Vai trò của các yếu tố phát sinh, phát triển tai biến trượt đất ở mỗi khu vực rất khác nhau, do vậy chỉ có quan trắc mới có thể đánh giá đúng tầm quan trọng của các yếu tố, phục vụ cho cảnh báo, dự báo nguy cơ tai biến trên diện rộng, cũng như đảm bảo các số liệu tính toán thiết kế phòng chống trượt đất tại các khu vực trọng điểm và các khối trượt cụ thể.
Trang 1LUẬN CHỨNG HỆ THỐNG QUAN TRẮC PHỤC VỤ
CẢNH BÁO TAI BIẾN TRƯỢT ĐẤT CHO KHU VỰC TÂY NAM TỈNH HÀ GIANG
NGUYỄN QUANG HUY *
Discussion about geotechnical monitoring system for predicting landslide risk in the southern west of Ha Giang province
Abstract: Landslide is widespread in the southern west of Ha Giang
province For the purpose of predicting exactly landslide risk it is necessary to collect enter-data of natural condition in the region The paper presents the theoretical basis for developing the geotechnical monitoring system and technical requirements of the system for sustainable exploiting the studied region
Vai trò của các yếu tố phát sinh, phát triển tai
biến trượt đất ở mỗi khu vực rất khác nhau, do
vậy chỉ có quan trắc mới có thể đánh giá đúng
tầm quan trọng của các yếu tố, phục vụ cho
cảnh báo, dự báo nguy cơ tai biến trên diện
rộng, cũng như đảm bảo các số liệu tính toán
thiết kế phòng chống trượt đất tại các khu vực
trọng điểm và các khối trượt cụ thể
Ở các nước phát triển, quan trắc tai biến trượt
đất là một phần trong hệ thống Monitoring quốc
gia về các quá trình địa chất, là cấu thành của
Monitoring môi trường quốc gia Để xác định rõ
mục tiêu, nội dung của hệ thống quan trắc, cần
đưa ra khái niệm về đối tượng quan trắc Đối
tượng quan trắc là một phần của môi trường địa
chất hoặc vùng lãnh thổ với các chỉ tiêu đồng
nhất, đặc trưng cho sự phát triển của tai biến
trượt đất Ở Việt Nam, hệ thống quan trắc tai
biến (trong đó có trượt đất) có thể xây dựng ở
các cấp sau đây:
- Cấp quốc gia: Toàn bộ lãnh thổ Việt Nam
- Cấp vùng lãnh thổ: Đông Bắc, Tây Bắc,
Tây Nguyên, Trung Bộ
- Cấp khu vực: giới hạn bởi những khu vực
*
Viện Khoa học và Công nghệ Xây dựng
đặc thù có cùng một số đặc điểm về địa hình, cấu trúc địa chất, khí hậu, điều kiện kinh tế - xã hội; đồng nhất về yếu tố phát sinh phát triển tai biến và cơ chế biến đổi
- Cấp cục bộ: Các đô thị, khu kinh tế, khu vực đông dân cư
- Cấp chi tiết: Cho từng khối trượt cụ thể Khu vực miền núi tỉnh Hà Giang, đặc biệt là khu vực Tây Nam, trượt đất xảy ra trên diện rộng với nhiều khối trượt có quy mô lớn và rất lớn Tai biến trượt đất thường xuyên xảy ra gây thiệt hại không nhỏ về người và tài sản, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống, xã hội của người dân trong khu vực Luận chứng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang (cấp khu vực) làm cơ sở để chính quyền tỉnh Hà Giang triển khai thực tiễn, phục vụ quy hoạch và khai thác hợp lý lãnh thổ theo hướng bền vững, giảm thiệu thiệt hại do trượt đất gây ra
2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA CÁC
HỆ THỐNG QUAN TRẮC CẤP KHU VỰC
a Mục tiêu tổng quát:
Phục vụ chiến lược tổng thể phát triển kinh tế
xã hội và bảo vệ môi trường quốc gia và vùng lãnh thổ
b Mục tiêu cụ thể:
Trang 2- Cung cấp thông tin cho chính quyền, cơ
quan chức năng về quy mô trượt đất trong
phạm vi địa giới hành chính của khu vực
nghiên cứu, từ đó đưa các giải pháp phòng
tránh và giảm nhẹ thiệt hại do trượt đất gây ra,
quy hoạch, phát triển, quản lý khai thác lãnh
thổ theo hướng bền vững
- Mặt khác, hệ thống quan trắc cũng kiểm
chứng lại kết quả đánh giá nguy cơ trượt đất, điều
chỉnh phương pháp tính toán, nhằm tăng tính
chính xác trong việc dự báo nguy cơ trượt đất
c Nhiệm vụ
- Triển khai quan trắc một cách hệ thống theo
các mạng lưới quan trắc để có được thông tin
đặc trưng cho các yếu tố có tỷ trọng cao tác
động đến quá trình tai biến trượt đất cũng như
cơ chế phát triển của quá trình trượt đất
- Phân tích cường độ và hoạt tính của trượt
đất trong khu vực nghiên cứu (quy mô, bao
nhiêu khối, thời điểm trượt,…)
- Xây dựng và kiểm tra các dự báo định kỳ
ngắn, dài hạn về hoạt tính của tai biến
- Thành lập sự biến động theo chuỗi thời gian
của các yếu tố biến động nhanh quyết định đến
hoạt tính của quá trình trượt đất(Lượng mưa, mực nước ngầm, độ ẩm,…)
- Xác định quy luật biến đổi không gian của tai biến và các yếu tố tác động
- Hoàn thiện và phát triển hệ thống quan trắc
d Thông số quan trắc
Đối với khu vực quan trắc, các thông số quan trắc là: hiện trạng phân bố khối trượt (số lượng các khối trượt xuất hiện mới, khối trượt hoạt hóa, khối trượt cũ trong giai đoạn quan trắc; đặc điểm khối trượt (diện tích, thể tích trượt) và các yếu tố điều kiện gây trượt chủ yếu (địa hình, địa mạo, cấu trúc địa chất, thành phần thạch học, chiều dày vỏ phong hóa, độ đốc, hướng dốc, phân cắt ngang, phân cắt sâu, đô cao, ); Các yếu tố tác động biến đổi nhanh: lượng mưa; biến động cơ cấu sử dụng đất; mực nước ngầm; mức
độ cắt xén taluy,
Phương pháp quan trắc thông qua giải đoán ảnh chụp bằng máy bay, vệ tinh kết hợp kiểm chứng thực địa trên mặt đất Bản đồ thể hiện với
tỉ lệ 1/50.000 hoặc 1/100.000
3 SƠ ĐỒ NGUYÊN TẮC VÀ TỔ CHỨC
HỆ THỐNG QUAN TRẮC TRƯỢT ĐẤT
Hình 1: Sơ đồ nguyên tắc và tổ chức hệ thống quan trắc trượt đất
Trang 3Tính chính xác của dự báo nguy cơ trượt đất
theo phương pháp chỉ số thống kê tích hợp đa
biến phụ thuộc vào độ xác thực của bản đồ hiện
trạng trượt đất, tính hợp lý của sự phân chia các
lớp của từng yếu tố, hiện trạng dữ liệu đầu vào
của các yếu tố điều kiện và nguyên nhân gây
trượt vì vậy kết quả dự báo nguy cơ trượt đất
cho khu vực nghiên cứu càng rộng thì tính chính
xác của dự báo càng giảm Do việc đánh giá
nguy cơ trượt đất chỉ là cơ sở ban đầu để xây
dựng hệ thống quan trắc tai biến trượt đất nên
tính chính xác về thời gian, không gian không
phải là yếu tố quyết định Kết quả quan trắc sẽ
là dữ liệu thực tiễn, thuyết phục để chính xác
hóa lại kết quả đánh giá nguy cơ trượt đất
Toàn bộ các dữ liệu quan trắc được tổng hợp,
thống kê theo từng yếu tố, phân theo từng lớp
Căn cứ các dữ liệu thông số quan trắc được từ
hiện trường, bản đồ hiện trạng trượt đất được thiết
lập lại Chồng chập bản đồ hiện trạng trượt đất
mới quan trắc được vào bản đồ phân bố cường độ
của các yếu tố ta được trọng số của từng lớp của
mỗi yếu tố Tích hợp các bản đồ phân bố trọng số
theo lớp của từng yếu tố, trọng số của các yếu tố
để hiệu chỉnh bản đồ phân vùng nguy cơ trượt đất
Vị trí tuyến quan trắc, trạm quan trắc cũng được
điều chỉnh cho phù hợp với giá trị trọng số các
yếu tố và bản đồ phân vùng nguy cơ trượt đất
Như vậy, dữ liệu quan trắc của các thông số
đã được đưa vào tính toán nhằm hiệu chỉnh lại
trọng số của các yếu tố cho phù hợp với thực tế
Quá trình này liên tục được lặp lại sẽ cho kết
quả phân vùng nguy cơ trượt đất cũng như việc
xác định trọng số yếu tố một cách chính xác
Kết quả dữ liệu quan trắc cũng cho ta biết quan
hệ hàm số giữa cường độ của các yếu tố tác
động, đặc biệt là các yếu tố tác động biến đổi
nhanh với hệ số ổn định trượt, từ đó đưa ra cảnh
báo tai biến trượt đất, giúp chính quyền địa
phương có những biện pháp phòng tránh kịp
thời nhằm giảm thiểu nguy cơ thiệt hại Quy
trình tổ chức hệ thống quan trắc tổng thể được
thể hiện ở hình 5.2
4 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI QUAN TRẮC
4.1 Tuyến quan trắc
- Nguyên tắc định hướng tuyến quan trắc là các điểm quan trắc trên tuyến phải theo hướng biến đổi chính và mạnh nhất của các yếu tố đặc trưng, nằm trên khu vực có nguy cơ tai biến trượt đất cao
- Chiều dài tuyến, số điểm quan trắc trên tuyến, khối lượng quan trắc của bất cứ hệ thống quan trắc nào cũng cần được tính toán tối ưu tức
là cần thiết và vừa đủ để có thể nắm bắt được quy luật biến đổi chính của các thông số cần quan trắc
- Mạng lưới quan trắc gồm nhiều tuyến quan trắc, mỗi tuyến quan trắc sự biến đổi của một hoặc nhiều yếu tố có vai trò quyết định đến tai biến trượt đất hoặc thể hiện quy mô, quy luật diễn biến của trượt đất Mạng lưới quan trắc của
hệ thống quan trắc cấp 1 được tích hợp các lớp tuyến của hệ thống quan trắc cấp 2, 3, có quy
mô, đặc điểm khác nhau; đảm bảo tính đại diện,
sự phân bố tập trung tại các khu vực có nguy cơ trượt đất cao và quan trắc theo đúng trình tự quy định để tuyến này không ảnh hưởng hoặc trùng lắp với tuyến khác
- Tuyến khảo sát của hệ thống quan trắc cấp
2, 3 phải vuông góc với thế nằm của đất đá, vuông góc với trục ngắn của các thể địa chất, đới phá hủy kiến tạo, đới nứt nẻ, các hướng biến đổi chính của các yếu tố phát sinh, phát triển trượt đất
- Trong môi trường địa chất, thường có 3 hướng chính: một hướng theo chiều sâu, còn 2 hướng trên mặt phẳng, trong đó có hướng biến đổi mạnh nhất và hướng biến đổi ít nhất Các điểm quan trắc được thiết kế thành các tuyến theo hướng biến đổi mạnh nhất của trường các thông số đặc trưng Theo hướng biến động mạnh nhất, cho phép trong phạm vi tuyến ngắn
có thể quan trắc được toàn bộ phạm vi biến động của tham số, xây dựng đầy đủ các quan hệ liên quan
Trang 44.2 Các trạm quan trắc
Số lượng trạm quan trắc sẽ được thiết kế tập
trung nhiều ở các khu vực có nguy cơ tai biến
trượt đất cao và ít hơn ở các khu vực có nguy cơ
thấp hơn Tại các khu vực trượt đất phát triển
mạnh, các số liệu quan trắc, phản ánh hiện thực
nhất các mối quan hệ giữa các thông số gây
trượt với sự phát triển của tai biến trượt đất (số
lượng, quy mô, cường độ ) Trên cơ sở đó xác
định vai trò của từng yếu tố trong tổ hợp các yếu
tố phát sinh, phát triển tai biến phục vụ cho xây
dựng các mô hình dự báo, cảnh báo tai biến
trượt đất và điều chỉnh các mô hình dự báo đã
có cho phù hợp với thực tế
Số lượng trạm quan trắc đảm bảo phân bố trên
toàn bộ khu vực nghiên cứu; nằm trên các tuyến
quan trắc; mật độ phân bố phù hợp với mật độ điểm trượt; tất cả các phân lớp của các yếu tố điều kiện và nguyên nhân đều có trạm quan trắc
5 ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG QUAN TRẮC CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU
5.1 Mạng lưới tuyến, trạm quan trắc
Căn cứ nguyên tắc thiết kế mạng lưới quan trắc và bản đồ phân vùng nguy cơ trượt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang, mạng lưới quan trắc được chia làm chia làm 12 tuyến, trong đó gồm 7 tuyến theo hướng Tây Nam - Đông Bắc
và 5 tuyến theo hướng Tây Bắc - Đông Nam Số lượng trạm quan trắc là 86 trạm (bằng số phân lớp của 11 yếu tố được phân chia thep phương pháp Natural Break để đảm bảo mỗi phân lớp có
ít nhất 01 trạm quan trắc)
Hình 2: Bản đồ phân bố các tuyến và trạm quan trắc
Trang 55.2 Nội dung và khối lượng quan trắc
5.2.1.Quan trắc phân bố không gian các
khối trượt
Các thông số quan trắc là số lượng các điểm
trượt, khối trượt cũ hoạt động trở lại, khối trượt
mới (03 thông số) Quan trắc theo diện thông
qua giải đoán ảnh vệ tinh để xác định các yếu
tố Kiểm chứng kết quả thông qua thị sát thực
địa tại các trạm quan trắc
Số lượng thông số quan trắc là 3 Chu kỳ
quan trắc 1 quí/01 lần vào mùa khô và 24h/01
lần vào mùa mưa
5.2.2 Quan trắc đặc điểm khối trượt và các
yếu tố điều kiện gây trượt chủ yếu
- Quan trắc đặc điểm khối trượt: thể tích khối
trượt Quan trắc thông qua đo vẽ khối trượt tại
thực địa
Số lượng thông số quan trắc là 01 Số trạm
quan trắc là 86 Chu kỳ quan trắc là 01 năm/01
lần đo vào tháng 8 hàng năm
- Quan trắc các yếu tố điều kiện gây trượt: độ
cao địa hình, phân cắt ngang, phân cắt sâu, độ
dốc, hướng dốc, khoảng cách đến đứt gãy,
khoảng cách đến đường giao thông, thành phần
thạch học, chiều dày vỏ phong hóa Quan trắc
thông qua giải đoán ảnh vệ tinh, bản đồ địa
hình, địa chất, đo, vẽ, quan sát và ghi chép tại
hiện trường
Số lượng thông số quan trắc là 09 Số trạm
quan trắc là 86 Chu kỳ quan trắc là 1 năm/1 lần
đo vào tháng 8, thời điểm trong năm có số lượng, quy mô khối trượt hoạt động tăng mạnh
5.2.3 Quan trắc các yếu tố tác động biến đổi nhanh (nguyên nhân gây trượt)
Yếu tố tác động biến đổi nhanh trên phạm vi toàn bộ khu vực nghiên cứu cần quan trắc là lượng mưa và biến đổi cơ cấu sử dụng đất
a Quan trắc lượng mưa
- Quan trắc theo diện thông qua việc khai thác dữ liệu các trạm quan trắc khí tượng hiện
có trong và lân cận khu vực nghiên cứu, đó là các trạm Bắc Quang, Hoàng Su Phì và Bắc Mê
- Quan trắc theo điểm thông qua thiết bị đo đặt tại mỗi trạm quan trắc, kết nối với hệ thống ghi và truyền dữ liệu tự động
Chu kỳ quan trắc 24 giờ/1 lần vào mùa khô,
30 phút/1 lần đo vào mùa mưa, số trạm quan trắc là 13 (mỗi phân lớp của yếu tố lượng mưa đều có trạm quan trắc, 13 phân lớp – 13 trạm)
b Quan trắc biến động cơ cấu sử dụng đất
- Quan trắc theo diện thông qua việc khai thác dữ liệu ảnh vệ tinh
- Quan trắc trên thực địa theo tuyến để kiểm chứng, chuẩn hóa lại kết quả dữ liệu quan trắc do ảnh vệ tinh cung cấp Thiết bị quan trắc là UAV Chu kỳ quan trắc 01 tháng/01 lần, số lượng thông số quan trắc là 7 (diện tích đất: chưa sử dụng, núi đá không có rừng cây, rừng trồng, rừng tự nhiên, trồng cây lâu năm, trồng lúa nước, ở và công trình)
Bảng 1: Tổng hợp khối lượng quan trắc
quan trắc
Số trạm, tuyến quan trắc
Số thông
số cần quan trắc
Ghi chú
I Phân bố không gian khối trượt
1 Tổng số lượng khối trượt, vị trí
khối trượt cũ hoạt động trở lại,
vị trí khối trượt mới
01 quý/ 01 lần vào mùa khô và 24h/01 lần đo vào mùa mưa
03 Phân tích ảnh chụp vệ
tinh và UAV, kết hợp kiểm chứng thực địa
Trang 6STT Thông số quan trắc Chu kỳ
quan trắc
Số trạm, tuyến quan trắc
Số thông
số cần quan trắc
Ghi chú
II Đặc điểm các yếu tố điều kiện
gây trượt
9 thông số (độ cao địa hình,
phân cắt ngang, phân cắt sâu, độ
dốc, hướng dốc, khoảng cách
đến đứt gãy, thành phần thạch
học, chiều dày vỏ phong hóa,
Khoảng cách đến đường giao
thông)
01 năm/ 01 lần 66 trạm 09 Số trạm quan trắc bằng
tổng số phân lớp của 9 yếu tố điều kiện gây trượt (theo phương pháp Natural break)
III Đặc điểm các yếu tố tác động
biến đổi nhanh (nguyên nhân
gây trượt)
1 Lượng mưa 24 giờ/ 01 lần vào
mùa khô
30 phút/ 01 lần vào mùa mưa
13 trạm 01 Số trạm quan trắc
lượng mưa bằng số phân lớp lượng mưa (theo phương pháp Natural break)
2 Cơ cấu sử dụng đất 01 tháng/ 01 lần Phân tích
ảnh chụp
vệ tinh và UAV
07 Lập 7 trạm quan trắc
tương ứng với 7 phân lớp để kiểm chứng thực địa
III Quan trắc đặc điểm khối trượt
1 Thể tích khối trượt 01 năm/ 01 lần 86 trạm 01 Số trạm quan trắc bằng
tổng số phân lớp của các yếu tố điều kiện, nguyên nhân (theo phương pháp Natural break)
6 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT
BỊ QUAN TRẮC ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG
6.1 Quan trắc phân bố không gian các
khối trượt
Phương pháp kết hợp giữa thu thập tài liệu,
phân tích ảnh vệ tinh, lắp đặt thiết bị công nghệ
đo ghi tự động và khảo sát thực địa là phương
pháp được nhiều nhà khoa học sử dụng hiện
nay Với phương pháp này mọi hạn chế của
từng phương pháp riêng lẻ được khắc phục tối
đa Ngoài ra sản phẩm dữ liệu thu được từ phương pháp quan trắc này cũng phản ánh được đầy đủ nhất hiện trạng về cường độ tác động của các yếu tố quyết định trượt đất, sự thay đổi của chúng theo thời gian, mối quan hệ phụ thuộc giữa các yếu tố với nhau và giữa các yếu tố với đặc điểm trượt đất (mức độ dịch trượt, thể tích khối trượt, đặc điểm trượt, cơ chế trượt, ) giúp việc đánh giá nguy cơ trượt đất, công tác cảnh báo tai biến trượt đất được chính xác
Trang 7Hiện nay một số loại ảnh viễn thám có độ
phân giải cao hay được sử dụng vào việc xác
định vị trí và khoảng không gian của các điểm
trượt đất đó là ảnh SPOT, IKONOS,
QUICKBIRD, ASTER, LANDSAT TM,
LANDSAT ETM, MERIS Để xác định trượt
đất trong khu vực quan trắc với việc áp dụng
kỹ thuật giao thoa radar In SAR, việc sử dụng
các ảnh SAR chụp trên kênh L có thể đạt được
kết quả tối ưu Các ảnh này được cung cấp từ
đầu thu PALSAR2 (Phased arrays type L-band
Synthetic Aperture rada) lắp đặt trên vệ tinh
ALOS-2 (Advanced Land Observing
Satellite-2 or DAICHI-Satellite-2) bởi hãng JAXA (The Japan
Aerospace Exploration Agency) Phiên bản này
là sự nâng cấp từ đầu thu PALSAR – đầu thu
đầu tiên trên kênh L ở bước sóng 23,6m, lắp
trên vệ tinh ALOS với quỹ đạo bay và thời
gian rất chính xác để theo dõi biến dạng chậm
của bề mặt trái đất ALOS đã đóng góp vào
việc đo vẽ, quan sát khu vực, theo dõi tai biến
trượt đất và khảo sát tài nguyên từ khi phóng
lên trời năm 2006
Quá trình phân tích các vị trí trượt đất của
khu vực nghiên cứu bằng ảnh viễn thám cũng
song song tiến hành Với số liệu ảnh viễn
thám được sử dụng là ảnh vệ tinh với độ phân
giải 3m và bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 Bản
đồ địa hình được số hóa với khoảng cách các
đường đồng mức là 10m Sau đó trên cơ sở
bản đồ địa hình được gán giá trị độ cao của
đường đồng mức, các thuật toán nội suy đã
được sử dụng để nội suy và tạo ra mô hình số
độ cao (DEM) của khu vực nghiên cứu Để
hiển thị và phân tích ảnh hàng không như dưới
kính lập thể (Stereo), ảnh hàng không của khu
vực nghiên cứu đã được nắn chỉnh rồi chồng
chập lên DEM để tạo ra một ảnh hàng không
của khu vực nghiên cứu giống như đang được
quan sát trong không gian 3 chiều Trên cơ sở
ảnh hàng không 3D tất cả các vị trí trượt đất
đã được đánh dấu thông qua quá trình phân
tích, giải đoán ảnh hàng không bằng mắt
thường trong không gian 3 chiều thông qua các yếu tố địa hình, dạng và kiến trúc các dòng chảy, xói mòn bề mặt, tông ảnh, thảm phủ và hiện trạng sử dụng đất
6.2 Quan trắc đặc điểm khối trượt và các yếu tố điều kiện gây trượt chủ yếu
Các yếu tố thể tích khối trượt (đặc điểm khối trượt), khoảng cách đến đường giao thông, khoảng cách đến đứt gãy, độ cao địa hình, độ dốc, hướng dốc, phân cắt ngang, phân cắt sâu, thành phần thạch học, chiều dày vỏ phong hóa (các yếu tố điều kiện gây trượt chủ yếu) sẽ được quan trắc thông qua giải đoán ảnh vệ tinh, bản đồ địa chất, địa hình tỷ lệ 1/50.000 khu vực nghiên cứu, đo bằng các thiết bị đo và quan sát, ghi chép tại thực địa Tại điểm khảo sát, tiến hành định vị tọa độ địa
lý điểm khảo sát và độ cao địa hình bằng thiết
bị GPS Garmin 62 (độ chính xác ± 3m) và GPS 72 (độ chính xác ± 5m) Đo thể tích khối trượt, chiều dày vỏ phong hóa xuất lộ tại mặt trượt bằng ống ngắm đo khoảng cách Nikon Laser 550A S Khoảng cách đo tối đa 1000m
và góc đo tối đa là 89o và độ phóng đại lên tới
6 lần Với chiều dài dưới 30m thì dùng thước dây để đo
Quan trắc mái dốc, độ dốc, hương dốc bằng địa bàn và máy đo Nikon Laser 550A S Quan trắc mức độ phân cắt ngang, phân cắt sâu, khoảng cách đến đứt gãy, đến đường giao thông bằng giải đoán ảnh vệ tinh độ phân giải cao, bản
đồ địa hình tỷ lệ 1/50.000 kết hợp máy đo Nikon Laser 550A S Quan trắc chiều dày vỏ phong hóa thông qua giải đoán bản đồ địa chất
tỷ lệ 1/50.000
Mô tả thành phần vật chất khối trượt, đặc điểm, cơ chế trượt đất ngoài thực tế kết hợp phỏng vấn người dân để biết thêm các thông tin xung quanh khối trượt, đưa ra bảng thông tin các khối trượt lân cận trong khu vực quan trắc Nhận định khối trượt theo bảng phân loại trượt đất của Lomtazde (1979) để xếp loại và phân cấp các khối trượt
Trang 86.3 Hệ thống quan trắc tự động và các
thiết bị điều khiển - liên lạc từ xa
Hệ thống quan trắc tự động bao gồm các cấu
phần thiết bị chính sau đây:
1 Các cảm biến ghi đo các thông số dịch
trượt và các yếu tố tác động trong và trên phạm
vi mái dốc cần quan trắc
2 Một bộ ghi đo tự động đặt trên hiện trường
để ghi đo các cảm biến theo chương trình định
sẵn Bộ ghi đo có khả năng liên lạc, giao tiếp
với một máy tính PC trực tiếp hoặc quan trắc từ
xa Bộ ghi đo tự động có chứa nguồn điện phục
vụ cho việc kích hoạt các cảm biến và ghi đo
lưu trữ, truyền số liệu Ngoài ra bộ ghi đo tự
đông cần có khả năng kích hoạt một thiết bị báo
động khi một (hoặc nhiều) các thông số đo được
vượt quá ngưỡng an toàn theo tính toán
3 Một máy tính PC với phần mềm quản lý
để điều khiển bộ ghi đo tự động, thu số liệu, tính
toán và hiển thị các số liệu từ hiện trường
Liên lạc giữa máy tính và bộ ghi đo tại hiện
trường được thực hiện qua một đường truyền vô
tuyến (sóng radio, mạng điện thoại di dộng, điện
thoại vệ tinh) hoặc hữu tuyến (liên lạc trực tiếp
qua cáp máy tính trên hiện trường, bằng
mô-đem điện thoại, bằng các mô-mô-đem hữu tuyến
đường ngắn)
Việc đo ghi đo tự động được thực hiện bởi
một thiết bị CR1000 cùng các thiết bị ngoại vi
do hãng Campbell Scientific Inc chế tạo tại Mỹ
Đây là một thiết bị tích hợp bởi các mô-đun đo
với độ chính xác cao các cảm biến hoạt động
theo nguyên lý điện thế - dòng điện - xung điện
- tần số (thông qua một adaptor dây rung)- nhiệt
độ… và một bộ vi xử lý để điều khiển việc ghi
đo và lưu số liệu từ các cảm biến Bộ ghi đo và
vi xử lý CR1000 tương thích với hầu hết các
thiết bị quan trắc địa kỹ thuật, thủy văn, môi
trường hiện có trên thế giới Hệ thống ghi đo tự
động có thể ghi đo và quản lý thêm một loạt các
cảm biến khác như: áp suất khí quyển, nhiệt độ,
độ ẩm không khí, số giờ nắng trong ngày, bức
xạ mặt trời, độ bay hơi bề mặt, tốc độ gió,
hướng gió, nhiệt đô - độ ẩm của đất, độ đục của dòng chảy, chuyển vị kế, giãn kế, các ten-sơ đo ứng suất, áp lực trong đất… tổng số các cảm biến mà bộ ghi đo tự động CR1000 có thể quản
lý lên đến 96 với sự trợ giúp của các bảng mở rộng kênh đo 16/32 kênh
6.4 Quan trắc các yếu tố tác động, biến đổi nhanh
Các yếu tố tác động, biến đổi nhanh trên phạm vi rộng lớn toàn bộ khu vực nghiên cứu
Vì vậy, phương pháp quan trắc chủ yếu thông qua đo vẽ, giải đoán ảnh viễn thám kết hợp với việc sử dụng thiết bị quan trắc tại mặt đất
6.4.1 Thiết bị đo lượng mưa
Tại trạm quan trắc, một máy đo mưa được lắp đặt cùng hệ thống ghi đo tự động và mô-đem điện thoại kết nối giữa máy tính PC đặt từ xa với hệ thống ghi đo tự động Máy đo mưa TE525 MM do hãng Texas Electronics chế tao tại Mỹ là loại máy đo mưa hoạt động theo nguyên lý cốc lật điện từ Nước mưa được hứng qua phễu có đường kính 25.4 mm xuống một cốc chứa được hiệu chuẩn tương ứng với lượng mưa 0.1 mm Khi nước mưa được hứng qua phễu chảy xuống đầy cốc, chiếc cốc sẽ lật, làm bật công tắc điện từ, gây ra một xung điện, xung điện này sẽ được ghi đo bởi máy ghi đo tự động
6.4.2 Thiết bị đo sự thay đổi của cơ cấu sử dụng đất
Việc kết hợp ảnh vệ tinh độ phân giải cao với công nghệ laser scanner có thể tăng độ phân giải
cả không gian và thời gian của các ảnh chụp bề mặt khu vực nghiên cứu Công nghệ này có tính linh hoạt cao, tốc độ thu thập và xử lý số liệu nhanh chóng hơn so với các phương pháp viễn thám truyền thống Với công nghệ này, tốc độ dịch chuyển bề mặt được xác định trên cơ sở so sánh các số liệu mô hình số bề mặt được xác định từ ảnh chụp ghi nhận ở các thời điểm khác nhau Các công tác này có thể tiến hành tự động hoặc thủ công Công nghệ sử dụng UAV (Thiết
bị bay chụp điều khiển từ xa) hiện nay cho phép các phân tích chi tiết hình ảnh bề mặt trên phạm
Trang 9vi từng vùng nghiên cứu nhỏ hơn (cấp xã,thị
trấn) trong đó cho ta biết đặc điểm đất từng
loại đất và diện tích các loại đất, từ đó tích hợp
hình ảnh cho phép thành lập bản đồ hiện trạng
cơ cấu sử dụng đất trên phạm vi toàn khu vực
nghiên cứu
7 ĐỊNH HƯỚNG CÁC MÔ HÌNH CẢNH
BÁO TRƯỢT ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN
CỨU TỪ DỮ LIỆU QUAN TRẮC
7.1 Điều chỉnh trọng số trong mô hình chỉ
số thống kê tích hợp đa biến
Để tính toán định lượng trọng số của các yếu
tố điều kiện, nguyên nhân gây trượt, luận án sử
dụng công thức là kết quả nghiên cứu của Trung
tâm Nghiên cứu đô thị - Đại học Quốc gia Hà
Nội, cụ thể
(1)
n: Số lượng yếu tố gây trượt đất của khu vực
nghiên cứu
MaxDij: Mật độ trượt lớn nhất của các phân
lớp i trong yếu tố j
Hệ thống quan trắc cung cấp dữ liệu quan
trắc thay đổi theo chu kỳ quan trắc Đối với mỗi
dữ liệu thuộc 01 chu kỳ quan trắc sẽ có được 01
giá trị và Wj
Tùy kết quả quan trắc thực tế, giá trị trọng số
của các yếu tố thay đổi sẽ có thể dẫn đến việc
điều chỉnh mạng lưới quan trắc cho phù hợp, cụ
thể: phân bố lại tuyến quan trắc cho phù hợp với
bản đồ phân vùng cường độ tác động của yếu tố
chiếm tỷ trọng lớn, phân bố lại trạm quan trắc
cho phù hợp với bản đồ phân vùng nguy cơ
trượt đất được xác định lại sau khi sử dụng kết
quả dữ liệu quan trắc
7.2 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
Khu vực nghiên cứu được chia làm các ô lưới
cơ sở với kích thước 20x20m (01 pixel) Chỉ
tiêu tích hợp các yếu tố phát sinh, phát triển
trượt đất được tính toán cho tất cả các ô lưới cơ
sở trên mạng tính toán, sau đó xây dựng mô hình trường biến đổi của nó dưới dạng các đường đẳng trị chỉ tiêu tích hợp Đó là cơ sở
để tiến hành phân vùng lãnh thổ khả năng phát triển trượt đất
Chỉ tiêu tích hợp các yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trượt đất trượt đất được tính toán theo công thức sau:
(2) Trong đó: gi là tỷ trọng của yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trượt đất thứ i, là tham số định lượng của yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trượt đất thứ i đã được quan trắc
Tỷ trọng (g i ) của yếu tố điều kiện, nguyên nhân
gây trượt đất được xác định trên cơ sở mối tương quan giữa các yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trượt vói nhau và với đặc điểm trượt đất khu vực nghiên cứu (thông qua dữ liệu quan trắc)
Tham số định lượng của yếu tố ( ), cũng được điều chỉnh thông qua dữ liệu quan trắc về cường độ tác động của các yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trượt Như vậy, dựa vào dữ liệu quan trắc ta có thể xây dựng bản đồ dự báo nguy cơ trượt đất dưới dạng các đường đẳng trị chỉ tiêu tích hợp
7.3 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
Xây dựng hàm hồi quy liên hệ giữa thể tích khối trượt với các yếu tố gây trượt chủ yếu Xác định các yếu tố gây trượt chủ yếu dựa trên việc xác định định lượng tỷ trọng tham gia của các yếu tố gây trượt trên cơ sở thống kê các số liệu
đo vẽ về thể tích khối trượt và các yếu tố gây trượt tương ứng
- Tính toán hệ số tương quan cặp đôi giữa tất
cả các yếu tố gây trượt được xem xét (rij) và giữa các yếu tố gây trượt với thể tích khối trượt, xây dựng ma trận của chúng
Trang 101 r21 r31 …… rp1
r12 1 r32……… rp 2
∆ = r13 r23 1……… rp 3
… ………
r1p r2p………… 1
- Lập hệ phương trình:
r1y 1 2r21 p r p1
2 2
12 1
…
…
p p
p
r 1 1 2 2
- Tính toán các hệ số tiêu chuẩn β i
Với
i
, Hệ số i được xác định từ
ma trận trên bằng cách thay thế các cột
tương ứng i bằng hệ số tự do của phương
trình trên
rij là hệ số tương quan giữa yếu tố điều kiện
tai biến thứ i và j, riy là hệ số tương quan giữa
yếu tố điều kiện thứ i và hàm mục tiêu FTB (thể
tích khối trượt)
- Tính toán hệ số tương quan nhiều chiều R
R2=
p
1
i
yi
ir (3)
Hệ số tương quan nhiều chiều cho phép xem
xét các tham số phát triển tai biến tham gia phân
vùng có hợp lý hay không Thực tế hệ số tương
quan nhiều chiều R >0.7 thì các tham số lựa
chon là đủ, nếu hệ số tương quan nhiều chiều
nhỏ thì chắc chắn trong việc xác định các tham
số phát triển tai biến còn thiếu một số các tham
số quan trọng nào đó
- Tính toán tỷ trọng của các tham số phát
triển tai biến theo công thức sau:
p
i
iy i
iy
i
i
r
r
g
1
(4)
Mức độ quan trọng của các yếu tố xác định
theo tỷ trọng của chúng, tỷ trọng càng lớn, các
yếu tố càng quan trọng Phụ thuộc vào giá trị tỷ
trọng của các yếu tố gây trượt được tính toán trên khu vực nghiên cứu, có thể xây dựng hàm hồi quy liên hệ giữa thể tích khối trượt và yếu tố chiếm tỷ trọng lớn nhất Hàm hồi quy sẽ đưa ra
số liệu cảnh báo nhanh quy mô thể tích khối trượt có thể xuất hiện theo yếu tố chiếm tỷ trọng gây trượt lớn nhất
7.4 Mô hình cảnh báo, dự báo ngưỡng phát triển trượt đất theo các yếu tố có tỷ trọng gây trượt lớn, biến đổi nhanh bằng các hàm hồi quy
Căn cứ bảng trọng số của các yếu tố quyết định trượt đất sẽ lựa chọn ra yếu tố chiếm tỷ trọng gây trượt lớn và biến động nhanh và thất thường qua các năm và có tác động trực tiếp đến tai biến trượt đất trong khu vực nghiên cứu Mô hình cảnh báo nhanh tai biến trượt đất sẽ được xây dựng căn cứ số liệu quan trắc
về sự biến đổi của yếu tố này theo thời gian và tần suất xuất hiện trượt đất trong khu vực nghiên cứu
Đồ thị phân tán giữa tần suất xuất hiện khối trượt và sự biến đổi của yếu tố quan trắc cho ta một phương trình hồi quy tuyến tính Phương trình này sẽ được sử dụng để cảnh báo về ngưỡng giá trị của cường độ tác động của yếu tố
có thể gây trượt cho khu vực và ngưỡng biến đổi có thể gây trượt ồ ạt, quy mô lớn trên toàn
bộ khu vực nghiên cứu Từ đó, đưa ra khuyến cáo để chính quyền địa phương có giải pháp chủ động ứng phó, giảm thiểu thiệt hại do trượt đất gây ra
KẾT LUẬN
Trên cơ sở nghiên cứu luận chứng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất cho cấp khu vực có thể rút ra một số kết luận sau:
1 Hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất khu vực được luận chứng trên cơ
sở của bản đồ dự báo nguy cơ trượt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang và các bản đồ thành phần phân bố cường độ tác động của các yếu tố phát sinh, phát triển trượt đất, bao gồm: 12