, vỏ phong hóa,

độ dốc, chiều dài sườn, độ cao tương đối…); khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa năm, chế độ mưa bão…); nhân sinh (sử dụng đất, phá/trồng rừng, làm đường, xây dựng công trình….) Nhóm nhân tố tác động tức thời bao gồm: địa chất (động đất); khí hậu (mưa lớn bất thường); nhân sinh (gây nổ lớn) Trong đó nhóm nhân tố tác động thường xuyên là cơ sở, nhóm nhân tố tác động tức thời có vai trò thúc đẩy xảy ra trượt lở [1]

1.2.3.1 Các yếu tố địa chất

Vật liệu sườn dốc có vai trò quan trọng bởi chúng quyết định sức chống chịu của đất đối với tất cả các yếu tố mất ổn định khác Đặc tính của vật liệu kết hợp với cấu trúc thể hiện độ bền cố hữu của vật liệu Độ bền cố hữu càng lớn, càng khó cho các yếu tố mất ổn định khác gây ra trượt lở Điều này có nghĩa rằng vật liệu có độ bền cố hữu càng lớn, càng an toàn với sườn dốc [55]

Độ ổn định của sườn dốc có mối liên quan đến các kiểu thạch học khác nhau Theo Sidle và Ochiai (2006), một số kiểu thạch học nhạy cảm hơn với trượt lở như: trầm tích núi lửa, sét, đá phiến, trầm tích hoàng thổ, cát kết, cát kết biến chất và cát bột kết, đá granit….[88]

Sự phong hóa làm biến đổi những thuộc tính cơ học, khoáng vật học và thủy văn của đất đá và vì vậy là một yếu tố quan trọng của sự bất ổn định sườn dốc Quá trình phong hóa theo thời gian có thể chuyển các đá với độ bền kháng cự rất cao thành đất có độ bền kháng cự rất thấp Mức độ và tỉ lệ của sự thay đổi này không chỉ phụ thuộc vào đá gốc mà còn phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và môi trường sinh học [88]

Độ bền tương đối của đất đá chịu ảnh hưởng lớn bởi các hoạt động kiến tạo trong quá khứ Đặc biệt, các hoạt động tân kiến tạo cũng đóng một vai trò đối với sự ổn định của sườn dốc thông qua các quá trình dập vỡ, đứt gãy, tách giãn và biến dạng cấu trúc Các đứt gãy và các cấu trúc dạng tuyến (lineament) thường rất được quan tâm nghiên cứu trong các đánh giá tai biến trượt lở đất [88]

Động đất là một trong những yếu tố tân kiến tạo kích hoạt các sự cố trượt Phần lớn các sự cố trượt trong quá khứ được kích hoạt bởi yếu tố địa chấn và các sự cố đó xảy ra ngày càng nhiều và thường rất bất ngờ Kiểu trượt được kích hoạt bởi động đất phổ biến nhất là các hiện tượng đá đổ, đá rơi thường phát triển trên các sườn dốc

1.2.3.2 Các yếu tố địa mạo

b) Phân cắt sâu

Độ phân cắt sâu của địa hình là biên độ dao động về độ cao của bề mặt đất, nghĩa là độ chênh cao tương đối giữa đỉnh các địa hình dương với đáy

của các địa hình âm gần nhất Độ phân cắt sâu địa hình là đặc trưng phản ảnh năng lượng địa hình Khi độ phân cắt sâu càng lớn thì thế năng địa hình càng cao và ngược lại, điều này đã thúc đẩy quá trình dịch chuyển của đất đá xảy ra mạnh hơn và động năng va đập của đất đá thể hiện tính khốc liệt rõ nét hơn

1.2.3.3 Các yếu tố khí hậu - thủy văn

a) Khí hậu

Các yếu tố khí hậu là nhiệt độ, độ ẩm, mưa ảnh hưởng lớn đến hoạt động trượt lở Khí hậu nhiệt đới với nhiệt độ cao, độ ẩm lớn, làm tăng tốc độ phong hóa đất đá của sườn dốc, do đó làm giảm độ bền của đất đá Dưới tác dụng của các dòng chảy mặt, bề mặt bờ dốc sẽ bị bào mòn, các công trình bảo

vệ bờ bị phá hoại, do đó khả năng mất ổn định của sườn dốc tăng lên Yếu tố

khí hậu ảnh hưởng mạnh nhất đến trượt lở đất được xác định là mưa

Sự phân bố theo không gian của mưa có quan hệ mật thiết với sự khởi đầu của các hiện tượng trượt thông qua ảnh hưởng của việc hình thành áp suất nước lỗ hổng trên các sườn không ổn định Các nhà khoa học thường coi một trong bốn thuộc tính liên quan đến lượng mưa sau như là những yếu tố gây nên trượt: tổng lượng mưa, cường độ mưa trong một thời gian ngắn, lượng mưa rơi trong đợt mưa bão và thời gian mưa Tuy nhiên, người ta vẫn chưa xác định được kiểu thuộc tính về lượng mưa nào có mối liên quan nhất với các hiện tượng trượt lở Một số người đã cho rằng cường độ mưa trong một thời gian ngắn đóng vai trò quyết định nhất, một số khác lại cho rằng có mối liên hệ giữa các sự cố trượt với lượng mưa xảy ra trong một thời gian dài [88]

b) Mật độ sông suối

Hệ thống sông suối là bức tranh thể hiện kết quả sự phân cắt địa hình dưới tác động của dòng chảy Nước trên bề mặt địa hình rất nhạy cảm và linh động với sự thay đổi của địa hình Vì thế, nó cũng phản ánh phần nào chế độ kiến tạo của khu vực mà cụ thể là nhiều hệ sông suối được hình thành từ các