Nghiên cứu đánh giá nguy cơ trượt đất và luận chứng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất cho khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang

Do vậy, nội dung nghiên cứu của luận án là đánh giá nguy cơ trượt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang một cách định lượng, đồng thời đưa ra các luận chứng xây dựng hệ thống quan trắc cảnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG



NGUYỄN QUANG HUY

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TRƢỢT ĐẤT VÀ LUẬN CHỨNG HỆ THỐNG QUAN TRẮC PHỤC VỤ CẢNH BÁO TAI BIẾN TRƢỢT ĐẤT CHO KHU VỰC TÂY NAM

TỈNH HÀ GIANG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

Mã số: 62.44.65.01

HÀ NỘI, 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG



NGUYỄN QUANG HUY

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TRƢỢT ĐẤT VÀ LUẬN CHỨNG HỆ THỐNG QUAN TRẮC PHỤC VỤ CẢNH BÁO TAI BIẾN TRƢỢT ĐẤT CHO KHU VỰC TÂY NAM TỈNH HÀ GIANG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu là của riêng tôi

Các kết quả nghiên cứu của luận án do tôi tính toán và đƣa ra là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

LỜI CÁM ƠN

Luận án này được hoàn thành tại Viện Khoa học và Công nghệ xây dựng dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TSKH Trần Mạnh Liểu và PGS.TS Đoàn Thế Tường Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc các thày giáo hướng dẫn, người đã gợi mở tư duy nghiên cứu và có những đóng góp to lớn trong quá trình thực hiện và hoàn thiện luận án

Tôi xin chân thành cám ơn các tổ chức, cán bộ thuộc Viện Khoa học và Công nghệ xây dựng, Trung tâm nghiên cứu đô thị - ĐHQGHN, Viện Khoa học Địa chất & Khoáng sản, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Hà Giang, Công

ty tư vấn lập Xí nghiệp Xây dựng và Chuyển giao Công nghệ Môi trường 2 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án

Xin trân trọng cám ơn các chuyên gia, các thày cô, giáo, các nhà khoa học tham gia hội thảo mở rộng, hội đồng đánh giá các bước thực hiện luận án,

đã đóng góp các ý kiến quý báu, tâm huyết để tôi hoàn thiện luận án

Tất cả những sự giúp đỡ nêu trên, tôi sẽ ghi nhớ và luôn trân trọng mang theo trong suốt quá trình học tập, công tác và nghiên cứu của mình

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Quang Huy

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài, lĩnh vực nghiên cứu 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 4

5 Phương pháp nghiên cứu 4

6 Luận điểm bảo vệ 4

7 Những điểm mới khoa học 5

8 Cơ sở tài liệu 5

9 Cấu trúc luận án 7

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ TRƯỢT ĐẤT ĐÁ 8

1.1 Khái niệm về trượt đất đá 8

1 2 Phân loại trượt đất đá 8

1.3 Các yếu tố nguyên nhân, điều kiện gây trượt đất 13

1.3.1 Nguyên nhân gây trượt đất 13

1.3.2 Điều kiện thành tạo trượt 16

1.4 Vai trò (tỷ trọng tham gia) của các yếu tố điều kiện thành tạo và nguyên nhân gây trượt 17

1.5 Tình hình nghiên cứu đánh giá dự báo nguy cơ trượt đất và hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất trên thế giới 18

1.6 Tình hình nghiên cứu đánh giá dự báo nguy cơ trượt đất tại Việt Nam và một số phương pháp phân vùng nguy cơ tai biến trượt đất đã được áp dụng 24 1.6.1 Các hướng nghiên cứu đã được triển khai 24

1.6.2 Một số mô hình tính toán đánh giá nguy cơ trượt đất đã được áp dụng .27

CHƯƠNG II

ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN HỆ TỰ NHIÊN – KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC TÂY NAM TỈNH HÀ GIANG 45

2.1.Vị trí địa lý 45

2.2 Đặc điểm khí hậu 46

2.3 Đặc điểm địa hình, độ đốc 49

2.3.1.Yếu tố địa hình 49

2.3.2 Yếu tố độ dốc 53

2.4 Đặc điểm địa chất, thạch học 56

2.5 Vỏ phong hóa 59

2.6 Hiện trạng sử dụng đất khu vực nghiên cứu 61

2.7 Hệ thống đường giao thông 63

2.8 Đặc điểm đứt gẫy, kiến tạo 64

2.9 Hoạt động kinh tế - xã hội 67

2.10 Hiện trạng trượt đất trên khu vực nghiên cứu 68

2.11 Đặc điểm và quy luật phát sinh, phát triển trượt đất 73

CHƯƠNG III

ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO NGUY CƠ TRƯỢT ĐẤT 85

3.1 Lựa chọn phương pháp đánh giá dự báo nguy cơ trượt đất cấp khu vực 85

3.2 Đánh giá nguy cơ trượt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang 85

3.2.1 Cơ sở dữ liệu và phương pháp xây dựng bản đồ thành phần phân lớp các yếu tố gây trượt và xác định trọng số tương ứng của các lớp 85

3.2.2 Kết quả tính toán, xây dựng các bản đồ thành phần phân lớp các yếu tố gây trượt và trọng số tham gia của các lớp phân chia tương ứng 89

3.2.3 Xác định trọng số của các yếu tố gây trượt đất (Wj) 104

3.2.4 Bản đồ đánh giá nguy cơ trượt đất 104

CHƯƠNG IV: 108

LUẬN CHỨNG HỆ THỐNG QUAN TRẮC PHỤC VỤ CẢNH BÁO TAI BIẾN TRƯỢT ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 108

4.1 Tổng quan về hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất 108 4.1.1 Phân cấp hệ thống quan trắc 108

4.1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của các hệ thống quan trắc 108

4.1.3 Quan trắc (giám sát) hiện trạng trượt đất toàn khu vực 112

4.1.4 Mạng lưới quan trắc đo vẽ các điểm trượt 112

4.1.5 Sơ đồ nguyên tắc và tổ chức hệ thống quan trắc trượt đất 114

4.2 Luận chứng hệ thống quan trắc cho khu vực nghiên cứu 115

4.2.1 Cấu trúc của hệ thống quan trắc 115

4.2.2 Mạng lưới tuyến, trạm quan trắc 117

4.2.3 Tổng hợp khối lượng quan trắc 119

4.2.4 Phương pháp, thiết bị quan trắc 119

4.2.4.1 Quan trắc phân bố không gian các khối trượt 120

4.2.4.2 Quan trắc đo vẽ đặc điểm khối trượt và các yếu tố điều kiện gây trượt chủ yếu 122

4.2.5 Quan trắc các yếu tố tác động, biến đổi nhanh 123

4.3 Định hướng các mô hình cảnh báo trượt đất khu vực nghiên cứu từ dữ liệu quan trắc 125

4.3.1 Điều chỉnh trọng số trong mô hình chỉ số thống kê tích hợp đa biến 125

4.3.2 Sử dụng mô hình định lượng chỉ tiêu tích hợp các yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trượt đất để dự báo phân vùng nguy cơ trượt đất 125 4.3.3 Cảnh báo nhanh quy mô, cường độ (thể tích) của các khối trượt có thể xuất hiện thông qua quan trắc yếu tố gây trượt chủ yếu bằng các hàm

hồi quy 1264.3.4 Mô hình cảnh báo, dự báo ngƣỡng phát triển trƣợt đất theo các yếu

tố có tỷ trọng gây trƣợt lớn, biến đổi nhanh bằng các hàm hồi quy 128KẾT LUẬN 130TÀI LIỆU THAM KHẢO 133

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1: Khu vực nghiên cứu (giới hạn phạm vi đường viền màu đỏ) 2

Hình 2: Ảnh một số khối trượt tại khu vực nghiên cứu 3

Hình 1.1: Đặc điểm cấu trúc khối trượt 12

Hình 1.2: Sơ đồ biểu diễn các lực tác động lên khối trượt (theo V.D Lomtadze) 14

Hình 1.3: Phân loại dự báo nguy cơ trượt đất của Kunxen V.V; Postoev G.P, Gylakian K.A có bổ sung (theo tác giả) 22

Hình 1.4: Sơ đồ thể hiện dữ liệu đầu vào và kết quả đầu ra của Sinmap 28

Hình 1.5: Sơ đồ ổn định mái dốc 29

Hình 1.6: Sơ đồ mái dốc chiếu bằng và chiếu đứng 31

Hình 1.7: Quy trình áp dụng Mô hình Chỉ số Thống kê dự báo khả năng trượt đất trong ArcGIS 35

Hình 2.1: Bản đồ mô hình số độ cao khu vực nghiên cứu 52

Hình 2.2: Mô hình số độ dốc khu vực nghiên cứu 55

Hình 2.3: Bản đồ phân bố địa chất thạch học khu vực nghiên cứu 58

Hình 2.4: Bản đồ phân bố đứt gãy khu vực nghiên cứu 65

Hình 2.5: Biểu đồ phân loại các điểm trượt theo quy mô trượt đất 70

Hình 2.6: So sánh quy mô trượt đất sau chu kỳ 12 năm (2003-2015) 72

Hình 2.7: Bản đồ hiện trạng trượt đất khu vực nghiên cứu 73

Hình 2.8: Khối trượt chảy tại khu vực Bản Nà Lống, xã Bản Díu, XM 74

Hình 2.9: Mô tả khối trượt chảy tại khu vực Bản Nà Lống, xã Bản Díu, Xín Mần 75

Hình 2.10: Khối trượt hỗn hợp tại Bản Nà Lống, xã Bản Díu, Xín Mần 76

Hình 2.11: Mô tả khối trượt hỗn hợp tại Cẩm Phu, xã Bản Phùng, HSP 77

Hình 2.12: Trượt chảy tại khu vực Kết Thành, Hồ Thầu, HSP 79

Hình 2.13: Trượt chảy tại khu vực Bản Péo, HSP 80

Hình 2.14: Trượt chảy tại khu vực Bản Chè, Tân Tiến, HSP 81

Hình 2.15: Trượt hỗn hợp tại khu vực Pố Lồ, HSP 82

Hình 2.16: Trượt hỗn hợp tại khu vực km 85+588, XM 83

Hình 3.1: Các yếu tố đưa vào tính toán nguy cơ trượt đất 87

Hình 3.2: Bảng phân loại cao độ địa hình theo phương pháp Natural Break 90 Hình 3.3: Bản đồ phân lớp cao độ địa hình và giá trị trọng số tương ứng 91

Hình 3.4: Bảng phân loại độ dốc theo phương pháp Nature Break 92

Hình 3.5: Bản đồ độ dốc và giá trị trọng số tương ứng 93

Hình 3.6: Bản đồ hướng dốc và giá trị trọng số tương ứng 94

Hình 3.7: Bản đồ mật độ phân cắt ngang và giá trị trọng số tương ứng 95

Hình 3.8: Bản đồ mật độ phân cắt sâu và giá trị trọng số tương ứng 96

Hình 3.9: Bản đồ khoảng cách đến đường giao thông và trọng số tương ứng 97

Hình 3.10 Bản đồ phân bố khoảng cách đến đứt gãy và trọng số tương ứng 98

Hình 3.11: Bản đồ phân bố địa chất thạch học và trọng số tương ứng 100

Hình 3.12 Bản đồ phân bố lượng mưa và trọng số tương ứng 101

Hình 3.13: Bản đồ cơ cấu sử dụng đất và trọng số tương ứng 102

Hình 3.14: Bản đồ chiều dày vỏ phong hóa và giá trị trọng số tương ứng 103

Hình 3.15: Bản đồ nguy cơ trượt đất khu vực nghiên cứu 106

Hình 3.16: Bản đồ nguy cơ trƣợt đất khu vực có thể hiện các điểm trƣợt 107

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên tắc và tổ chức hệ thống quan trắc trƣợt đất 114

Hình 4.2: Bản đồ phân bố các tuyến và trạm quan trắc 118

Hình 4.3: Nguyên tắc hoạt động của ống ngắm đo khoảng cách 122

Hình 4.4: Diễn biến sự thay đổi yếu tố mƣa trên khu vực nghiên cứu 130

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Hệ thống phân loại trượt đất đá theo Lomtadze V.D (1970) 9

Bảng 1.2: Hệ thống phân loại trượt đất theo Varnes (1978) 11

Bảng 1.3: Phân loại mức độ ổn định sườn theo SI 32

Bảng 1.4: Chỉ tiêu của Saaty so sánh cặp đôi các yếu tố 41

Bảng 1.5: Ma trận kết quả so sánh tầm quan trọng giữa các yếu tố 41

Bảng 1.6: Đánh giá bằng điểm số mức độ ảnh hưởng của các yếu tố 42

hình thành và phát triển tai biến 42

Bảng 2.1: Lượng mưa các tháng trong năm trạm Hà Giang 47

Bảng 2.2: Lượng mưa các tháng trong năm trạm Bắc Quang 47

Bảng 2.3: Lượng mưa các tháng trong năm trạm Hoàng Su Phì 48

Bảng 2.4: Tỷ lệ diện tích các loại đất dốc khu vực các huyện 53

Bảng 2.5: Hiện trạng cơ cấu sử dụng đất 61

(nguồn:[1], [7]) 61

Bảng 2.6: Phân cấp mật độ của đường giao thông 64

Bảng 2.7: Đặc điểm phân bố mật độ các đứt gãy và mật độ điểm trượt tương ứng trong khu vực nghiên cứu 66

Bảng 2.8: Quy mô trượt đất tại khu vực cấp xã, thị trấn 70

Bảng 3.1: Phân lớp cao độ địa hình và giá trị trọng số tương ứng 91

Bảng 3.2: Phân loại độ dốc và giá trị trọng số tương ứng 93

Bảng 3.3: Phân lớp hướng dốc và giá trị trọng số tương ứng 94

Bảng 3.4: Phân lớp mật độ phân cắt ngang và giá trị trọng số tương ứng 95

Bảng 3.5: Phân lớp mật độ phân cắt sâu và giá trị trọng số tương tứng 96

Bảng 3.6: Phân lớp khoảng cách đến đường giao thông và trọng số từng lớp 97

Bảng 3.7: Phân lớp các nhóm khoảng cách đến đứt gãy và trọng số tương ứng 98

Bảng 3.8: Phân lớp thành phần thạch học và trọng số tương ứng 99

Bảng 3.9 Phân lớp lượng mưa và trọng số tương ứng 100

Bảng 3.10: Phân lớp sử dụng đất và giá trị trọng số 102

Bảng 3.11: Phân lớp chiều dày vỏ phong hóa và giá trị trọng số tương ứng 103

Bảng 3.12: Kết quả tính toán trọng số của các yếu tố 104

Bảng 4.1: Số phân lớp của các yếu tố phát sinh, phát triển trượt đất 117

Bảng 4.2: Tổng hợp khối lượng, chu kỳ quan trắc theo các hệ thống quan trắc thành phần theo năm 119

Bảng 4.3: Thống kê lượng mưa trung bình đo tại các trạm khí tượng 128

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài, lĩnh vực nghiên cứu

Hiện nay, trong bối cảnh thế gới đang đối mặt với những thách thức, nguy cơ rất lớn do biến đổi khí hậu toàn cầu cùng với nhu cầu khai thác tài nguyên lãnh thổ tăng cao thì việc quy hoạch phát triển bền vững các vùng miền lãnh thổ của các quốc gia đóng vai trò hết sức quan trọng và được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu Công tác quy hoạch phát triển bền vững phải được lồng ghép các yếu tố về đặc điểm biến động điều kiện tự nhiên, môi trường nhưng trong đó đặc biệt phải kể đến các yếu tố tai biến địa chất

Trượt đất là một trong những tai biến địa chất thường xuyên xảy ra ở các vùng có địa hình phân dị mạnh, gây hậu quả nghiêm trọng đến đời sống xã hội của cộng đồng, gây thiệt hại nặng nề về con người và cơ sở vật chất trong khu vực Do vậy, hướng nghiên cứu tai biến trượt đất mang tính thời sự hiển nhiên

Ở Việt Nam, nghiên cứu tai biến trượt đất đã được quan tâm, tuy nhiên hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất chưa đồng bộ và chỉ áp dụng cho một vài khối trượt cụ thể Các số liệu phục vụ quan trắc dự báo còn rất khiêm tốn, thiếu dữ liệu biến đổi theo thời gian của các yếu tố chiếm tỷ trọng gây trượt lớn Việc quan trắc một cách hệ thống phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất cho khu vực hầu như chưa được đề cập cụ thể, chưa cung cấp được dữ liệu phục vụ quy hoạch, khai thác bền vững vùng lãnh thổ

Do vậy, nội dung nghiên cứu của luận án là đánh giá nguy cơ trượt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang một cách định lượng, đồng thời đưa ra các luận chứng xây dựng hệ thống quan trắc cảnh báo tai biến trượt đất phạm vi khu vực một cách tin cậy, phục vụ quy hoạch khai thác hợp lý lãnh thổ và giảm thiểu thiệt hại do tai biến trượt đất gây ra đối với khu vực nghiên cứu là rất cần thiết, xuất phát từ nhu cầu thực tiễn

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu là xây dựng bản đồ dự báo nguy cơ trượt đất và đưa ra cơ sở khoa học, thực tiễn để xây dựng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất, áp dụng cụ thể cho khu vực dân cư kinh tế miền núi

phía Tây Namtỉnh Hà Giang

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tƣợng nghiên cứu là quá trình trƣợt đất tại khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang, phạm vi nghiên cứu trên địa phận hành chính của các huyện Hoàng Su Phì, Xín Mần và Quang Bình

Hình 1: Khu vực nghiên cứu (giới hạn phạm vi đường viền màu đỏ)

Hình 2: Ảnh một số khối trƣợt tại khu vực nghiên cứu

4 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm:

- Tổng quan về trượt đất, đánh giá nguy cơ trượt đất, hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất: định nghĩa, phân loại trượt đất và các yếu

tố nguyên nhân, điều kiện gây trượt; tỷ trọng tham gia của các yếu tố; các

phương pháp đánh giá, dự báo nguy cơ trượt đất khu vực; hệ thống quan trắc

- Phân tích đánh giá đặc điểm của các yếu tố tự nhiên, các hoạt động nhân sinh trong khu vực nghiên cứu và tác động của nó đến quá trình trượt đất

- Đánh giá nguy cơ trượt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang

- Luận chứng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất khu vực nghiên cứu: phân cấp, mục tiêu, nhiệm vụ của hệ thống quan trắc; sơ đồ tổ chức và quy trình triển khai; thiết kế mạng lưới, xác định khối lượng quan trắc; phương pháp và thiết bị quan trắc; định hướng các mô hình cảnh báo trượt đất khu vực nghiên cứu từ các dữ liệu quan trắc

5 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết các mục tiêu và nội dung nghiên cứu nêu trên, đề tài sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau đây:

- Thu thập và hệ thống hóa tài liệu: Thu thập và hệ thống hóa các tài liệu nghiên cứu và thực tế hiện có

- Phân tích, giải đoán ảnh vệ tinh: xác định hiện trạng trượt đất, cấu trúc địa hình - địa mạo, đặc điểm và hiện trạng sử dụng đất

- Khảo sát đo vẽ hiện trường: xác định hiện trạng và quan hệ giữa đặc điểm trượt với các yếu tố gây trượt

- GIS và bản đồ: mô hình hóa và biểu diễn các dữ liệu không gian

- Các phương pháp tính toán và mô hình: Xây dựng, áp dụng các mô hình, các phần mềm phù hợp tính toán trọng số các phân lớp của mỗi yếu tố, trọng số của các yếu tố và chỉ tiêu tích hợp đa biến dự báo nguy cơ trượt đất

6 Luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Bản đồ dự báo nguy cơ trượt đất khu vực Tây Nam tỉnh

Hà Giang (có bản vẽ đi kèm) được xây dựng trên mô hình chỉ số thống kê tích

hợp đa biến, bao gồm 11 yếu tố gây trượt (cơ cấu sử dụng đất, cao độ địa hình, khoảng cách đến đường giao thông, lượng mưa, mật độ phân cắt sâu, địa chất thạch học, độ dốc, hướng dốc, khoảng cách đến đứt gãy, chiều dày vỏ phong hóa, mật độ phân cắt ngang) với các trọng số tương ứng khác nhau được tính toán định lượng trên cơ sở phân tích đặc điểm đồ thị hàm phân bố mật độ trượt đất theo giá trị phân lớp của các yếu tố

Kết quả dự báo phù hợp với hiện trạng trượt đất khu vực nghiên cứu, là

cơ sở xây dựng hệ thống quan trắc cảnh báo, định hướng các giải pháp quản

lý, phòng chống trượt đất và những nghiên cứu tiếp theo

Luận điểm 2: Hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất

khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang (có bản vẽ đi kèm) được xây dựng trên cơ sở bản đồ đánh giá nguy cơ trượt đất và các bản đồ thành phần tương ứng (bản đồ phân vùng giá trị trọng số phân lớp các yếu tố gây trượt), cũng như đặc điểm biến động theo thời gian của các yếu tố đó, bao gồm 03 phụ hệ thống quan trắc thành phần:

- Quan trắc phân bố không gian các khối trượt ;

- 07 tuyến và 50 trạm quan trắc đo vẽ đặc điểm khối trượt và mối quan

hệ với các yếu tố điều kiện gây trượt chủ yếu;

- Quan trắc các yếu tố tác động biến đổi nhanh (nguyên nhân gây trượt), bao gồm 13 trạm quan trắc tự động lượng mưa và phân tích ảnh vệ tinh kết hợp thị sát hiện trường xác định biến động sử dụng đất

7 Những điểm mới khoa học

- Hiện trạng trượt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang được hệ thống hóa đầy đủ theo số lượng, vị trí phân bố, quy mô thể tích, loại hình và đặc điểm trượt trên toàn bộ diện tích nghiên cứu

- Bản đồ đánh giá nguy cơ trượt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang lần đầu tiên được thiết lập theo mô hình chỉ số thống kê tích hợp đa biến với 11 yếu tố điều kiện và nguyên nhân gây trượt (yếu tố gây trượt), phù hợp với hiện trạng trượt đất khu vực nghiên cứu, là cơ sở xây dựng hệ thống quan trắc cảnh báo,

định hướng các giải pháp quản lý, phòng chống trượt đất và những nghiên cứu tiếp theo

- Hoàn thiện phương pháp tính toán định lượng trọng số (vai trò) của các yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trượt áp dụng cho khu vực nghiên cứu, trên

cơ sở phân tích đặc điểm đồ thị hàm phân bố mật độ trượt đất theo giá trị phân lớp của các yếu tố

- Hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất lần đầu tiên được xây dựng cho khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang trên cơ sở của bản đồ đánh giá nguy cơ trượt đất và các bản đồ thành phần tương ứng (bản đồ phân vùng giá trị trọng số phân lớp các yếu tố gây trượt), cũng như đặc điểm biến động theo thời gian của các yếu tố đó Dữ liệu thu được từ hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo nhanh tai biến trượt đất, hoàn thiện mạng lưới quan trắc, hoàn thiện mô hình dự báo trượt đất theo không gian và thời gian

8 Cơ sở tài liệu

Luận án được hoàn thành trên cơ sở các tài liệu, số liệu của Chương trình tăng cường năng lực giảm thiểu, thích ứng với địa tai biến liên quan đến môi trường và phát triển năng lượng ở Việt Nam” Chương trình hợp tác giữa ĐHQGHN và Đại sứ quán Nauy, 2013-2015 (ký hiệu SRV-10/0026), pha 2, 3 triển khai tại Hà Giang mà nghiên cứu sinh là thành viên trực tiếp tham gia chương trình

Ngoài ra, luận án còn sử dụng bổ sung các tài liệu của một số đề tài khác

đã triển khai tại Hà Giang, bao gồm:

- Đề tài “Nghiên cứu đánh giá và dự báo chi tiết hiện tượng trượt – lở và xây dựng các giải pháp phòng chống cho Thị trấn Cốc Pài, huyện Xín Mần, tỉnh Lào Cai do Viện Địa chất, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam thực hiện năm 2010

- Đề tài “Điều tra, đánh giá và phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt đất đất

đá các vùng miền núi Việt Nam”, do Viện Khoa học Địa chất & Khoáng sản thực hiện năm 2014

- Đề tài “Những đặc điểm, nguyên nhân T-L, LQ-LBĐ ở Yên Minh, Hoàng Su Phì, Xín Mần, đề xuất những giải pháp phòng chống thích hợp cho từng địa phương”, Đề tài NCKH cấp Bộ KC.08.01 & KC.08.01BS do Viện Địa chất, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam thực hiện năm 2011

- Và các tài liệu nền khác

9 Cấu trúc luận án

Nội dung luận án được cấu trúc như sau:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu về trượt đất đá

Chương 2: Đặc điểm điều kiện hệ tự nhiên – kinh tế - xã hội khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang

Chương 3: Đánh giá nguy cơ trượt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang

Chương 4: Luận chứng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ TRƯỢT ĐẤT ĐÁ 1.1 Khái niệm về trượt đất đá

Trượt đất đá là hiện tượng mất ổn định mái dốc, sườn dốc tạo ra sự dịch chuyển vật chất, phá hủy mọi thứ liên quan trên đường đi của chúng Trượt đất

đá xảy ra khi khối đất đá bị mất cân bằng, các lực gây trượt vượt quá các lực giữ trượt Rõ ràng, quá trình trượt là kết quả tác động của những điều kiện tự nhiên và nhân sinh, có thể là quá trình địa động lực, phát triển của thực vật, khí hậu, thời tiết, quá trình sử dụng đất, các hoạt động nhân sinh, cũng như tần suất, cường độ chấn động Căn cứ theo các yếu tố tác động, đặc điểm trượt mà các nhà nghiên cứu đưa ra các khái niệm về trượt đất đá rất khác nhau

Theo Varnes (1978), thuật ngữ “trượt„„ bao gồm tất cả các hiện tượng

trượt trên bề mặt dốc [29] Các hiện tượng này bao gồm cả các hiện tượng không thực sự trượt như đá đổ, đá lăn và dòng bùn đá

V.Đ Lômtađaze (1979), mô tả hiện tượng trượt đất đá là “ khối đất đá đã

hoặc đang trườn về phía dưới sườn dốc, mái dốc (sườn nhân tạo) do ảnh hưởng của trọng lực, áp lực thủy động, lực địa chấn và một số lực khác„„ [5] Sự hình thành khối trượt là kết quả của quá trình địa chất được biểu hiện ở sự dịch chuyển thẳng đứng và dịch chuyển ngang những khối đất đá khi đã mất ổn định, tức là mất cân bằng

Do đặc điểm phổ biến của trượt đất đá khu vực nghiên cứu cũng như khả năng của tài liệu cung cấp nên luận án chỉ giới hạn khái niệm trượt đất bao gồm các đặc điểm sau: khối trượt xuất hiện trên sườn dốc, mái dốc, có xuất hiện mặt trượt, trượt trong tầng phủ, không bao gồm các hiện tượng đá đổ, đá lăn, sụt lở đất đá và dòng bùn đá

đặc điểm dịch chuyển của các khối đất đá, tức là cơ chế của hiện tượng [38]

Để nhận xét và đánh giá đầy đủ hơn mỗi một hiện tượng trong bảng phân loại

có bổ sung thêm 3 dấu hiệu cơ bản, cho phép xét tới nguyên nhân phá hủy cân bằng các khối đất đá, động lực phát triển và quy mô của nó

Ngoài ra, Lomtadze V.D (1970) còn phân loại trượt đất đá theo thể tích khối trượt, cụ thể:bé, không lớn, trung bình, lớn, rất lớn

Bảng 1.1: Hệ thống phân loại trượt đất đá theo Lomtadze V.D (1970)

Các hiện tượng

trọng lực

Dạng dịch chuyển của các khối đất

Trạng thái động lực của hiện tượng

(theo I.V

Popov)

Kích thước (thể tích), quy mô

Trượt kiến trúc Trượt một / nhiều

khối tảng đất, đá theo mặt trượt nhưng không phá hủy đáng kể cấu trúc bên trong của

nó

Tăng độ dốc của sườn/mái dốc khi cắt xén, khai đào, xói lở cũng như thi công mái quá dốc

Hoạt động -

Các quá trình xác lập cân bằng đang tiếp diễn

Bé - tảng riêng biệt, không lớn

Không

theo mặt

có sẵn

Trong đất đá đồng nhất, mặt trượt cung tròn

Theo

mặt có

sẵn

Trong đất đá không đồng nhất, mặt trượt phẳng, bậc thang - phẳng, gợn sóng, nghiêng

Làm giảm độ bền của đất

do biến đổi trạng thái vật

lý của nó khi tẩm ướt,

Ổn định tạm thời - tác

động của các nguyên nhân phá hủy tạm thời cân bằng

Không lớn -

từ vài chục đến 100-200 m3

trương nở, giảm độ chặt, phong hóa, phá hủy kết

Tác động lực thủy tĩnh và thủy động (gây ra tác động đẩy nổi

và phát triển biến dạng thấm của đất đá)

Ổn định -

các nguyên nhân phá hủy cân bằng tạm thời bị loại trừ

Trung bình -

từ vài trăm đến 1.000m3

Trượt chảy (luôn

theo mặt có sẵn)

Chảy các khối đất

đá giống như thể lỏng, nhớt theo mặt phẳng nghiêng

Biến đổi trạng thái ứng suất của đất

đá trong đới hình thành sườn dốc và thi công mái dốc

hoàn toàn -

tác động của các nguyên nhân gây ra

sự phá hủy bị loại trừ hoàn toàn

Lớn – hàng

nghìn, chục nghìn đến 100-

200.000m3 Trượt

thực thụ

Theo mặt trượt nằm bên dưới các lớp bề mặt

đá gần bề mặt

Tác động bên ngoài - chất tải lên sườn dốc, mái dốc, cũng như các

Cổ - phát

sinh trong những thời gian trước đây, đã ổn

Rất lớn –

hàng trăm nghìn mét khối trở lên

Trượt hỗn hợp Trượt một / nhiều

khối tảng đất, đá, khi dịch chuyển các khối này bị vỡ vụn và biến thành thể lỏng, nhớt trườn theo mặt trượt

kề cận mép sườn dốc; vi địa chấn và các dao động địa chất khác

định

Năm 1978, hệ thống phân loại trượt đất được tác giả Varnes đưa ra làm nổi bật được kiểu dịch chuyển và loại vật chất [29] Phương pháp phân loại trượt được liệt kê trong bảng 1.2, và được mô tả theo hình 1.1

Bảng 1.2: Hệ thống phân loại trượt đất theo Varnes (1978)

Dịch chuyển khối đất

Chảy ngang Dịch ngang Mảnh vụn dịch

Chảy dòng Dòng đá (lở) Dòng mảnh vụn Dòng đất

Trượt hỗn hợp bao gồm 2 hoặc nhiều hơn kiểu dịch chuyển cùng xảy ra

Chỏm

Vết nứt trên chỏm Vách trượt

chính Vách trượt

phụ Đỉnh trượt

Mặt trượt Thân trượt

Điểm cuối của mặt trượt

Điểm cuối của

thân trượt Chân của thân trượt

Hình 1.1: Đặc điểm cấu trúc khối trượt

Tiêu chuẩn TCVN 9861:2013 về công trình phòng chống đất sụt trên đường ô tô – yêu cầu khảo sát và thiết kế đưa ra khái niệm chung về hiện tượng đất sụt trong đó bao gồm trượt đất, sụt lở, xói sụt và đá lở, đá lăn Tùy theo kích thước chiều cao (H) và chiều dài của khối trượt (L), tiêu chuẩn phân loại quy mô đất sụt từ nhỏ (H<10m, L<20m), vừa (H<20m, 20m<L<50m), lớn (H<50m, 50m<L<100m) đến rất lớn (H>50m, L >100m) Tiêu chuẩn phân loại

và phân quy mô đất sụt nêu trên chỉ áp dụng cho thiết kế chống đất sụt trên đường ô tô, chung cho tất cả các hiện tượng đất sụt và không làm rõ được tiêu chuẩn áp dụng cho từng loại hình trượt trong đó có trượt đất đá

Ngoài ra còn rất nhiều cách phân loại khác của các tác giả nước ngoài như I.V Popov (1946), N.N Maxlop (1955), E.C Emelianova (1972), Terzaghi K (1950), Xavarensky F.P (1935), Tổng hợp tất cả các phân loại đó, theo những dấu hiệu đặc trưng nhất, có thể có những phân loại trượt như sau:

- Theo vị trí xuất hiện trượt: Trượt trên sườn dốc của các lũng sông, trượt trên bờ biển, trượt trên núi,

- Theo hình dạng trên mặt bằng: Trượt kéo theo chiều dài, theo chiều

ngang, trượt hình tròn, trượt hình trăng khuyết,

- Theo mức độ hoạt động: Trượt đang hoạt động, trượt đang tắt dần,

- Theo nguyên nhân trực tiếp gây trượt hoặc đặc trưng mất độ bền: Trượt dẻo, trượt xói ngầm, trượt cấu trúc

- Theo loại hình dịch chuyển: Trượt đẩy (ở phần trên của sườn dốc do lực đẩy của khối lượng đất bị tách ra ở phần trên), trượt kéo do rửa trôi ở phần dưới của sườn

- Theo đặc điểm dịch chuyển: Trượt trôi (trượt dòng), trượt dịch chuyển chậm (chủ yếu trong đất rời), trượt sạt (trượt đất rất nhanh)

- Theo cấu trúc của sườn dốc: Trượt trong đất đá đồng nhất, trượt trên mặt tiếp xúc của các lớp đất đá, trượt cắt mặt phân lớp

- Theo chiều sâu phân bố của mặt trượt: Trượt nông (đến độ sâu 1-5m cách mặt đất) và trượt sâu (chiều sâu mặt trượt lớn hơn 20m)

- Trượt chảy (theo khái niệm của Lomtadze V.D, 1970)

- Trượt hỗn hợp bao gồm nhiều tổ hợp từ các loại hình trượt như kiểu trượt triến trúc, trượt xoay, trượt phẳng, trượt tịnh tiến

1.3 Các yếu tố nguyên nhân, điều kiện gây trượt đất

1.3.1 Nguyên nhân gây trượt đất

Phần trên của môi trường địa chất (MTĐC), trong phạm vi tương tác với môi trường xung quanh (khí quyển, thủy quyển, sinh quyển, phần sâu của thạch quyển) hoặc giữa các yếu tố của môi trường địa chất với nhau làm biến đổi cấu trúc và tính chất của môi trường địa chất theo thời gian vật lý và phát sinh quá trình địa chất động lực được gọi là vùng có cấu trúc xung yếu Tồn tại

vùng có cấu trúc xung yếu chưa đủ để phát sinh các quá trình địa chất động lực

mà phải có tương tác của các yếu tố từ môi trường xung quanh (năng lượng mặt trời, lượng mưa, nước sông, nước biển, nước hồ, vi khuẩn, thực vật, ) hoặc các yếu tố của MTĐC Như vậy, nguyên nhân của quá trình tai biến trượt đất là một quá trình khác, có thể tác động từ bên ngoài như mưa, dòng chảy sông – suối, chặt phá rừng, cắt xén taluy, xây dựng công trình, (ngoại nguyên nhân) hoặc ngay bên trong môi trường địa chất như vận động nước ngầm, biến đổi trạng thái ứng suất của đất đá, các chấn động gây ra gia tốc ngang trong khối đất đá (nội nguyên nhân) [39] Cơ sở lôgic trong việc chỉ ra nguyên nhân của quá trình trượt là phân tích mô hình dịch chuyển khối đất đá ở sườn dốc với các lực thành phần gây dịch chuyển 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 lúc 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

Hiệp hội Địa chất công trình Quốc tế IAEG (1990) đã đưa ra các định nghĩa về kích thước một khối trượt và đề nghị một cách đơn giản để ước tính thể tích khối trượt Đó là coi khối trượt như một hình bán elipsoid với chiều dài mặt trượt L, chiều rộng mặt trượt W và chiều sâu tới mặt trượt D

Hình 1.2: Sơ đồ biểu diễn các lực tác động lên khối trượt (theo V.D

)

cos ( sin

.

)

cos (

v

L C D v

f v

L C D v

tg T

] L: Chiều dài cung trượt đơn vị [m]

F > 1: An toàn

F = 1: Cân bằng động

F < 1: Mất an toàn

Công thức (1.1) cho thấy ngoại nguyên nhân trực tiếp gây trượt là:

- Mưa lớn kéo dài làm gia tăng độ ẩm trong đất, giảm độ bền của đất ; gia tăng dòng chảy mặt;

- Thay đổi mực nước trong hồ chứa, sông, suối tạo ra áp lực thủy động Trong khu vực ven bờ sông, vào những thời gian nhất định chế độ thủy văn làm tăng tác động của lực cắt ở trên sườn dốc, hỗ trợ cho sự phát triển trượt Trượt xuất hiện trên những con sông, suối có mực nước dâng cao đột ngột, rất lớn vào mùa mưa, trên đoạn sông, suối có tốc độ dòng chảy lớn

- Tăng chất tải lên mái dốc, sườn dốc thông qua việc xây dựng các công trình dân dụng; cắt xén taluy; xối nước mái dốc; gia cố mái dốc;

- Phá rừng, đốt rừng làm rẫy làm suy giảm tính cố kết của đất đá bề mặt, tạo điều kiện cho quá trình phong hóa nhanh cũng là nguyên nhân gây trượt

Nội nguyên nhân gây trượt là

- Biến đổi trạng thái ứng suất của đất đá ở trong đới hình thành sườn dốc, các quá trình phong hóa vật lý – hóa học – sinh học

- Các chấn động gây ra gia tốc ngang trong khối đất đá như động đất, núi lửa phun, …sẽ làm suy giảm một cách đáng kể lực kết dính và góc ma sát trong của đất

- Vận động nước ngầm làm tăng áp lực thủy tĩnh, thủy động, làm tăng

khối lượng đất trên sườn dốc khi nước dưới đất vận động về phía chân dốc - Vận động của đất đá dưới tác động của trường trọng lực,

1.3.2 Điều kiện thành tạo trượt

Các quá trình địa chất động lực (trong đó có trượt đất) không phải xảy ra khắp nơi trong môi trường địa chất mà chỉ phát sinh trong phạm vi có điều kiện địa chất thuận lợi cho sự phát triển của các quá trình địa chất Để phát sinh một quá trình (hiện tượng) địa chất nào đó cần không chỉ một điều kiện mà phải tổ hợp các điều kiện khác về cấu trúc (địa tầng, kiến tạo, địa hình, địa mạo, địa chất thủy văn ) và tính chất của môi trường địa chất (thành phần, trạng thái, tính chất cơ lý của đất đá, ) Điều kiện của một quá trình địa chất nào đó (bao gồm

cả trượt đất) là tổ hợp các yếu tố về cấu trúc và tính chất của môi trường địa chất cần (nhưng chưa đủ) để phát sinh và phát triển quá trình trượt đất đó [39] Như vậy, nguyên nhân trượt và điều kiện thành tạo trượt là 02 khái niệm khác nhau Việc phân tách khái niệm đó là hết sức cần thiết và hợp lô gic, bởi vì nó giúp cho việc phân tích hiện tượng, dự báo quá trình trượt đất được dễ dàng [5]

Điều kiện thành tạo trượt đất là tổ hợp các yếu tố sau:

- Địa hình khu vực (cao độ tuyệt đối, góc dốc, hướng phơi sườn, vv….): trượt đất phân bố rộng rãi nhất ở vùng núi có địa hình phân cắt mạnh, trên sườn cao và dốc của thung lũng sông, trên mái dốc taluy

- Cấu trúc địa chất (chiều dày tầng phủ, hướng cắm của đá gốc, mức độ nứt

nẻ của đá gốc ): trong nhiều trường hợp, trượt phân bố ở những sườn dốc có cấu tạo từ đất loại sét hoặc trong cấu trúc địa chất có những lớp kẹp hay những loại đá khác tạo nên các mặt và đới yếu; trên sườn dốc có thành tạo loại sét eluvi, deluvi, proluvi dày Một số trường hợp vật chất sét lấp nhét khe nứt, sét bôi trơn bề mặt khe nứt cũng tạo điều kiện thành tạo trượt trong đá cứng Sự thành tạo trượt nhiều khả năng nhất ở những nơi sườn dốc, mái dốc tồn tại các mặt trượt ẩn, định hướng bất lợi, có hướng nghiêng về phía chân sườn dốc

- Đặc điểm tính chất cơ lý của đất đá: độ bền của đất đá – sức chống cắt, cũng như nhiều tính chất đặc thù cho khuynh hướng giảm độ bền của đất đá dưới

tác động của nhiều yếu tố khác nhau và giảm theo thời gian có một ý nghĩa cơ bản đối với sự thành tạo trượt Về phương diện nay, phải xét đến thành phần khoáng vật, cấu trúc (kiến trúc và cấu tạo) của đất đá, trạng thái vật lý (độ ẩm, độ chặt, độ phong hóa, nứt nẻ), độ tan rữa, hóa mềm, háo nước, trương nở và biến dạng dẻo, tính chất từ biến tăng tiến, độ bền lâu dài,

1.4 Vai trò (tỷ trọng tham gia) của các yếu tố điều kiện thành tạo và nguyên nhân gây trượt

Toàn bộ các yếu tố về điều kiện thành tạo, nguyên nhân trượt đất là nhóm yếu tố quyết định bản chất, đặc điểm phát triển của tai biến trượt đất, có quan hệ phụ thuộc tương hỗ lẫn nhau Tổ hợp các yếu tố đó được xem xét, đánh giá từ góc độ phân tích hệ thống được gọi là “ Hệ thống các yếu tố phát sinh, phát triển trượt đất”, các yếu tố có mối quan hệ nhân quả, phụ thuộc lẫn nhau, yếu tố này thay đổi sẽ kéo theo yếu tố khác thay đổi [12] Cách tiếp cận như vậy cho phép phân tích, đánh giá vai trò của từng yếu tố cũng như dự báo tổng hợp (cả định tính và định lượng) khả năng phát sinh tai biến địa chất trên một vùng lãnh thổ Mức độ quan trọng của các yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trượt đất xác định theo tỷ trọng của chúng, tỷ trọng càng lớn các yếu tố càng quan trọng Phụ thuộc vào tỷ trọng của các yếu tố gây trượt, có thể chọn

ra một số yếu tố để xây dựng bản đồ đánh giá nguy cơ trượt đất trong khu vực nghiên cứu cũng như xây dựng hệ thống quan trắc tai biến trượt đất

Hiện nay, có nhiều phương pháp tính trọng số của các yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trượt đất như phương pháp chuyên gia, phương pháp AHP so sánh cặp của Saaty (tính trọng số cho từng nhân tố qua việc lập ma trận so sánh tương quan cặp giữa các nhân tố và tính toán trọng số trong phần mềm Ilwis) Tuy nhiên, các phương pháp trên vẫn mang nhiều sự định tính, bán định lượng, tính định lượng thấp [8], [16], [20]

Khác với các phương pháp định tính, định tính - bán định lượng, các phương pháp đánh giá định lượng vai trò của các yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trượt đất không chỉ dựa trên các yếu tố điều kiện, nguyên nhân của tai

biến mà còn phải dựa trên các số liệu quan trắc, đo vẽ các đặc điểm phát triển tai biến địa chất như : cường độ, quy luật phát triển không gian, cơ chế, Tất

cả các yếu tố đó đều có quan hệ mật thiết với nhau Trên cơ sở của các mối liên

hệ đó được đánh giá thông qua các hệ số liên hệ cặp đôi và liên hệ nhiều chiều, dựa trên các thuật toán xác suất và thống kê toán học có thể xác định chính xác vai trò tham gia (tỷ trọng) của từng yếu tố

Ở những giai đoạn đầu nghiên cứu tai biến khi chưa có các số liệu khảo sát đầy đủ và các số liệu quan trắc thì các phương pháp đánh giá định tính, định tính - bán định lượng vai trò của các yếu tố đã trình bày ở trên là cơ sở tốt cho các dự báo tai biến đảm bảo tính khách quan và độ tin cậy Khi đã có các số liệu quan trắc và điều tra thì các phương pháp đánh giá định lượng, vai trò của các yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trượt đất có cơ sở khoa học chắc chắn, được đánh giá, tính toán chính xác trên cơ sở của lý thuyết hệ thống và lý thuyết sác xuất - thống kê Do vậy phương pháp định lượng có độ tin cậy cao,

có thể áp dụng để dự báo tất cả các tai biến địa chất có các yếu tố tác động cả

tự nhiên và nhân sinh

1.5 Tình hình nghiên cứu đánh giá dự báo nguy cơ trượt đất và hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất trên thế giới

Nhiều nước trên thế giới đã có những quốc sách nhằm giảm thiểu thiệt hại của trượt đất, như xây dựng chiến lược quốc gia giảm nhẹ tai biến trượt đất, xây dựng bản đồ đánh giá nguy cơ trượt đất của các khoảnh, khu, vùng và lãnh thổ Cách thể hiện của bản đồ có khác nhau, nhưng nội dung của bản đồ đều phản ánh khả năng có thể bị trượt đất của các vùng, khu, khoảnh với mức độ khác nhau để phục vụ cho công tác qui hoạch phát triển lãnh thổ Tùy theo diện tích vùng nghiên cứu và tỷ lệ của bản đồ yêu cầu mà các chỉ tiêu lựa chọn đưa vào xem xét có khác nhau

Đặc biệt là ở một số nước như M , Canada, Nga, Nhật Bản, c, Ấn Độ, Trung Quốc, Hàn Quốc nơi hàng năm những thiệt hại do trượt lở đất gây lên tới hàng tỷ USD, thì những quá trình điều tra đánh giá nguy cơ trượt đất được

thực hiện thường xuyên, tỉ mỉ, những hệ thống quan trắc giám sát trượt đất được thiết lập chặt chẽ

Từ năm 1989-1990, Trung Quốc đã thiết lập Atlas phòng chống tai biến trượt đất, trong đó giới thiệu về cấu trúc địa chất, đặc trưng tai biến, nguyên nhân phát sinh, phát triển của tai biến, mức độ nguy hai và giải pháp phòng chống đối với 31 loại hình tai biến địa chất, trong đó có tai biến trượt đất [6,

21, 33, 36] Atlas này là tập bản đồ toàn diện đầu tiên, mang tính tổng hợp, phản ánh có hệ thống về tai biến trượt đất ở Trung Quốc, giúp mọi người hiểu

về tai biến trượt đất, trở thành sách giáo khoa và tài liệu tham khảo quan trọng cho các ngành, lĩnh vực có liên quan, đặc biệt là lĩnh vực quy hoạch, quản lý và khai thác lãnh thổ, xây dựng kinh tế, kiến thiết đô thị, bảo vệ môi trường, Năm 1992, Viện điều tra cơ bản địa chất công trình – địa chất thủy văn Trung Quốc đã tiến hành nghiên cứu, điều tra và xây dựng bản đồ phân loại, phân bố tai biến trượt đất, phân vùng nguy cơ tai biến trượt đất trên phạm

vi toàn bộ lãnh thổ Chính nhờ đó mà tai biến trượt đất đã được khống chế thành công dọc theo các tuyến đường sắt chạy qua các vùng núi Ngày nay, Trung Quốc đi sâu nghiên cứu trượt đất theo hướng định lượng hóa trong phân tích, đánh giá nguyên nhân và dự báo tai biến

Hệ thống quan trắc tự động cảnh báo tai biến trượt đất đã được lắp đặt tại các khối trượt nguy hiểm, mức độ rủi ro cao, bao gồm các loại thiết bị: Máy

đo lún, máy đo độ dịch chuyển, máy đo mực nước ngầm, máy đo hệ số lỗ rỗng, máy đo mưa và thiết bị cảnh báo nguy hiểm Hệ thống cảnh báo tự động cũng được lắp đặt nhiều nơi tại các tỉnh miền núi Trung Quốc, nhờ đó giảm thiểu thiệt hại do tai biến trượt đất gây ra

Ở Liên bang Nga, tai biến trượt đất đã được các nhà khoa học xác định

là một trong những loại hình tai biến địa chất tiêu biểu và được nghiên cứu theo quan điểm địa chất học hiện đại [18], [37], [19], [24] Với cách tiếp cận mới này, trượt đất diễn ra trên bề mặt trái đất dưới tác động của các yếu tố nội sinh, ngoại sinh (bao gồm cả nhân sinh) Bằng công nghệ hiện đại, các nhà khoa học đã đánh giá nguy cơ, dự báo diễn biến và dự báo diễn biến tai biến

địa chất trên toàn lãnh thổ Đối với tai biến trượt đất, các nhà khoa học đã phân loại theo đặc điểm chuyển động, cơ chế phát sinh và nguồn vật liệu Theo cách phân loại trên thì trượt đất có thể xảy ra ngay cả khi không có mưa mà có thể

do quá trình động đất, nứt đất Vì vậy, nghiên cứu đánh giá điều kiện hình thành, nguyên nhân phát sinh trượt đất phải căn cứ vào từng khu vực cụ thể, phân tích đánh giá một cách toàn diện các quá trình địa chất hiện đại có quan

hệ như nứt đất, động đất, chuyển động của vỏ trái đất, đứt gãy và các yếu tố liên quan như địa chất thạch học công trình, địa hình, vỏ phong hóa, địa chất thủy văn, lượng mưa, độ che phủ rừng, yếu tố nhân sinh,

Hiện nay, nước Nga đã triển khai hệ thống quan trắc cảnh báo tai biến trượt đất trên toàn bộ lãnh thổ quốc gia, thành lập một loạt các bản đồ đánh giá

dự báo, phân vùng tai biến địa chất cho toàn quốc và xuất bản một hệ các tác phẩm rất có giá trị, tổng kết nghiên cứu đánh giá tai biến trượt đất nói riêng

Họ đã đưa ra một loạt cách đánh giá định lượng các đặc trưng nguy hiểm của trượt đất, đánh giá trực tiếp và gián tiếp, khắc phục những nhược điểm trong monitoring trực tiếp và lâu dài những tai biến này Họ cũng đưa ra cách vẽ bản

đồ và phân vùng trượt đất mới Đặc biệt ở Nga đã chuyển qua nghiên cứu và xây dựng các bản đồ rủi ro do tai biến trượt đất, làm cơ sở cho việc lập kế hoạch khai thác, sử dụng hợp lý lãnh thổ, xây dựng và bảo hiểm công trình, bảo hiểm môi trường Những thành tựu trên đây của các nhà khoa học Nga đã đóng góp cho thế giới hướng nghiên cứu mới về tai biến trượt đất nói riêng và tai biến địa chất nói chung [24], [38], [19]

Năm 2003-2005, Hàn Quốc đã tiến hành xây dựng đề án nghiên cứu trượt đất liên quốc gia Đề án do Ủy ban điều phối các chương trình khoa học địa chất ở Đông Á và Đông Nam Á (CCOP) thực hiện dưới sự tài trợ của Viện Địa chất và khoáng sản Hàn Quốc (KIGAM) Đề án này giúp các nước thành viên phát triển các k thuật đánh giá trượt đất Trong đề án, nhiều phương pháp

và k thuật quan trắc tai biến trượt đất được nghiên cứu áp dụng như hệ thống GIS, phân tích ảnh không gian, viễn thám, nhằm thu thập, quản lý và phân vùng tai biến trượt đất

Từ năm 2000, Chính phủ M đã đề ra chương trình nghiên cứu tai biến trượt đất và chiến lược giảm nhẹ thiệt hại do Cục Địa chất M (USGS) triển khai thực hiện Trong đó, nhấn mạnh việc tiếp tục nghiên cứu để nhận thức đầy

đủ về quá trình trượt đất và nguyên nhân sinh ra chúng Trong chiến lược phòng chống tai biến trượt đất, USGS thành lập 4 dạng bản đồ thường trực là bản đồ thống kê, bản đồ nhạy cảm, bản đồ dự báo và bản đồ độ rủi ro do trượt đất gây ra [30], [28], [34]

Trên thế giới, tùy theo mục tiêu khác nhau của từng quốc gia mà nghiên cứu dự báo nguy cơ trượt đất có thể triển khai trên diện rộng (khu vực) hoặc trên diện hẹp (cục bộ) và tại các điểm trượt, cụ thể:

- Trên diện tích rộng nhằm mục đích phục vụ quy hoạch phát triển kinh

tế - xã hội, sử dụng đất hợp lý

- Cục bộ trên diện hẹp nhằm mục đánh giá tác động của chúng đến cơ sở

hạ tầng, khu dân cư miền núi và các giải pháp phòng chống

- Các điểm trượt cụ thể nhằm mục đích cung cấp các thông số khối trượt và động lực phát triển của chúng cho thiết kế các giải pháp công nghệ chống trượt

Với tỷ lệ, phạm vi và mục tiêu khác nhau, các phương pháp đánh giá dự báo nguy cơ trượt đất cũng rất đa dạng (hình 1.3)

Các PP

mô hình tiền định

Dự báo khu vực Dự báo cục bộ Dự báo các khối Trượt cụ thể

Các PP

s xuất thống

kê

Các PP sác xuất thống

kê

Các

PP

mô hình tiền định Các PP dự báo

Hình 1.3: Phân loại dự báo nguy cơ trượt đất của Kunxen V.V; Postoev

G.P, Gylakian K.A có bổ sung (theo tác giả)

- Phương pháp so sánh địa chất của Emelianva E.P, Zolatarev G.S, Rozovski L.B dựa trên việc luận chứng các yếu tố, quy luật phát triển trượt ở thời điểm hiện tại và gắn chúng cho tương lai trên cơ sở phân tích lịch sử phát triển địa chất vũng lãnh thổ, cho phép làm sáng tỏ những xu hướng chung phát triển trượt

- Phương pháp đánh giá độ ổn định trượt của lãnh thổ bằng điểm số dựa trên những phân tích định tính điều kiện xuất hiện trượt và gán cho từng khu vực những điểm số tương ứng Phương pháp này mang tính chủ quan, độ tin cậy rất khiêm tốn

- Phương pháp dự báo định lượng trượt đất khu vực dựa trên việc sử dụng các mô hình tiền định và thống kê môi trường địa chất

+ Mô hình tiền định là những biểu thức toán học của những quan hệ hàm

số hoặc đồ thị tương ứng của chúng Những mô hình này đã lược bỏ nhiều các mối quan hệ tự nhiên của các yếu tố của môi trường địa chất nên chưa được coi

là chính xác tuyệt đối

+ Các mô hình xác suất thống kê phản ánh được tính đa dạng và phức tạp của các yếu tố phát sinh, phát triển trượt đất, vì ngoài sự phụ thuộc về hàm

số, mô hình xác suất thống kê còn chứa đựng các yếu tố ngẫu nhiên Như vậy,

mô hình xác suất thống kê đặc trưng cho sự tổ hợp các trường tiền định và ngẫu nhiên, đúng với bản chất của các thực thể địa chất Một số đại diện của các phương pháp xác suất thống kê dự báo trượt khu vực sẽ được xem xét ở chương sau

- Các phương pháp dự báo định lượng trượt đất cục bộ bao gồm các phương pháp mô hình tiền định và các phương pháp xác suất thống kê, trong đó:

+ Phương pháp mô hình tiền định chủ yếu là các phương pháp toán – cơ kiểm toán nhanh ổn định trượt mái dốc và sườn dốc với nhiều kiểu trượt khác

nhau, và các điều kiện tương ứng khác nhau (Phương pháp mặt trượt cung tròn hình trụ của K.Terxagi, A.I Ivanov, D Teilor, Phương pháp trạng thái ứng suất giới hạn của V.V Xokolovxki; Phương pháp sườn dốc cân bằng bền của N.N Maslov; )

+ Các phương pháp xác suất thống kê đảm bảo đầy đủ các yếu tố phát sinh, phát triển trượt đất với các trọng số tương ứng được tính toán định lượng đảm bảo độ tin cậy

- Dự báo định lượng trượt đất cho các khối trượt cụ thể, chủ yếu dựa vào các phương pháp mô hình tiền định toán – cơ, mô hình vật lý Trong đó

+ Các mô hình toán cơ phải tính hết các nguyên nhân trượt đi kèm, các chỉ tiêu cơ lý đưa vào mô hình tính toán có độ chính xác cao (các mô hình toán

cơ trong thời gian gần đây rất hay sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với hiệu quả cao)

+ Các mô hình vật lý (mô hình vật liệu tương đương, mô hình tương tự điện - thủy động học, mô hình lưới tenser, mô hình quang - phân cực, mô hình

ly tâm, ) dựa trên cơ sở thay thế các lớp đất đá tự nhiên bằng các vật liệu tương tự trong phòng thí nghiệm

Đánh giá

- Ở nhiều nước trên thế giới đã hình thành các tổ chức nghiên cứu chuyên biệt về tai biến địa chất trong đó có tai biến trượt đất (Trung Quốc, Nga, Hàn Quốc, M , Nhật Bản, Malaysia, Philippin, ) Đội ngũ nghiên cứu có trình độ chuyên sâu, được trang bị đầy đủ các phương tiện nghiên cứu hiện đại, với mạng lưới quan trắc, giám sát và cảnh báo phù hợp, thiệt hại do tai biến gây ra đã được giảm thiểu [31], [2], [6]

- Một số quốc gia đã xây dựng chiến lược quốc gia về nghiên cứu phòng tránh tai biến trượt đất Kết quả nghiên cứu đã được tổng kết thành sách chuyên khảo có giá trị lớn cả về lý thuyết và thực tế [21], [2], [19]

- Tai biến trượt đất được nghiên cứu, tiếp cận trên phương diện tổng thể

từ hiện trạng (hình thái, nguồn gốc, cơ chế phát sinh, phát triển, cường độ, tần

suất, hậu quả, ) đến độ nhạy cảm của các yếu tố từ môi trường tự nhiên [27], [32], [23], [24]

- Áp dụng các phương pháp mới để đánh giá nguy cơ trượt đất và đánh giá rủi ro do tai biến gây ra Công nghệ viễn thám và GIS cũng như mô hình hóa quá trình trượt đất được áp dụng nhằm dự báo chính xác hơn về diễn biến của tai biến trượt đất [35], [30], [33] Nghiên cứu và lập bản đồ dự báo tai biến trượt đất là một nội dung bắt buộc trong quy trình tổng thể về nghiên cứu tai biến địa chất

- Trên thế giới có nhiều phương pháp dự báo nguy cơ trượt đất, tuy nhiên mỗi phương pháp dự báo đều phải chấp nhận những hạn chế vì mức độ phức tạp của yếu tố phát sinh, phát triển trượt đất Do vậy, nguyên tắc phương pháp luận cơ bản để dự báo trượt đất là sử dụng phương pháp định lượng, tính toán trên phạm vi khu vực, tính toán đầy đủ sự tham gia của các yếu tố phát sinh, phát triển trượt đất

- Hệ thống Monitoring tai biến trượt đất cấp khu vực vùng lãnh thổ có nguy cơ trượt đất cao đã được các nước lớn như M , Nga, Trung Quốc thiết lập, trong đó hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo trượt đất được xây dựng đồng bộ với trang thiết bị quan trắc đo ghi tự động hiện đại Dữ liệu quan trắc được xử lý qua hệ thống phần mềm chuyên biệt phục vụ cảnh bảo giảm thiểu thiệt hại cũng như làm cơ sở cho việc lập quy hoạch, kế hoạch khai thác, sử dụng hợp lý lãnh thổ

1.6 Tình hình nghiên cứu đánh giá dự báo nguy cơ trượt đất tại Việt Nam

và một số phương pháp phân vùng nguy cơ tai biến trượt đất đã được áp dụng

1.6.1 Các hướng nghiên cứu đã được triển khai

Trên thế giới, việc nghiên cứu tai biến trượt đất 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 Nhưng ở nước ta, vấn đề này mới chỉ được chú trọng trong

mấy năm trở lại đây khi một số tai biến trượt đất liên tục xảy ra hàng năm và gây ra rất nhiều thiệt hại nghiêm trọng về người và của Có thể kể đến một số nghiên cứu liên quan tới đánh giá nguy cơ trượt đất trong một vài năm gần đây như:

- Luận án tiến sĩ “Nghiên cứu các quá trình dịch chuyển trọng lực đất đá trên sườn dốc, mái dốc của các tuyến đường giao thông Tây Quảng Bình” do

TS Nguyễn Đức Lý thực hiện năm 2011[15]

- Luận án tiến sĩ “Nghiên cứu hiện tượng dịch chuyển đất đá trên sườn dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế, đề xuất phương pháp dự báo và phòng

chống phù hợp” do TS Nguyễn Thị Thanh Nhàn thực hiện năm 2014 [17]

Các đề tài này nghiên cứu trên một phạm vi ở tỷ lệ trung bình Nội dung nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình dịch chuyển trọng lực trên sườn dốc, mái dốc đường giao thông, từ đó đề xuất giải pháp phòng tránh Công tác quan trắc, cảnh báo tai biến chưa được chú trọng

- Đề án nghiên cứu “Điều tra, đánh giá và phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt đất đất đá các vùng miền núi Việt Nam” của Viện Khoa học địa chất và Khoáng sản Đề án này mới hoàn thành pha 1 “Báo cáo kết quả điều tra và thành lập bản đồ hiện trạng trượt đất đất đá tỷ lệ 1/50.000 khu vực miền núi tỉnh Hà Giang” [9] Đề án hướng tới thành lập bản đồ phân vùng cảnh báo, đánh giá mức độ dễ bị tổn thương, mức độ nhạy cảm và độ rủi ro trượt lở trên phạm vi khu vực, đề xuất quan trắc cảnh báo tại vị trí một số khối trượt quan trọng và một số biện pháp giảm nhẹ hiệu quả

- Một số đề tài nghiên cứu có liên quan tới trượt đất đã thực hiện phải

kể đến nghiên cứu “Điều tra tai biến địa chất vùng Đông Bắc” do TS Vũ Thanh Tâm chủ nhiệm (2007) hay nghiên cứu “Điều tra tai biến địa chất dọc đường

Hồ Chí Minh” do TS Trần Tân Văn chủ nhiệm (2005) Các nghiên cứu này đã

đưa ra một số phương pháp dự báo nguy cơ trượt đất và khuyến cáo chung cho vùng nghiên cứu song chưa đề cập đến nội dung xây dựng hệ thống quan trắc

để điều chỉnh đánh giá, dự báo tai biến trượt đất theo thời gian

- Ngoài ra còn có một số nghiên cứu khác liên quan tới đánh giá nguy

cơ trượt đất nhưng mức độ đầu tư, và qui mô nghiên cứu, khảo sát hạn chế, như một số nghiên cứu về trượt đất như :Nghiên cứu phân vùng cảnh báo trượt đất thị xã Mường Lay, tỉnh Điện Biên trong điều kiện vận hành hồ chứa thuỷ điện Sơn La và đề xuất các giải pháp ứng phó, giảm thiểu hậu quả, đề tài cấp Bộ của Viện Thủy điện và năng lượng tái tạo, Hà Nội do Đỗ Ngọc Ánh thực hiện, [3]; Đánh giá nguy cơ và đề xuất các giải pháp phòng chống, phòng tránh tai biến trượt đất đất thành phố Đà Nẵng (2007-2008) do Nguyễn Xuân Huyên thực hiện, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Viện KHCN Việt Nam, Viện Địa chất, Hà Nội [10]; Nghiên cứu phân vùng dự báo trượt đất đất, lũ quét tỉnh Hoà Bình và các giải pháp phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại (2005-2006), đề tài của Viện Địa chất, Hà Nội do Đinh Văn Toàn thực hiện [22]; Nghiên cứu đánh giá và dự báo chi tiết hiện tượng trượt – lở và xây dựng các giải pháp phòng chống cho thị

trấn Cốc Pài, huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang‟‟ của TS Trần Trọng Huệ (2010)

[8], “Những đặc điểm, nguyên nhân trượt đất, lũ quét, lũ bùn đá ở Yên Minh, Hoàng Su Phì, Xín Mần, đề xuất những giải pháp phòng chống thích hợp cho

từng địa phương” của TS Nguyễn Trọng Yêm (2011) [25]

- 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” do TS Trần Tân Văn chủ nhiệm

(2002) Đây là một đề tài nghiên cứu qui mô lớn, tai biến trượt đất được đề cập trong nghiên cứu này là một phần trong số các tai biến địa chất khác như nứt đất, động đất, lũ quét… Thành công lớn nhất của dự án này là đã sử dụng các

mô hình GIS để tổng hợp tài liệu và đưa ra được sơ đồ dự báo nguy cơ tai biến trượt đất đất với độ chính xác cao ở tỷ lệ 1/200.000

- Nghiên cứu đánh giá rủi ro và dự báo nguy cơ trượt đất thị xã Bắc Cạn thuộc Chương trình SRV-07/056 „Tăng cường năng lực giảm thiểu và thích ứng với địa tai biến liên quan đến môi trường và phát triển năng lượng ở Việt Nam‟ do Trung tâm nghiên cứu đô thị - Đại học Quốc gia Hà Nội thực

hiện năm 2012 [16] Nghiên cứu này đã đưa ra được 17 yếu tố gây trượt, phân loại chúng để xác định trọng số trượt đất Sử dụng mô hình chỉ số thống kê để xây dựng bản đồ nguy cơ trượt đất cho Thị xã Bắc Cạn

- Dự án „Phát triển công nghệ đánh giá rủi ro trượt đất dọc theo các tuyến giao thông chính tại Việt Nam‟ do Viện Khoa học và Công nghệ GTVT phối hợp với Hội trượt đất quốc tế thực hiện [41] Dự án này chủ yếu sử dụng công nghệ ảnh viễn thám để xây dựng hiện trạng trượt, định hướng phát triển trượt trong khu vực lân cận đèo Hải Vân, xây dựng mô phỏng máng trượt đất trong phòng để xác định các mối quan hệ giữa cường độ của yếu tố gây trượt

và mức độ dịch chuyển của khối trượt ; lắp đặt hệ thống quan trắc cảnh báo tự động cho một khối trượt cụ thể tại ga đèo Hải Vân Dự án không đánh giá nguy

cơ trượt đất cho cấp khu vực; hệ thống quan trắc cũng chỉ phục vụ cảnh báo cho một khối trượt cụ thể

- Chương trình tăng cường năng lực giảm thiểu, thích ứng với địa tai biến liên quan đến môi trường và phát triển năng lượng ở Việt Nam” Chương trình hợp tác giữa ĐHQGHN và Đại sứ quán Nauy, 2013-2015 (ký hiệu SRV-10/0026), pha 2, 3 triển khai tại Hà Giang mà nghiên cứu sinh là thành viên trực tiếp tham gia chương trình Nội dung đề tài là đánh giá nguy cơ trượt đất đất đá, lũ quyét lũ bùn ống tại một số khu vực trọng điểm thuộc huyện Quang Bình và Xín Mần và đề xuất giải pháp phòng chống

1.6.2 Một số mô hình tính toán đánh giá nguy cơ trượt đất đã được áp dụng

a Mô hình Sinmap

Phần mềm SINMAP (Stability Index Mapping) do các nhà khoa học thuộc trường Đại học Bang Utah (Utah State University) sáng tạo năm 2005 là một công cụ tính toán tự động sự ổn định của mái dốc Phiên bản SINMAP 2.0 được tích hợp trên phần mềm ArcGIS và đã được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới trong nghiên cứu trượt đất đất

Mô hình ổn định mái dốc Sinmap sử dụng dữ liệu độ ẩm đất đá bề mặt

địa hình trong điều kiện cân bằng thủy văn Phương pháp mô hình số độ cao được sử dụng để xác định những thông tin đầu vào cần thiết (thông tin về mái dốc và đặc trưng của lưu vực) Chúng có thể được điều chỉnh (và định lượng) dựa trên dữ liệu về chỉ tiêu cơ lý của đất, thực vật hoặc dữ liệu địa chất

Hình 1.4: Sơ đồ thể hiện dữ liệu đầu vào và kết quả đầu ra của Sinmap

Công thức toán học dùng trong tính toán hệ số ổn định trượt được Hammond và những người khác đã đưa năm 1992 (The Infinite Slope Stability Model) Đó là tỷ lệ của lực chống trượt và lực gây trượt

D: là bề dày của lớp đất theo phương thẳng đứng [m]

Dw: là bề dày của lớp đất bão hòa nước, theo phương thẳng đứng [m]

h: là bề dày của lớp đất theo phương vuông góc với sườn dốc [m]

hw: Bề dày của lớp đất bão hòa nước theo phương vuông góc với sườn Hình dưới đây minh họa cho giả thiết trong phương trình (1-2):

Hình 1.5: Sơ đồ ổn định mái dốc

Theo sơ đồ trên thì bề dày của đất (theo lý thuyết) vuông góc với sườn dốc quan hệ với độ sâu (bề dày của lớp đất tính theo chiều thẳng đứng) bằng đẳng thức:

của địa hình Nghĩa là vùng cấp cho mỗi điểm bất kỳ là vùng lưu vực tương ứng xác định thông qua bề mặt địa hình.Tại mỗi điểm, trạng thái cân bằng ổn định của dòng thấm được duy trì ổn định R [m/hr], cũng giả thiết rằng lưu lượng cấp nước đơn vị bên tỷ lệ thuận với diện tích lưu vực cụ thể 'a':

sẽ đại diện cho độ sâu mực nước ngầm

giá trị xác định lưu vực cấp nướca [m2/m  m]

(cho một đơn vị dài đường bình độ)