Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Thái Nguyên có tổng diện tích tự nhiên 3.526,64 km2 với hơn 66,7% diện tích là đồi núi cao trên 100m. Nằm trong vành đai khí hậu cận nhiệt đới ẩm, địa phương ghi nhận lượng mưa trung bình năm lớn dao động từ 1.500 mm đến 2.500 mm, trong đó lượng mưa mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 chiếm tới 87% tổng lượng cả năm. Đặc điểm địa hình chia cắt mạnh kết hợp với chế độ mưa tập trung cực đoan đã khiến Thái Nguyên trở thành điểm nóng thường xuyên chịu tác động nặng nề của các dạng tai biến thiên nhiên như lũ lụt, lũ quét, sạt lở đất, hạn hán và rét đậm rét hại.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn tập trung vào việc làm rõ quy luật phát sinh, phân bố không gian và mức độ tàn phá của các loại hình thiên tai điển hình trên địa bàn tỉnh. Mục tiêu cụ thể là phân tích thực trạng tai biến, xác định rõ nguyên nhân tự nhiên và nhân sinh, từ đó xây dựng hệ thống giải pháp công trình và phi công trình nhằm giảm nhẹ rủi ro. Phạm vi nghiên cứu bao quát toàn bộ 9 đơn vị hành chính gồm 180 xã, phường, thị trấn (với 125 xã vùng cao, miền núi) trong khung thời gian thu thập dữ liệu chuyên sâu từ năm 2015 đến năm 2019.

Ý nghĩa của công trình thể hiện rõ nét qua việc bảo vệ tính mạng và sinh kế cho hơn 1,29 triệu người dân địa phương. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học xác thực nhằm bảo vệ an toàn cho 85.000 ha đất canh tác nông nghiệp, hạn chế nguy cơ tê liệt mạng lưới giao thông đường bộ hơn 3.650 km và giảm thiểu thiệt hại hàng chục tỷ đồng mỗi năm cho ngân sách tỉnh Thái Nguyên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng đồng bộ lý thuyết Địa hệ thống (Geosystem), lý thuyết Địa mạo động lực và khung quản lý rủi ro thiên tai dựa vào cộng đồng (CBDM) do các tổ chức quốc tế phát triển. Đề tài tích hợp mô hình phân loại trượt lở đất của Varnes (1978) gồm 6 cơ chế chuyển dịch vật chất: sụt lở, lật, trượt phẳng - xoay, ép trồi, dòng chảy bùn đá và trượt phức hợp.

Hệ thống lý thuyết làm sáng tỏ 4 khái niệm cốt lõi:

  1. Tai biến thiên nhiên: Hiện tượng tự nhiên nguy hiểm tác động tiêu cực tới con người và môi trường sống.
  2. Tai biến môi trường lý - sinh: Sự suy giảm chất lượng cảnh quan do biến động nhiệt ẩm cực đoan và hoạt động nhân sinh.
  3. Lũ quét sườn dốc và nghẽn dòng: Dòng chảy xiết mang hàm lượng bùn cát lớn hình thành nhanh tại lưu vực dốc.
  4. Trượt lở đất: Quá trình dịch chuyển trọng lực của khối đất đá sườn dốc khi mất cân bằng cơ học dưới tác động của mưa lớn hoặc áp lực nước lỗ rỗng.

Bên cạnh đó, nghiên cứu áp dụng quy chuẩn khí tượng đánh giá nắng nóng diện rộng khi nhiệt độ tối đa từ 35°C trở lên và nắng nóng đặc biệt gay gắt khi nhiệt độ vượt 39°C hoặc độ ẩm không khí hạ dưới ngưỡng 55%.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu đa tầng bao gồm ảnh viễn thám vệ tinh Landsat, tài liệu đo đạc thủy văn thực tế từ trạm Gia Bảy và trạm Chã, cùng chuỗi Niên giám thống kê tỉnh Thái Nguyên liên tục từ năm 2015 đến năm 2019.

Cỡ mẫu khảo sát bao trùm toàn bộ 180 đơn vị hành chính cấp xã, trong đó chọn mẫu điển hình tập trung tại 125 xã vùng cao miền núi thuộc các huyện Đại Từ, Định Hóa, Võ Nhai, Phú Lương và Đồng Hỷ. Phương pháp chọn mẫu theo lát cắt không gian đại diện cho 3 tiểu vùng địa hình: vùng núi cao hiểm trở sườn đông Tam Đảo (độ cao lên tới 1.590m), vùng karst núi đá vôi Đông Bắc (500 - 600m) và vùng đồi trung du lượn sóng phía Nam (dưới 100m).

Phương pháp phân tích chủ đạo là xử lý ảnh viễn thám trên phần mềm chuyên dụng ENVI 5.2 kết hợp hệ thống thông tin địa lý (GIS) để số hóa bản đồ chuyên đề. Tác giả chọn phương pháp này vì địa hình miền núi Thái Nguyên có độ dốc trung bình lớn từ 15,2% đến 27,3%, nhiều khu vực hiểm trở khó tiếp cận bằng phương pháp trắc địa thông thường. Công nghệ GIS viễn thám cho phép phân tích biến động thảm phủ thực vật 186.925,7 ha rừng, xác định các đới đứt gãy kiến tạo và khoanh vùng chính xác các điểm có nguy cơ sạt lở cao trong suốt chu kỳ nghiên cứu 5 năm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, lũ lụt trên lưu vực sông Cầu diễn ra với tần suất cao và mức độ chênh lệch dòng chảy cực lớn. Hàng năm ghi nhận trung bình từ 8 đến 10 trận lũ, trong đó có từ 3 đến 4 trận lũ lớn. Lưu lượng mùa lũ tại sông Cầu lên tới 3.500 m3/s, cao gấp 466 lần so với lưu lượng mùa cạn chỉ 7,5 m3/s. Vào năm 2019, mực nước đỉnh lũ đo được tại trạm thủy văn Gia Bảy đạt mức 2.643 cm, vượt báo động cấp II là 43 cm và cao hơn 64 cm so với mức trung bình nhiều năm.

Thứ hai, nguy cơ sạt lở đất và lũ bùn đá phân bố tập trung tại các khu vực có tỷ lệ đồi núi chiếm 80,6% diện tích tự nhiên (gồm đất núi 48,2% và đất đồi 32,4%). Điểm nóng trượt lở tập trung tại các sườn dốc trên 25° thuộc huyện Đại Từ, Định Hóa và Võ Nhai. Tại đây, lớp vỏ phong hóa dày từ 2.500 mm đến 3.000 mm dễ bị bão hòa nước dẫn đến sạt trượt hàng nghìn mét khối đất đá xuống các tuyến giao thông trọng điểm.

Thứ ba, sự phân hóa thời tiết cực đoan gia tăng rõ rệt giữa hai mùa. Lượng mưa tháng 8 đạt đỉnh tới 417,3 mm (năm 2018), chiếm gần 30% lượng mưa cả năm, gây ra ngập lụt cục bộ trên diện rộng. Ngược lại, vào mùa khô, lượng mưa tháng 12 giảm sâu chỉ còn 2,4 mm (năm 2016), chiếm chưa đầy 0,5% tổng lượng mưa năm, gây khô hạn nghiêm trọng và làm giảm năng suất cây chè đặc sản tại các vùng chuyên canh.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính gây tai biến là sự cộng hưởng giữa yếu tố tự nhiên và nhân sinh. Về tự nhiên, cấu trúc nham thạch cổ xen kẽ sa phiến thạch nứt nẻ mạnh và độ dốc đáy sông Công lên tới 27,3% khiến lũ tập trung nhanh. Về nhân sinh, diện tích rừng tự nhiên chỉ còn 76.486,9 ha (thấp hơn nhiều so với 110.438,8 ha rừng trồng ngắn ngày), kết hợp hoạt động khai khoáng quy mô lớn tại các mỏ than trữ lượng 90 triệu tấn và mỏ đa kim Núi Pháo trữ lượng 21 triệu tấn làm suy giảm khả năng giữ đất.

So sánh với các nghiên cứu của Bộ Khoa học và Công nghệ tại vùng miền núi phía Bắc, Thái Nguyên có tốc độ đô thị hóa nhanh (tỷ lệ dân số đô thị đạt 32,06%) và diện tích khu công nghiệp mở rộng trên 1.500 ha, khiến hệ số dòng chảy mặt tăng 15% so với giai đoạn trước năm 2015.

Toàn bộ kết quả phân tích được biểu diễn trực quan qua hệ thống bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000, bản đồ hiện trạng lũ lụt lưu vực sông Cầu, bản đồ phân bố các điểm sạt lở thực địa và bảng tổng hợp tương quan giữa lượng mưa cực trị với dao động mực nước sông qua các năm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Hiện đại hóa hệ thống quan trắc và cảnh báo sớm: Lắp đặt bổ sung 15 trạm đo mưa tự động và cảm biến thủy văn thông minh trên lưu vực sông Cầu và sông Công trước năm 2023. Mục tiêu nâng thời gian cảnh báo sớm lũ quét, sạt lở đất lên 24 - 48 giờ, giúp giảm thiểu 40% thiệt hại về người và tài sản. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp với Đài Khí tượng Thủy văn tỉnh Thái Nguyên.

  2. Phục hồi thảm phủ rừng phòng hộ đầu nguồn: Thực hiện trồng mới và khoanh nuôi tái sinh 15.000 ha rừng tự nhiên tại các huyện Định Hóa, Võ Nhai và vùng đệm Tam Đảo trong giai đoạn 2021 - 2025. Nâng tỷ lệ che phủ rừng toàn tỉnh từ 52,0% lên mức 55,0%, tăng cường kết cấu giữ đất và giảm xói mòn sườn dốc 25%. Chủ thể thực hiện: Chi cục Kiểm lâm kết hợp với Ủy ban nhân dân các huyện miền núi.

  3. Quy hoạch và di dời dân cư vùng nguy cơ cao: Xây dựng phương án bố trí tái định cư an toàn cho 1.200 hộ dân đang sinh sống tại chân các taluy dốc và vùng trũng ngập lụt nguy hiểm trước mùa mưa bão năm 2024. Đồng thời ban hành quy chuẩn cấm xây dựng công trình kiên cố trên các hành lang thoát lũ tự nhiên. Chủ thể thực hiện: Ủy ban nhân dân tỉnh Thái Nguyên và Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai địa phương.

  4. Nâng cấp hạ tầng thoát lũ và kiểm soát bãi thải mỏ: Cải tạo, kiên cố hóa 45 km đê kè xung yếu dọc sông Cầu qua thành phố Thái Nguyên và thị xã Phổ Yên; hoàn thiện nạo vét lòng dẫn trước năm 2025. Siết chặt quy trình an toàn bãi thải tại các mỏ khai thác khoáng sản than và kim loại, đảm bảo tiêu chuẩn chống sạt trượt đất đá mùa mưa. Chủ thể thực hiện: Sở Giao thông vận tải, Sở Tài nguyên và Môi trường cùng các doanh nghiệp khai thác khoáng sản.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước (UBND tỉnh, Sở TN&MT, Sở NN&PTNT): Sử dụng các bản đồ phân vùng nguy cơ ngập lụt và sạt lở đất làm cơ sở tích hợp vào Quy hoạch tỉnh Thái Nguyên thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050, phục vụ việc phân bổ ngân sách phòng ngừa rủi ro thiên tai hàng năm.

  2. Chuyên gia quy hoạch và kỹ sư xây dựng công trình: Khai thác dữ liệu về độ dốc sườn (15,2% - 27,3%), địa chất công trình và lưu lượng dòng chảy đỉnh lũ (3.500 m3/s) để thiết kế nền móng an toàn cho các khu đô thị mới, khu công nghiệp và các tuyến giao thông liên huyện.

  3. Giảng viên, nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành Địa lý, Môi trường: Tham khảo khung phương pháp kết hợp ảnh vệ tinh Landsat trên nền tảng ENVI 5.2 và GIS làm tài liệu giảng dạy, học tập hoặc mở rộng mô hình nghiên cứu tai biến sang các lưu vực sông khác thuộc vùng Đông Bắc Bộ.

  4. Các tổ chức phát triển xã hội và cộng đồng dân cư địa phương: Ứng dụng khung quản lý rủi ro thiên tai dựa vào cộng đồng (CBDM) nhằm xây dựng cẩm nang kỹ năng ứng phó lũ quét tại chỗ cho 125 xã vùng cao, giúp người dân chủ động bảo vệ an toàn tính mạng và tài sản.

Câu hỏi thường gặp

  1. Loại hình tai biến thiên nhiên nào gây thiệt hại nặng nề nhất tại tỉnh Thái Nguyên? Lũ lụt trên sông Cầu kết hợp với sạt lở đất tại các huyện miền núi gây hậu quả nghiêm trọng nhất. Với tần suất 8 - 10 trận lũ mỗi năm, đỉnh lũ lịch sử tại trạm Gia Bảy đạt 2.643 cm kết hợp lượng mưa mùa mưa chiếm 87% tổng lượng cả năm đã nhiều lần làm ngập úng đô thị và phá hủy hạ tầng giao thông.

  2. Cấu trúc địa chất và địa hình ảnh hưởng như thế nào đến nguy cơ sạt lở đất? Hơn 66,7% diện tích tỉnh là đồi núi với độ dốc sườn từ 15,2% đến 27,3%. Nền địa chất gồm sa phiến thạch và đá vôi phong hóa mạnh tạo ra lớp phủ đất mềm dày 2.500 mm đến 3.000 mm, khi gặp mưa lớn kéo dài sẽ nhanh chóng bị bão hòa và gây trượt lở mái dốc.

  3. Hoạt động khai thác khoáng sản có tác động gì đến hiện trạng thiên tai? Thái Nguyên sở hữu trữ lượng than đá 90 triệu tấn và mỏ vonfram Núi Pháo 21 triệu tấn. Hoạt động bóc phủ bề mặt và đổ thải mỏ nếu không được kè chắn an toàn sẽ làm mất lớp thực vật giữ đất, gia tăng dòng chảy mặt và tạo nguồn bùn đá nguy hiểm khi có mưa lũ.

  4. Phương pháp viễn thám và GIS mang lại ưu thế gì trong nghiên cứu này? Tác giả đã xử lý chuỗi ảnh vệ tinh Landsat trên phần mềm ENVI 5.2 để giải đoán biến động lớp phủ trên diện tích 3.526,64 km2. Phương pháp này giúp xác định chính xác các vết nứt sườn dốc và xây dựng bản đồ nguy cơ sạt lở chi tiết cho 180 xã phường mà khảo sát bộ không thể bao quát hết.

  5. Đâu là giải pháp cấp bách nhất để hạn chế rủi ro thiên tai tại địa phương? Giải pháp then chốt là di dời khẩn cấp 1.200 hộ dân khỏi vùng nguy hiểm trước năm 2024, kết hợp lắp đặt 15 trạm quan trắc tự động để tăng thời gian cảnh báo sớm lên 24 - 48 giờ và nâng tỷ lệ che phủ rừng phòng hộ lên 55,0% vào năm 2025.

Kết luận

  • Luận văn đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý luận và thực tiễn về các dạng tai biến thiên nhiên điển hình tại tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2015 - 2019.
  • Xác định rõ vùng nguy cơ cao tập trung tại khu vực đồi núi chiếm 80,6% diện tích tự nhiên và dọc lưu vực sông Cầu có lưu lượng mùa lũ lên tới 3.500 m3/s.
  • Ứng dụng thành công công nghệ viễn thám Landsat và phần mềm ENVI 5.2 để số hóa bản đồ phân vùng rủi ro cho toàn bộ 3.526,64 km2 diện tích tự nhiên.
  • Đề xuất 4 nhóm giải pháp đồng bộ hướng tới mục tiêu giảm 40% thiệt hại do thiên tai gây ra trong giai đoạn 2021 - 2025.
  • Thiết lập lộ trình nâng độ che phủ rừng lên 55,0% và hoàn thành tái định cư an toàn cho 1.200 hộ dân vùng sạt lở nguy hiểm trước năm 2026.

Đóng góp quan trọng nhất của luận văn là cung cấp cơ sở dữ liệu không gian chuẩn xác, làm luận cứ khoa học tin cậy cho các nhà hoạch định chính sách địa phương. Kế hoạch tiếp theo cần tập trung mở rộng tích hợp hệ thống cảm biến viễn thám thời gian thực vào trung tâm điều hành đô thị thông minh của tỉnh. Các nhà quản lý, cơ quan quy hoạch và doanh nghiệp hãy chủ động ứng dụng kết quả nghiên cứu này để xây dựng một Thái Nguyên phát triển bền vững và an toàn trước biến đổi khí hậu.