Xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro do sạt lở đất cho tỉnh quảng ngãi

Phương pháp tiếp cận Để xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất cho vùng nghiên cứu, tác giả tiếp cận theo trình tự: xác định nguyên nhân, phân tích sự ảnh hưởng, thay đổi nguyên nhân

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

PHẠM ĐÌNH HÙNG

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CẤP ĐỘ RỦI RO

DO SẠT LỞ ĐẤT CHO TỈNH QUẢNG NGÃI

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN CHÍ CÔNG

Đà Nẵng – 2019

TÓM TẮT LUẬN VĂN XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CẤP ĐỘ RỦI RO DO SẠT LỞ ĐẤT

CHO TỈNH QUẢNG NGÃI

Học viên: Phạm Đình Hùng

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy

Mã số: 60.58.02.02 ; Khóa: K35.CTT.Q.Ngãi; Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt – Sạt lở đất hàng năm đã gây thiệt hại rất lớn về người, tài sản và tắc nghẽn giao

thông cho tỉnh Quảng Ngãi vào mùa mưa lũ, đặc biệt ở vùng miền núi, nơi có điều kiện kinh tế xã hội cực kỳ khó khăn Nghiên cứu này sử dụng công cụ ArcGis để phân tích các nguyên nhân chính gây sạt lở đất cho tỉnh Quảng Ngãi dựa trên 20 điểm sạt lở gần nhất (năm 2017 và 2018) Sau đó dùng phương pháp phân tích thống kê thứ bậc AHP trong phần mềm SAGA xây dựng bản đồ rủi ro sạt lở Cuối cùng, tác giả sử dụng ArcGis để phân cấp độ rủi ro do sạt lở đất Các kịch bản thay đổi lượng mưa theo tần suất thường xuyên (50%, 25%) và cực hạn (2%, 1%) cũng được xem xét Các kết quả được kiểm chứng với 511 điểm sạt lở từ năm 2010 đến 2016

Từ khóa: AHP, ArcGis, SAGA, Sạt lở đất, Quảng Ngãi

BUILDING A LEVEL OF RISK LEVELS FOR BORROWING

FOR QUANG NGAI PROVINCE

Abstract - Annual landslides have caused great damage to people and property and traffic

congestion for Quang Ngai province in the rainy season, especially in mountainous areas, where socio-economic conditions are extremely difficult This study uses the ArcGis tool to analyze the main causes of landslides for Quang Ngai province based on the latest 20 landslides (2017 and 2018) Then, we use an AHP method in SAGA software to develop a map of landslide risk Finally, we use ArcGis to classify the risk of landslides Beside, scenarios for changing rainfall corresponding four frequencies: 50%, 25%, 2% and 1%, are also considered in the study These results compared to 511 events of landslide from 2010 to 2016

Key works: AHP, GIS, SAGA, Landsilde, Quangngai

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Phương pháp tiếp cận 3

3 Mục tiêu nghiên cứu 3

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 4

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

7 Cấu trúc luận văn 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Vị trí địa lý 5

1.2 Điều kiện tự nhiên 6

1.3 Đặc điểm khí hậu thủy văn 8

1.4 Đặc điểm kinh tế-xã hội 13

1.5 Tổng quan các nghiên cứu trước đây về sạt lở đất ảnh hưởng đến xã hội 13

1.5.1 Tình hình sạt lở đất trên thế giới và ảnh hướng tới kinh tế xã hội: 14

1.5.2 Tình hình sạt lở đất ở Việt Nam và ảnh hướng đến kinh tế xã hội 17

1.6 Tình hình sạt lở đất trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi 21

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CẤP ĐỘ RỦI RO DO SẠT LỞ ĐẤT 23

2.1 Nhận dạng nguyên nhân chính gây sạt lở 23

2.2 Phương pháp xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro do sạt lở đất 25

2.2.1 Phương pháp AHP 25

2.2.2 Phương pháp RFA 26

2.3 Giới thiệu phần mềm xây dựng bản đồ rủi ro về sạt lở đất (SAGA) 30

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CẤP ĐỘ RỦI RO DO SẠT LỞ ĐẤT CHO TỈNH QUẢNG NGÃI 32

3.1 Đánh giá nguyên nhân gây sạt lở đất 32

3.2 Cơ sở dữ liệu 36

3.3 Xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro do sạt lở đất 49

3.3.1 Đánh giá trọng số của các nguyên nhân gây sạt lở 49

3.3.2 Kết quả xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro do sạt lở đất 52

3.4 Đề xuất giải pháp phòng ngừa 65

3.4.1 Đối với hệ thống giao thông 65

3.4.2 Đối với công tác quy hoạch và xây dựng hạ tầng 65

3.4.3 Đối với cộng đồng dân cư 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

3.2: Thông tin về cơ sở dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu 48 3.3: Ma trận so sánh cặp các nguyên nhân gây sạt lở cho vùng

3.5: Thống kê các điểm sạt lở nằm trong các mức cấp độ rủi ro

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

1.7: Một số điểm sạt lở điển hình ở các tỉnh của Việt Nam 20 1.8: Bản đồ thống kê các điểm sạt lở đất từ năm 2010 đến

1.9: Một số điểm sạt lở điển hình từ điều tra thực tế 22

3.4: Kết quả phân tích yếu tố khoảng cách đến dòng chảy 34

3.14: Bản đồ ghi nhận các điểm sạt lở đất từ năm 2010 đến 2018

3.19: Kết quả phân tích theo phương pháp AHP bằng SAGA

3.20: Kết quả phân tích theo phương pháp AHP bằng SAGA

3.21: Kết quả phân tích theo phương pháp AHP bằng SAGA

3.22: Kết quả phân tích theo phương pháp AHP bằng SAGA

3.23: Biểu đồ thống kê phân bố và mức cấp độ nguy cơ sạt ở đất

3.24: Biểu đồ thống kê phân bố và mức cấp độ nguy cơ sạt ở đất

3.25: Biểu đồ thống kê phân bố và mức cấp độ nguy cơ sạt ở đất

3.26: Biểu đồ thống kê phân bố và mức cấp độ nguy cơ sạt ở đất

3.27: Bản đồ rủi ro do sạt ở đất ứng với tần suất mưa P = 1% 61 3.28: Bản đồ rủi ro do sạt ở đất ứng với tần suất mưa P = 2% 62 3.29: Bản đồ rủi ro do sạt ở đất ứng với tần suất mưa P = 25% 63 3.30: Bản đồ rủi ro do sạt ở đất ứng với tần suất mưa P = 50% 64 3.31: So sánh tổng diện tích ảnh hưởng ứng với 5 nhóm cấp độ

3.32:

Đối sánh bản đồ mạng lưới giao thông (a) với bản đồ cấp

độ rủi ro sạt lở đất ứng với tần suất mưa 1% thời đoạn 3

ngày (b)

65

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Tỉnh Quảng Ngãi có vị trí rất quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội và

an ninh quốc phòng ở vùng Duyên hải miền Trung, đây được xem là điểm nút giao thông tuyến đường Bắc-Nam, Đông-Tây và giao thông thủy Tuy nhiên, do điều kiện địa hình khá phức tạp với phần lớn tổng diện tích thuộc các huyện miền núi và vị trí nằm ở vùng thường xuyên chịu tác động của mưa lớn kéo dài, cùng với đó là các hoạt động của con người làm tăng thêm sự cố do thiên tai Do vậy mà hàng năm khu vực này chịu nhiều thiệt hại do thiên tai như lũ quét và sạt lở đất gây thiệt hại lớn về người

và tài sản

Trong những năm gần đây, theo thống kê Quảng Ngãi là địa phương có nhiều điểm sạt lở đất nhất so với các tỉnh thuộc khu vực Miền Trung Trong đó các huyện miền núi thường xuyên xảy ra sạt lở đất cao vào mùa mưa lũ như: Ba Tơ, Minh Long, Sơn Hà, Sơn Tây, Tây Trà và Trà Bồng gây thiệt hại về người và của [phụ lục 2] Nguyên nhân ảnh hưởng đến sạt lở đất được cho là 2 nhóm chính, như khí hậu và phi khí hậu Trong đó, nhấn mạnh ảnh hưởng của các yếu tố chính trực tiếp đến sạt lở đất trong khu vực như: mưa lớn kéo dài và độ dốc địa hình cao Hiện tượng sạt lở đất này diễn ra hàng năm phần lớn tập trung ở các tuyến đường giao thông huyết mạch gây chia cắt các địa phương trong vùng

Vấn đề nghiên cứu phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai gây ra đã và đang được các Ban ngành và địa phương quan tâm trong những năm gần đây Các nghiên cứu trước đây bước đầu xem xét các yếu tố như: địa chất; địa hình; lớp phủ; lượng mưa và các yếu tố xã hội Trong đó lượng mưa được xem xét là lượng mưa trung bình nhiều năm của các trạm đo 17], [18], [28], [29, để xây dựng bản đồ phân vùng trượt lở đất gây ra, đặc biệt là sau mùa mưa bão năm 1999

Hơn nữa, phân chia cấp độ rủi ro do sạt lở đất là một khái niệm khá mới trong công tác phòng chống thiên tai đối với vùng nghiên cứu

Bản đồ vị trí tỉnh Quảng Ngãi

(Nguồn: GIS Quảng Ngãi)

Bản đồ địa hình tỉnh Quảng Ngãi

(Nguồn: GIS Quảng Ngãi)

2 Phương pháp tiếp cận

Để xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất cho vùng nghiên cứu, tác giả tiếp cận theo trình tự: xác định nguyên nhân, phân tích sự ảnh hưởng, thay đổi nguyên nhân chính theo các kịch bản, thiết lập cấp độ rủi ro

3 Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro do sạt lở đất cho tỉnh Quảng Ngãi, từ đó xác định vùng có nguy cơ rủi ro cao và đề xuất giải pháp phòng ngừa

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+ Đối tượng: Lượng mưa, độ dốc địa hình, hình thái địa hình, thổ nhưỡng, sử dụng đất, khoảng cách đến đường giao thông, khoảng cách đến dòng chảy, mật độ che phủ thực vật

+ Phạm vi nghiên cứu: tỉnh Quảng Ngãi

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp điều tra, phân tích, thống kê;

- Phương pháp phân tích thứ bậc AHP;

- Phương pháp kế thừa (phương pháp phân tích tần suất mưa vùng- RFA);

- Phương pháp Arc GIS

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

+ Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu này được thực hiện dựa trên số liệu khảo sát thực tế kết hợp từ dữ liệu ảnh viễn thám và sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại để xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro do sạt lở đất cho tỉnh Quảng Ngãi Đặc biệt yếu tố mưa được xem xét một cách khoa học để đánh giá sự ảnh hưởng của yếu tố này đến bản đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất cho vùng nghiên cứu

+ Ý nghĩa thực tiễn

Các kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn rất lớn cho các cơ quan chức năng trong công tác phòng chống thiên tai, cụ thể là sạt lở đất cho các huyện miền núi của tỉnh Quảng Ngãi

7 Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm phần Mở đầu, 03 chương và phần kết luận và kiến nghị

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Phương pháp xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro do sạt lở đất

Chương 3: Xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro do sạt lở đất cho tỉnh Quảng Ngãi Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Vị trí địa lý

Quảng Ngãi là tỉnh thuộc khu vực Trung Trung Bộ, có tọa độ (14°32′ ÷ 15°25′

N, 108°06′ ÷ 109°04′E) với tổng diện tích khoảng 5.152 km2 Phía Bắc giáp với tỉnh Quảng Nam, phía Tây giáp với tỉnh KonTum được chia cắt bởi dãy núi Trường Sơn với độ cao lớn nhất đạt 1694 m, phía Nam giáp với tỉnh Bình Định và phía Đông giáp với biển Đông Hơn 3/4 diện tích của tỉnh Quảng Ngãi là vùng đồi núi ở các huyện như: Ba Tơ; Minh Long; Sơn Hà; Sơn Tây; Tây Trà và Trà Bồng

Quảng Ngãi có vị trí địa lý rất quan trọng cho phát triển kinh tế xã hội, đây được xem là điểm nút giao thông tuyến đường Bắc-Nam và Đông-Tây Bên cạnh đó với lợi thế nằm sát biển nên hệ thống giao thông thủy rất thuận lợi Những lợi thế nhờ

vị trí địa lý mang lại thì hàng năm Quảng Ngãi cũng gánh chịu rất nhiều bất lợi do thiên tai gây ra như: bão; lũ lụt; hạn hán và sạt lở đất Trong đó sạt lở đất là một dạng thiên tai thường xuyên xảy ra và tập trung nhiều ở các huyện miền núi, gây thiệt hại lớn về người và tài sản

Hình 1.1 Bản đồ vị trí tỉnh Quảng Ngãi

(Nguồn: GIS Quảng Ngãi)

1.2 Điều kiện tự nhiên

Nằm ở khu vực duyên hải miền Trung, phân bố và cấu tạo địa hình của tỉnh Quảng Ngãi có xu hướng thấp dần từ Tây sang Đông, 3/4 diện tích là vùng đồi núi và phần lớn diện tích khu vực nghiên cứu có độ dốc từ 10 đến 25o Hình dáng địa hình của tỉnh Quảng Ngãi như vùng lòng chảo với các dãy núi: Ngọc Linh (Trà My-Quảng Nam); Trường Sơn và Ba Tơ tạo thành hình cánh cung bao bọc xung quanh và hướng

ra biển Đông Đây là dạng địa hình đón gió lý tưởng, do vậy vào mùa mưa (từ tháng 9 đến tháng 12) khi có sự xuất hiện gió mùa hay áp thấp nhiệt đới thì Quảng Ngãi thường xuất hiện những trận mưa lớn và kéo dài Với đặc trưng về địa hình và hình thái mưa này là điệu kiện lý tưởng để hiện tượng sạt lở đất xảy ra

Hình 1.2: Bản đồ địa hình tỉnh Quảng Ngãi

(Nguồn: GIS Quảng Ngãi)

Quảng Ngãi nằm ở rìa phía đông bắc của địa khối Kon Tum và Gia lai, có đặc điểm địa chất rất đa dạng và phức tạp, cấu trúc địa chất bị biến dạng và phân dị mạnh

mẽ Đất đai trong địa bàn tỉnh được chia làm 9 nhóm đất chính với 25 đơn vị đất và 68 đơn vị đất phụ, các nhóm đất chính là cồn cát, đất cát ven biển, đất mặn, đất phù sa, đất giây, đất xám, đất đỏ vàng, đất đen, đất nứt nẻ, đất xói mòn trơ trọi đá [10] Các dạng địa chất cơ bản phân bố rộng ở các huyện miền núi như ở khu vực Giá Vực, nam

và đông nam thị trấn Ba Tơ; Các huyện Sơn Tây, Sơn Hà, Tây Trà và Trà Bồng Thành phần gồm các lớp đá phiến amphibol và đá phiến hai mica; phiến thạch anh - mica, gneis mica có granat-silimanit, xen trong đó là lớp mỏng hoặc thấu kính amphibolit

Theo báo cáo kết quả thực hiện dự án điều tra xây dựng bản đồ đất của tỉnh

Quảng Ngãi (Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Quảng Ngãi, năm 1999)

Đất của tỉnh được chia làm 9 nhóm đất chính với 25 đơn vị đất và 68 đơn vị đất phụ,

cụ thể như sau:

- Nhóm đất cát biển: Diện tích 6.290,00 ha, chiếm 1,22% diện tích tự nhiên của

tỉnh, phân bố ở các vùng ven biển của Tỉnh được phân thành 4 đơn vị đất và 8 đơn vị

đất phụ

- Nhóm đất mặn: Diện tích 1.573,1 ha, chiếm 0,30% diện tích đất tự nhiên,

phân bố xen kẻ với đất phù sa ở các vùng cửa sông thuộc các huyện Bình Sơn, Sơn Tịnh, Tư Nghĩa, Mộ Đức và Đức Phổ Nhóm đất mặn được chia ra 2 đơn vị đất và 2

đơn vị đất phụ

- Nhóm đất phù sa: Diện tích 96.157,50 ha, chiếm 18,66% tổng diện tích tự

nhiên Nhóm đất này phân bố chủ yếu ở vùng đồng bằng thuộc các huyện Bình Sơn, Sơn Tịnh, thành phố Quảng Ngãi, Tư Nghĩa, Mộ Đức, Đức Phổ, Nghĩa Hành và ở ven các sông suối của các huyện Ba Tơ, Sơn Hà, Sơn Tây, Trà Bồng, Tây Trà Nhóm đất

phù sa được chia thành 3 đơn vị đất và 8 đơn vị đất phụ

- Nhóm đất Glây: Diện tích 2.052,40 ha, chiếm 0,40% diện tích tự nhiên, phân

bố ở địa hình trũng vùng đồng bằng thuộc các huyện Bình Sơn, Sơn Tịnh, Tư Nghĩa,

Mộ Đức, Đức Phổ Nhóm đất glây được chia thành 2 đơn vị đất và 5 đơn vị đất phụ

- Nhóm đất xám: Diện tích 376.547,20 ha, chiếm 73,07% tổng diện tích tự

nhiên Đây là nhóm đất chiếm tỷ lệ lớn nhất so với các nhóm đất ở Quảng Ngãi Đất xám được phân bố ở tất cả các huyện trên nhiều dạng địa hình khác nhau từ đồng bằng đến vùng núi cao Tuy nhiên diện tích lớn tập trung ở các huyện miền núi như Ba Tơ, Minh Long, Sơn Hà, Sơn Tây, Trà Bồng, Tây Trà thì nhám đất xám được chia ra 6 đơn

vị đất và 20 đơn vị đất phụ

- Nhóm đất đỏ: Đất đỏ Ferralit có diện tích 8.142,40 ha, chiếm 1,58% diện tích

tự nhiên, phân bố chủ yếu ở 2 huyện Bình Sơn và Sơn Tịnh Nhóm này được phân ra 2 đơn vị đất, 8 đơn vị đất phụ

- Nhóm đất đen: Đất đen có diện tích 2.328,40 ha, chiếm 0,45% tổng diện tích

tự nhiên, phân bố chủ yếu ở các huyện Bình Sơn, Sơn Tịnh, Lý Sơn và một số nơi

khác Nhóm đất đen chia ra 4 đơn vị đất và 8 đơn vị đất phụ

- Nhóm đất nứt nẻ: Đất nứt nẻ có diện tích 634,0 ha, chiếm 0,12% diện tích tự

nhiên Phân bố ở huyện Bình Sơn Nhóm đất này được phân thành 1 đơn vị đất, 1 đơn

vị đất phụ

- Đất xói mòn mạnh trơ sỏi đá: Đất xói mòn mạnh trơ sỏi đá có diện tích

9.696,00 ha, chiếm 1,88% diện tích đất tự nhiên Nhóm đất này phân bố hầu hết ở các huyện trong tỉnh, nơi mà thảm thực vật đã bị phá hủy một cách nghiêm trọng

Hình 1.3: Bản đồ thổ nhưỡng tỉnh Quảng Ngãi (Nguồn: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Quảng Ngãi, 1999)

1.3 Đặc điểm khí hậu thủy văn

Quảng Ngãi nằm trong vành đai nhiệt đới Bắc bán cầu, với khí hậu nhiệt đới gió mùa Một năm có hai mùa rõ rệt: mùa khô và mùa mưa Chịu ảnh hưởng trực tiếp

của các nhiễu động nhiệt đới như: bão, áp thấp nhiệt đới, dãy hội tụ nhiệt đới… Sự tác động của các điều kiện bức xạ, hoàn lưu khí quyển và hoàn cảnh địa lý – địa hình là nhân tố quan trọng hình thành kiểu khí hậu riêng cho tỉnh Quảng Ngãi, tạo nên một khí hậu mang đậm nét của khí hậu nhiệt đới mùa đông Trường Sơn ở Nam Trung Bộ nước

ta

- Đặc điểm khí hậu:

Khí hậu của Quảng Ngãi mang tính nhiệt đới điển hình, nóng ẩm và chịu ảnh hưởng của khí hậu vùng Duyên hải Nam trung bộ, trong năm có 2 mùa rõ rệt; mùa nắng kéo dài, mùa mưa ít và thường bắt đầu từ tháng 9 năm trước đến tháng 01 năm sau, nền nhiệt độ cao và ít biến động, chế độ ánh sáng, lượng mưa, độ ẩm, chế độ gió phong phú là những nhân tố ảnh hưởng lớn đến các yếu tố khí hậu của Tỉnh

Do địa hình Quảng Ngãi chịu tác động của hoàn lưu khí quyển khu vực gió mùa Đông Nam Á, tức là chịu tác động của khối không khí xuất phát từ các trung tâm khí

áp hoạt động theo mùa và trung tâm khí áp hoạt động quanh năm [11] Về mùa đông (từ tháng X năm trước đến tháng II năm sau), không khí lạnh từ trung tâm khí áp cao lạnh cực đới của lục địa châu Á (Xibia) thổi tới vùng áp thấp lục địa châu Úc dưới dạng những đợt gió mùa Đông Bắc mang không khí lạnh cực đới tràn xuống Trong quá trình di chuyển xuống phía Nam không khí khô lạnh cực đới bị biến tính mạnh, được sưởi ấm một ít và ẩm hơn Khi gió mùa Đông Bắc về nhiệt độ giảm đột ngột, nhiệt độ trung bình ngày giảm từ 3-6°C, cá biệt có đợt giảm 10-12°C, đồng thời có sự gia tăng lượng mây và mưa lớn

Vào mùa hè gió Đông, Đông Nam, mang theo không khí nhiệt đới từ biển vào đất liền, nhất là vào tháng IV, VI khi mà gió mùa hè Tây Nam bị đẩy lùi về phía Nam Nhờ thừa hưởng không khí nhiệt đới từ biển nên thời tiết trở nên mát mẽ, thường gây

ra mưa rào và dông vào khoảng nữa đêm về sáng Khi gió mùa Tây Nam cực thịnh (tháng VII-VIII) dãy hội tụ nhiệt đới bị dịch chuyển lên phía Bắc (từ 20° vĩ Bắc trở lên) So với không khí đến từ vịnh Bengan, không khí xích đạo mát, ẩm hơn nhiều và

là nguồn cung cấp ẩm mùa hè Các nhiễu động không khí mùa hè như hội tụ nhiệt đới,

áp thấp nhiệt đới, bão thường mang lại thời tiết xấu, bất lợi, nhưng đêm lại một lượng mưa đáng kể trong thời kỳ này

Đến lúc chuyển tiếp từ hè sang đông (tháng IX - XI) thường phát sinh hiện tượng giao hội gió mùa Đông Bắc với các nhiễu động nhiệt đới (hội tụ nhiệt đới, áp thấp nhiệt đới, bão) đang hoạt động ở Trung và Nam Biển Đông và khi gặp núi cao chắn gió sẽ gây mưa lớn như đã xảy ra lâu nay

Hình 1.4: Bản đồ mạng lưới trạm đo mưa

(Nguồn: Đặc điểm khí hậu thủy văn tỉnh Quảng Ngãi)

- Đặc điểm thủy văn:

Quảng Ngãi có 3 con sông lớn là sông Trà Bồng, sông Trà Khúc và sông Vệ, ngoài ra còn có một số sông nhỏ tập trung chủ yếu ở phía Nam của tỉnh, trong đó đáng

kể nhất là sông Trà Câu Các sông hầu hết đều bắt nguồn trong phạm vi tỉnh và xuất phát từ sườn Đông dãy Trường Sơn

Sông Trà Bồng có chiều dài khoảng 50 km có 5 nhánh sông chính, bắt nguồn từ những dãy núi với độ cao trung bình khoảng 1400 m thuộc dãy núi Trường Sơn trên địa phận huyện Bắc Trà My và Nam Trà My (tỉnh Quảng Nam), phía tây huyện Trà Bồng và Tây Trà (tỉnh Quảng Ngãi), đổ ra biển ở cửa Sa Cần thuộc xã Bình Đông, huyện Bình Sơn, diện tích lưu vực 809 km2 Bình đồ mạng lưới sông suối có dạng

“lông chim” Phần thượng lưu của hệ thống sông Trà Bồng nằm trên địa phận huyện Tây Trà và Trà Bồng, mặt cắt ngang thung lũng sông có dạng chữ “V”, lòng suối nhiều thác gềnh Phần hạ lưu nằm trên địa phận xã Trà Giang, Trà Bình, Trà Phú (huyện Trà Bồng) và huyện Bình Sơn, lòng sông mở rộng khoảng 1 km; quá trình xâm thực ngang phát triển, sông uốn khúc mạnh mẽ, phát triển, hình thành đồng bằng thung lũng sông gồm các bãi bồi hai bên Phần lớn các sông nhánh của hệ thống sông Trà

Bồng là các sông cấp 3 và thường có chiều dài ngắn, khoảng 1 - 5 km như sông Cà Đú, Trà Cang, Nang, Hà Doi

Sông Trà Khúc có tổng chiều dài khoảng 135 km Có 9 nhánh sông chính, bắt nguồn từ dãy núi á kinh tuyến thuộc địa phận huyện Ba Tơ (tây nam Quảng Ngãi) chảy theo hướng Nam Bắc với độ cao trung bình khoảng 1600 m Sông Trà Khúc đổ ra biển ở cửa Đại (TP Quảng Ngãi) Diện tích lưu vực khoảng 3650 km2 Trên địa phận khu vực nghiên cứu, chủ yếu phát triển mạng lưới các sông, suối nhánh rất phức tạp thuộc thượng nguồn của sông Trà Khúc Hệ thống sông Trà Khúc gồm các phụ lưu: Trà Khúc, Re, Đăkring, Đăk Sêlô, Tang, Nước Trong, Tam Dinh, Xã Diêu,… Ở phía bắc, tây bắc thuộc địa phận huyện Sơn Hà và Sơn Tây là các sông Nước Trong, thuộc loại sông cấp 3, có chiều dài khoảng 37 km chảy theo phương á kinh tuyến, có diện tích lưu vực khoảng 486 km2 Sông Nước Trong có nhiều suối cấp 2 với chiều dài khoảng 10 km Sông Đăkring hợp lưu với sông Nước Trong ở khu vực Bản Mun, huyện Sơn Hà Sông Đăkring là sông cấp 3 với chiều dài sông khoảng 31 km, diện tích lưu vực khoảng 683 km2 Ở phía tây và tây nam là các sông Re và sông Đăk Sêlô; cả hai sông này chảy theo phương á kinh tuyến Sông Đăk Sêlô cùng với hai sông Nước Trong và Đăkring đổ vào sông Trà Khúc ở khu vực thị trấn Di Lăng Sông Re có chiều dài khoảng 54 km, diện tích lưu vực 579 km2 ; sông Đăk Sêlô dài 45 km, có diện tích lưu vực 658 km2 Cả hai sông đều thuộc loại sông cấp 3 Sông Trà Khúc được gọi tên bắt đầu từ thị trấn Di Lăng theo một dòng chính chảy theo phương á vĩ tuyến qua các huyện Sơn Tịnh, Tư Nghĩa với chiều dài khoảng 64 km Cũng như sông Trà Bồng, phần thượng lưu sông Trà Khúc chảy trên địa hình núi cao nên lòng sông suối dốc, mặt cắt ngang thung lũng có dạng chữ “V” và nhiều thác, gềnh Phần hạ lưu, lòng sông mở rộng bãi bồi hai bên Quá trình xâm thực ngang mạnh mẽ, sông uốn khúc mạnh, nhiều đoạn thuộc địa phận các xã Sơn Giang, Sơn Hạ, Sơn Nham (huyện Sơn Hà) bị sạt lở nặng Trên bình đồ phân bố mạng lưới sông suối, phần thượng lưu của sông Trà Khúc

có diện tích lưu vực lớn hơn rất nhiều lần so với lưu vực sông khác

Sông Vệ bắt nguồn từ rừng núi phía Tây của huyện Ba Tơ có chiều dài khoảng

90 km có 5 nhánh, chảy theo phương á kinh tuyến, đổ ra biển cùng với Sông Trà Khúc

ở khu vực Cổ Lũy (tỉnh Quảng Ngãi) Sông Vệ được tạo thành bởi ba phụ lưu chính: sông Ba Tơ, Tà Nô, Sông Nê Sông Ba Tơ chảy theo phương á kinh tuyến, là sông cấp

3 với chiều dài khoảng 30 km, diện tích lưu vực khoảng 232 km2 Sông Ba Tơ bắt nguồn từ dãy núi cao >1000 m (núi Làng Râm cao 1103 m) Sông Tà Nô bắt nguồn từ đèo Violet, chảy theo phương á vĩ tuyến từ tây nam sang đông bắc, với chiều dài khoảng 18 km; diện tích lưu vực 183 km2, và là sông cấp 3 Hợp lưu của hai sông Ba

Tơ và sông Tà Nô tại khu vực thị trấn Ba Tơ Nhánh sông Nê chảy theo phương Tây

Bắc – Đông Nam với chiều dài khoảng 10 km, có diện tích lưu vực khoảng 87 km2 Sông Nê là sông cấp 3, được bắt nguồn từ dãy núi Mum có độ cao 1085 m và đổ vào sông Vệ ở khu vực Trâu Giang Hạ Bắt đầu từ đây, sông Vệ chảy theo phương á kinh tuyến đi qua địa phân các huyện Mộ Đức, Minh Long và Nghĩa Hành với chiều dài khoảng 55 km

Ngoài ra, trên địa phận khu vực nghiên cứu còn phân bố các sông Giang chảy qua các xã Trà Tân và Trà Bùi (huyện Trà Bồng); sông Trường chảy qua xã Trà Thanh (huyện Tây Trà), thị trấn Trà My (huyện Bắc Trà My, tỉnh Quảng Nam); sông Phước Giang chảy qua huyện Minh Long, sông Ba Liên chảy qua xã Ba Liên (huyện Ba Tơ), sông Trà Câu chảy qua xã Ba Trang, Ba Khâm (huyện Ba Tơ)

Hình 1.5: Bản đồ mạng lưới sông ngòi

(Nguồn: GIS tỉnh Quảng Ngãi)

1.4 Đặc điểm kinh tế-xã hội

- Diện tích Quảng Ngãi đến năm 2016: 5.152,49 km2, trong đó: Khu vực đồng bằng: 1.893,74 km2

, với 7 huyện thành phố gồm TP Quảng Ngãi, Bình Sơn, Sơn Tịnh, Tư Nghĩa, Nghĩa Hành, Mộ Đức, Đức Phổ; Khu vực miền núi: 3.248,35km2 gồm 6 huyện như: Trà Bồng, Tây Trà, Sơn Hà, Sơn Tây, Minh Long, và Ba Tơ; Khu vực hải đảo huyện Lý Sơn: 10,4 km2 Với số liệu trên cho thấy diện tích khu vực miền núi chếm tỷ lệ 63% trong tổng diện tích của Tỉnh và đất nông –lâm nghiệp và đất ở chiếm 80% đất khu vực miền núi

- Về dân số đến năm 2016: 1.254,184 triệu người; Khu vực đồng bằng: 1.018.338 người trên 7 huyện thành phố gồm TP Quảng Ngãi, Bình Sơn, Sơn Tịnh, Tư Nghĩa, Nghĩa Hành, Mộ Đức, Đức Phổ; Khu vực miền núi: 216.539 người gồm 6 huyện như, Trà Bồng, Tây Trà, Sơn Hà, Sơn Tây, Minh Long, và Ba Tơ; Khu vực hải đảo huyện Lý Sơn: 19.307 người Từ số liệu trên cho thấy dân số phân bố không đều, khu vực miền núi chếm tỷ lệ 17% trong tổng dân số của Tỉnh

Về kinh tế xã hội: Tồng sản phẩm trên địa bàn (GRDP) ước đạt 51.224,8 tỷ đồng

(giá so sánh 2010), tăng 9,6% so với năm 2017 Trong đó, khu vực công nghiệp-xây dựng tăng 12,07% so với năm 2017; khu vực dịch vụ tăng 8,4%; khu vực nông, lâm nghiệp và thủy sản tăng 4,5% GRDP không tính sản phẩm lọc hóa dầu tăng 8,5% so với năm 2017 GRDP bình quân đầu người (giá hiện hành) đạt 57,8 triệu đồng/người, tương đương 2.514 USD/người Nhìn chung hầu hết các sản phẩm công nghiệp đều tăng, nông lâm nghiệp đều đạt, cơ sở hạ tầng được đầu tư đảm bảo lưu thông hàng

hóa, hệ thống giao thông được kết nối giữu các vùng Công tác quốc phòng, an ninh chính trị và trật tự an toàn xã hội được ổn định

(Nguồn: Báo cáo số 302/BC-UBND, ngày 21/12/2018 của Ủy ban nhân dân Tỉnh Quảng)

1.5 Tổng quan các nghiên cứu trước đây về sạt lở đất ảnh hưởng đến xã hội

Sạt lở đất là hiện tượng dịch chuyển khối đất, đá xuống sườn dốc dưới ảnh hưởng của trọng lực 24 Từ những năm 1970, có rất nhiều nghiên cứu lý giải hiện tượng này Theo Paola Reichenbach (2018) đã chia 23 yếu tố ảnh hưởng đến sạt lở đất theo 5 nhóm chính bao gồm: địa chất, thủy văn, lớp phủ, hình thái địa hình và nhóm yếu tố khác Tuy nhiên, sự đóng góp của các yếu tố này ảnh hưởng sẽ là khác nhau tùy thuộc vào sự phân bố không gian và thời gian của sự kiện sạt lở 6], [7], [ 20], [22], [24 Ví dụ như đối với vùng châu Á như: Trung Quốc; Đài Loan; Nhật Bản và Hàn Quốc Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng yếu tố mưa (thời đoạn và cường độ mưa) là

nguyên nhân chính gây ra sạt lở đất cho vùng núi 20], [24 Cơ chế sự mất ổn định này là do lượng mưa bổ sung nước vào đất trong thời gian dài và vượt quá mức giới hạn của lớp đất, làm lớp đất trở nên lõng lẽo, giảm sự kết dính đồng thời kết hợp với

độ dốc địa hình sẽ làm khối đất đá dịch chuyển xuống

Việc xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro do sạt lở đất là rất cần thiết nhằm phòng ngừa và giảm thiểu những thiệt hại Trong những năm gần đây đã có rất nhiều công trình khoa học thực hiện theo hướng này 3], [4], [13], [14 Bản đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất cho biết khả năng sạt lở ở các mức độ khác nhau và được phân bố theo không gian

Để làm được điều này đã có nhiều nghiên cứu đề xuất những cách tiếp cận và phương pháp khác nhau Theo công trình nghiên cứu tổng hợp của Paola Reichenbach (2018)

đã chỉ ra 5 nhóm phương pháp: (i) lập bản đồ địa mạo-geomorphological mapping, (ii) phân tích sự kiện sạt lở-analysis of landslide inventories, (iii) phân tích phân cấp-heuristic approaches, (iv) phương pháp dựa trên quá trình-process based methods và (v) phương pháp mô hình hóa thống kê-statistically-based modelling methods

1.5.1 Tình hình sạt lở đất trên thế giới và ảnh hướng tới kinh tế xã hội:

Trong những năm qua tình hình sạt lở đất ở nhiều nước trên thế giới rất phức tạp và khó lường Sạt lở đất đã làm hàng chục người chết và mất tích gây thiệt hại hàng ngàn tỷ đồng, làm kèm hảm đến sự phát triển của đất nước, theo đó công tác khắc phục tái thiết sau lở đất rất tốn kém và kéo dài Cụ thể sạt lở đất năm 2016:

Ngày 8-2: Lũ lụt gây ra tình trạng lở đất ở tỉnh Tây Sumatatra của Indonesia, làm 5 người thiệt mạng, 2 người mất tích và hơn 4.000 người phải sơ tán

Ngày 22-4: Một vụ lở đất lớn xảy ra tại bang Arunachal Pradesh, miền Đông Bắc Ấn Độ, làm 16 công nhân xây dựng thiệt mạng

Ngày 8-5: Một vụ lở đất chôn vùi một văn phòng và khu vực nhà tạm của công nhân tại công trường xây dựng nhà máy thủy điện ở huyện Thái Ninh, thành phố Tam Minh, tỉnh Phúc Kiến, miền Đông Nam Trung Quốc, khiến 34 người thiệt mạng

Ngày 1-7: Một vụ lở đất do mưa bão xảy ra tại một ngôi làng ở quận Đại Phương, thành phố Tất Tiết, tỉnh Quý Châu, miền Tây Nam Trung Quốc, chôn vùi 29 người

Ngày 6-7: Một vụ lở đất do mưa lớn xảy ra tại một làng miền núi ở khu vực Yecheng, tỉnh Kashgar, cách thủ phủ Urumqi của khu tự trị Tân Cương (Tây Bắc Trung Quốc) 1.500 km, làm 35 người thiệt mạng

Ngày 26-7: 28 người thiệt mạng và hàng chục người khác bị thương trong các vụ lở đất ở Nepal do mưa lũ

Sạt lở đất ở Bandarban (Bangladesh) ngày 13/6 Ảnh: AFP/TTXVN

Sạt lở đất tại Indonesia, hàng chục người mất tích (Nguồn sggp.org.vn)

Lở đất cuốn 2 xe buýt khiến 45 người chết ở Ấn Độ - Thế giới - ZING.VN

VTV.vn 7/2019 Sạt lở đất tại tỉnh Quý Châu, Tây Nam Trung Quốc

Hình 1.6: Một số điểm sạt lở điển hình trên thế giới

(Nguồn: TTXVN; VTV.VN)

Nguyên nhân: Sạt lở đất có liên quan tới độ dốc lớn về địa hình của khu vực

miền núi đi liền với diễn biến mưa lớn kéo dài và sự suy giảm độ che phủ rừng - thảm thực vật Đặc biệt là các tác động của con người, trong đó trọng tâm là chặt phá rừng

và xây dựng các công trình giao thông, thủy lợi hồ chứa, đập thủy điện…

Giải pháp phòng ngừa: Ngoài các giải công trình và phi công trình các nước

xây dựng hệ thống quan trắc tự động để cảnh báo như Thụy Điển, Mỹ Còn Nhật Bản

có sử dụng hệ thống quan trắc từ máy bay và vệ tinh, giúp thống kê các điểm sạt lở kết nối với vệ tinh và gửi về trung tâm để cảnh báo

1.5.2 Tình hình sạt lở đất ở Việt Nam và ảnh hướng đến kinh tế xã hội

Ở Việt Nam, các nghiên cứu về sạt lở đất mới được quan tâm trong những năm gần đây do số lượng, phạm vi và thiệt hại từ các vụ sạt lở đất ngày càng gia tăng Xu thế này hoàn toàn phù hợp với sự phát triển về kinh tế xã hội và gia tăng dân số, điều này đã tạo nên áp lực thay đổi rất lớn về địa hình và thảm phủ (hệ thống đường giao thông, khu dân cư mới) Bên cạnh đó, với đặc trưng khí hậu gió mùa và áp thấp do bão hàng năm tạo ra lượng mưa rất lớn cho vùng miền núi như Tây Bắc, Bắc Trung Bộ, Trung Trung Bộ và Nam Trung Bộ Các nghiên cứu trong nước đã bước đầu xem xét các yếu tố như: địa chất; địa hình; lớp phủ; lượng mưa và các yếu tố xã hội Trong đó lượng mưa được xem xét là lượng mưa trung bình nhiều năm của các trạm đo 17], [18], [28], [29 Tuy nhiên theo báo cáo mới nhất của Bộ tài nguyên và Môi trường

27, Việt Nam là quốc gia chịu ảnh hưởng rất lớn của biến đổi khí hậu trong thời gian đến, trong đó lượng mưa được dự báo sẽ có sự thay đổi rất lớn và theo xu hướng cực đoan hơn Nghiên cứu này sẽ cải tiến thông tin về yếu tố mưa, thay vì sử dụng lượng mưa trung bình nhiều năm như các nghiên cứu trước đây 17], [18], [28], [29 mà sử dụng các nhóm kịch bản mưa có xét đến mưa cực hạn

Theo thống kê của Tổng cục Phòng chống thiên tại, từ năm 2010 đến 2017 đã xảy

ra 260 trận lũ quét, sạt lở đất ảnh hưởng tới các vùng dân cư, làm chết và mất tích 910 người, hàng nghìn căn nhà bị ngập, hư hại nặng, gây thiệt hại hàng nghìn ha lúa và hoa màu, hàng trăm ha đất canh tác bị vùi lấp; nhiều công trình giao thông, thủy lợi, dân sinh kinh tế bị hư hỏng nặng nề, tổng thiệt hại về kinh tế ước tính hàng chục nghìn tỉ đồng Các tỉnh thường xuyên xảy ra lũ quét, sạt lở đất là: Lào Cai, Hà Giang, Lai Châu, Sơn La, Cao Bằng, Bắc Cạn, Yên Bái, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Nam, Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk, Lâm Đồng

Sạt lở đất ở huyện Mù Cang Chải Yên Bái ngày 7/9/2012, tỉnh Yên Bái cho biết

đã tìm thấy thi thể 8 nạn nhân trong vụ tai nạn do sạt lở đất ở xã La Pán Tẩn

Năm 2017 lũ quét, sạt lở đất ở Mường La (Sơn La), Mù Cang Chải (Yên Bái) trong ngày 2 và 3-8-2017 làm 32 người chết và mất tích Sau đó là các thiên tai tượng tự

xảy ra ở Đà Bắc, Tân Lạc (Hòa Bình), Bắc Trà My, Nam Trà My (Quảng Nam) làm tổng cộng 71 người chết và mất tích, 4.100 ngôi nhà đổ sập, cuốn trôi.13.200 ngôi nhà

Năm 2018, lũ quét và sạt lở đất đã gây thiệt hại nghiêm trọng tại Hà Giang, Lai Châu và một số tỉnh miền núi phía Bắc làm 33 người chết và mất tích; 176 ngôi nhà bị

lũ cuốn trôi; 1.270 nhà bị hỏng và di dời khẩn cấp; thiệt hại hơn 1.000 ha lúa; nhiều tuyến đường tỉnh lộ, quốc lộ bị sạt lở nghiêm trọng thiệt hại ước tính 535 tỉ đồng

Nguyên nhân: Theo báo cáo của các địa phương sạt, trượt lở đất ở Việt Nam,

chủ yếu là do các hiện tượng thời tiết bất thường, trong đó chính là mưa lớn kéo dài xảy ra ngày càng nhiều cùng với khu vực có địa hình phân cắt mạnh, bề mặt địa hình dốc; lớp vỏ phong hóa dày, nhanh ngấm nước, đất bị bão hòa nước, giảm độ ổn định sườn dốc; rừng tự nhiên, rừng phòng hộ còn rất ít khiến lớp phủ thực vật mỏng Các hoạt động nhân sinh như phá rừng, khai khoáng, xây dựng công trình …

Giải pháp phòng ngừa của địa phương:

Gia cố kè mái ta luy, đóng cọc cừ, điều tiết dòng chảy, xây dựng rảnh thoát nước mặt trên các khu vực sạt lở

Khoanh vùng thường xảy ra sạt lở để cảnh báo kịp thời để người dân vùng chịu ảnh hưởng biết, có biện pháp phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại

Di dời dân ra khỏi vùng những vùng có nguy cơ sạt lở cao

Về lâu dài, hỗ trợ cho các địa phương hoàn thành sớm kế hoạch di dời, tái định

cư để ổn định đời sống nhân dân vùng thường xuyên xảy ra thiên tai và vùng có nguy

cơ cao xảy ra lũ quét, sạt lở đất phủ xanh đồi núi trọc bằng việc trồng rừng phòng hộ, khôi phục rừng tự nhiên; hạn chế xây dựng, quy hoạch dân cư tại những khu vực được đánh giá có nguy cơ cao, mật độ trượt lở xảy ra nhiều

Xây dựng hệ thống quan trắc, giám sát, đánh giá, cảnh báo sớm đối với các khu vực có nguy cơ xảy ra lũ quét, sạt lở đất cao hướng dẫn, tuyên truyền đối với người dân địa phương về ứng phó, giảm thiểu thiệt hại

Hình ảnh sạt lở lớn ở các tỉnh Việt Nam

Sạt lở đất ở huyện Mù Cang Chải 2014(Yên Bái)

Sạt lở đất vùi lấp nhà dân 2017 tỉnh Hòa Bình (Ảnh: Chí Tuệ)

Hiện trường một vụ sạt lở tại km74 + 400 trên Quốc lộ 279D, đoạn xã Tạ Bú, huyện

Mường La, tỉnh Sơn La 2017 Ảnh: TTXVN phát

Mưa lũ gây sạt lở nhiều nơi Lai Châu tháng cuối tháng 6/2018 Ảnh: TTXVN Hình 1.7: Một số điểm sạt lở điển hình ở các tỉnh của Việt Nam

(Nguồn: TTXVN; Địa phương)

1.6 Tình hình sạt lở đất trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi

Theo báo cáo thống kê của Chi cục Thủy lợi tỉnh Quảng Ngãi kết hợp với khảo sát thực địa những điểm sạt lở đất trong những năm gần đây (từ năm 2016 đến năm 2018) và sử dụng hình ảnh từ vệ tinh viễn thám trong thời đoạn từ năm 2010 đến năm

2018 Chúng tôi xác định được tổng cộng có 531 điểm sạt lở đất Trong đó có 20 điểm

từ kết quả khảo sát thực địa và 511 điểm từ khôi phục hình ảnh viễn thám Hầu hết các điểm sạt lở phân bố ở 6 huyện miền núi (Ba Tơ; Minh Long; Sơn Tây; Sơn Hà; Tây Trà và Trà Bồng), thời điểm sạt lở thường vào khoảng tháng 9 đến tháng 12 hàng năm

Hình 1.8: Bản đồ thống kê các điểm sạt lở đất từ năm 2010 đến 2018

Nguyên nhân chủ yếu là mưa lớn kéo dài kết hợp với địa hình dốc đã làm sạt lở hàng trăm nghìn m3 đất đá, qua thống kê của tỉnh Quảng Ngãi thì từ năm 2010-2018 sạt lở đất làm hàng trăm người chết và bị thương, vùi lấp hư hại hàng công trình ước thiệt hại lên đến 4567 tỷ đồng

Sơn Tây- Km 169 Sơn Tây- Km 170

Sơn Tây- TĐC Nước Vương Sơn Tây-Đường Trường Sơn Km164

Hình 1.9: Một số điểm sạt lở điển hình từ điều tra thực tế

(Nguồn: do chính tác giả thực hiện)

Tóm lại, luận văn này sẽ sử dụng phương pháp phân cấp (Analytical Hierarchy Process -AHP) để xây dựng bản đồ phân bố mức độ rủi ro do sạt lở đất Phương pháp này chú trọng đến việc điều tra và nhận định trọng số các yếu tố gây ra sạt lở để xây dựng bản đồ nguy cơ sạt lở đất 15], [16 Trong đó yếu tố mưa được xem xét theo 2 nhóm kịch bản (thường xuyên xảy ra và cực hạn) dựa trên phương pháp phân tích tần suất mưa vùng (Regional Frequency Analysis - RFA) 9], [10], [19], [21

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CẤP ĐỘ RỦI RO

DO SẠT LỞ ĐẤT

2.1 Nhận dạng nguyên nhân chính gây sạt lở

Có rất nhiều nguyên nhân gây ra sạt lở đất Theo nghiên cứu của Reichenbach

và cộng sự (2018), đã chia 23 nguyên nhân ảnh hưởng đến sạt lở đất thành 5 nhóm khác nhau, như địa hình, thủy văn, độ che phủ đất, hình thái đại chất và các tham biến khác Tuy nhiên, những nghiên cứu này vẫn có một nhược điểm, rằng các đánh giá này mang tính toàn cầu, rất khó chính xác cho một khu vực nhỏ nhất định như đối với tỉnh Quảng Ngãi Lân cận Quảng Ngãi, [17] đã đưa ra các nguyên nhân sạt lở cho tỉnh Quảng Nam và Quảng Ngãi Trong đó, nhấn mạnh các yếu tố ảnh hưởng đến sạt lở đất trong khu vực như: Độ dốc, khoảng cách đến đường giao thông, lượng mưa, khoảng cách đến các dòng chảy, bề mặt đất và địa chất

Do vậy, để đánh giá chi tiết các nguyên nhân sạt lở đất trong khu vực tính toán, cần rất nhiều theo dõi cũng như đo đạc Tuy nhiên, các dữ liệu này thường không đầy

đủ hay quá trình thu thập rất ngắn Vì vậy, mà trong khuôn khổ luận văn này, các nhân

tố ảnh hưởng trực tiếp đến sạt lở đất được xác định thông qua các công bố nghiên cứu gần đây cho khu vực và vùng lân cận Cụ thể là các nghiên cứu của Phạm Văn Hùng

và Nguyễn Văn Dũng (2013)[17]

Bảng 3.3 chỉ ra rằng, các nhân tố độ dốc, lượng mưa, thảm phủ được nhắc đến hầu hết trong các công bố, và gần như đóng vai trò quyết định trong hiện tượng sạt lở đất trong khu vực Bênh cạnh đó, các nhân tố hình thái địa hình, loại đất, khoảng cách đến đường, khoảng cách đến đường tụ thủy cũng được đánh giá là những nguyên nhân gây ra sạt lở trong khu vực Vì vậy, trong khuôn khổ luận văn này, các yếu tố như: lượng mưa (rainfall) độ dốc (slope), hình thái địa hình (aspect), thổ nhưỡng (soil types), sử dụng đất (land use) khoảng cách đến đường (distance to road), khoảng cách đến dòng chảy (Distance to stream) và mật độ che phủ - Land cover (NDVI) sẽ được dùng để đánh giá sạt lở đất cho khu vực và được đánh giá theo sơ đồ như hình 2.1

Hình 2.1: Sơ đồ tổng quan nhận dạng nguyên nhân sạt lở

Lượng mưa: Căn cứ vào phân bố không gian và thời gian của các điểm sạt lở sự phân bố lượng mưa trong khu vực, mối quan hệ giữa các đặc trưng của mưa và sạt lở đất sẽ được đối sánh và đánh giá Trong luận văn này, số liệu mưa được thu thập từ Đài Khí tượng Thủy văn Trung Trung Bộ

Độ dốc Địa hình: Thực tế là độ dốc địa hình là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong các nguyên nhân gây ra lở đất Một đánh giá từ Reichenbach et al (2018) và N Nikol et al (2018) đã xác nhận vai trò quan trọng của độ dốc trong việc dẫn tới sự mất ổn định của các lớp đất Trong nghiên cứu này, độ dốc địa hình trong khu vực nghiên cứu được tạo ra từ việc xử lý mô hình cao độ số DEM STRM (30x30m) bằng phần mềm ArcGIS 10.4.1 của ESRI (Mỹ) Kết quả phân tích sau đó được phân loại thành các lớp khác nhau trong phạm vi từ 10 đến 70 độ với bước 10 độ

Hình thái địa hình: Khía cạnh địa hình có mối tương quan chặt chẽ với độ các

yếu tố khác như độ che phủ, cường độ đất và độ ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành sạt lở đất [20] Do đó, việc xác định mối tương quan giữa lở đất và hình thái địa hình sẽ hỗ trợ cho việc xác định nguy cơ trượt lở đất Dữ liệu về hình thái địa hình trong nghiên cứu này cũng được tạo ra bởi quá trình phân tích không gian với dữ liệu

là DEM

Thổ nhưỡng: Dưới tác động của lượng mưa, độ bão hòa của đất là một tác nhân quan trọng dẫn đến lở đất Việc xác định lớp đất và đặc tính của chúng là đóng góp rất lớn cho việc đánh giá lở đất và nguy cơ Sự phân bố không gian của các loại thổ nhưỡng được thu thập từ các cơ quan chính quyền địa phương và được phân thích trong Arc GIS cho tỉnh Quảng Ngãi

Sử dụng đất: Theo Khan et al [20], sử dụng đất có ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự phân bố sạt lở Một bằng chứng rõ ràng là thảm thực vật tốt sẽ hoạt động hiệu quả để giữ nước, giảm xói mòn và sau đó cải thiện sự ổn định của khu vực Chuang và Shiu [7] Trong một nghiên cứu gần đây, Reichenbach et al [24] đã đề xuất rằng trọng số đóng góp của mưa và sử dụng đất nên được tính bằng nhau khi thành lập bản đồ nguy

cơ sạt lở Vì vậy, luận văn cũng sử dụng dữ liệu được cung cấp từ các cơ quan địa phương để kiểm tra mối quan hệ giữa phân phối đất và các sự kiện lở đất

Khoảng cách đến đường giao thông: Ở các khu vực miền núi, việc phát triển giao thông nhiều khả năng dẫn đến việc trượt các lớp đất, và giảm độ ổn định mái và cuối cùng là sạt lở Do đó, các tác động của mạng lưới đường bộ cần được đánh giá trong xác định các yếu tố ảnh hưởng Cơ sở dữ liệu của các mạng lưới đường giao thông được thu thập từ chính quyền địa phương để sử dụng trong báo cáo này

Khoảng cách đến dòng chảy: Tương tự, khoảng cách đến dòng chảy cũng là nguyên nhân phổ biến, được sử dụng phổ biến trong phân tích trượt lở đất Sự phân bố không gian của các yếu tố được đánh giá trong môi trường GIS bằng cách sử dụng phân tích DEM hoặc thu thập dữ liệu từ các cơ quan chức năng [23] Trong nghiên cứu này, các dòng chảy được thu thập từ dữ liệu thủy hệ tỉnh Quảng Ngãi, các khoảng cách được tính toán tuyến tính bằng cách sử dụng công cụ phân tích không gian trong Arc GIS 10.4.1

2.2 Phương pháp xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro do sạt lở đất

2.2.1 Phương pháp AHP

Để phát triển bản đồ nguy cơ trượt lở đất thích hợp, việc ứng dụng các công cụ

sẽ quyết định dựa vào nhiều tiêu chí trên GIS được sử dụng rộng rãi Phương pháp này cho phép kết hợp thông tin từ các nhân tố và mức độ tác động của các nhân tố đó đến quá trình sạt lở đất Một phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: Phương pháp phân tích thứ bậc AHP (Analytic Hierarchy Process (AHP)) được

áp dụng trong nhiều lĩnh vực Phương pháp này cũng được dụng phổ biến trong việc đánh giá trọng số của các nhân tố ảnh hưởng đến trượt lở đất trong nhiều nghiên cứu

Phương pháp AHP xác định sự đóng góp trọng số của các nguyên nhân sạt lở đất sẽ được xác định bằng ma trận so sánh theo cặp Dựa trên các nghiên cứu được thực hiện bởi Saaty [25], các tiêu chí sẽ được so sánh trong phạm vi từ 1 đến 9 Mỗi một giá trị thể hiện mức độ quan trọng của tiêu chí này so với tiêu chí còn lại Theo đó

1 cho thấy hai tiêu chí có tầm quan trọng như nhau và 9 cho thấy tầm quan trọng cực

kỳ mạnh mẽ của một tiêu chí so với một tiêu chí định lượng khác [25]

Trọng số lớn nhất trong mô hình AHP đại diện cho một tiêu chí có tác động đáng kể nhất trong việc xác định mục tiêu của cả quá trình tính toán Các trọng số được tính toán từ ma trận tương quan Ngoài ra, tỷ lệ nhất quán (CR) và Chỉ số nhất quán (CI) sẽ được tính toán để ước tính tính nhất quán của quá trình xác định trọng số dựa theo AHP [25] Cần lưu ý rằng giá trị CR phải nhỏ hơn 0,1 Nếu không đạt được giá trị này, quá trình tính toán dựa theo phương pháp thứ bậc được coi là không nhất quán [25] và cần phải thay đổi Chỉ số CI và CR được tính toán theo công thức dưới đây

max 1

n CI

Đối với phân tích tần suất mưa thì bản chất của phương pháp vùng là nhóm tất

cả các giá trị thống kê của các trạm đo mưa trong vùng sau khi các giá trị thống kê của mỗi trạm được chia cho “chỉ số mưa vùng” (index rainfall), sau đó tiến hành phân tích tần suất vùng với mục đích làm lớn kích thước mẫu thống kê, từ đó tăng độ tin cậy của đường cong suy luận vùng Sau đó, giá trị đường cong suy luận vùng này (regional quantiles) được nhân với chỉ số mưa vùng ta sẽ thu được đường cong suy luận cho mỗi trạm đo mưa trong vùng với độ tin cậy cao hơn so với phương pháp suy luận mà chỉ sử dụng số liệu thống kê hạn chế của mỗi trạm

Tuy nhiên, để làm được đều này dữ liệu mưa vùng phải thỏa mãn điều kiện là

“đồng nhất” và chỉ số mưa vùng sử dụng theo đề xuất của Hosking và Wallis (1997) là

bộ giá trị mưa bình quân của mỗi trạm đo Theo Hosking và Wallis (1997), một vùng được xem là đồng nhất về dữ liệu mưa khi mẫu dữ liệu mưa của các trạm đo có cùng chung một tỷ lệ phân phối (scale distribution), điều này đồng nghĩa sẽ tồn tại một hàm phân phối thống kê chung cho tất cả các mẫu thống kê trong vùng và mẫu dữ liệu mưa vùng phải thỏa mãn các điều kiện của test Hosking và Wallis Nếu không thỏa mãn điều kiện này thì cần phải tiến hành chia vùng nghiên cứu chính (main region) thành các tiểu vùng (sub-region) sao cho mẫu dữ liệu của các tiểu vùng thỏa mãn test Hosking và Wallis

Do vậy, trong phân tích tần suất mưa vùng có 2 bước cơ bản là (i) phân chia vùng đồng nhất và (ii) phân tích tần suất vùng sau khi được phân chia Trong nghiên cứu này, kết quả phân tích tần suất mưa vùng tại các trạm ứng với các tần suất thiết kế

và các thời đoạn mưa 3 ngày lớn nhất sẽ được trích suất để xây dựng bộ cơ sở dữ liệu mưa thời đoạn và sử dụng phương pháp nội suy trong ArcGIS để xây dựng bản đồ mưa thời đoạn

2.2.2.1 Phương pháp phân chia vùng đồng nhất dữ liệu mưa ngày

Để phân chia vùng có N trạm nhưng không đồng nhất thành Nk tiểu vùng (với

K chính là số lượng tiểu vùng, K = 2 hoặc 3 .), nghiên cứu sử dụng phương pháp phân cụm (phân tích Cluster) để thể hiện quan hệ mật thiết giữa các trạm trong một tiểu vùng Phương pháp phân cụm bao gồm: (i) phương pháp không thứ bậc (K-Means) 7 và (ii) phương pháp thứ bậc (Ward) 7

Giả sử trong vùng nghiên cứu có N trạm đo mưa, khi đó vector thuộc tính biểu diễn cho N trạm đo mưa là:

Y = {y i /i = 1,…, N} (2.3)

Trong đó: y i = [y i1 , …, y ij , …, y in] ∈ ℜn là vector thuộc tính của trạm thứ i Vector thuộc tính này bao gồm: kinh độ, vĩ độ và cao độ của trạm thứ i 9 ; yij là giá trị thuộc tính j của vector yi

Cho tập xi biểu thị cho giá trị tỷ lệ thứ i trong không gian n chiều {i.e., xi = [xi1,

…, xij, …, xin] ∈ ℜn} , trong đó xij thu được từ sự thay đổi tỷ lệ yi bằng phương trình:

( ̅ )

với 1≤ j ≤ n (2.4) Trong đó: xij biểu thị cho sự thay đổi tỷ lệ của yij; σ j là độ lệch chuẩn của thuộc tính j, y là giá trị trung bình của tất cả vector thuộc tính j

a Phương pháp phân cụm không thứ bậc (K-Means)

Phương pháp phân cụm không thứ bậc là phân bổ các trạm đo vào số lượng các cụm đã xác định trước, trong đó số lượng cụm K hay còn gọi là tiểu vùng phải được giả định trước (K= 1, 2, 3 ) Phương pháp này bao gồm: (i) phương pháp ngưỡng tuần tự; (ii) phương pháp ngưỡng song song, (iii) phương pháp phân chia tối ưu Nghiên cứu này sử dụng phương pháp phân chia tối ưu Theo đó, thuật toán K-Means được McQueen đề xuất năm 1967 và được sử dụng trong phổ biến trong RFA 7 Phương pháp này sử dụng thuật toán lặp để phân thành các cụm sao cho hàm sô F đạt cực tiểu

F được xác định như sau:

Để F đạt cực tiểu, thì khoảng cách của mỗi vector đến tâm của nhóm phải nhỏ nhất (d đạt cực tiểu) Chúng ta có thể lựa chọn phương pháp khoảng cách như Euclidean hoặc Mahalanobis Trong nghiên cứu này tác giả chọn phương pháp khoảng cách như Euclidean và sử dụng ngôn ngữ lập trình R triển khai thuật toán thông qua

hàm kmeans

b Phương pháp phân cụm thứ bậc (Ward)

Phương pháp này là một thủ tục được xây dựng theo một cấu trúc thứ bậc hình cây và được tiến hành theo cách tích tụ hoặc phân chia ra Nghiên cứu này sử dụng phương pháp phân cụm thứ bậc tích tụ dựa vào khoảng cách trung tâm Phương pháp này được Ward đề xuất năm 1963 và được sử dụng khá phổ biến trong RFA hiện nay

9, đây là một thuật toán phân cấp mà ban đầu giả định một trạm là một tiểu vùng Thuật toán sau đó sát nhập các tiểu vùng bằng cách xem xét mối quan hệ giữa các đối tượng bằng phương pháp bình phương cực tiểu (Error Sum of Squares ESS) khoảng cách giữa các đối tượng, ESS được tính như sau:

1

Trong đó: các tham số xij và y như trình bày ở trên Nghiên cứu sử dụng ngôn j

ngữ lập trình R triển khai thuật toán này thông qua hàm hclust

Tiếp theo, mẫu dữ liệu của mỗi tiểu vùng K sẽ được kiểm tra tính đồng nhất thông qua phương pháp của Hosking và Wallis (1997)

2.2.2.2 Phương pháp kiểm tra tính đồng nhất mẫu dữ liệu

Theo Hosking và Wallis (1997) vùng đồng nhất được đánh giá bởi tính đồng nhất dữ liệu thông qua L-moment Lượng mưa trong vùng sẽ được mô phỏng (Nsim=

500 lần) từ phân phối kappa dựa trên các giá trị trung bình L-moment: l1R, R, 3R and

4R Các giá trị thống kê này được ước tính theo ba chỉ số đồng nhất Hn (n = 1, 2 và 3):

Trong đó: V là độ lệch chuẩn trọng số của mỗi trạm L-CV, V2 là khoảng cách trung bình trọng số từ trạm đến trung bình trọng số trong không gian ba chiều L-CV, L-CA và L-Kurtosis, và V3 là khoảng cách trung bình trọng số từ trạm đến trung bình trọng số trong không gian hai chiều L-CA and L-kurtosis Với V, V2 và V3 là giá trị trung bình, V, V2 , và V3 là độ lệch chuẩn ứng với N lần mô phỏng của V, V2 and

V3.Một vùng có thể xem “chấp nhận đồng nhất” nếu Hn < 1, “có thể đồng nhất” nếu 1

{

( ) ( ) ( ) (2.8)

2.2.2.3 Phương pháp phân tích tần suất mưa vùng

a Lựa chọn phân phối thống kê

Trong phân tích tần suất vùng, hàm phân phối (F) được chọn dựa trên tỷ lệ moment và giá trị ZDist Với mỗi dạng phân phối, ZDist được tính toán như sau:

(2.9) Trong đó là giá trị trung bình L-kurtosis tính từ dữ liệu vùng, là giá trị L-kurtosis lý thuyết tính từ mô phỏng cho một dạng phân phối, và là giá trị độ lệch chuẩn của L-kurtosis nhận được từ mô phỏng dữ liệu Những phân phối được chọn phải có giá trị | | Trường hợp tồn tại nhiều hàm phân phối đều thỏa mãn thì hàm phân phối nào cho | | gần bằng 0 nhất sẽ phù hợp nhất 15

b Phương pháp chỉ số mưa vùng

Phương pháp này dựa trên nguyên lý được đề xuất bởi Dalrymple (1960) Giá trị xác xuất lũy tích F tại trạm thứ i có thể được viết:

( ) ( ) (2.10) Trong đó ( ) là giá trị xác xuất lũy tích F của vùng, là chỉ số mưa vùng và được tính bằng giá trị trung bình của mẫu dữ liệu đo tại trạm thứ i

Sau khi phân tích tần suất mưa vùng sẽ ước tính được đường cong tần suất mưa vùng ̂ và thông qua chỉ số mưa vùng thì đường cong tần suất của từng trạm đo trong vùng sẽ là ̂ ̂

Quá trình phân tích tần suất mưa vùng được thực hiện dựa trên suy luận Bayesian và thuật toán Markov chain Monte Carlo

c Thuật toán Bayesian Markov chain Monte Carlo

Suy luận Bayesian và thuật toán MCMC hiện nay được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng thủy văn 8, 10, 12 Nghiên cứu này sẽ giới thiệu ngắn gọn thủ tục Bayesian MCMC Theo thuyết của Bayes, likelihood của mẫu cho bởi các tham số của

mô hình xác suất ( | ) có mối quan hệ với likelihood hoặc hàm mật độ của xác xuất các tham số cho mẫu ( | ):

( | ) ( | ) ( )

( ) (2.11) Trong đó: ( ) là phân phối cho trước của tham số , ( ) là xác xuất của

mẫu D hay còn gọi là hằng số chuẩn hóa Likelihood của mẫu quan sát D được tính

như sau:

( | ) ∏ [∏ ( )] (2.12) Trong đó là hàm mật độ xác xuất của phân phối thống kê đã lựa chọn cho đường cong tần suất vùng, và là vector các tham số của phân phối lựa chọn để ước tính

2.3 Giới thiệu phần mềm xây dựng bản đồ rủi ro về sạt lở đất (SAGA)

SAGA (System for Automated Geoscientific Analyses) là hệ thống phân tích địa lý tự động nguồn mở (GIS) Kể từ lần phát hành đầu tiên vào năm 2004, SAGA đã nhanh chóng được phát triển từ một công cụ chuyên dụng để phân tích địa hình kỹ thuật số đến một nền tảng GIS toàn diện và được thành lập trên toàn cầu cho phân tích khoa học và mô hình hóa [5] SAGA được mã hóa trong C++ trong một thiết kế hướng đối tượng và chạy theo một số hệ điều hành bao gồm Windows và Linux Các tính năng chính của kiến trúc môđun bao gồm giao diện lập trình ứng dụng cho sự phát triển và thực hiện các phương pháp phân tích mới, một giao diện người dùng đồ họa thân thiện với nhiều hình ảnh tùy chọn, trình biên dịch dòng lệnh và giao diện để giải thích các ngôn ngữ như R và Python SAGA có ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu phân tích địa hình kỹ thuật số, địa mạo, khoa học đất, khí hậu và khí tượng học, cũng như viễn thám

Hình 2.2: Giao diện làm việc của SAGA

Vào năm 2013, Saga được phát triển và tích hợp vào phần mềm QGIS, QGIS là một phần mềm GIS nguồn mở và miễn phí cho người dùng, do đó Saga được phổ biến đến người dùng nhiều hơn Trong nghiên cứu này tác giả sử dụng Saga đã được tích hợp trên QGIS V3.4 để phân tích dữ liệu và xây dựng bản đồ rủi ro do sạt lở đất Phụ luc 1 cho thấy các công trình nghiên cứu có sử dụng SAGA trong phân tích sạt lở đất trên thế giới

Tóm lại xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro do sạt lở đất tác giả tu thập thông kê, phân tích đánh giá nhận định các nguyên nhất chính gây sạt lở trên cơ sở tham khảo các đề tài đã được công nhận trên tạp chí khoa khọc từ đó lựa các phương pháp tính toán như phương pháp phân tích trọng số AHP, phương pháp phân tích mưa vùng cuối cùng sử dụng phần mềm SAGA kết hợp với công cụ ArcGis để đưa ra kết quả