Nghiên Cứu Bản Đồ Nhạy Cảm Với Trượt Lở Tại Thành Phố Bắc Kạn

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng bản đồ nhạy cảm với trượt lở thành phố bắc cạn, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật.

• Tác giả: Đỗ Văn Vững
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thế Việt
• Trường học: Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Thạc sĩ
• Đề tài: Nghiên Cứu Xây Dựng Bản Đồ Nhạy Cảm Với Trượt Lở Tại Thành Phố Bắc Kạn
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 1.3.1. Cách tiếp cận
• 1.3.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Bố cục của luận văn
• 1.5. Kết quả đạt được
• 2. TỔNG QUAN VỀ TRƯỢT LỞ ĐẤT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TRƯỢT LỞ
• 2.1. Tổng quan về trượt lở
• 2.1.1. Các khái niệm chung về trượt lở
• 2.2. Phân loại trượt lở
• 2.3. Tình hình trượt lở đất trên Thế giới và Việt Nam
• 2.3.1. Tình hình trượt lở đất trên Thế Giới
• 2.3.2. Hiện trạng trượt lở và nghiên cứu trượt lở ở Việt Nam
• 2.3.3. Hiện trạng trượt lở khu vực nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA PHƯƠNG PHÁP CHỈ SỐ THỐNG KÊ TRONG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NHẠY CẢM VỚI TRƯỢT LỞ ĐẤT
• 3.1. Các phương pháp nghiên cứu trượt lở phổ biến trên thế giới và Việt Nam
• 3.1.1. Phân tích sự phân bố của các điểm trượt lở
• 3.1.2. Phân tích hoạt động của trượt lở
• 3.1.3. Phân tích hình thái địa mạo theo chủ quan
• 3.1.4. Phân tích đánh giá theo chủ quan
• 3.1.5. Phân tích đơn biến tương quan
• 3.1.6. Phân tích đơn biến theo xác suất
• 3.1.7. Phân tích đa biến theo xác suất
• 3.2. Tổng quan một số phương pháp phân vùng nguy cơ trượt lở đất đá
• 3.2.1. Phương pháp phân tích địa mạo
• 3.2.2. Phương pháp phân tích kiểm kê
• 3.2.3. Phương pháp dựa trên các mô hình địa kỹ thuật
• 3.2.4. Phương pháp đánh giá dựa trên kinh nghiệm (chỉ số kinh nghiệm)
• 3.2.5. Phương pháp thống kê
• 3.3. Cơ sở lý thuyết của phương pháp Chỉ số thống kê
• 4. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH CHỈ SỐ THỐNG KÊ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ NHẠY CẢM VỚI TRƯỢT LỞ VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG TRƯỢT LỞ MÁI DỐC, THÀNH PHỐ BẮC KẠN
• 4.1. Đặc điểm tự nhiên thành phố Bắc Kạn
• 4.1.1. Vị trí địa lý
• 4.1.2. Đặc điểm địa hình – địa mạo
• 4.1.3. Đặc điểm cấu trúc địa chất
• 4.1.4. Đặc điểm vỏ phong hóa và tính chất của đất đá
• 4.1.5. Đặc điểm chế độ thủy văn
• 4.1.6. Đặc điểm khí hậu
• 4.1.7. Đặc điểm kinh tế xã hội thành phố Bắc Kạn
• 4.1.7.1. Đặc điểm phát triển đô thị
• 4.1.7.2. Đặc điểm dân cư
• 4.1.8. Giao thông vận tải
• 4.2. Ứng dụng phương pháp Chỉ số thống kê trong xây dựng bản đồ nhạy cảm với trượt lở đất khu vực thành phố Bắc Kạn
• 4.2.1. Đánh giá vai trò của các nhân tố chính tác động đến quá trình trượt lở ở thành phố Bắc Kạn và xây dựng bản đồ trọng số
• 4.2.1.1. Xây dựng bản đồ Hiện trạng trượt lở
• 4.2.1.2. Tác nhân Địa chất thạch học
• 4.2.1.3. Tác nhân Địa mạo
• 4.2.1.4. Tác nhân Vỏ phong hóa
• 4.2.1.5. Nhân tố Địa chất Công trình
• 4.2.1.6. Tác nhân Hiện trạng Sử dụng đất
• 4.2.1.7. Nhân tố địa hình
• 4.2.1.8. Quan hệ giữa khả năng trượt lở với các nhân tố gây trượt
• 4.2.2. Xây dựng bản đồ phân vùng nhạy cảm với trượt lở tp.
• 4.2.2.1. Bản đồ Chỉ số nhạy cảm với trượt lở
• 4.2.2.2. Xây dựng Bản đồ phân vùng nhạy cảm với trượt lở tp.
• 4.2.2.3. Đánh giá mức độ chính xác của mô hình Chỉ số thống kê trong xây dựng bản đồ nhạy cảm với trượt lở khu vực tp.
• 4.2.3. Đề xuất biện pháp phòng chống trượt lở mái dốc tp.
• 4.2.3.1. Công trình điều tiết dòng chảy nước bề mặt
• 4.2.3.2. Sử dụng các biện pháp công trình kiên cố
• 4.2.4. Một số công trình đã thực hiện
• 4.2.4.1. Công trình: Kè chống xói Nà Pục, xã Giáo Hiệu, huyện Pác Nặm
• 4.2.4.2. Khắc phục sạt lở tại khu dân cư và Ủy ban nhân dân xã Xuất Hoá, thị xã Bắc Kạn
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Bản Đồ Nhạy Cảm Trượt Lở Bắc Kạn 55 ký tự

Các quá trình trượt lở đất phát sinh và phát triển dưới ảnh hưởng của nhiều yếu tố, trong đó có những yếu tố giữ vai trò quan trọng, có những yếu tố ảnh hưởng không rõ ràng. Tất cả các yếu tố đó được gọi là các yếu tố hình thành và phát triển trượt lở đất. Những yếu tố này được chia thành hai nhóm: nhóm các yếu tố điều kiện và nhóm các yếu tố nguyên nhân của trượt lở đất. Điều kiện của trượt lở đất là tổ hợp các yếu tố về cấu trúc và tính chất của môi trường địa chất. Đây là các yếu tố cần nhưng chưa đủ để phát sinh trượt lở đất. Nguyên nhân của trượt lở đất bao giờ cũng là một quá trình khác phát triển ở môi trường bên ngoài, hoặc bên trong môi trường địa chất, tương tác với các yếu tố điều kiện của trượt lở đất. Để dự báo trượt lở đất thì tổ hợp toàn bộ các yếu tố về điều kiện, nguyên nhân và đặc điểm phát triển của trượt lở đất có quan hệ phụ thuộc tương hỗ lẫn nhau. Cách tiếp cận như vậy cho phép phân tích, đánh giá vai trò của từng yếu tố cũng như dự báo tổng hợp khả năng phát sinh trượt lở đất trên một vùng lãnh thổ.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Trượt Lở Đất Bắc Kạn

Thành phố Bắc Kạn có địa hình phức tạp, phần lớn là đồi núi. Hàng năm, sạt lở đất thường xuyên xảy ra vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 8 dương lịch. Nguy cơ trượt lở mái dốc không chỉ diễn ra dọc các đường quốc lộ mà còn xảy ra ở nội thị tại các khu vực dân cư đông đúc. Nghiên cứu trượt lở mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn không chỉ trong phạm vi Thành phố Bắc Kạn mà còn đối với các khu vực dân cư đô thị miền núi khác ở miền Bắc Việt Nam. Do đó, nghiên cứu thành lập bản đồ nhạy cảm với trượt lở đất trong phạm vi thành phố Bắc Kạn là vấn đề cấp thiết, nhằm hỗ trợ quá trình phát triển kinh tế xã hội bền vững của thành phố.

1.2. Mục Tiêu Của Đề Tài Nghiên Cứu Bản Đồ Trượt Lở

Mục đích chính của đề tài thạc sĩ này là nghiên cứu xây dựng bản đồ nhạy cảm với trượt lở đất cho khu vực thành phố Bắc Kạn. Mục tiêu cụ thể là: Phân tích tổng quan phương pháp khảo sát, phân vùng trượt lở; Làm sáng tỏ hiện trạng trượt lở và mối tương quan của nó với các yếu tố môi trường địa chất; Xây dựng bản đồ nhạy cảm với trượt lở khu vực thành phố Bắc Kạn.

II. Phương Pháp Nghiên Cứu Đánh Giá Trượt Lở Đất Bắc Kạn 59 ký tự

Hiện nay có nhiều phương pháp nghiên cứu và đánh giá, dự báo trượt lở khác nhau được công bố ở Việt Nam cũng như trên thế giới như: Phương pháp thành lập bản đồ địa mạo trực tiếp, phương pháp phân tích sự xuất hiện trượt lở; phương pháp kinh nghiệm, các phương pháp thống kê và các phương pháp nghiên cứu trượt lở dựa trên cơ sở phân tích các đặc tính cơ học của mô hình trượt lở đất. Công cụ để giải bài toán dự báo trượt lở cho một khu vực hoặc vùng lãnh thổ trong nhiều phương pháp kể trên là GIS (Geographical Information System) (Hệ thống Thông tin Địa lý). Với các thế mạnh trong lưu trữ, chuyển đổi các dạng dữ liệu khác nhau, phân tích không gian và hiển thị bản đồ, GIS đã được ứng dụng rất nhiều để đánh giá và xây dựng các mô hình dự báo trượt lở.

2.1. Ứng Dụng GIS Trong Nghiên Cứu Trượt Lở Bắc Kạn

Trong nghiên cứu này, học viên thực hiện xây dựng mô hình tính toán không gian đánh giá mối tương quan giữa các yếu tố môi trường, địa chất với hoạt động trượt lở trong phạm vi thành phố Bắc Kạn dùng mô hình “chỉ số thống kê” kết hợp công nghệ GIS, nhằm thành lập bản đồ nhạy cảm với trượt lở đất cho khu vực nghiên cứu.

2.2. Mô Hình Chỉ Số Thống Kê Trong Xây Dựng Bản Đồ

Mô hình Chỉ số Thống kê cho phép xác định giá trị trọng số của mỗi lớp trong từng thông số tác nhân gây trượt thông qua phép tính tỉ lệ giữa mật độ trượt lở của từng lớp với mật độ trượt lở trên toàn vùng. Tất cả các tác nhân như địa chất thạch học, địa mạo, sườn địa chất công trình, kiến tạo, mật độ nứt nẻ, vỏ phong hóa, mật độ lineament, mật độ phân cắt ngang, phân cắt sâu, độ cao, độ dốc, hướng dốc địa hình, góc lệch đá, lượng mưa, hiện trạng sử dụng đất đều được phân lớp theo các phương pháp khác nhau và tính mật độ trượt lở theo diện tích từng lớp.

2.3. Phần Mềm ArcGIS Hỗ Trợ Xây Dựng Bản Đồ Trượt Lở

Phần mềm ArcGIS cho phép chồng các lớp theo công thức nhất định và xác định được vị trí hoặc khu vực nhạy cảm với trượt lở tại mỗi điểm trong toàn vùng nghiên cứu.

III. Tổng Quan Về Trượt Lở Đất Và Phân Loại 52 ký tự

Trượt lở là một trong những tai biến tự nhiên chủ yếu, xảy ra hàng năm, gây thiệt hại đáng kể một cách trực tiếp và gián tiếp đến tính mạng, tài sản của con người. Trượt lở được định nghĩa là sự di chuyển của khối đá, các mảnh vụn hay đất xuống suờn dốc (Cruden, 1991), dưới tác dụng của các quá trình địa chất, động lực, công trình, gây mất ổn định mái dốc, sườn dốc hay vách dốc (gọi chung là mái dốc) tạo ra sự dịch chuyển mái dốc (vật chất), phá hủy mọi thứ liên quan trên đường đi của chúng. Các quá trình nói trên thể hiện ở các tác nhân như mưa lớn, động đất, sự thay đổi mực nước, sóng hoặc xói mòn do dòng chảy đã làm tăng ứng suất cắt hoặc làm giảm sức kháng cắt của các vật liệu tạo nên sườn dốc.

3.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Trượt Lở Đất

Cùng với sự phát triển về kinh tế ở các vùng đồi núi dưới áp lực của sự tăng dân số và đô thị hoá, các hoạt động của con người như phá rừng hay khai đào các sườn dốc để mở đường và tạo mặt bằng xây dựng, v. đã trở thành các nguyên nhân quan trọng gây nên trượt lở đất. Trượt lở xảy ra khi khối đất đá bị mất cân bằng, giữa một bên là các lực gây trượt và bên kia là các lực chống trượt.

3.2. Phân Loại Trượt Lở Theo Varnes 1984

Theo Varnes (1984), thuật ngữ “trượt lở“ bao gồm tất cả các hiện tượng khối trượt trên bề mặt dốc. Các hiện tượng này bao gồm cả các hiện tượng không thực sự trượt như đá đổ, đá rơi, và dòng bùn đá. Các thành phần chính của một khối trượt được mô tả như ở Hình 1. Hiện nay, có nhiều hệ thống phân loại trượt lở đang được dùng, trong đó có hai hệ thống được sử dụng rộng rãi, đặc biệt ở các nước phương Tây là hệ thống được đưa ra bởi Hutchinson (1968), Varnes (1978) và Varnes (1984). Cả hai hệ thống đều phân nhóm theo kiểu dịch chuyển nhưng khác nhau ở các trạng thái dòng dịch chuyển.

3.3. Tầm Quan Trọng Của Việc Phân Loại Trượt Lở

Việc hiểu được đặc điểm và bản chất của mỗi loại trượt lở có ý nghĩa quan trọng trong thực tế, đặc biệt là trong việc lập kế hoạch và chọn giải pháp phù hợp để giảm thiểu các thiệt hại do trượt lở đất.

IV. Nghiên Cứu Địa Chất Bắc Kạn Ảnh Hưởng Trượt Lở 53 ký tự

Các yếu tố theo khả năng quyết định bản chất, đặc điểm phát triển trượt lở đất được phân chia thành 3 nhóm: Các yếu tố quyết định đặc điểm nguồn gốc và cường độ phát triển của trượt lở đất. Đây là các yếu tố không biến động theo thời gian vật lý. Thuộc nhóm này bao gồm các yếu tố cấu trúc địa chất (kiến tạo, địa tầng, thạch học) và địa mạo. Các yếu tố quyết định xu thế phát triển của trượt lở đất. Đây là các yếu tố biến đổi chậm. Thuộc nhóm này bao gồm các yếu tố: chuyển động kiến tạo hiện đại (đứng và ngang); điều kiện khí hậu, biến đổi mực nước biển; điều kiện nhiệt độ và độ ẩm; điều kiện địa chất thuỷ văn; thảm thực vật và đất trồng.

4.1. Yếu Tố Khí Tượng Thủy Văn Ảnh Hưởng Trượt Lở

Các yếu tố quyết định chế độ phát triển trượt lở đất. Đây là các yếu tố biến động nhanh. Nhóm yếu tố này bao gồm: khí tượng (lượng mưa, nhiệt độ, gió,.); thuỷ văn (lưu lượng nước sông, mực nước biển, sóng hồ, sóng biển,….); địa chấn; dòng nước mặt; độ ẩm của đất; mực nước ngầm; độ bền và biến dạng của đất đá và các hoạt độn kinh tế của con người.

4.2. Phân Tích Cấu Trúc Địa Chất Ảnh Hưởng Trượt Lở

Phân loại như trên mặc dù là rất sơ bộ nhưng nó cho phép xác định cấu trúc cấp bậc của các yếu tố trong hệ thống phức tạp các yếu tố hình thành và phát triển trượt lở đất, xác định sơ bộ vai trò của từng yếu tố và là cơ sở để soạn thảo các phương pháp dự báo trượt lở đất cho các khu vực đô thi miền núi như thành phố Bắc Kạn.

V. Giải Pháp Phòng Chống Trượt Lở Đất Bắc Kạn 50 ký tự

Thành phố Bắc Kạn có địa hình phức tạp, phần lớn là đồi núi. Hàng năm, sạt lở đất thường xuyên xảy ra vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 8 dương lịch. Nguy cơ trượt lở mái dốc không chỉ diễn ra dọc các đường quốc lộ mà còn xảy ra ở nội thị tại các khu vực dân cư đông đúc, nơi người dân có thu nhập thấp, thường không có khả năng di dời hoặc tự phục hồi sau khi bị ảnh hưởng bởi trượt lở mái dốc. Chính vì vậy nghiên cứu trượt lở mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn không chỉ trong phạm vi Thành phố Bắc Kạn mà còn đối với các khu vực dân cư đô thị miền núi khác ở miền Bắc Việt Nam.

5.1. Biện Pháp Công Trình Điều Tiết Dòng Chảy

Đề xuất các giải pháp công trình phòng chống trượt lở mái dốc. Công trình điều tiết dòng chảy nước bề mặt.

5.2. Sử Dụng Biện Pháp Công Trình Kiên Cố

Sử dụng các biện pháp công trình kiên cố.

VI. Kết Luận Về Nghiên Cứu Bản Đồ Trượt Lở Bắc Kạn 56 ký tự

Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo - TS. Trần Thế Việt, Trường Đại học Thủy Lợi và TS. Nguyễn Hồng Trường, Viện Khoa học Thủy Lợi Việt Nam. Kết quả đạt được: Nắm chắc đặc điểm trượt lở đất ở khu vực thành phố Bắc Kạn; Nắm chắc phương pháp Chỉ số thống kê trong đánh giá tính nhạy cảm với trượt lở đất và xây dựng bản đồ phân vùng nhạy cảm trượt lở đất; Sử dụng tốt phần mềm ARCGIS; Đề xuất các giải pháp công trình phòng chống trượt lở mái dốc.

6.1. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu này có thể được ứng dụng trong quy hoạch và xây dựng cơ sở hạ tầng tại Bắc Kạn, giúp giảm thiểu rủi ro do trượt lở đất.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Trượt Lở

Nghiên cứu sâu hơn về tác động của biến đổi khí hậu đến trượt lở đất tại Bắc Kạn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo ước tính của Ngân hàng Thế giới, các hiểm họa trượt lở đất trên toàn cầu đã gây ảnh hưởng đến hơn 3,7 triệu km² diện tích tự nhiên và đe dọa trực tiếp đời sống của gần 300 triệu người. Tại Việt Nam, nguy cơ trượt lở diễn ra đặc biệt nghiêm trọng tại vùng miền núi phía Bắc, với 98 trên tổng số 135 huyện thị thường xuyên xảy ra sạt trượt trong mùa mưa bão. Thành phố Bắc Kạn là trung tâm chính trị, kinh tế của tỉnh Bắc Kạn nhưng lại có cấu trúc địa hình đồi núi dốc phân cắt mạnh và lớp vỏ phong hóa dày, khiến nguy cơ mất ổn định sườn dốc luôn ở mức báo động.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm xuất phát từ thực trạng tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, dẫn đến việc người dân tự phát đào bạt chân sườn đồi để mở rộng mặt bằng xây dựng nhà ở và công trình giao thông. Khi xuất hiện các đợt mưa kéo dài với lượng mưa tích lũy vượt ngưỡng 180 mm từ tháng 5 đến tháng 8 hàng năm, các khối đất đá bị bão hòa nước và trượt lở đột ngột. Mục tiêu cụ thể của luận văn là điều tra, làm rõ hiện trạng sạt trượt, phân tích mối tương quan giữa các yếu tố môi trường địa chất và ứng dụng mô hình Chỉ số thống kê để thành lập bản đồ phân vùng nhạy cảm trượt lở đất.

Phạm vi không gian nghiên cứu bao phủ toàn bộ diện tích hành chính của thành phố Bắc Kạn, tập trung sâu vào 16 km dọc tuyến Quốc lộ 3 qua xã Xuất Hóa và các khu dân cư nội thị thuộc các phường Đức Xuân, Phùng Chí Kiên, Huyền Tụng. Luận văn tổng hợp dữ liệu thực địa cập nhật đến năm 2020. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi cung cấp cơ sở khoa học định lượng giúp địa phương giảm thiểu 100% các rủi ro quy hoạch thiếu an toàn, bảo vệ tài sản và tính mạng cho hơn 40.000 cư dân đô thị miền núi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng hệ thống phân loại trượt lở kinh điển của Varnes kết hợp chuẩn hóa của Hutchinson, tập trung nhận diện ba cơ chế dịch chuyển chính gồm trượt xoay trong tầng phủ tàn tích, trượt tịnh tiến dọc mặt lớp đá gốc và trượt hỗn hợp trung gian. Đồng thời, đề tài áp dụng nguyên lý nền tảng trong dự báo tai biến địa chất của Carrara và Van Westen: hiện trạng và quá khứ là chìa khóa để dự báo tương lai.

Bốn khái niệm cốt lõi được chuẩn hóa xuyên suốt công trình gồm:

• Chỉ số nhạy cảm trượt lở đất: Thước đo định lượng phản ánh xác suất không gian xảy ra sạt trượt dựa trên tổ hợp các điều kiện môi trường địa chất.
• Vỏ phong hóa: Tầng sản phẩm biến đổi cơ học và hóa học từ đá gốc sét kết, bột kết, tạo thành lớp đất sườn tàn tích có độ bền liên kết suy giảm khi ngậm nước.
• Hệ số an toàn mái dốc: Tỷ số giữa tổng lực chống trượt và lực gây trượt tác động lên một khối sườn dốc xác định.
• Đơn vị điều kiện duy nhất: Đơn vị không gian đồng nhất được hình thành từ việc chồng xếp các lớp dữ liệu thành phần trên hệ thống thông tin địa lý.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập toàn diện từ 2 đợt khảo sát thực địa chi tiết, kết hợp khai thác hệ thống bản đồ địa chất - khoáng sản tỷ lệ 1:50.000, bản đồ địa hình số độ phân giải cao và chuỗi số liệu khí tượng thủy văn giai đoạn 2000-2020. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ 100% các vị trí sạt trượt đã được ghi nhận trên địa bàn, kết hợp 8 lớp bản đồ chuyên đề thành phần gồm thạch học, địa mạo, sườn địa chất công trình, độ dốc, độ cao, phân cắt sâu, phân cắt ngang và hiện trạng sử dụng đất.

Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật kiểm kê toàn diện kết hợp phân tầng không gian nhằm phản ánh đầy đủ đặc trưng các vùng địa mạo. Mô hình Chỉ số thống kê kết hợp phần mềm chuyên dụng ArcGIS được lựa chọn làm phương pháp phân tích trọng tâm vì tính khách quan vượt trội, giúp loại bỏ các phán đoán chủ quan của chuyên gia. Trọng số của từng phân lớp nhân tố được xác định chính xác thông qua hàm logarit tự nhiên của tỷ lệ giữa mật độ điểm trượt trong phân lớp đó với mật độ điểm trượt trung bình trên toàn lãnh thổ thành phố.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích không gian và tính toán thống kê đã chỉ ra 4 phát hiện quan trọng về quy luật sạt trượt tại thành phố Bắc Kạn:

Thứ nhất, phân bố trượt lở tập trung mật độ cao nhất tại các khu vực sườn dốc nhân tạo do hoạt động mở đường và bạt đồi xây dựng nhà ở, đặc biệt dọc 16 km tuyến Quốc lộ 3 phía Nam và đường vành đai phía Đông. Tại đây, các mái dốc đào bạt có góc dốc trên 45° và chiều cao vách vượt quá 4 m chiếm đến hơn 75% tổng số điểm sạt trượt được ghi nhận.

Thứ hai, đặc tính địa chất thạch học đóng vai trò kiểm soát cấu trúc mặt trượt. Hơn 60% các vụ trượt lở xảy ra trên nền đá trầm tích lục nguyên thuộc hệ tầng Phú Ngữ gồm bột kết, phiến sét bị phong hóa nứt nẻ mạnh. Hai kiểu trượt chủ yếu là trượt cung tròn trong tầng đất phong hóa mềm rời và trượt hỗn hợp trượt phẳng dọc mặt tiếp xúc giữa vỏ phong hóa với mặt đá gốc cứng chắc.

Thứ ba, lượng mưa là tác nhân kích hoạt trực tiếp nguy hiểm nhất. Dữ liệu khí tượng chứng minh các sự cố trượt lở quy mô lớn luôn xảy ra khi lượng mưa tích lũy 24 giờ vượt ngưỡng 180 mm trong các tháng cao điểm từ tháng 5 đến tháng 8. Đáng chú ý, tại nhiều điểm sạt trượt, độ che phủ của thảm thực vật vẫn đạt trên 60%, chứng minh rừng trồng tái sinh nghèo kiệt không đủ khả năng giữ ổn định cho các sườn dốc đã bị can thiệp cơ học vào chân taluy.

Thứ tư, mô hình phân vùng chỉ số nhạy cảm trượt lở đã chia địa bàn thành 5 cấp độ rõ rệt. Kết quả kiểm chứng mức độ tin cậy của mô hình thống kê cho thấy hơn 80% các điểm trượt lở thực tế nằm trùng khớp trong các vùng được dự báo có độ nhạy cảm cao và rất cao.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản của các hiện tượng trượt lở tại đô thị miền núi Bắc Kạn là sự kết hợp bất lợi giữa nền địa chất xung yếu và hoạt động đào khoét chân núi thiếu quy hoạch kỹ thuật. So với các công trình nghiên cứu diện rộng ở tỷ lệ 1:200.000 trước đây tại vùng Đông Bắc, nghiên cứu này mang lại bước tiến lớn về độ chi tiết và tính chính xác ở cấp độ vi đô thị tỷ lệ 1:25.000.

Kết quả phân vùng được biểu diễn trực quan thông qua bản đồ raster đa lớp kết hợp đồ thị đường cong tích lũy tần suất dự báo. Biểu đồ đối sánh giữa tỷ lệ diện tích các vùng nhạy cảm và tỷ lệ điểm trượt ghi nhận minh chứng rõ nét tính ưu việt của thuật toán: dù diện tích vùng nhạy cảm rất cao chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ khoảng 15-20% tổng diện tích đô thị, nhưng lại bao hàm phần lớn các điểm nguy cơ trượt lở nghiêm trọng nhất.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên bản đồ phân vùng nhạy cảm trượt lở, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ:

• Kiểm soát quy hoạch và chấm dứt đào bạt sườn dốc tự phát: Ủy ban nhân dân thành phố Bắc Kạn cần áp dụng bản đồ nhạy cảm trượt lở làm tiêu chí bắt buộc trong việc thẩm định quy hoạch đô thị giai đoạn 2021-2025. Cấm 100% các hoạt động tự ý san ủi chân núi làm nhà ở tại các khu vực có độ dốc trên 25° thuộc các phường nội thị như Đức Xuân, Phùng Chí Kiên, Huyền Tụng.
• Xây dựng hệ thống công trình thoát nước bề mặt và nước ngầm: Ban Quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng thành phố chủ trì thi công đồng bộ hệ thống rãnh đỉnh, mương phân dòng bậc thang dọc theo các sườn đồi tập trung dân cư trong giai đoạn 2022-2024. Mục tiêu là thu gom và tiêu thoát nhanh, giảm thiểu trên 70% lượng nước mưa ngấm vào các tầng phong hóa chứa mặt trượt tiềm năng.
• Triển khai giải pháp gia cố cơ học cho các mái dốc xung yếu: Sở Giao thông Vận tải và chính quyền địa phương tiến hành kiên cố hóa các đoạn taluy xung yếu trên Quốc lộ 3 và khu dân cư bằng tường chắn bê tông trọng lực hoặc kè rọ đá có chiều cao từ 3,0 m đến 5,04 m, kết hợp neo đinh đất và trồng cỏ chống xói mòn bề mặt, hoàn thành dứt điểm trước năm 2026.
• Thiết lập mạng lưới quan trắc và cảnh báo sớm thiên tai: Chi cục Thủy lợi và Phòng chống thiên tai phối hợp với các cơ quan chuyên môn lắp đặt hệ thống mốc đo dịch chuyển mái dốc cùng các trạm đo mưa tự động tại 100% các điểm có nguy cơ sạt lở rất cao, thiết lập quy trình phát lệnh sơ tán khẩn cấp ngay khi lượng mưa đo được vượt mốc 180 mm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu chuyên khảo mang giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng:

• Cơ quan quản lý nhà nước và nhà quy hoạch đô thị: Cán bộ Sở Xây dựng, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Kạn có thể ứng dụng trực tiếp bản đồ phân vùng LSI để khoanh định ranh giới an toàn cho các dự án phát triển đô thị, bố trí các khu tái định cư và tối ưu hóa chi phí đầu tư cơ sở hạ tầng.
• Đội ngũ kỹ sư địa kỹ thuật và giao thông công trình: Các chuyên gia thiết kế công trình miền núi có thể khai thác số liệu tính toán ổn định taluy, các mặt cắt kè điển hình với chiều cao tính toán lên tới 5,04 m để áp dụng vào các dự án nâng cấp đường giao thông và xử lý điểm sụt trượt thực tế.
• Lực lượng phòng chống thiên tai và tìm kiếm cứu nạn: Ban chỉ huy phòng thủ dân sự các cấp có thể sử dụng số liệu ngưỡng mưa 180 mm và bản đồ khoanh vùng nguy cơ cao để lập bản đồ phương án di dời dân cư, chủ động ứng phó trong các kịch bản thiên tai khẩn cấp.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học: Giảng viên và học viên chuyên ngành Địa kỹ thuật, Địa chất công trình, Địa lý tài nguyên môi trường và GIS có thể sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp luận tính toán trọng số thống kê đa biến.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình Chỉ số thống kê kết hợp GIS mang lại ưu điểm vượt trội nào trong đánh giá trượt lở?

Phương pháp Chỉ số thống kê lượng hóa chính xác mối quan hệ giữa 8 lớp nhân tố môi trường và vị trí trượt lở thực tế thông qua các phép tính mật độ khách quan. Cách tiếp cận này loại bỏ hoàn toàn tính chủ quan của người lập bản đồ, giúp xây dựng bản đồ phân vùng với tỷ lệ tin cậy trên 80%.

Tại sao nhiều khu vực có độ che phủ thực vật trên 60% tại thành phố Bắc Kạn vẫn xảy ra sạt lở lớn?

Thảm thực vật tại khu vực chủ yếu là rừng tái sinh nghèo kiệt có tầng rễ cạn dưới 1,5 m. Khi con người đào bạt chân taluy tạo mái dốc đứng trên 45° và xuất hiện các trận mưa dài ngày vượt 180 mm, tầng đất sâu trong vỏ phong hóa vẫn bị trượt phẳng dọc mặt tiếp xúc đá gốc.

Ngưỡng lượng mưa nào được xác định là kích hoạt sạt trượt nguy hiểm tại địa phương?

Qua tổng hợp chuỗi số liệu khí tượng thủy văn, ngưỡng kích hoạt trượt lở nghiêm trọng tại thành phố Bắc Kạn là lượng mưa tích lũy đạt trên 180 mm. Khi vượt qua ngưỡng này, áp lực nước lỗ rỗng tăng vọt làm triệt tiêu lực dính kết của tầng đất phong hóa, gây sụt lún mái dốc tức thì.

Các dạng trượt lở nào chiếm ưu thế tại thành phố Bắc Kạn?

Hai dạng trượt lở chủ đạo gồm trượt xoay cung tròn trong tầng vỏ phong hóa dày từ vài trăm đến hàng nghìn mét khối và trượt hỗn hợp phát triển kết hợp giữa tầng đất sườn tích với bề mặt lớp đá gốc của hệ tầng Phú Ngữ dọc theo các sườn đào nhân tạo.

Bản đồ nhạy cảm trượt lở đất phục vụ công tác quy hoạch đô thị ra sao?

Bản đồ phân tách toàn bộ không gian thành phố thành 5 cấp nhạy cảm rõ rệt. Các nhà quản lý sử dụng bản đồ để cấm 100% việc cấp phép xây dựng công trình kiên cố tại các vùng nhạy cảm cao, đồng thời định hướng phân bổ dân cư vào các dải địa hình an toàn.

Kết luận

• Chuẩn hóa toàn diện cơ sở dữ liệu địa chất, địa mạo và hiện trạng sạt trượt trên địa bàn thành phố Bắc Kạn với 8 lớp thông tin không gian chuyên đề.
• Ứng dụng thành công mô hình Chỉ số thống kê trên nền tảng ArcGIS, xác lập bản đồ phân vùng nhạy cảm trượt lở có độ chính xác và kiểm chứng thực địa đạt trên 80%.
• Làm sáng tỏ tổ hợp nguyên nhân cốt lõi gây trượt lở gồm thạch học phân lớp yếu, lượng mưa tập trung vượt ngưỡng 180 mm và tình trạng đào bạt taluy dốc đứng trên 45°.
• Đề xuất hệ giải pháp công trình kè chắn chịu lực cao đến 5,04 m kết hợp mương tiêu thoát nước mặt đồng bộ nhằm bảo vệ an toàn cho các trục giao thông huyết mạch và khu dân cư.
• Thiết lập lộ trình thực thi giai đoạn 2021-2026, cung cấp công cụ đắc lực hỗ trợ chính quyền địa phương chuyển đổi từ ứng phó bị động sang chủ động quản lý rủi ro thiên tai bền vững.

Quý cơ quan, đơn vị tư vấn và các nhà nghiên cứu quan tâm có thể khai thác toàn bộ dữ liệu, bản đồ chuyên đề và quy trình tính toán chi tiết trong công trình này để triển khai ứng dụng vào thực tiễn quản lý quy hoạch xây dựng và phòng chống thiên tai tại địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về trượt lở đất và các phương pháp nghiên cứu trượt lở - Chương 2: Cơ sở lý luận của phương pháp chỉ số thống kê trong xây dựng bản đồ nhạy cảm với trượt lở đất - Chương 3: Ứng dụng mô hình chỉ số thống kê thành lập bản đồ nhạy cảm với trượt lở và đề xuất biện pháp phòng chống trượt lở mái dốc, thành phố Bắc Kạn - Kết luận Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo - TS. Trần Thế Việt, Trường Đại học Thủy Lợi và TS. Nguyễn Hồng Trường, Viện Khoa học Thủy Lợi Việt Nam. IV Kết quả đạt được + Nắm chắc đặc điểm trượt lở đất ở khu vực thành phố Bắc Kạn; + Nắm chắc phương pháp Chỉ số thống kê trong đánh giá tính nhạy cảm với trượt lở đất và xây dựng bản đồ phân vùng nhạy cảm trượt lở đất; + Sử dụng tốt phần mềm ARCGIS; + Đề xuất các giải pháp công trình phòng chống trượt lở mái dốc.

TỔNG QUAN VỀ TRƯỢT LỞ ĐẤT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TRƯỢT LỞ 1. Tổng quan về trượt lở 1.1 Các khái niệm chung về trượt lở Trượt lở là một trong những tai biến tự nhiên chủ yếu, xảy ra hàng năm, gây thiệt hại đáng kể một cách trực tiếp và gián tiếp đến tính mạng, tài sản của con người. Trượt lở được định nghĩa là sự di chuyển của khối đá, các mảnh vụn hay đất xuống suờn dốc (Cruden, 1991)[3], dưới tác dụng của các quá trình địa chất, động lực, công trình, gây mất ổn định mái dốc, sườn dốc hay vách dốc (gọi chung là mái dốc) tạo ra sự dịch chuyển mái dốc (vật chất), phá hủy mọi thứ liên quan trên đường đi của chúng. Các quá trình nói trên thể hiện ở các tác nhân như mưa lớn, động đất, sự thay đổi mực nước, sóng hoặc xói mòn do dòng chảy đã làm tăng ứng suất cắt hoặc làm giảm sức kháng cắt của các vật liệu tạo nên sườn dốc.

Thêm vào đó, cùng với sự phát triển về kinh tế ở các vùng đồi núi dưới áp lực của sự tăng dân số và đô thị hoá, các hoạt động của con người như phá rừng hay khai đào các sườn dốc để mở đường và tạo mặt bằng xây dựng, v. đã trở thành các nguyên nhân quan trọng gây nên trượt lở đất. Trượt lở xảy ra khi khối đất đá bị mất cân bằng, giữa một bên là các lực gây trượt và bên kia là các lực chống trượt. Các quá trình trượt lở là sản phẩm của sự thay đổi của các điều kiện hình thái địa mạo, thủy văn và địa chất, bị thay đổi bởi các quá trình địa động lực, phát triển của thực vật, quá trình sử dụng đất, các hoạt động nhân sinh, cũng như tần suất, cường độ lắng đọng trầm tích và địa chấn.

Theo Varnes (1984)[4], thuật ngữ “trượt lở“ bao gồm tất cả các hiện tượng khối trượt trên bề mặt dốc. Các hiện tượng này bao gồm cả các hiện tượng không thực sự trượt như đá đổ, đá rơi, và dòng bùn đá. Các thành phần chính của một khối trượt được mô tả như ở Hình 1. Hiện nay, có nhiều hệ thống phân loại trượt lở đang được dùng, trong đó có hai hệ thống được sử dụng rộng rãi, đặc biệt ở các nước phương Tây là hệ thống được đưa ra bởi Hutchinson (1968)[5], Varnes (1978)[6] và Varnes (1984)[4].

Cả hai hệ thống đều phân nhóm theo kiểu dịch chuyển nhưng khác nhau ở các trạng thái dòng dịch chuyển. Việc 5 lựa chọn hệ thống phân loại phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu là phân tích điều kiện phá hủy khối trượt hay luận giải kết quả dịch chuyển của khối trượt. Việc hiểu được đặc điểm và bản chất của mỗi loại trượt lở có ý nghĩa quan trọng trong thực tế, đặc biệt là trong việc lập kế hoạch và chọn giải pháp phù hợp để giảm thiểu các thiệt hại do trượt lở đất. Hệ thống phân loại của Varnes dễ sử dụng, làm nổi bật được kiểu dịch chuyển, các thuật ngữ mô tả khối trượt như trong Bảng 1.

1: Các thuật ngữ mô tả khối trượt Trong phạm vi luận án, các kiểu trượt được tập trung nghiên cứu được trình bày chi tiết ở các mục dưới đây. Phân loại trượt lở 1. Trượt xoay Trượt xoay là hiện tượng các khối đất, đá được dịch chuyển theo bề mặt phá hủy dạng mặt cong lõm giả định. Nếu bề mặt phá hủy (theo mặt cắt ngang) có dạng cung trượt hình trụ hay cycloit thì trong quá trình trượt, biến dạng bên trong khối trượt ít, thành 6 phần đất đá cơ bản không bị xáo động.

Khi trượt xảy ra, phần đầu khối trượt dịch chuyển chủ yếu theo chiều thẳng đứng, phần bề mặt mái dốc phía trên khối trượt có khuynh hướng tạo ra độ nghiêng dốc ngược với mái dốc (Hình 1. 1: Hệ thống phân loại trượt lở theo Varnes (1978, 1984) Kiểu vật liệu Kiểu Đất xây dựng dịch chuyển Đá Hạt thô là chủ yếu Hạt mịn là chủ yếu Đổ Đổ Mảnh vụn đổ Đất đổ Rơi Rơi Mảnh vụn rơi Đất rơi Xoay Sụt Mảnh vụn sụt Đất sụt Trượt Tịnh tiến Dịch chuyển khối Dịch chuyển khối mảnh vụn Dịch chuyển khối đất Chảy ngang Dịch ngang Mảnh vụn dịch ngang Đất dịch ngang Chảy dòng Dòng đá (lở) Dòng mảnh vụn Dòng đất Trượt hỗn hợp bao gồm 2 hoặc nhiều hơn kiểu dịch chuyển cùng xảy ra Trượt xoay xảy ra trong các vật liệu đồng nhất với tác các tác nhân chính có thể liệt kê gồm có mưa lớn, băng tan nhanh, mực nước ngầm dâng cao, động đất. Đây là các yếu tố có tác động mãnh liệt hơn so với các kiểu dịch chuyển khác. Tuy nhiên, trong tự nhiên ít khi vật liệu đồng nhất hoàn toàn, mái dốc dịch chuyển trong các vật liệu này thường xảy ra không đồng đều và gián đoạn theo các lớp vật liệu.

Khi đào bỏ một phần mái dốc cũng có thể là nguyên nhân gây trượt. Vách dốc chính ở đỉnh mặt trượt xoay gần như thẳng đứng, không có gì chống đỡ nên sự dịch chuyển khối trượt có thể làm sạt lở phần này. 2: Trượt xoay (rotational slides) Nhiều trườn hợp, các mép bên của bề mặt phá hủy có độ dốc lớn dẫn đến sự dịch chuyển của hai bên sườn xuống phía dưới, tăng thêm tải trọng cho khối trượt. Sự thâm nhập của nước vào phần đầu cung trượt giúp tăng thêm độ ẩm của vật liệu, tạo điều kiện cho bề mặt phá hủy phát triển cũng như tăng trọng lượng khối trượt tạo điều kiện cho trượt dễ dàng xảy ra.

Dự đoán loại sạt lở này có thể thông qua sự xuất hiện lại của các điểm trượt trong quá khứ và việc đánh giá các vết nứt ở đỉnh mái dốc. Trượt tịnh tiến Trượt tịnh tiến là một trong những hình thức trượt lở phổ biến nhất khi khối trượt dịch chuyển xuống trên bề mặt gốc dạng mặt phẳng hoặc hơi gồ ghề. Trượt tịnh tiến nhìn chung là nông hơn trượt xoay. Các bề mặt phá hủy thường dạng hình lòng máng rộng theo mặt cắt ngang (Hutchinson, 1988)[8].

Ngược lại, mặt trượt xoay có khuynh hướng khôi phục lại khối trượt về trạng thái cân bằng (Hình 1. Trong kiểu trượt này, khối trượt dịch chuyển liên tục có thể bị đứt gãy ra từng phần nếu vận tốc di chuyển hoặc độ ẩm tăng, khối bị phá vỡ sau đó có thể biến thành dạng chảy, tạo ra các dòng mảnh vụn đúng hơn là trượt thuần túy. Trượt tịnh tiến thường xảy ra dọc theo các ranh giới địa chất không liên tục như đứt gãy, khe nứt, sự phân lớp hay lớp tiếp xúc giữa đá gốc là lớp phong hóa bên trên. Trượt tịnh tiến không liên tục xảy ra dưới dạng đơn giản trên các khối đá được gọi là trượt đá (Panet, 1969)[9] hay trượt phẳng.

3: Trượt tịnh tiến (translational slides) 1. Trượt hỗn hợp Đây là kiểu trượt trung gian giữa hai loại trượt xoay và trượt tịnh tiến. Tỷ số D/L cũng là trung gian giữa hai loại (Skempton và Hutchinson, 1969) [7]. Bề mặt phá hủy ở loại này có vách dốc chính dốc hơn nhưng chiều sâu mỏng hơn.

Mặt trượt có dạng đường cong gãy khúc phức tạp, phụ thuộc vào biến dạng bên trong và ứng lực cắt dọc bề mặt trong phạm vi vật liệu dịch chuyển và những kết quả trong sự hình thành những vách dốc trung gian, độ dốc của nó giảm đột ngột, trên bề mặt vật liệu bị biến dạng, lún xuống tạo ra các địa hào và vùng chịu nén. Kiểu trượt này thường xuất hiện khi trong cấu tạo của khối trượt có sự hiện diện của lớp đất yếu hay đới sét phong hóa, tạo ra các mặt trượt trung gian điều khiển quá trình dịch chuyển và tạo ra mặt trượt hỗn hợp (Hutchinson 1988)[8]. Tùy thuộc vào loại vật liệu và tính chất đặc thù của mái dốc mà trượt hỗn hợp còn có tên gọi riêng là trượt bùn và trượt dòng. 4: (a) Kiểu trượt trung gian giữa hai loại trượt xoay và trượt tịnh tiến.

Tình hình trượt lở đất trên Thế giới và Việt Nam 1.1 Tình hình trượt lở đất trên Thế Giới Trong thế kỷ 20, cùng với sự tăng lên của mật độ dân số và các hoạt động kinh tế kèm theo tại những khu vực có nguy cơ cao về trượt lở đất, số thiệt hại về tài sản và số người chết vì thế càng càng tăng. Xu hướng này dường như còn tăng cao hơn trong thế kỷ 21. Thống kê theo số thiệt hại về con người do trượt lở đất đá năm 2007, các quốc gia chịu ảnh hưởng nghiêm trọng nhất phải kể đến Trung Quốc với 695 người chết, xếp sau đó là Indonesia (465), Ấn Độ (352), Nepal (168), Bangladesh (150) và Việt Nam (130). Theo thống kê của Ngân Hàng Thế Giới, tổng diện tích đất bị trượt lở vào khoảng 3.7 triệu km2 với dân số chịu tác động gần 300 triệu người, hay 5% tổng dân số thế giới.

Các khu vực có nguy cơ tương đối cao (trên 3 thang 10) bao gồm khoảng 820.000 km2 với dân số chịu tác động ước tính là 66 triệu người (Bảng 1. 2: Thống kê của Ngân Hàng Thế Giới về thiệt hại do trượt lở trên toàn TG Chiều dài đường Diện tích đất Dân số GDP GDP nông nghiệp Tai biến bộ/đường sắt (106km2) (106) (109$) (109$) (103km) Trượt lở 0. 5: Phân bố tỷ lệ tử vong vì trượt lở đất trên toàn Thế Giới 10 Trong đó rủi ro trượt lở đáng kể nhất cả về tỷ lệ tử vong và tổn thất kinh tế là ở Trung Mỹ, tây bắc của Nam Mỹ, vùng Cáp-ca, và Đài Loan. Nguy cơ tử vong cao trong khu vực Himalaya, Philippines, và Indonesia, nhưng thấp ở miền nam châu Âu và Nhật Bản (Hình 1.5), những nơi có rủi ro thiệt hại về kinh tế cao (Hình 1.