Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT Ở TỈNH QUẢNG NAM 1. Tổng quan về nghiên cứu trượt lở đất 1. Nghiên cứu trượt lở đất trên thế giới Trượt lở đất xảy ra ở vùng núi từ thời xa xưa. Trượt lở đất thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu từ thế kỉ 19 bắt đầu với mô tả của Endlich (1876) về vụ trượt lở ở Slumgullion, một trong những vụ trượt lở nổi tiếng nhất nước Mĩ [78].
Trượt lở đất ở Slumgullion khá phức tạp bao gồm khối trượt hoạt động hiện tại di chuyển trên vết trượt cổ. Tiếp theo Endlich, đã có nhiều nhà khoa học Mĩ, Anh, Italia, Pháp. quan tâm đến trượt lở đất. Những nghiên cứu mang tính định hướng, có ảnh hưởng lớn, phát triển từ nửa sau thế kỉ 20.
Từ thập niên 90 của thế kỉ 20, tai biến trượt lở đất xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới với tần suất và mức độ ngày càng lớn, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Vì thế năm 1989, Liên Hợp Quốc công bố thập niên 1990-2000 là Thập niên Quốc tế giảm thiểu tai biến thiên nhiên. Thực tế đòi hỏi công tác nghiên cứu điều tra về trượt lở đất được tiến hành thường xuyên hơn, rộng khắp hơn với sự tham gia của nhiều chuyên gia, nhóm và trung tâm nghiên cứu lớn. Từ cuối thế kỉ 20 cho đến nay, nhiều công trình, ấn phẩm được công bố liên quan đến tai biến trượt lở đất trên thế giới với nhiều lĩnh vực khác nhau: 1.
Phân tích khái niệm, cơ chế hoạt động, phân loại và xác định các nguyên nhân gây trượt lở đất Khái niệm trượt lở đất (landslide) được Varnes (1984), Crozier (1986), Cruden (1991), Cruden and Varnes (1996), Soeters and Van Westen (1996), Crozier (2005), phân tích rõ và xác định là sự di chuyển của đất đá xuống chân sườn dốc [99], [55], [60], [59], [89]. Liên quan đến tai biến trượt lở đất, 8 các tác giả cũng làm rõ các khái niệm "rủi ro do trượt lở", "tổn thương do trượt lở" [99], [56], trong đó tổn thương tính đến những thiệt hại về người và tài sản gây ra do trượt lở. Trượt lở đất bao gồm nhiều kiểu loại khác nhau. Ngay từ năm 1978 Varnes đã đưa ra một bảng phân loại trượt lở đất và sau này được chính tác giả hoàn thiện [99], [59].
Công trình này được thảo luận tại Hội địa chất công trình quốc tế (IAEG) về trượt lở (1990), sau đó được xuất bản trong cuốn thuật ngữ trượt lở ở nhiều thứ tiếng và được sử dụng rộng rãi. Hệ thống phân loại trượt lở theo Varnes (1978 và 1984) làm nổi bật được kiểu dịch chuyển và kiểu vật chất. Trong thực tế, bất kỳ khối trượt nào cũng được phân loại và mô tả bằng hai cụm từ vật liệu và kiểu dịch chuyển. Theo hệ thống phân loại này, kiểu dịch chuyển bao gồm: đổ, rơi, lật, trượt, chảy ngang, chảy dòng, hỗn hợp và được kết hợp với các loại vật liệu là đá, đất hạt thô, đất hạt mịn [98], [99].
Trong nghiên cứu trượt lở, ngoài việc phân loại chúng theo các dạng còn phải nghiên cứu các quá trình phát sinh và xảy ra trượt lở để có được các giải pháp phù hợp. Theo Varnes (1978) định nghĩa: "Quá trình trượt lở bao gồm chuỗi các sự kiện liên tục từ nguyên nhân hình thành tới tác động”. Trong một vài trường hợp, có thể kinh tế hơn khi tránh những tác động của quá trình trượt lở so với việc cải tạo nó, loại bỏ các nguyên nhân hình thành. Trượt lở nói chung là phức tạp cả về nguyên nhân gây trượt, cơ chế tác động, kiểu di chuyển và loại vật liệu … Nguyên nhân gây trượt lở đất có thể phân chia thành bốn nhóm chính sau [59]: - Các nguyên nhân địa kỹ thuật: sự có mặt của vật liệu yếu, vật liệu nhạy cảm, vật liệu bị phong hóa, vật liệu chịu ứng suất cắt, vật liệu bị nứt nẻ, tách giãn, tồn tại các khối không liên tục với các yếu tố bất lợi (khối phân lớp, phân phiến …), các cấu trúc không liên tục với các yếu tố bất lợi (đứt gãy, bất 9 chỉnh hợp, đới cà nát…), vật liệu có khả năng thấm lớn, hỗn hợp vật liệu bất lợi (các vật liệu cứng, chặt phân bố trên nền các vật liệu mềm dẻo hơn).
- Các nguyên nhân hình thái địa mạo: Sự có mặt của hoạt động kiến tạo hay sự nâng lên của núi lửa, xói lở lòng sông tới chân mái dốc, hoạt động của sóng tới chân mái dốc, xói lở các mép bên mái dốc, xói ngầm (do hòa tan, vận chuyển dòng ngầm …), tăng tải trọng lên mái dốc do các tích đọng vật liệu, hủy hoại thảm thực vật (cháy rừng, hạn hán). - Các nguyên nhân vật lý: Mưa lớn, các quá trình kết tủa hóa học, khả năng kéo vật chất đi xuống dưới tác động của lũ lụt và thủy triều, động đất, hoạt động núi lửa, sự co ngót và giãn nở của vật liệu dưới tác động của thời tiết. - Các nguyên nhân nhân sinh: khai đào hố móng hay làm mất chân mái dốc (làm đường), chất tải lên mái dốc, hoạt động làm tăng khả năng kéo vật chất đi xuống như xây dựng hồ chứa, hoạt động tạo chấn động nhân tạo (nổ mìn), sự thoát nước từ các hoạt động kinh tế [59]. Việc xác định rõ các nguyên nhân gây trượt lở đối với từng khu vực cụ thể có ý nghĩa rất lớn trong việc khoanh vùng dự báo nguy cơ trượt lở.
Đánh giá, phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở đất Nghiên cứu cơ chế hoạt động, nguyên nhân hình thành các khối trượt lở đất sẽ giảm đi giá trị nếu không có nghiên cứu phân vùng dự báo. Dựa trên nguyên tắc "quá khứ và hiện tại là chìa khóa tới tương lai" [99], các nghiên cứu xác định nguy cơ tai biến trong tương lai theo các điều kiện về địa chất, địa mạo, khí hậu thủy văn giả định như trong quá khứ và hiện tại. Mục đích chính của các nghiên cứu này là thành lập bản đồ nguy cơ trượt lở đất hoặc phân vùng ổn định sườn dốc với các mức độ cao thấp phân bố trong không gian. Do có rất nhiều thuộc tính và các yếu tố liên quan nên việc xây dựng loại bản đồ này có nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau, từ định tính cho đến định lượng: 10 a) Phân tích sự phân bố của các điểm trượt lở Phân tích sự phân bố các điểm trượt lở là một cách tiếp cận trực tiếp đối với phân vùng nhạy cảm trượt lở đất.
Phương pháp này chỉ ra sự phân bố trượt lở trên bản đồ thông qua việc phân tích ảnh hàng không, thực địa hoặc các dữ liệu trượt lở trong quá khứ. Các bản đồ hiện trạng trượt lở, trong nhiều trường hợp, là cơ sở cho các tiếp cận phân vùng khác. Bản đồ hiện trạng thể hiện sự phân bố trượt lở trong không gian theo dạng vùng, dạng điểm hoặc mật độ trượt lở. Phương pháp này trình bày được mật độ trượt lở một cách định lượng, tuy nhiên lại không thể hiện được mối quan hệ giữa trượt lở đất và các yếu tố nguyên nhân gây ra trượt lở.
Phương pháp phân tích sự phân bố trượt lở rất tốn kém về thời gian, công sức và tiền của và bản đồ được thành lập theo phương pháp này cũng không cung cấp thông tin gì về mức độ nhạy cảm trượt lở trong tương lai [89]. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp này phải kể đến công trình của Cruden (1988) [61], và Chau. b) Phân tích địa mạo Phân tích địa mạo được xem là phương pháp thành lập bản đồ trực tiếp, cách tiếp cận trực tiếp, định tính chủ yếu dựa trên khả năng, kinh nghiệm của các nhà địa mạo. Theo cách này, phân vùng tai biến trượt lở được các nhà địa mạo tiến hành trực tiếp ngoài thực địa, dựa trên kinh nghiệm của họ về đối tượng, về vùng nghiên cứu và các điều kiện tương tự khác mà không đưa ra được nguyên tắc đánh giá.
Bản đồ nhạy cảm trượt lở được xây dựng trực tiếp từ bản đồ địa mạo chi tiết. Người thành lập bản đồ sẽ quy định một cách chủ quan một giá trị ổn định sườn mang tính định lượng, hoặc một nhóm tai biến trượt lở cho mỗi một polygon trên bản đồ dựa vào kết quả giải đoán ảnh máy bay, hoặc dựa trên các quan sát ngoài thực địa, hay dựa theo kinh nghiệm của chính người chuyên gia đó. Việc nhận dạng hình thái địa mạo đối với các khu vực địa hình có tiềm năng không ổn định thường dựa chủ yếu vào các kết quả quan sát các điểm trượt đã biết. Phân tích địa mạo là một phương pháp khá linh 11 hoạt và rất hiệu quả ở nhiều tỷ lệ và mức độ nghiên cứu khác nhau.
Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là thiếu khả năng lặp lại và độ tin cậy phụ thuộc hoàn toàn vào kỹ năng và kinh nghiệm của người thành lập bản đồ. Một số nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp này: [69], [67], [83] và [99]. c) Phân tích thống kê Phân tích thống kê sử dụng so sánh tương quan giữa hiện trạng phân bố trượt lở và các yếu tố gây trượt. Trên cơ sở ứng dụng GIS, các phương pháp phân tích thống kê nhằm dự báo nguy cơ trượt lở đất có thể phân chia thành hai nhóm: phân tích thống kê đơn biến và phân tích thống kê đa biến.
Phương pháp thống kê đơn biến dựa trên phép phân tích mối quan hệ giữa trượt lở đất và các yếu tố gây trượt, đồng thời xác định mật độ xuất hiện trượt lở trên các yếu tố gây trượt. Mật độ hoặc tần suất xuất hiện của tai biến trượt lở đất trên từng yếu tố gây trượt lở đất có thể sử dụng để gán làm trọng số cho từng yếu tố gây trượt. Bản đồ trọng số về nguy cơ xảy ra tai biến trượt lở đất là sự kết hợp những bản đồ trọng số của các tác nhân gây ra tai biến trượt lở đất trong hệ thống GIS theo một thuật toán nhất định nào đó tùy vào phương pháp ứng dụng cụ thể ví dụ như phương pháp chỉ số thống kê (Statistical analysis index), phương pháp xác suất (Probability), phương pháp trọng số bằng chứng (Weight of Evidence), phương pháp hệ số chắc chắn (Certainty factor)… Đối với phương pháp thống kê đơn biến, những bản đồ có tỷ lệ thích hợp nhất là 1:50000 [94]. Phương pháp phân tích thống kê đa biến cũng dựa trên mối quan hệ của mỗi yếu tố gây ra trượt lở đất và các điểm trượt lở.
