MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN Ð Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) nằm ở vùng hạ lưu của hệ thống sông Đồng Nai — Sài Gòn. Mạng lưới sông ngòi, kênh rach chang chit, da dạng và ăn sâu vào đất liền. Phần lớn diện tích đất của TP.HCM có địa chất yếu và phức tạp.
Do đó, thành phố luôn phải đối diện với nguy cơ xảy ra sạt lở rất cao, nhất là khu vực ven sông. Hiện tượng này đ gây thiệt hại đáng kể như: các đoạn sông liên tục bị sạt lở, hàng nghìn mét khối đất đai bị cuốn trôi; nghiêm trọng hơn, nhiều sự cố còn cướp đi tài sản, nhà cửa và đe dọa trực tiếp tính mạng của người dân.HCM, hiện tượng sạt lở ven sông thường xảy ra tại quận 2, quận Bình Thạnh, quận Thủ Đức, huyện Bình Chánh, huyện Nhà Bè, v. Nhiều sự cố nghiêm trọng đ xảy ra ở các khu vực trên. Chiều ngày 24/06/2014, sau cơn mưa lớn, bờ sông Long Kiến bất ngờ bị sạt lở mạnh, một đoạn hẻm dài 12 m, rộng 2,5 m bị cuốn trôi.
7 hộ cuối hẻm bị cô lập và người dân trong khu vực rất hoang mang. Giữa đêm ngày 01/07/2015, tại phường Hiệp Bình Phước, quận Thủ Đức, khoảng 1.000 m? dat sát bờ sông bất ngờ sạt lở làm 4 căn nhà bị trôi xuống sông Sài Gòn. Nhiều xe tải, xe chuyên dụng của công trình xây dựng bờ kè tại đây cũng bị rơi xuống sông. Ngay trong đêm, chính quyền địa phương đã phải hỗ trợ người dân tháo đỡ và di tản đồ đạc đê tránh trường hợp sự cố tiếp tục tái diễn.
Hiện tượng sạt lở còn tác động tiêu cực vào tình hình kinh tế - xã hội. Nhiều tỷ đồng từ nguồn ngân sách thành phố được dùng trong các công tác: gia cô đê bao, khắc phục hậu quả, tổ chức di dời và ôn định cuộc sống cho người dân trong khu vực chịu ảnh hưởng. Vì hiện tượng sạt lở, người dân không thể tập trung lao động sản xuất và các cơ sở kinh doanh buộc phải hạn chế hoạt động, v. Do đó, sự phát triển chung của cả thành phố bị ảnh hưởng đáng kể.
(c) Sạt lở tại khu vực sông Sài Gòn, quận Thủ Đức, TP. Sạt lở gây ảnh hưởng đến đời sống của nhân dân TP. Trong khu vực thành phố, hiện tượng sạt lở ven sông xảy ra do một hoặc nhiều yếu tố kết hợp: địa chất, địa hình, thủy văn, v. Quá trình sinh sống ven bờ của con người, hoạt động vận tải đường thủy, khai thác cát trên sông, v.
là những nguyên nhân của hiện tượng sạt lở. Hiện nay, giải pháp đang được thực hiện chủ yếu vẫn là “sạt lở đến đâu, khắc phục đến đó”. Giải pháp này thiếu tính đồng bộ và bền vững. Căn nguyên của vấn đề vẫn chưa được làm rõ.
Do đó, vấn đề mang tính cấp thiết là tìm hiểu bản chất của hiện tượng sạt lở tại TP.HCM nhằm đề xuất được phương án xử lý thực sự triệt để và hữu hiệu. Tuy tình trạng sạt lở ven sông đ diễn ra trong một thời gian đài nhưng biện pháp cảnh báo kịp thời vẫn chưa có. Sự cô chỉ được phát hiện khi sạt lở đã xảy ra hoặc gần kề, khiến chính quyền và người dân không thể di dời khỏi khu vực nguy hiểm để tránh thiệt hại một cách chủ động. Vì vậy, việc xây dựng và phát triển một hệ thống cảnh báo sớm là hết sức cần thiết.
Khi đó, người dân sẽ kịp di dời trước khi sạt lở xảy ra và những thiệt hại được hạn chế tối đa. Giải pháp này mang tính thiết thực hơn so với việc tập trung khắc phục hậu quả sau sạt lở. Hệ thống quan trắc hiện trường là một công cụ rất hữu hiệu để dự đoán và phòng ngừa các tình huống có thể xảy ra. Đây là hệ thống bao gồm nhiều thiết bị theo dõi và ghi nhận những thông số cần thiết liên quan đến hiện tượng sạt lở.
Trong số đó, thiết bị quan trắc chuyên vị ngang inclinometer là thiết bị chuyên dụng để xác định hướng, tốc độ, độ lớn chuyển vị theo chiều sâu và kích thước cung trượt (Dunnicliff 1999, Stark & Choi 2008). Những thông tin có được từ inclinometer rất quan trọng trong việc nghiên cứu nguyên nhân và bản chất của hiện tượng sạt lở. Đề tài sẽ xây dựng phần mềm phân tích tự động số liệu quan trắc chuyền vị ngang tại hiện trường. Phần mềm sẽ là tiền đề cho việc ứng dụng và phát triển hệ thống cảnh báo sạt lở sớm trong tương lai.
TOM TAT NGHIEN CUU TONG QUAN Phần nghiên cứu tổng quan trình bày khái quát về cơ sở lý thuyết, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan dén dé tai đang thực hiện. Việc nghiên cứu tổng quan là nền tảng cần thiết để tìm hiểu vấn đề từ nhiều khía cạnh. Từ đó, mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu được định hướng cụ thê rõ ràng. Nội dung nghiên cứu tổng quan của luận văn bao gồm hai phần: (1) tổng quan về hiện tượng sạt lở, (2) tổng quan về hệ thống quan trắc hiện trường và hệ thống cảnh báo sạt lở sớm.
Tổng quan về hiện tượng s t lở Sạt lở là hiện tượng mất ổn định và chuyên dịch các khối đất đá tự nhiên do tác động của các yếu tố chân động địa chất, mưa lớn, dòng chảy, sóng, biến đổi mực nước và các tác động khác (Quy chế xử lý sạt lở bờ sông bờ biên 201 1). Khi đó, khả năng chống trượt của mái đốc bờ sông bị suy giảm, lực gây trượt tăng lên hoặc có sự thay đổi về mặt hình học làm cho mái dốc bờ sông chuyên dịch và đạt đến độ dốc tới hạn. Sự cố có thể xuất hiện tức thời hoặc sau một khoảng thời gian, cả trong trường hợp có hoặc không có những dấu hiệu cảnh báo rõ ràng (mặt đất bị nghiêng, vết nứt trên bề mặt xuất hiện, v. Theo Lomtadze (1979), sạt lở là một loại hiện tượng địa chất, do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra, và xuất hiện ở nhiều loại địa hình khác nhau như: đổi núi, sông, biển, hồ v.
Các tác giả Abramson et al. (2002), Duncan & Wright (2005) chia thành năm dạng chính như sau: rơi, đồ, trượt, trượt trôi, trượt dòng. Mỗi loại sạt lở thường xảy ra phổ biến ứng với những dạng mái dốc đặc trưng. Rơi và đỗ thường xảy ra với mái dốc đá, các dạng còn lại thường xảy ra với mái dốc đất.
Dựa vào hình dạng mặt trượt, trượt cũng được chia thành ba dạng chính: trượt phẳng (trượt tịnh tiến), trượt cung tròn và trượt phức hợp (kết hợp giữa trượt phẳng và trượt cung tròn). Trượt phẳng thường xảy ra trong các vật liệu rời, còn trượt cung tròn thường xảy ra bên trong một khối đất còn nguyên vẹn (có tính đồng nhất cao). Về mặt cân bằng lực, các nguyên nhân gây ra sự có này có thể chia thành 2 nhóm chính: nhóm tăng lực gây trượt và nhóm giảm lực kháng trượt (Abramson et al 2002). Những yếu tố làm tăng lực gây trượt bao gồm: (1) Do yéu té dòng chảy làm xói lở bờ sông (2) Do nén dat ven bd b o hòa nước, phat sinh ap luc thấm (3) Do tác động của con người Nhóm các yếu tố làm giảm lực chống trượt bao gồm: q) (2) (3) Do yếu tố địa chất Do tác động của áp lực nước lỗ rỗng Do sự thay đổi về thời tiết, khí hậu v.
Theo kết quả nghiên cứu của các tác giả: Thiềm Quốc Tuấn et al. (2005), Nguyễn Thế Biên (2004), Hoàng Văn Huân (2005), Đinh Công Sản (2005), Lê Văn Tuấn (2006-2007), nguyên nhân gây ra sạt lở ven sông ở TP.HCM có thê tổng hợp như sau: Nguyên nhân khách quan: q) (2) (3) (4) (5) Do yếu tố địa chất Do yếu tố đặc trưng hình thái lòng sông Do yếu tố dòng chảy Do yếu tố thủy văn Do ảnh hưởng biến đổi khí hậu Nguyên nhân chủ quan: q) (2) (3) (4) (5) (6) Do hoạt động xây dựng sát mép bờ Do diện tích thoát nước mặt giảm Do gia tăng tình trạng khai thác cát Do tình trạng xả lũ từ thượng nguồn Do hoạt động giao thông đường thủy Các biện pháp phòng chống sạt lở đã triển khai không hiệu quả. Nhiều công trình phòng chống sạt lở đ được triển khai ở TP. Dựa vào quy mô, các công trình bảo vệ bờ sông được chia thành ba loại: đơn giản (có quy mô nhỏ), bán kiên cỗ (có quy mô vừa) và kiên cố (có quy mô lớn).
Tuy nhiên, hiệu quả từ các công trình này lại chưa cao như mong đợi. Do đó, công tác thiết kế, thi công và quản lý các công trình phòng chống sạt lở cần được nghiên cứu bổ sung để hoàn thiện và hiệu quả hơn. Tổng quan về hệ thống quan trắc và hệ thống cảnh báo s t lở Quan trắc hiện trường là một trong những biện pháp được dùng để nghiên cứu về nguyên nhân, cơ chế sạt lở, kiểm tra xem hành vi ứng xử của giải pháp chống sạt lở có làm việc như dự tính hay không. Một số dấu hiệu có thê nhận biết được bằng mắt thường như: lún, phình trồi, nứt, v.
Tuy nhiên, việc quan sát bằng mắt thường chỉ cung cấp những thông tin sơ bộ. Các số liệu chính xác chỉ có được khi sử dụng đến thiết bị quan trắc hiện trường. Bên cạnh đó, hệ thống quan trắc còn có thể phát hiện và cảnh báo sớm các sự cố sạt lở. Hành vi ứng xử của khối đất thường liên quan tới không chỉ một mà nhiều yếu tố.
Đối với hiện tượng sạt lở, các thông số cần quan trắc là: lượng mưa, mực nước, áp lực nước lỗ rỗng, hệ số thấm, sự phát triển của vết nứt, độ chuyển VỊ ngang, v. (Li 2003; Abramson et al. 2002; Dunnicliff 1998; Millis et al. Mỗi thông số sẽ được quan trắc bởi một loại thiết bị riêng biệt như: thiết bị đo mực nước, piezometer, tensiometer, inclinometer, extensometer v.
Trong đó, inclinometer được dùng để quan trắc chuyển vị ngang của khối đất theo chiều sâu (Dunnicliff 1999, Stark & Choi 2008). Những thông số trên sẽ được sử dụng để xác định độ sâu và hình dáng của khối trượt, tốc độ chuyên vị của khối trượt, hành vi ứng xử của vùng đất xung quanh khối trượt, sự thay đổi áp mực nước và áp lực nước lỗ rỗng, v. Hệ thống cảnh báo sớm là một biện pháp giúp giảm thiểu thiệt hại đo hiện tượng sạt lở gây ra. Đối với hệ thống này, việc quan trắc và xử lý số liệu được thực hiện liên tục đều đặn và hoàn toàn tự động.
Nếu kết quả phân tích cuối cùng vượt quá giới hạn an toàn theo quy định thì hệ thống sẽ tự động đưa ra tín hiệu cảnh báo.