Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Khái niệm và phân loại lũ quét Hiện nay có nhiều quan niệm khác nhau về khái niệm và phân loại lũ quét bởi vì lũ quét là một quá trình tự nhiên phức tạp về nguyên nhân, thành phần, sự xuất hiện và còn do bởi cách tiếp cận khác nhau của các nghiên cứu. Khái niệm lũ quét Dưới đây là những khái niệm được trích dẫn khá phổ biến trong và ngoài nước: Ngoài nước: - Tổ chức Khí tượng Thế giới [79]: Lũ quét là loại lũ thường xảy ra trong thời gian ngắn (bất thần xuất hiện và biến mất ở thượng nguồn), đỉnh lưu lượng tương đối lớn và nhọn. - Cơ quan Dịch vụ Khí tượng Mỹ (AMS) [84]: Lũ quét là loại lũ lên và xuống rất nhanh mà có ít hoặc hầu như không có cảnh báo trước do mưa lớn xảy ra trên khu vực tương đối nhỏ.
- Cơ quan Dịch vụ Thời tiết Quốc gia Mỹ (US NWS) [84]: Một dòng chảy nhanh và cực mạnh do khối nước cao tới khu vực thường xuyên khô hoặc sự dâng mực nước rất nhanh trong suối, kênh, sông vượt quá mức lũ định trước và thường xảy ra trong vòng 6 giờ của sự cố (mưa lớn, vỡ đập, tan băng). Tuy nhiên, ngưỡng thời gian thực có thể khác nhau theo từng vùng, thủy vực. Các trận lũ đang diễn ra làm tăng mạnh khả năng lũ quét khi gặp mưa lớn làm dâng đột ngột mức lũ. Trong nước: - Cao Đăng Dư và Lê Bắc Huỳnh [6]: Lũ quét thường là những trận lũ lớn, xảy ra bất ngờ, tồn tại trong một thời gian ngắn (lên nhanh, xuống nhanh), dòng chảy xiết có hàm lượng chất rắn cao và có sức tàn phá lớn.
- Lã Thanh Hà và Ngô Trọng Thuận [13]: Lũ quét là lũ hình thành do mưa kết hợp với các tổ hợp bất lợi về điều kiện mặt đệm (địa hình, địa mạo, lớp phủ.) sinh ra dòng chảy bùn đá trên các sườn dốc (lưu vực, sông suối), dòng chảy lũ truyền LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 rất nhanh gây ra những tàn phá bất ngờ và nghiêm trọng ở khu vực sườn núi và dọc sông mà nó tràn qua. Nhận xét: Các khái niệm đưa ra ở trên đều chỉ rõ đặc điểm rất riêng của lũ quét là lên nhanh, xuống nhanh, xảy ra bất ngờ, lưu lượng lớn, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, thường xảy ra ở khu vực đồi núi và do mưa lớn. Đáng chú ý nhất là khái niệm đưa ra bởi Lã Thanh Hà và Ngô Trọng Thuận [13] dựa trên kết quả nghiên cứu các trận lũ quét xảy ra ở Việt Nam trong thời gian dài (từ năm 1953 đến 2008) nhấn mạnh nguyên nhân chính là mưa lớn và tổ hợp các yếu tố thuận lợi của điều kiện bề mặt. Dựa trên nhiều kết quả nghiên cứu lũ quét trong nước, dựa trên đối tượng và phạm vi nghiên cứu, trong luận án, khái niệm lũ quét được xác định: “Lũ quét là những trận lũ lớn, xảy ra bất ngờ, tồn tại trong một thời gian ngắn, có dòng chảy xiết, có hàm lượng chất rắn cao và có sức tàn phá lớn hơn nhiều mức lũ bình thường và thường xảy ra ở thượng nguồn khe, suối, sông và trên những lưu vực tương đối nhỏ nơi có tổ hợp các yếu tố thuận lợi của điều kiện bề mặt và địa hình”.
Phân loại lũ quét Các nghiên cứu trong và ngoài nước đều dựa vào đặc điểm, quy mô phát triển, các vật chất mang theo trong dòng chảy và nguyên nhân gây lũ mà phân lũ quét ra thành các loại chính sau: Cao Đăng Dư và Lê Bắc Huỳnh [6] dựa vào nguyên nhân chia lũ quét thành 3 loại: (1) lũ gây ra do mưa cục bộ, tập trung lớn ở các lưu vực tự nhiên; (2) lũ gây ra do mưa lớn trên các lưu vực đã có tác động mạnh của con người; (3) lũ gây ra do tháo, vỡ thình lình đập chắn. Lã Thanh Hà và Ngô Trọng Nhuận [10, 13] dựa vào độ lớn, nguyên nhân và phạm vi hoạt động chia lũ quét thành 2 loại: (1) lũ quét sườn dốc: lũ hình thành do mưa gây ra dòng chảy mặt lớn trên sườn dốc. Lũ này thường có tính cục bộ, phạm vi hẹp và xuất hiện ở đầu các khe, suối và thường tắt khi đi đến hồ chứa lớn hay sông chính; (2) lũ quét dòng: do mưa lớn trên diện rộng toàn lưu vực gây ra lũ có dòng chảy lớn trên các suối, sông chính quét đi làng mạc, công trình dọc hai bên bờ. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 Ngô Đình Tuấn [45] dựa vào vật chất mang theo mà chia lũ quét thành 3 loại: (1) lũ quét (sweeping flood, flash flood): lũ quét xảy ra với tốc độ lớn và đường đi ngắn, quét đi mọi chướng ngại vật trên đường đi của nó; (2) lũ bùn (mudflow): lũ mang nhiều bùn, đá; (3) lũ đá (debris flood): lũ mang nhiều rác, cành cây, cuội sỏi, đá, đá tảng.
Trần Văn Tư [44] dựa trên quy luật hình thành, phát triển và vật chất mang theo chia lũ quét thành 4 loại: (1) lũ quét nghẽn dòng: lũ có công suất và dòng chảy lớn, mang nhiều vật chất khác nhau, hình thành trên thung lũng sông mở rộng hoặc trũng giữa các núi, hoặc cánh đồng karst làm dòng nước bị tắc nghẽn, ứ đọng; (2) lũ quét sườn: có vận tốc dòng chảy lớn, lên xuống nhanh, xảy ra chủ yếu trên sườn dốc nơi có tập trung nước mặt lớn thuộc suối cấp 1 và 2; (3) lũ quét hỗn hợp: có vận tốc dòng chảy lớn, mang theo nhiều vật chất khác nhau xảy ra trong trũng có kích thước nhỏ, cửa sông suối dạng trũng nhỏ và hở, các đoạn sông mở rộng có đặc trưng trung gian của lũ quét nghẽn dòng và lũ quét sườn; (4) lũ bùn đá: là loại lũ quét sườn đặc biệt chứa nhiều bùn, đá, cành cây, có động năng lớn, phát sinh từ thượng nguồn các suối nhỏ (cấp 1, 2) do đất đá trượt lở kết hợp đưa vào dòng lũ ở các hợp lưu với suối, sông lớn hơn. Nguyễn Ngọc Thạch và nnk [35] dựa trên phạm vi hoạt động, vật chất mang theo và nguyên nhân phân lũ quét thành 4 loại: (1) lũ quét sườn dốc: lũ xảy ra trên sườn dốc với tốc độ lớn và ngắn, quét đi mọi chướng ngại trên đường nó đi qua; (2) lũ bùn đá: lũ có mang nhiều bùn, đá trong dòng lũ; (3) lũ nghẽn dòng: lũ mang nhiều rác, cành cây, đất đá, cuội sỏi xảy ra do dòng lũ bị chặn, nghẽn tạo thành hồ chứa tự nhiên và vỡ đột ngột; (4) sự cố hồ chứa nước nhân tạo: do vỡ đập các hồ chứa nhân tạo. Phạm Thị Hương Lan và Vũ Minh Cát [31] dựa vào nguyên nhân phân lũ quét thành 5 loại: (1) lũ quét sườn dốc: do yếu tố mặt đệm, độ dốc gây dòng chảy mặt lớn và tập trung nước nhanh về suối, sông gây lũ quét ở phía hạ lưu; (2) lũ quét nghẽn dòng: do đất đá trượt lở hai bên bờ sông làm tắc nghẽn dòng, gây đập nước nhân tạo và khi bị vỡ sẽ tạo lũ quét; (3) lũ ống: mưa lớn kết hợp với xả lớn từ hồ chứa tạo nên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 dòng lũ lớn bất thường; (4) lũ quét: do mưa lớn kết hợp với vỡ đập gây ra lũ quét trên diện rộng; (5) lũ bùn đá: dòng lũ cát, bùn. Dựa trên các nghiên cứu lũ quét ở Việt Nam, NCS chia lũ quét thành 4 loại: (1) lũ quét nghẽn dòng, (2) lũ quét sườn dốc (3) lũ quét hỗn hợp, (4) lũ bùn đá.
Vì lũ quét nghẽn dòng, bùn đá và hỗn hợp rất khó định lượng, mô phỏng và dự báo, NCS chỉ tập trung nghiên cứu và đưa ra mô hình nguy cơ lũ quét đối với loại phổ biến nhất ở nước ta và có thể định lượng được là lũ quét sườn dốc. Lũ quét nghẽn dòng có thể là do vỡ đập tự nhiên hoặc đập nhân tạo. Nghẽn dòng tự nhiên sinh ra do lòng dẫn sông suối tại một số nơi, một cách tự nhiên, hoặc bị thắt đột ngột hoặc bị cong đột ngột hoặc cả hai tạo ra các nghẽn dòng do dồn ứ, tích lũy vật liệu như là đất đá, cành cây, cây cối… Các nghẽn này như là những đập chắn tự nhiên ngăn giữ dòng nước. Nghẽn dòng nhân tạo sinh ra do các đập xây dựng, công trình khác như cầu cống làm cản trở hoặc mất khả năng tải tự nhiên của sông, suối.
Nước bị đập ngăn lại và dâng lên. Đập sẽ bị vỡ khi thế năng của cột nước vượt quá sức chịu của đập chắn và kết quả là lũ quét xuất hiện ở phía bên dưới đập. Lũ quét sườn dốc được sinh ra do quá trình hình thành nhanh và hội tụ mạnh dòng chảy mặt khi di chuyển xuống phía dưới do mưa lớn trên bề mặt sườn dốc kết hợp với các điều kiện bất lợi về lớp phủ bề mặt, địa hình và địa mạo. Lũ này có thể được hình thành khi (1) cường độ mưa rất lớn, vượt quá khả năng thấm và tổn thất tự nhiên của bề mặt và/hoặc (2) mưa có cường độ không quá lớn nhưng trước đó đã có mưa kéo dài nhiều ngày làm cho bề mặt đạt đến mức bão hòa.
Cả hai trường hợp này, lưu vực đều có mưa hiệu quả rất lớn và dòng chảy mặt mạnh tức thì. Lũ quét sườn dốc có nhiều tính cục bộ, xảy ra trong các lưu vực nhỏ và thường xuất hiện ở (1) đầu nguồn các suối, khe và vùng thấp liền kề (như thung lũng) do mưa cục bộ và/hoặc đầu các sông chính và vùng thấp liền kề (như bãi sông, làng bản) chủ yếu do mưa đồng thời trên toàn bộ lưu vực. Trong luận án, lũ quét dòng theo phân loại của Lã Thanh Hà và Ngô Trọng Nhuận [10, 13] được xem là một trường hợp của lũ quét sườn dốc xảy ra ở vùng thấp hơn (trên các suối, sông chính), với cường độ lớn hơn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 11 (có thể quét đi làng mạc, công trình dọc hai bên bờ), do mưa lớn trên diện rộng toàn lưu vực. Lũ bùn đá thường do sạt lở đất đá với khối lượng rất lớn (sạt lở núi) đầu nguồn hoặc ven sông suối trong thời gian lũ lụt.
Sạt lở xảy ra khi kết cấu đất đá bị phá vỡ do nhiều nguyên nhân trong đó có tác động của mưa lớn hoặc mưa kéo dài và có khi xảy ra sau đỉnh mưa rất lâu hoặc chỉ với một lượng mưa vừa phải. Đất đá sạt lở bị hóa lỏng, hòa cùng với dòng nước, theo trọng lực quét xuống phía dưới. Lũ hỗn hợp là tập hợp của 2 hoặc cả 3 loại lũ quét trên.