Đặc điểm lũ bùn đá và giải pháp cấu trúc linh hoạt giảm nhẹ tai biến do lũ bùn đá ở vùng núi phía Bắc Việt Nam

Bài viết trình bày những đặc điểm lũ bùn đá và các giải pháp cấu trúc linh hoạt giảm nhẹ tai biến do lũ bùn đá ở vùng núi phía Bắc Việt Nam.

ĐẶC ĐIỂM LŨ BÙN ĐÁ VÀ GIẢI PHÁP CẤU TRÖC LINH HOẠT GIẢM NHẸ TAI BIẾN DO LŨ BÙN ĐÁ

Ở VÙNG NÖI PHÍA BẮC VIỆT NAM

NGUYỄN ĐỨC MẠNH, PHẠM THU TRANG *

Characteristic of debris flow and solution for debris flow mitigation using flexible structure in the Northern mountains of Vietnam

Abstract: The article analyzes the debris flow situation in the Northern

mountains of Vietnam and introducing new construction solutions for debris flow mitigation using flexible structure by high strength steel net and stainless steel, orienting to apply this method of structure in our country in the near future

Keywords: Flexible structure, flexible debris flow barriers, natural

disaster, debris flow

1 MỞ ĐẦU *

Lũ ùn đá là d ng chảy tạm thời, thu c loại

hình lũ quét đặc i t v i d ng nư c có m t

lượng l n vật li u dạng hạt (tảng sắc hay tr n

cạnh, dăm, cu i, sỏi, sạn, cát) và ùn đất hạt

mịn ( i, sét) (t i 60 ), xảy ra đ t ng t, thời

gian duy trì ngắn (từ 5-10 phút đến 8 – 12 giờ),

có vận t c cũng như đ ng năng l n Lũ ùn đá

phát sinh từ thượng nguồn các su i đ d c l n,

nơi đất đá ị s t trượt mạnh và chảy dồn về phía

các cửa su i, vùng ảnh hưởng tương đ i r ng

[2,3,5]

Lũ ùn đá l n từng xảy ra tại thị xã Lai Ch u

cũ (1990), Mường Lay (Đi n Biên, 1996), Du

Tiến (Hà Giang, 2004) hay gần nhất 8/2017

tại Mường La (Sơn La) và Mù Cang Chải (Yên

Bái) Nhiều giải pháp c thể được triển khai

nhằm giảm thiểu thi t hại do lũ ùn đá như tăng

cường trồng và ảo v rừng đầu nguồn, ph n

d ng và khơi thông các d ng lũ, x y dựng các

công trình ph ng ch ng trượt lở đất và lũ ùn

đá, qui hoạch d n hợp lý… Song, đến nay thi t

*

Bộ môn Địa kỹ thuật, khoa Công trình, trường Đại học

Giao thông Vận tải

DĐ:0904679768

hại do tai iến lũ ùn đá vẫn diễn ra hàng năm, tiêu iểu như trận lũ quét - lũ ùn đá 8/2017 tại Yên Bái, Sơn La và Lai Ch u đã làm chết và mất tích 45 người, 196 ngôi nhà ị cu n trôi,

177 ngôi nhà ị hư hỏng, 130 ha lúa ị vùi lấp hay cu n trôi, hàng trăm ha hoa màu ị thi t hại .[Nguồn Ban chỉ đạo ph ng ch ng l t ão Trung Ương - BCĐ PCLB TW]

Cấu trúc linh hoạt v i vật li u cấu thành từ thép cường đ cao không gỉ, thiết kế dạng rào ngăn giữ giữ các vật li u rời ngay tại d ng su i khi lũ ùn đá xảy ra, được sử d ng hi u quả tại nhiều nư c Ch u Âu, Nhật Bản, Đài Loan … nhưng chưa được áp d ng ở Vi t Nam Từ các

ph n tích về đặc điểm và cơ chế điển hình lũ

ùn đá, ài áo gi i thi u về khả năng sử d ng loại kết cấu rào chắn linh hoạt này nhằm giảm thiểu r i ro khi lũ ùn đá xảy ra tại vùng núi

nư c ta

2 THỰC TRẠNG TAI BIẾN LŨ QUÉT -

LŨ BÙN ĐÁ Ở VÙNG NÚI PHÍA BẮC VIỆT NAM

Kết quả nghiên cứu c a Vi n Địa chất và nhiều nhà khoa học đã khẳng định [4,10], lũ quét trong đó có lũ ùn đá đã và xảy ra nhiều lần ở tất cả các tỉnh miền núi nư c ta, đặc i t là

vùng núi phía Bắc Phổ iến và được ghi nhận

thường xuyên từ những năm 1950 t i nay như

tại Lai Ch u, Đi n Biên, Sơn La, Lào Cai, Yên

Bái, Hòa Bình, Tuyên Quang, Hà Giang, Thái

Nguyên … [1,4] Đến nay chưa có th ng kê m t

cách đầy đ , nhưng chỉ trong khoảng 15 năm

(1990 – 2005), lũ quét, lũ ùn đá đã làm chết và

mất tích hơn 965 người, ị thương hơn 628

người, g y thi t hại 13.280 ngôi nhà và 197 879

ha lúa và hoa màu [2,4]

Bản đồ ph n vùng nguy cơ lũ ùn đá tỷ l

1/250.000 và 1/500 000 (Hình 1) [10] cho thấy,

mức đ nguy cơ được ph n thành 5 cấp đ :

Vùng nguy cơ xảy ra lũ ùn đá rất cao như

Mường Lay (Đi n Biên), Sìn Hồ và Phong Thổ

(Lai Ch u), Xín Mần và Hoàng Xu Phì (Hà

Giang), Bát Xát, Sa Pa và Cam Đường (Lào

Cai), Tú L , Trạm Tấu, Mù Cang Chải (Yên

Bái), Bắc Yên, Mường La (Sơn La); Vùng nguy

cơ cao ph n r ng khắp gồm dọc dải Hoàng Liên Sơn, T y Bắc các tỉnh Lai Ch u (Mường

T , Tuần Giao, thị xã Lai Ch u), T y và Đông các tỉnh Hà Giang, m t s khu vực thu c Bắc Kạn, Cao Bằng, Yên Bái, Sơn La, Quảng Ninh, Thái Nguyên, H a Bình; Vùng nguy cơ tương

đ i cao ch yếu tại phần phía T y, tỉnh Lai

Ch u, Sơn La, phía Đông Hà Giang và m t s nơi tại Cao Bằng, Lạng Sơn, Lào Cai, Yên Bái,

H a Bình hay thành ph Đi n Biên Ph , khu vực Đi n Biên Đông; Các vùng có nguy cơ thấp

và rất thấp tập trung ch yếu ở vùng đồi núi khu vực Đông Bắc Bắc B và đơn lẻ tại các khu vực đồi núi thấp ở T y Bắc Trận lũ quét – lũ ùn đá lịch sử xảy ra 4/8/2017 vừa qua tại Mường La (Sơn La) và Mù Cang Chải (Yên Bái) đều thu c vùng nguy cơ rất cao về lũ ùn đá như ản đồ

ph n vùng đã thể hi n

Hình 1 Bản đồ phân vùng ngu cơ lũ bùn đá các t nh mi n núi phía Bắc tỷ lệ 1/500000

Chủ bi n Vũ Cao Minh, 2004 [10]

Th ng kê lũ quét và lũ ùn đá cho thấy, từ

1958 t i nay, tất cả các tỉnh miền núi phía Bắc

đều được ghi nhận đã từng xảy ra v i mức đ

khác nhau Trong đó, có t i 9 tỉnh thường xuyên ghi nhận có lũ quét và lũ ùn đá xảy ra v i qui

mô và thi t hại l n (Bảng 1)

Bảng 1 Lũ quét, lũ bùn đá điển hình ở một số tỉnh vùng núi phía Bắc [4, BCĐ PCLB TW]

1 Lai Ch u và Đi n Biên

1958, 1975, 1976, 1977, 1990, 1991, 1992, 1994, 1996, 1997,

1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2010, 2013, 2014, 2015,

2016, 2017

2 Sơn La 1991, 1994, 1994, 1995, 1996, 1997, 1999, 2008, 2009, 2010,

2013, 2014, 2015, 2017

3 Lào Cai

1969, 1988, 1992, 1993, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000,

2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2008, 2012, 2013, 2015, 2016,

2017

4 Yên Bái 1977, 1988, 1992, 1995, 1997, 1998, 2000, 2001, 2002, 2003,

2005, 2008, 2015, 2016, 2017

5 Hà Giang 1989, 1993, 1995, 1996, 1997, 1998, 2000, 2001, 2002, 2003,

2004, 2008, 2010, 2012, 2014, 2015, 2017

6 Tuyên Quang 1989, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2006

7 Thái Nguyên 1969, 1973, 1978, 1986, 1990, 1996, 1997, 2001, 2002, 2016

8 Bắc Kạn 1997, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2006, 2009, 2010, 2014

3 ĐẶC ĐIỂM VÀ CƠ CHẾ LŨ BÙN ĐÁ

Ở VÙNG NÚI PHÍA BẮC VIỆT NAM

Lũ quét và lũ ùn đá là quá trình phức tạp,

chịu nhiều yếu t tác đ ng, xảy ra ở vùng núi,

khó tiếp cận nên vi c nghiên cứu chúng ằng

định lượng chi tiết thường gặp khó khăn Tại

Vi t Nam, lũ ùn đá lần đầu được đề cặp trong

các nghiên cứu c a Vi n Địa chất thu c Vi n

Hàn l m Khoa học và Công ngh Vi t Nam từ

những năm 1996 -1997 [4,5], sau đó là nhiều

công trình nghiên cứu khác c a Vũ Cao Minh,

Nguyễn Trọng Yêm, Cao Đăng Dư, Trần Văn

Tư, Nguyễn Qu c Thành, Lê Thị Nghinh …

Phần l n các nghiên cứu đều th ng nhất lũ quét

khác i t v i lũ ùn đá, thậm chí cho rằng lũ

ùn đá chỉ là m t kiểu c a lũ quét Để thành tạo

d ng lũ ùn phải tồn tại hai điều ki n: (1) Hàm lượng vật chất rắn l n; (2) D ng nư c có t c đ

đ l n lôi kéo vật li u rắn vào d ng chuyển

đ ng (Seko A.I., 1980; Nguyễn Trọng Yêm, 1999; Cao Đăng Dư, 2000)[3])

Lũ quét và lũ ùn đá thường phát sinh sau những đợt mưa l n kéo dài liên t c và kết thúc ằng m t trận mưa cường đ cao vượt tr i ở những nơi thung lũng có địa hình d c l n, những khu vực đồi núi l p ph thực vật ít, các thành tạo đất đá v n rời và ị phong hoá mạnh Tác nh n trực tiếp g y lũ ùn đá là trượt lở, đ ng đất khi

mưa l n… v i phương thức phá h y điển hình là

cu n trôi, đập vỡ và vùi lấp [4,5]

Lũ ùn đá phát sinh ch yếu trên các su i có

đ d c l ng l n (20-26o), ngắn, sườn thung lũng

có đ d c l n và lưu vực hứng nư c nhỏ Chẳng

hạn như tại khu vực Mường Lay (Đi n Biên), 18

su i đã phát sinh lũ ùn đá đều có chiều dài

dư i 7km, phổ iến là 2 - 4km, đ d c l ng đều

>20o Hay khu vực Bát Xát (Lào Cai), Nậm

Cóng (Sìn Hồ, Lai Châu), Tân Nam (Hà Giang),

Mù Cang Chải, Tú L (Yên Bái), các su i đã

từng phát sinh lũ ùn đá cũng đều có đ dài từ

3-10km v i đ d c l ng t i gần 30o [4]

V i đ d c l ng su i l n và lưu vực hứng

nư c nhỏ, d ng lũ có mật đ ùn đá cao (10 –

60 %) và đ ng năng rất cao, có thể dễ dàng đập

vỡ công trình x y dựng như nhà cửa, cầu, c ng

… và cu n chúng đi hàng trăm mét Khi gặp các

chi lưu l n hơn v i t c đ nhỏ, đ ng năng d ng

lũ ùn đá giảm đ t ng t, tạo nên m t kiểu trầm

tích l c địa nhất định - lũ tích, thường hợp thành

các nón phóng vật và l p ph lũ tích ở các cửa

sông miền núi hay cửa su i r ng hàng trăm mét,

có thể cao t i hàng ch c mét [2,4,5]

Ví d tại khu vực Mường Lay, nơi được đánh

giá có nguy cơ lũ quét và lũ ùn đá rất cao

[2,10] Sườn núi phía Đông thung lũng Nậm

Lay, có đ cao từ 700m đến 1000m, d c 25-35o

, kéo dài liên t c t i 35km Cấu tạo địa chất là

các phiến sét, đá vôi ị phong hóa dập vỡ mạnh

thu c h tầng Pa Ham và Nậm Cô Trong đợt

mưa lũ kéo dài ngày 17-18/8/1996, lũ ùn đá tạo

thành nhiều đợt l n nhỏ, xen kẽ dạng sóng Trận

lũ ùn đá này kéo dài khoảng gần 12 giờ [2,10]

Vật li u đất đá cho d ng lũ ch yếu xuất phát từ

các vị trí trượt lở dọc sông su i cung cấp Các

kh i đất đá cu n theo d ng lũ có hình dạng gần

đẳng thư c Kích cỡ các tảng đá khi đó lên t i

3-5m (tại cửa su i Huổi L ng, Huổi Phán, Huổi

Ló… khu vực thị trấn Mường Lay, kh i lượng

t i 100-200 tấn [2]

Các yếu t trực tiếp và gián tiếp làm phát sinh phát triển lũ ùn đá là do tác đ ng c a d ng chảy tạm thời trên sườn d c mà trực tiếp do mưa v i lưu lượng l n, cường đ đặc i t cao tập trung trong vài giờ trên di n tích hẹp c a sườn lũng từ vài ch c đến vài trăm km2

[2,4,5] Phong hóa đất đá làm iến đổi tính chất cơ lý đất đá, thay đổi cấu tạo tầng ph theo hư ng dễ

ị xói m n và rửa trôi (tăng mức đ nứt nẻ, đ rỗng, đ thấm nư c, giảm lực liên kết, giảm sức kháng cắt…) Đất mềm rời có ề dày tầng ph càng l n, có đ thấm cao, đ nứt nẻ, đ rỗng l n thì càng dễ làm phát sinh các quá trình dịch chuyển sườn d c, trong đó có lũ ùn đá Đặc điểm địa hình, địa mạo, định hư ng không gian

và đ cao c a địa hình, đ d c sườn d c, mức

đ chia cắt ngang và l p ph thực vật là những điều ki n có tác đ ng thúc đ y hoặc hạn chế thành tạo quá trình sườn d c và lũ ùn đá [5] Hoạt đ ng n ng t n kiến tạo vừa tác đ ng làm tăng đ cao và góc d c sườn d c, c n làm tăng đ ng năng d ng chảy mặt, do đó làm tăng

đ ng lực quá trình lũ ùn đá Các tác đ ng khác

c a con người như đ t hay phá rừng, x y dựng các th y đi n tùy ti n, khai thác khoáng sản, canh tác tự phát trên sườn d c, và các hoạt đ ng kinh tế khác làm mất c n ằng tự nhiên trong các lưu vực … tạo nguồn vật li u cho d ng lũ quét, lũ ùn đá, thậm chí c n tạo nguồn nư c cho d ng chảy lũ Các quá trình địa đ ng lực khác trên ề mặt sườn d c như s t lở đất đá, trượt đất đá, đ ng đất, núi lửa… cũng là những tác nh n g y nên lũ ùn đá

Kết quả nghiên cứu trận lũ quét – lũ ùn đá trong đợt mưa lũ l n ngày 3/8/2017 chỉ r , nguồn phát sinh có s t trượt đất tại sườn d c v i tầng ph dày và đất đá ở rời, nơi xảy ra là thung lũng hẹp có đ d c l n, sức tàn phá l n và sản ph m tích t đất đá đa thành phần (hình 2)

a) Sơ đồ chung lũ ùn đá

b) Mô hình tổng thể lũ ùn đá c) Nguồn cấp vật li u rời rạc

d) Đường đi qua d ng lũ ùn đá

e) Khu vực tích t vật li u rời rạc

Hình 2 Sơ đồ và hình ảnh trận lũ bùn đá tại Mường La, Sơn La 8/2017 [9,10]

4 SỬ DỤNG HỆ THỐNG LƯỚI THÉP

CƯỜNG ĐỘ CAO KHÔNG GỈ PHÒNG

TRÁNH THIỆT HẠI DO LŨ BÙN ĐÁ

Để ph ng tránh lũ ùn đá nhằm giảm nhẹ

thi t hại, ngoài các giải pháp về quản lý và sử

d ng đất nông nghi p cũng như đất rừng, hay

phân vùng và điều chỉnh quy hoạch các nơi trồng, nơi cần ảo v rừng và loại rừng, các giải pháp công trình hi n áp d ng ở nư c ta ao gồm: Cải thi n điều ki n d ng chảy trong l ng dẫn c a các lưu vực nguy cơ lũ ùn đá ằng cách tăng đ d c l ng dẫn hay kênh hóa lòng

c a chúng; ph n d ng lũ theo kênh dẫn ra sông

chính l n; x y dựng các h th ng giám sát cảnh

áo nguy cơ lũ ùn đá s m; hay x y dựng công

trình ph ng ch ng s t trượt đất tại các khu vực

đầu nguồn [2,4]

Giải pháp cấu trúc linh hoạt ph ng ch ng lũ

bùn đá ằng h th ng lư i thép cường đ cao

không gỉ đã và đang được sử d ng hi u quả tại

nhiều nư c ch u Âu, Nhật Bản, Mar c, Brazil

[7,8,9]… H th ng này có thể di chuyển linh

hoạt, được cấu tạo từ các hợp phần chính gồm

lư i thép đ ền kéo đứt t i thiểu 1770MPa [6]

có l p ảo v ch ng ăn m n đặc i t v i mắt

lư i dạng kim cương (mắt lư i 83x143mm, sợi

thép 3mm) hoặc dạng v ng lư i (ring net,

đường kính v ng khác nhau), kết hợp v ng hãm,

v ng kết n i di đ ng trên cáp trợ giúp phần đỉnh

lư i, neo cáp dạng xoắn c, c t thép có thể di

đ ng (Hình 3,4,5)…

Hình 3 Sơ đồ hệ thống rào chắn linh hoạt ng n

lũ bùn đá bằng lưới thép cường độ cao [6,7]

a) Lư i dạng vòng b) Vòng hãm c) Vòng kết n i di đ ng

Hình 4 Một số hợp phần trong hệ thống kết cấu linh hoạt ng n chặn dòng lũ bùn đá [7,8,9]

Hình 5 Hiệu quả ng n giữ v n đá sau khi lũ

bùn đá bằng kết cấu linh hoạt [7,8]

Nguyên lý hoạt đ ng c a cấu trúc linh hoạt (rào chắn linh hoạt ngăn lũ ùn đá) là có thể hấp

th năng lượng l n c a các mảnh v n đá chảy

xô vào rào ngăn giữ v i lực tác đ ng nhỏ nhờ sự iến dạng l n c a h th ng lư i thép cường đ cao và các phận cấu thành [7,8] Cấu trúc linh hoạt sử d ng ph ng tránh lũ ùn đá có thể thiết kế tự do theo loại hình thù phù hợp v i đặc điểm hoạt đ ng vật li u ngăn giữ, thực tế vị trí trí và m c đích ảo v Chiều cao h tường rào này có thể t i hàng ch c mét, chiều dài mỗi rào có thể t i 25m

Kết quả nghiên cứu và áp d ng r ng rãi tại Nhật Bản [9] cho thấy, kết cấu linh hoạt này không chỉ là giải pháp tạm thời sử d ng để

ph ng tránh lũ ùn đá, mà c n có thể phát triển

và hoàn thi n theo tiêu chu n công trình c định

l u dài Chúng có nhiều ưu điểm nổi ật như dễ

dàng thi công th công ởi các hợp phần c a

chúng có kh i lượng nhẹ; công tác đào đất tại

công trường rất hạn chế; thi công nhanh và

không yêu cầu nhiều thiết ị máy móc l n; chi

phí rẻ và không cần vận chuyển nhiều vật li u

Đặc điểm đặc thù lũ ùn đá ở vùng núi Vi t

Nam như đã trình ày, khi mà đ d c d ng phổ

iến 20-30 đ , các vật li u v n đá nhiều thành

phần cùng v i hữu cơ, rác nhiều cơ hạt khác

nhau… là thích hợp khi sử d ng loại kết cấu

linh hoạt này nhằm giảm thiểu r i ro do lũ ùn

đá tàn phá hàng năm Vi c sử d ng có thể đ c

lập m t hoặc nhiều loại lư i có mắt khác nhau

để ttois ưu khả năng ngăn giữ vật li u d ng lũ

ùn đá được lựa chọn theo thực tế vị trí c thể

5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Lũ ùn đá là m t loại hình tai iến tự nhiên

đặc thù, xảy ra nhanh và đ t ng t, gắn liền v i

mưa cường đ đặc i t l n hoặc mưa l n kéo

dài, sức tàn phá kh c li t và xuất hi n phổ iến

ở vùng núi các tỉnh phía Bắc nư c ta

Cấu trúc linh hoạt ph ng tránh tai iến lũ ùn

đá là giải pháp công trình có nhiều ưu điểm để

áp d ng tại Vi t Nam trong thời gian t i, đặc

i t v i khu vực vùng núi phía Bắc

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Trần Thanh Hà “Quan h giữa đặc điểm

địa mạo và trượt lở đất tại tỉnh Lào Cai” Tạp

chí Khoa học ĐHQGHN - Các Khoa học Trái

đất và Môi trường Vol 3, pp 35–44, 2013

2 Vũ Cao Minh “Nghiên cứu đánh giá tổng hợp các loại hình tai iến địa chất trên lãnh thổ

Vi t Nam và các giải pháp ph ng ch ng” Đề tài

đ c lập cấp nhà nư c, 2005

3 Nguyễn Đăng Túc “Nhận định ư c đầu

về đặc điểm lũ quét lũ ùn đá ở T y Nguyên” Tạp chí Các khoa học về Trái đất Vol 37(2),

pp 118–126, 2015

4 Nguyễn Trọng Yêm “Nghiên cứu đánh giá trượt lở, lũ quét-lũ ùn đá m t s vùng nguy hiểm miền núi Bắc B , kiến nghị các giải pháp

ph ng tránh, giảm nhẹ thiên tai” Đề tài nghiên cứu cấp nhà nư c - KC-08-01BS, 2006

5 A Armanini and M Michiue Recent Developments on Debris Flows Springer, 1997

6 European Technical Approval ETA 09/0262 16/0, 2014

7 Geobrugg –Swiss Flexible ring net

barriers for debris flow protection: The economic solution 2012

8 Geobrugg –Swiss Flexible shallow landslide barriers: Cost-effective protection against natural hazards 2012

9 TOA Grout Kogyo Co., LTD Toa’s Technology for Disaster Prevention using Flexible Structure Workshop “Technology for Natural Disaster Mitigation” Hanoi, 6th Dec 2017

10 Tran Quoc Cuong, Vu Cao Minh, Nguyen Quoc Thanh Study flash flood – debris flood in Vietnam: Achievements and limitations Workshop “Technology for Natural Disaster Mitigation” Hanoi, 6th Dec 2017

Người phản biện: PGS.TS TRẦN VĂN TƯ