Luận án Tiến sĩ Nghiên cứu đánh giá nguy cơ trượt đất và luận chứng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trượt đất cho khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG  NGUYỄN QUANG HUY NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TRƯỢT ĐẤT VÀ LUẬN CHỨNG HỆ THỐNG QUAN TRẮC PHỤC VỤ CẢNH BÁO TAI BIẾN TRƯỢT ĐẤT CHO KHU VỰC TÂY NAM TỈNH HÀ GIANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH Mã số: 62.44.65.01 HÀ NỘI, 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG  NGUYỄN QUANG HUY NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TRƯỢT ĐẤT VÀ LUẬN CHỨNG HỆ THỐNG QUAN TRẮC PHỤC VỤ CẢNH BÁO TAI BIẾN TRƯỢT ĐẤT CHO KHU VỰC TÂY NAM TỈNH HÀ GIANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUN NGÀNH ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH Mã số : 62.44.65.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TSKH Trần Mạnh Liểu PGS.TS Đoàn Thế Tường NGƯỜI PHẢN IỆN: PGS.TS Tạ Đứ Thịnh PGS.TSKH V C o M nh PGS.TS N u ễn Hu Phư n HÀ NỘI, 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nghiên cứu luận án tơi tính tốn đƣa hoàn toàn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác LỜI CÁM ƠN Luận án đƣợc hồn thành Viện Khoa học Cơng nghệ xây dựng dƣới hƣớng dẫn khoa học PGS.TSKH Trần Mạnh Liểu PGS.TS Đồn Thế Tƣờng Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thày giáo hƣớng dẫn, ngƣời gợi mở tƣ nghiên cứu có đóng góp to lớn q trình thực hồn thiện luận án Tơi xin chân thành cám ơn tổ chức, cán thuộc Viện Khoa học Công nghệ xây dựng, Trung tâm nghiên cứu đô thị - ĐHQGHN, Viện Khoa học Địa chất & Khống sản, Sở Khoa học Cơng nghệ tỉnh Hà Giang, Cơng ty tƣ vấn lập Xí nghiệp Xây dựng Chuyển giao Công nghệ Môi trƣờng tạo điều kiện thuận lợi, quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình suốt q trình tơi thực luận án Xin trân trọng cám ơn chuyên gia, thày cô, giáo, nhà khoa học tham gia hội thảo mở rộng, hội đồng đánh giá bƣớc thực luận án, đóng góp ý kiến quý báu, tâm huyết để tơi hồn thiện luận án Tất giúp đỡ nêu trên, ghi nhớ ln trân trọng mang theo suốt q trình học tập, cơng tác nghiên cứu N h ên ứu s nh N u ễn Qu n Hu MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài, lĩnh vực nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Luận điểm bảo vệ Những điểm khoa học Cơ sở tài liệu Cấu trúc luận án CHƢƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ TRƢỢT ĐẤT ĐÁ 1.1 Khái niệm trƣợt đất đá Phân loại trƣợt đất đá 1.3 Các yếu tố nguyên nhân, điều kiện gây trƣợt đất 12 1.3.1 Nguyên nhân gây trƣợt đất 12 1.3.2 Điều kiện thành tạo trƣợt 14 1.4 Vai trò (tỷ trọng tham gia) yếu tố điều kiện thành tạo nguyên nhân gây trƣợt 15 1.5 Tình hình nghiên cứu đánh giá dự báo nguy trƣợt đất hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất giới 17 1.6 Tình hình nghiên cứu đánh giá dự báo nguy trƣợt đất hệ thống quan trắc trƣợt đất Việt Nam 22 1.7 Tình hình nghiên cứu đánh giá dự báo nguy trƣợt đất hệ thống quan trắc trƣợt đất khu vực tỉnh Hà Giang 24 1.8 Một số mơ hình, phƣơng pháp tính tốn đánh giá nguy trƣợt đất đƣợc áp dụng 27 CHƢƠNG II 43 ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN HỆ TỰ NHIÊN – KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC TÂY NAM TỈNH HÀ GIANG 43 2.1.Vị trí địa lý 43 2.2 Đặc điểm khí hậu 44 2.3 Đặc điểm địa hình, độ đốc 47 2.3.1.Yếu tố địa hình 47 2.3.2 Yếu tố độ dốc 51 2.4 Đặc điểm địa chất, thạch học 52 2.5 Vỏ phong hóa 56 2.6 Hiện trạng sử dụng đất khu vực nghiên cứu 58 2.7 Hệ thống đƣờng giao thông 60 2.8 Đặc điểm đứt gẫy, kiến tạo 62 2.9 Hoạt động kinh tế - xã hội 64 2.10 Hiện trạng trƣợt đất khu vực nghiên cứu 66 2.11 Đặc điểm quy luật phát sinh, phát triển trƣợt đất 71 CHƢƠNG III 83 ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO NGUY CƠ TRƢỢT ĐẤT 83 3.1 Lựa chọn mơ hình đánh giá dự báo nguy trƣợt đất cấp khu vực 83 3.2 Đánh giá nguy trƣợt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang 83 3.2.1 Cơ sở liệu phƣơng pháp xây dựng đồ thành phần phân lớp yếu tố gây trƣợt xác định trọng số tƣơng ứng lớp 83 3.2.2 Kết tính tốn, xây dựng đồ thành phần phân lớp yếu tố gây trƣợt trọng số tham gia lớp phân chia tƣơng ứng 87 3.2.3 Xác định trọng số yếu tố gây trƣợt đất (Wj) 103 3.2.4 Bản đồ đánh giá nguy trƣợt đất 104 CHƢƠNG IV: 107 LUẬN CHỨNG HỆ THỐNG QUAN TRẮC PHỤC VỤ CẢNH BÁO TAI BIẾN TRƢỢT ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 107 4.1 Tổng quan hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất 107 4.1.1 Phân cấp hệ thống quan trắc 107 4.1.2 Mục tiêu nhiệm vụ hệ thống quan trắc 107 4.1.3 Quan trắc (giám sát) trạng trƣợt đất toàn khu vực 111 4.1.4 Mạng lƣới quan trắc đo vẽ điểm trƣợt 111 4.1.5 Sơ đồ nguyên tắc tổ chức hệ thống quan trắc trƣợt đất 113 4.2 Luận chứng hệ thống quan trắc cho khu vực nghiên cứu 114 4.2.1 Cấu trúc hệ thống quan trắc 114 4.2.2 Mạng lƣới tuyến, trạm quan trắc 116 4.2.3 Tổng hợp khối lƣợng quan trắc 118 4.2.4 Phƣơng pháp, thiết bị quan trắc 119 4.2.4.1 Quan trắc phân bố không gian khối trƣợt 119 4.2.4.2 Quan trắc đo vẽ đặc điểm khối trƣợt yếu tố điều kiện gây trƣợt chủ yếu 121 4.2.5 Quan trắc yếu tố tác động, biến đổi nhanh 122 4.3 Định hƣớng mơ hình cảnh báo trƣợt đất khu vực nghiên cứu từ liệu quan trắc 123 4.3.1 Điều chỉnh trọng số mơ hình số thống kê tích hợp đa biến123 4.3.2 Sử dụng mơ hình định lƣợng tiêu tích hợp yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt đất để dự báo phân vùng nguy trƣợt đất 124 4.3.3 Cảnh báo nhanh quy mô, cƣờng độ (thể tích) khối trƣợt xuất thông qua quan trắc yếu tố gây trƣợt chủ yếu hàm hồi quy 125 4.3.4 Mơ hình cảnh báo, dự báo ngƣỡng phát triển trƣợt đất theo yếu tố có tỷ trọng gây trƣợt lớn, biến đổi nhanh hàm hồi quy 126 KẾT LUẬN 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Khu vực nghiên cứu (giới hạn phạm vi đường viền màu đỏ) Hình 2: Ảnh số khối trƣợt khu vực nghiên cứu Hình 1.1: Đặc điểm cấu trúc khối trƣợt 10 Hình 1.2: Sơ đồ biểu diễn lực tác động lên khối trƣợt (theo V.D Lomtadze) 13 Hình 1.3: Phân loại dự báo nguy trƣợt đất Kunxen V.V; Postoev G.P, Gylakian K.A có bổ sung (theo tác giả) 20 Hình 1.4: Sơ đồ thể liệu đầu vào kết đầu Sinmap 28 Hình 1.5: Sơ đồ ổn định mái dốc 29 Hình 1.6: Sơ đồ mái dốc chiếu chiếu đứng 29 Hình 1.7: Quy trình áp dụng Mơ hình số thống kê dự báo khả trƣợt đất ArcGIS 33 Hình 2.1: Bản đồ mơ hình số độ cao khu vực nghiên cứu 50 Hình 2.2: Bản đồ phân bố địa chất thạch học khu vực nghiên cứu 55 Hình 2.3: Bản đồ phân bố đứt gãy khu vực nghiên cứu 63 Hình 2.4: Biểu đồ phân loại điểm trƣợt theo quy mô trƣợt đất 68 Hình 2.5: So sánh quy mơ trƣợt đất sau 12 năm 2003-2015 70 Hình 2.6: Bản đồ trạng trƣợt đất khu vực nghiên cứu 71 Hình 2.7: Khối trƣợt chảy khu vực Bản Nà Lống, xã Bản Díu, XM 72 Hình 2.8: Mơ tả khối trƣợt chảy khu vực Bản Nà Lống, xã Bản Díu, Xín Mần 73 Hình 2.9: Khối trƣợt hỗn hợp khu vực Cẩm Phu, xã Phùng, Hồng Su Phì 74 Hình 2.10: Mơ tả khối trƣợt hỗn hợp Cẩm Phu, xã Bản Phùng, HSP 75 Hình 2.11: Trƣợt chảy khu vực Kết Thành, Hồ Thầu, HSP 77 Hình 2.12: Trƣợt chảy khu vực Bản Péo, HSP 78 Hình 2.13: Trƣợt chảy khu vực Bản Chè, Tân Tiến, HSP 79 Hình 2.14: Trƣợt hỗn hợp khu vực Pố Lồ, HSP 80 Hình 2.15: Trƣợt hỗn hợp khu vực km 85+588, XM 81 Hình 3.1: Các yếu tố đƣa vào tính tốn nguy trƣợt đất 85 Hình 3.2: Bảng phân loại cao độ địa hình theo phƣơng pháp Natural Break 88 Hình 3.3: Bản đồ phân lớp cao độ địa hình giá trị trọng số tƣơng ứng 89 Hình 3.4: Bảng phân loại độ dốc theo phƣơng pháp Nature Break 90 Hình 3.5: Bản đồ độ dốc giá trị trọng số tƣơng ứng 91 Hình 3.6: Bản đồ hƣớng dốc giá trị trọng số tƣơng ứng 92 Hình 3.7: Bản đồ mật độ phân cắt ngang giá trị trọng số tƣơng ứng 94 Hình 3.8: Bản đồ mật độ phân cắt sâu giá trị trọng số tƣơng ứng 94 Hình 3.9: Bản đồ khoảng cách đến đƣờng giao thông trọng số tƣơng ứng 96 Hình 3.10 Bản đồ phân bố khoảng cách đến đứt gãy trọng số tƣơng ứng 97 Hình 3.11: Bản đồ phân bố địa chất thạch học trọng số tƣơng ứng 99 Hình 3.12 Bản đồ phân bố lƣợng mƣa trọng số tƣơng ứng 100 Hình 3.13: Bản đồ cấu sử dụng đất trọng số tƣơng ứng 102 Hình 3.14: Bản đồ chiều dày vỏ phong hóa giá trị trọng số tƣơng ứng 103 Hình 3.15: Bản đồ nguy trƣợt đất khu vực nghiên cứu 105 Hình 3.16: Bản đồ nguy trƣợt đất khu vực điểm trƣợt 106 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên tắc tổ chức hệ thống quan trắc trƣợt đất 113 Hình 4.2: Bản đồ phân bố tuyến trạm quan trắc 117 Hình 4.3: Nguyên tắc hoạt động ống ngắm đo khoảng cách 121 Hình 4.4: Diễn biến thay đổi yếu tố mƣa khu vực nghiên cứu 128 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Hệ thống phân loại trƣợt đất đá theo Lomtadze V.D (1970) Bảng 1.2: Hệ thống phân loại trƣợt đất theo Varnes (1978) 10 Bảng 1.3: Phân loại mức độ ổn định sƣờn theo SI 30 Bảng 1.4: Chỉ tiêu Saaty so sánh cặp đôi yếu tố 39 Bảng 1.5: Ma trận kết so sánh tầm quan trọng yếu tố 39 Bảng 1.6: Đánh giá điểm số mức độ ảnh hƣởng yếu tố 40 hình thành phát triển tai biến 40 Bảng 2.1: Lƣợng mƣa tháng năm trạm Hà Giang 45 Bảng 2.2: Lƣợng mƣa tháng năm trạm Bắc Quang 45 Bảng 2.3: Lƣợng mƣa tháng năm trạm Hoàng Su Phì 46 Bảng 2.4: Tỷ lệ diện tích loại đất dốc khu vực huyện 51 Bảng 2.5: Hiện trạng cấu sử dụng đất 58 Bảng 2.7: Đặc điểm phân bố mật độ đứt gãy mật độ điểm trƣợt tƣơng ứng khu vực nghiên cứu 64 Bảng 2.8: Quy mô trƣợt đất khu vực cấp xã, thị trấn 68 Bảng 3.1: Phân lớp cao độ địa hình giá trị trọng số tƣơng ứng 89 Bảng 3.2: Phân loại độ dốc giá trị trọng số tƣơng ứng 90 Bảng 3.3: Phân lớp hƣớng dốc giá trị trọng số tƣơng ứng 92 Bảng 3.4: Phân lớp mật độ phân cắt ngang giá trị trọng số tƣơng ứng 93 Bảng 3.5: Phân lớp mật độ phân cắt sâu giá trị trọng số tƣơng tứng 94 Bảng 3.6: Phân lớp khoảng cách đến đƣờng giao thông trọng số lớp 95 Bảng 3.7: Phân lớp nhóm khoảng cách đến đứt gãy trọng số tƣơng ứng 96 Bảng 3.8: Phân lớp địa chất thạch học trọng số tƣơng ứng 97 Bảng 3.9 Phân lớp lƣợng mƣa trọng số tƣơng ứng 99 Bảng 3.10: Phân lớp sử dụng đất giá trị trọng số 101 Bảng 3.11: Phân lớp chiều dày vỏ phong hóa giá trị trọng số tƣơng ứng 102 Bảng 3.12: Kết tính tốn trọng số yếu tố 103 Bảng 4.1: Số phân lớp yếu tố phát sinh, phát triển trƣợt đất 116 Bảng 4.2: Tổng hợp khối lƣợng, chu kỳ quan trắc theo hệ thống quan trắc thành phần theo năm 118 Bảng 4.3: Thống kê lƣợng mƣa trung bình đo trạm khí tƣợng (nguồn:[40]) 127 4.2.4.2 Qu n trắ đo vẽ đặ đ ểm khố trượt ếu tố đ ều k ện â trượt hủ ếu Các yếu tố thể tích, diện tích khối trƣợt (đặc điểm khối trƣợt), khoảng cách đến đƣờng giao thông, khoảng cách đến đứt gãy, độ cao địa hình, độ dốc, hƣớng dốc, phân cắt ngang, phân cắt sâu, thành phần thạch học, chiều dày vỏ phong hóa (các yếu tố điều kiện gây trƣợt chủ yếu) đƣợc quan trắc đo thiết bị đo quan sát, ghi chép thực địa Tại điểm khảo sát, tiến hành định vị tọa độ địa lý điểm khảo sát độ cao địa hình thiết bị GPS Garmin 62 (độ xác ± 3m) GPS 72 (độ xác ± 5m) Đo thể tích khối trƣợt, chiều dày vỏ phong hóa xuất lộ mặt trƣợt ống ngắm đo khoảng cách Nikon Laser 550A S Khoảng cách đo tối đa 1000m góc đo tối đa 89o độ phóng đại lên tới lần Với chiều dài dƣới 30m dùng thƣớc dây để đo Hình 4.3: N u ên tắ hoạt độn 121 ủ ốn n ắm đo khoản h Quan trắc mái dốc, độ dốc, hƣơng dốc khu vực nghiên cứu máy đo Nikon Laser 550A S Quan trắc mức độ phân cắt ngang, phân cắt sâu, khoảng cách đến đứt gãy, đến đƣờng giao thông giải đoán ảnh vệ tinh độ phân giải cao, đồ địa hình tỷ lệ 1/50.000 kết hợp máy đo Nikon Laser 550A S Quan trắc chiều dày vỏ phong hóa thơng qua giải đốn đồ địa chất tỷ lệ 1/50.000 Mô tả thành phần vật chất khối trƣợt, đặc điểm, chế trƣợt đất thực tế kết hợp vấn ngƣời dân để biết thêm thông tin xung quanh khối trƣợt, đƣa bảng thông tin khối trƣợt lân cận khu vực quan trắc Nhận định khối trƣợt theo bảng phân loại trƣợt đất Lomtazde (1979) để xếp loại phân cấp khối trƣợt 4.2.5 Qu n trắ ếu tố tá độn , b ến đổ nh nh 4.2.5.1 Th ết bị đo lượn mư Yếu tố lƣợng mƣa đƣợc quan trắc thông qua việc thu thập liệu lƣợng mƣa từ trạm khí tƣợng có khu vực nghiên cứu (Bắc Quang, Hồng Su Phì, Xín Mần) kết hợp với thiết bị đo lƣợng mƣa đƣợc lắp đặt trạm quan trắc Tại trạm quan trắc, máy đo mƣa đƣợc lắp đặt hệ thống ghi đo tự động mô-đem điện thoại kết nối máy tính PC đặt từ xa với hệ thống ghi đo tự động Máy đo mƣa TE525 MM hãng Texas Electronics chế tao M loại máy đo mƣa hoạt động theo nguyên lý cốc lật điện từ Nƣớc mƣa đƣợc hứng qua phễu có đƣờng kính 25.4 mm xuống cốc chứa đƣợc hiệu chuẩn tƣơng ứng với lƣợng mƣa 0.1 mm Khi nƣớc mƣa đƣợc hứng qua phễu chảy xuống đầy cốc, cốc lật, làm bật công tắc điện từ, gây xung điện, xung điện đƣợc ghi đo máy ghi đo tự động 4.2.5.2 Th ết bị đo th đổ ủ ấu sử dụn đất Việc kết hợp ảnh vệ tinh độ phân giải cao với công nghệ laser scanner tăng độ phân giải khơng gian thời gian ảnh chụp bề mặt khu vực nghiên cứu Cơng nghệ có tính linh hoạt cao, tốc độ thu thập xử lý số 122 liệu nhanh chóng so với phƣơng pháp viễn thám truyền thống Với công nghệ này, tốc độ dịch chuyển bề mặt đƣợc xác định sở so sánh số liệu mơ hình số bề mặt đƣợc xác định từ ảnh chụp ghi nhận thời điểm khác Các cơng tác tiến hành tự động thủ công Công nghệ sử dụng UAV (Thiết bị bay chụp điều khiển từ xa) cho phép phân tích chi tiết hình ảnh bề mặt phạm vi vùng nghiên cứu nhỏ (cấp xã,thị trấn) cho ta biết đặc điểm đất loại đất diện tích loại đất, từ tích hợp hình ảnh cho phép thành lập đồ trạng cấu sử dụng đất phạm vi toàn khu vực nghiên cứu 4.2.5.3 Th ết bị đo th đổ ủ mự nướ n ầm Thiết bị đo mực nƣớc ngầm Well Sounder 2010 PRO hãng Enoscientific – USA sản xuất Thiết bị đo sử dụng sóng âm để đo khoảng cách từ miệng giếng đến bề mặt nƣớc ngầm Khi đo, đặt đầu đo vào lỗ nắp giếng bật máy, vài giây, giá trị đo mực nƣớc ngầm đƣợc hiển thị Ngồi ra, máy cịn hiển thị thông tin khác nhƣ: tổng lƣợng nƣớc giếng, tốc độ thay đổi, nhiệt độ điện áp pin Đặc điểm thiết bị là: tự động bù nhiệt; tính tốn khoảng cách mực nƣớc tĩnh mực nƣớc động, tốc độ phục hồi; lấy số liệu lập tức; ghi số liệu cho phép ghi tới 25 triệu giá trị đo với thông tin thời gian đo, mã số giếng, nhiệt độ thơng tin khác; ghi số liệu tự động, đặt thời khoảng lấy mẫu từ giây đến 60 phút; ghi số liệu thủ công: lần bấm phím lần lấy mẫu Số liệu ghi đƣợc đƣợc xem hình tải máy tính qua cổng USB RS232 Đơn vị đo: ft, in, m; độ phân giải: cm; độ xác: cm; dải đo: ~ 600 m Thời gian cập nhật: giây 150 m / giây 600 m 4.3 Định hướn mô hình ảnh báo trượt đất khu vự n h ên ứu từ l ệu qu n trắ 4.3.1 Đ ều hỉnh trọn số tron mơ hình hỉ số thốn kê tí h hợp đ b ến Để tính tốn định lƣợng trọng số yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt, luận án sử dụng công thức kết nghiên cứu Trung tâm 123 Nghiên cứu đô thị - Đại học Quốc gia Hà Nội, cụ thể Wj  MaxDij n  MaxD j 1 (4-2) ij n: Số lƣợng yếu tố gây trƣợt đất khu vực nghiên cứu MaxDij : Mật độ trƣợt lớn phân lớp i yếu tố j Hệ thống quan trắc cung cấp liệu quan trắc thay đổi theo chu kỳ quan trắc Đối với liệu thuộc 01 chu kỳ quan trắc có đƣợc 01 giá trị MaxDij Wj Tùy kết quan trắc thực tế, giá trị trọng số yếu tố thay đổi dẫn đến việc điều chỉnh mạng lƣới quan trắc cho phù hợp, cụ thể: phân bố lại tuyến quan trắc cho phù hợp với đồ phân vùng cƣờng độ tác động yếu tố chiếm tỷ trọng lớn, phân bố lại trạm quan trắc cho phù hợp với đồ phân vùng nguy trƣợt đất đƣợc xác định lại sau sử dụng kết liệu quan trắc 4.3.2 Sử dụn mơ hình định lượn hỉ t tí h hợp n u ên nhân â trượt đất để dự báo phân vùn n u ếu tố đ ều k ện, trượt đất Khu vực nghiên cứu đƣợc chia làm lƣới sở với kích thƣớc 20x20m (01 pixel) Chỉ tiêu tích hợp yếu tố phát sinh, phát triển trƣợt đất đƣợc tính tốn cho tất lƣới sở mạng tính tốn, sau xây dựng mơ hình trƣờng biến đổi dƣới dạng đƣờng đẳng trị tiêu tích hợp Đó sở để tiến hành phân vùng lãnh thổ khả phát triển trƣợt đất Chỉ tiêu tích hợp yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt đất trƣợt đất đƣợc tính tốn theo cơng thức sau: (4-3) Trong đó: gi tỷ trọng yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt đất thứ i, tham số định lƣợng yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt đất thứ i đƣợc quan trắc 124 Tỷ trọng (gi) yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt đất đƣợc xác định sở mối tƣơng quan yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt vói với đặc điểm trƣợt đất khu vực nghiên cứu (thông qua liệu quan trắc) Tham số định lƣợng yếu tố ( ), đƣợc điều chỉnh thông qua liệu quan trắc cƣờng độ tác động yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt Nhƣ vậy, dựa vào liệu quan trắc ta xây dựng đồ dự báo nguy trƣợt đất dƣới dạng đƣờng đẳng trị tiêu tích hợp 4.3.3 Cảnh báo nh nh qu mơ, ườn độ (thể tí h) ủ thể xuất h ện thôn qu qu n trắ khố trượt ó ếu tố â trượt hủ ếu b n hàm hồ qu Xây dựng hàm hồi quy liên hệ thể tích khối trƣợt với yếu tố gây trƣợt chủ yếu Xác định yếu tố gây trƣợt chủ yếu dựa việc xác định định lƣợng tỷ trọng tham gia yếu tố gây trƣợt sở thống kê số liệu đo vẽ thể tích khối trƣợt yếu tố gây trƣợt tƣơng ứng - Tính tốn hệ số tƣơng quan cặp đôi tất yếu tố gây trƣợt đƣợc xem xét (rij) yếu tố gây trƣợt với thể tích khối trƣợt, xây dựng ma trận chúng r21 r31 … … rp1 r12 r32……… rp ∆ = r13 r23 1… … rp … ……………… r1p r2p………… - Lập hệ phƣơng trình: r1 y  1   r21    p rp1 r2 y  1 r12      p rp … rpy  1 r1 p   r2 p    p 125 - Tính tốn hệ số tiêu chuẩn βi Với  i  i , Hệ số i đƣợc xác định từ ma trận cách thay  cột tƣơng ứng i hệ số tự phƣơng trình rij hệ số tƣơng quan yếu tố điều kiện tai biến thứ i j, r iy hệ số tƣơng quan yếu tố điều kiện thứ i hàm mục tiêu FTB (thể tích khối trƣợt) - Tính tốn hệ số tƣơng quan nhiều chiều R p R =  i ry i (4-4) i 1 Hệ số tƣơng quan nhiều chiều cho phép xem xét tham số phát triển tai biến tham gia phân vùng có hợp lý hay không Thực tế hệ số tƣơng quan nhiều chiều R >0.7 tham số lựa chon đủ, hệ số tƣơng quan nhiều chiều nhỏ chắn việc xác định tham số phát triển tai biến thiếu số tham số quan trọng - Tính tốn tỷ trọng tham số phát triển tai biến theo công thức sau: gi   i riy p r i 1 (4-5) i iy Mức độ quan trọng yếu tố xác định theo tỷ trọng chúng, tỷ trọng lớn, yếu tố quan trọng Phụ thuộc vào giá trị tỷ trọng yếu tố gây trƣợt đƣợc tính tốn khu vực nghiên cứu, xây dựng hàm hồi quy liên hệ thể tích khối trƣợt yếu tố chiếm tỷ trọng lớn Hàm hồi quy đƣa số liệu cảnh báo nhanh quy mơ thể tích khối trƣợt xuất theo yếu tố chiếm tỷ trọng gây trƣợt lớn 4.3.4 Mơ hình ảnh báo, dự báo n ưỡn phát tr ển trượt đất theo tố ó tỷ trọn â trượt lớn, b ến đổ nh nh b n hàm hồ qu ếu Căn bảng trọng số yếu tố định trƣợt đất (bảng , nhận thấy yếu tổ chiếm tỷ trọng gây trƣợt lớn lƣợng mƣa, khoảng cách đến đƣờng giao thơng, Cao độ địa hình, trạng sử dụng đất Thực tế khảo sát cho thấy, 126 khu vực nghiên cứu, năm qua đặc điểm độ cao địa hình, trạng sử dụng đất, hệ thống đƣờng giao thông biến đổi chậm Yếu tố lƣợng mƣa đƣợc ghi nhận yếu tố chiếm tỷ trọng gây trƣợt lớn biến động nhanh thất thƣờng qua năm ản 4.3: Thốn kê lượn mư trun bình đo tạ trạm khí tượn (nguồn:[40]) (Đơn vị: mm) Trạm ắ Qu n Hà Giang Năm Tổn 1991 191,8 50,4 400,2 1992 159,5 37,6 1993 215,9 1994 TB toàn khu vự Tổn Max Tổn 107,7 133,0 35,1 241,7 64,4 375,5 77,2 119,7 29,5 218,2 48,1 59,0 496,8 111,1 113,4 31,0 275,4 67,0 217,6 69,4 277,3 89,5 152,1 44,0 215,7 67,6 1995 224,7 50,1 447,8 87,3 133,9 33,2 268,8 56,9 1996 191,9 57,8 392,7 109,3 149,5 46,4 244,7 71,2 1997 177,4 45,5 498,2 117,2 117,0 29,3 264,2 64,0 1998 171,6 46,0 479,9 118,6 127,2 35,5 259,6 66,7 1999 230,6 55,7 515,4 138,1 121,4 30,4 289,1 74,7 2000 176,3 57,9 376,7 96,9 122,3 32,9 225,1 62,6 2001 188,5 47,4 353,7 96,0 111,9 36,3 218,0 59,9 2002 213,0 54,3 458,5 122,4 157,7 45,9 276,4 74,2 2003 220,9 52,5 439,6 96,2 130,6 35,6 263,7 61,4 2004 194,5 50,9 285,7 72,3 126,6 36,9 202,3 53,4 2005 204,8 59,9 306,0 80,2 136,7 36,0 215,8 58,7 2006 122,1 35,0 418,6 141,5 110,6 26,5 217,1 67,7 2007 246,2 48,2 226,9 63,8 135,2 33,6 202,8 48,5 2008 254,3 63,8 367,6 83,8 198,8 58,8 273,6 68,8 Max Tổn Hoàng Su Phì Max 127 Max 2009 195,1 57,5 351,5 87,4 112,0 40,6 219,5 61,8 2010 262,3 104,2 322,7 85,6 150,4 38,4 245,1 76,1 2011 241,8 60,3 361,5 95,1 199,0 52,3 267,4 69,2 2012 195,3 48,9 343,2 90,3 119,5 32,3 219,3 57,2 2013 212,5 53,8 327,9 88,6 150,0 40,5 230,1 61,0 2014 150,7 37,7 265,1 69,7 96,1 27,5 170,6 45,0 Tổng: Giá trị lượng mưa trung bình theo tháng (mm) Max: Giá trị lượng mưa max theo ngày (mm) 350.0 300.0 250.0 200.0 289.1 276.4 275.4 268.8 273.6 267.4 264.2 263.7 259.6 245.1 244.7 241.7 230.1 225.1 219.5 219.3 218.2 215.7 218.0 217.1 215.8 202.8 202.3 170.6 150.0 Tổng Max 100.0 50.0 76.1 74.7 74.2 64.4 67.067.656.971.264.066.7 62.659.9 61.4 58.767.7 68.861.8 69.257.261.0 53.4 48.5 48.1 45.0 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 0.0 Hình 4.4: D ễn b ến th đổ ếu tố mư khu vự n h ên ứu Biểu đồ cho ta thấy liên quan mật thiết thay đổi lƣợng mƣa thay đổi quy mô trƣợt đất Năm 1999, 2002, 2008, 2011 lƣợng mƣa tăng đột biến khu vực, thời điểm số lƣợng khối trƣợt gia tăng cách đáng kể, đặc biệt khối trƣợt lớn Nhƣ vậy, kết tính tốn trọng số yếu tố liệu thống kê qua năm cho thấy lƣợng mƣa yếu tố chiếm tỷ trọng gây trƣợt lớn, biến đổi nhanh có tác động trực tiếp đến tai biến trƣợt đất khu vực nghiên cứu Mơ hình cảnh báo nhanh tai biến trƣợt đất đƣợc xây dựng số liệu quan 128 trắc biến đổi lƣợng mƣa tần suất xuất trƣợt đất khu vực nghiên cứu Đồ thị phân tán tần suất xuất khối trƣợt biến đổi lƣợng mƣa trạm quan trắc cho ta phƣơng trình hồi quy tuyến tính Phƣơng trình đƣợc sử dụng để cảnh báo ngƣỡng biển đổi lƣợng mƣa gây trƣợt cho khu vực ngƣỡng biến đổi lƣợng mƣa gây trƣợt ạt, quy mơ lớn tồn khu vực nghiên cứu Từ đó, đƣa khuyến cáo để quyền địa phƣơng có giải pháp chủ động ứng phó, giảm thiểu thiệt hại trƣợt đất gây KẾT LUẬN Trên sở nghiên cứu đánh giá nguy trƣợt đất luận chứng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất cho khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang, rút số kết luận sau: Khu vực Tây Nam Hà Giang, trƣợt đất xảy với quy mơ rộng khắp huyện Hồng Su Phì, Xín Mần Quang Bình, nhiều khối trƣợt tích lớn (>100.000m3), mật độ tập trung cao ( trung bình 01 khối/3,27 km2) Khu vực nghiên cứu tồn kiểu trƣợt đất chủ yếu trƣợt chảy trƣợt hỗn hợp nằm xen kẽ khơng có quy luật phân bố Trƣợt đất xuất tập trung vào mùa mƣa, đặc biệt tăng số lƣợng, quy mơ tần xuất vào năm có lƣợng mƣa thay đổi đột biến (2002, 2006, 2008) Phƣơng pháp số thống kê tích hợp đa biến tính tốn dự báo nguy trƣợt đất cấp khu vực phản ánh đƣợc tính đa dạng phức tạp yếu tố phát sinh, phát triển trƣợt đất, áp dụng tốt để dự báo nguy trƣợt đất cho khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang Nguy trƣợt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang đƣợc định chủ yếu 11 yếu tố quan trọng với trọng số (vai trò) tham gia tƣơng ứng, bao gồm: Hiện trạng sử dụng đất: 12,9%; cao độ địa hình:12%; khoảng cách đến đƣờng giao thơng: 11,7%; lƣợng mƣa: 9,5%; mật độ phân cắt sâu: 129 9,2%; địa chất: 7,9%; độ dốc: 7,7; hƣớng dốc: 7,4%; khoảng cách đến đứt gãy: 7,3%; chiều dày vỏ phong hóa: 7,1%; mật độ phân cắt ngang: 6,8%) Nguy trƣợt đất khu vực nghiên cứu đƣợc chia thành cấp: cao chiếm 15,78% diện tích tồn khu vực nghiên cứu, cao -35,59%, trung bình 33,37%, thấp- 10,74%, thấp - 4,52% Hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang đƣợc xây dựng sở đồ đánh giá nguy trƣợt đất đồ giá trị trọng số phân lớp yếu tố, bao gồm 03 phụ hệ thống quan trắc thành phần: - Hệ thống quan trắc phân bố không gian khối trƣợt toàn khu vực nghiên cứu phƣơng pháp phân tích ảnh vệ tinh kết hợp thị sát trƣờng: phục vụ xây dựng đồ trạng trƣợt đất - Hệ thống lƣới trạm quan trắc đo vẽ đặc điểm khối trƣợt yếu tố điều kiện chủ yếu: phục vụ thống kê xác định quan hệ trạng đặc điểm trƣợt đất với yếu tố điều kiện gây trƣợt (cơ cấu sử dụng đất; dem; khoảng cách đến đƣờng giao thông; lƣợng mƣa; mật độ phân cắt sâu; địa chất; độ dốc; hƣớng dốc; khoảng cách đến đứt gãy; chiều dày vỏ phong hóa; mật độ phân cắt ngang; cao độ mực nƣớc ngầm) làm sở xác định trọng số 12 yếu tố nêu trên, bao gồm 07 tuyến, 50 trạm đo vẽ khảo sát - Hệ thống quan trắc yếu tố tác động biến đổi nhanh (nguyên nhân gây trƣợt): phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất, bao gồm 13 trạm quan trắc tự động lƣợng mƣa phân tích ảnh vệ tinh kết hợp thị sát trƣờng để xác định biến động sử dụng đất Dữ liệu thu đƣợc thông qua hệ thống quan trắc đƣợc sử dụng để phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất khu vực nghiên cứu thông qua mơ hình cảnh báo sau: - Điều chỉnh trọng số yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt - Phân vùng nguy trƣợt đất khu vực (sử dụng mơ hình định lƣợng tiêu tích hợp yếu tố điều kiện nguyên nhân gây trƣợt) 130 - Cảnh báo nhanh nguy cơ, quy mô, cƣờng độ thể tích khối trƣợt xuất thông qua quan trắc yếu tố gây trƣợt chủ yếu - Cảnh báo, dự báo ngƣỡng phát triển tai biến trƣợt đất toàn khu vực nghiên cứu theo yếu tố có tỷ trọng gây trƣợt lớn, biến đổi nhanh Bản đồ dự báo nguy trƣợt đất luận chứng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang có đầy đủ sở khoa học thực tiễn, làm để triển khai đề án quy hoạch, khai thác bền vững lãnh thổ đề xuất giải pháp giảm thiểu thiệt hại trƣợt đất gây khu vực vùng Tây Nam tỉnh Hà Giang 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 11 12 Công ty tƣ vấn lập Xí nghiệp Xây dựng Chuyển giao Công nghệ Môi trƣờng (2013), Báo cáo điều tra, đánh giá mức độ tác động biến đổi khí hậu đến lũ quét, lũ ống, trượt, sạt lở đất địa bàn huyện n Minh, Hồng Su Phì, Xín Mần, Quang Bình-tỉnh Hà Giang xây dựng biện pháp ứng phó với biến đổi khí hậu Ragozin A.L (2000), Đánh giá quản lý rủi ro thiên nhiên, NXB ANKIN, Matxcova (Tiếng Việt) Đỗ Ngọc Ánh (2015), Nghiên cứu phân vùng cảnh báo trượt lở thị xã Mường Lay, tỉnh Điện Biên điều kiện vận hành hồ chứa thuỷ điện Sơn La đề xuất giải pháp ứng phó, giảm thiểu hậu quả, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ Viện Thủy điện lƣợng tái tạo, Hà Nội Hồ Việt Cƣờng (2011), Báo cáo lập đồ nguy lũ quét sạt lở đất địa bàn huyện Đắc Tô, Đắc Glei Tu Mơ rông tỉnh Kon Tum, Báo cáo tổng kết đề tài, CTCP Tƣ vấn thiết kế xây dựng thƣơng mại Thăng Long, Hà Nội Lomtadze V D (1979), Địa chất cơng trình chun mơn, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, HN (Tài liệu giảng dạy Trƣờng Đại học Mỏ địa chất) Lê Mục Đích (2001), Kinh nghiệm phịng tránh kiểm sốt tai biến địa chất, Nxb Xây dựng, Hà Nội (Dịch từ tiếng Trung Quốc) Sở KHCN Hà Giang (2003, 2004), Báo cáo Hiện trạng, quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010, (bản đồ tỷ lệ: 1/10 000 kèm theo) xã thuộc huyện n Minh, Hồng Su Phì Xín Mần, Hà Giang, Niên giám thống kê 2003; 2004 Trần Trọng Huệ (2010), Báo cáo kết KHCN đề tài “Nghiên cứu đánh giá dự báo chi tiết tượng trượt – lở xây dựng giải pháp phịng chống cho Thị trấn Cốc Pài, huyện Xín Mần, tỉnh Lào Cai, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Nhà nƣớc mã số KC.08.33/06-10, Viện KH&CN VN, HN Lê Quốc Hùng (2014), Điều tra, đánh giá phân vùng cảnh báo nguy trượt lở đất đá vùng miền núi Việt Nam, Viện Khoa học Địa chất & Khoáng sản Nguyễn Xuân Huyên (2009), Đánh giá nguy đề xuất giải pháp phòng chống, phòng tránh tai biến trượt lở đất thành phố Đà Nẵng (2007-2008), Viện Hàn Lâm KHCN Việt Nam, Hà Nội Đặng Quang Khang (2011), Đánh giá rủi ro tai biến trượt lở (lấy ví dụ khu vực đèo gió, huyện Ngân Sơn, tỉnh Bắc Cạn), Luận văn thạc sĩ Địa chất học Trƣờng Đại học KHTN – ĐHQGHN, Hà Nội Trần Mạnh Liểu (2007), "Cơ sở tiếp cận thệ thống đánh giá dự báo tổng hợp tai biến địa chất", Tạp chí Địa kỹ thuật, số 2/2007 132 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Trần Mạnh Liểu (2007), "Phƣơng pháp phân vùng dự báo khả phát triển tai biến địa chất theo tiêu tích hợp yếu tố phát triển tai biến", Tạp chí xây dựng số 9/2007 Trần Mạnh Liểu (2013), Một vài phương pháp đánh giá định tính định lượng vai trị yếu tố hình thành phát triển tai biến địa chất, Trung tâm Nghiên cứu đô thị - ĐHQGHN, HN Nguyễn Đức Lý (2011), Nghiên cứu trình dịch chuyển trọng lực đất đá sườn dốc, mái dốc tuyến đường giao thơng Tây Quảng Bình đề xuất giải pháp phòng chống, Luận án TS, HN Trần Mạnh Liểu nnk (2011), Báo cáo đề tài “Nghiên cứu đánh giá rủi ro Dự báo nguy trượt lở thị xã Bắc Kạn”, Trung tâm Nghiên cứu đô thị - ĐHQGHN, HN Nguyễn Thị Thanh Nhàn (2014), Nghiên cứu tượng dịch chuyển đất đá sườn dốc vùng đồi núi Quảng Trị - Thừa Thiên Huế, đề xuất phương pháp dự báo phòng chống phù hợp, Luận án Tiến s , Trƣờng Đại học Mỏ địa chất, Hà Nội Козигу С К Осипова В И (2003), Стихийные бедствия в России (Том 1, 2, 3, 4, 5, 6), издатель «КПИК», Москва Dỗn Minh Tâm, (2006), Nghiên cứu nguyên nhân biện pháp phòng ngừa trượt đất điểm dân cư vùng núi Việt Nam Tuyển tập cơng trình Hội nghi khoa học tồn quốc lần thứ Hội Cơ học đá Việt Nam Hà Nội Ngô Thị Phƣợng (2000), Xác định vùng có nguy trượt lở đe doạ trực tiếp đến môi trường sống tính mạng nhân dân sau trận lũ quét đêm 7/6/2001 Trùng Khánh, Hạ Lang (Cao Bằng) làm sở khoa học cho phòng tránh hữu hiệu, Viện Địa chất, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, Hà Nội Hệ đồ Địa chất môi trƣờng Trung Quốc (1992), Hƣớng dẫn sử dụng đồ phân loại, phân bố trƣợt lở đá lở Trung Quốc, chủ biên, (Bản dịch Viện địa chất), NXB Bản đồ, Trung Quốc, Bắc Kinh Đinh Văn Toàn (2006), Nghiên cứu phân vùng dự báo trượt lở đất, lũ quéy tỉnh Hoà Bình giải pháp phịng tránh giảm nhẹ thiệt hại (2005-2006) , Viện Địa chất, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam, Hà Nội Котлов Ф В (1978), Экологические геологические изменения под влиянием человеческой деятельности Издатель «Недра», Москва Осипов В.И (1999), Эндогенные процессы эндогенного происхождения, Издательство «Геос», Москва Nguyễn Trọng Yêm (2011), Những đặc điểm, nguyên nhân T-L, LQ-LBĐ n Minh, Hồng Su Phì, Xín Mần, đề xuất giải pháp phịng chống thích hợp cho địa phương, Đề tài NCKH cấp Bộ KC-08-01 & KC-08-01BS, Hà Nội Vũ Thanh Tâm (2007), Nghiên cứu, điều tra tai biến địa chất số khu vực trọng điểm thuộc vùng Đông Bắc phục vụ quy hoạch phát 133 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 triển kinh tế - x hội , Đề án cấp Bộ Tài nguyên & Mơi trƣờng Viện Khoa học địa chất Khống sản Fabbri A.G Chung C.F, Van Westen C.J (1995), Multivariate regression analysis for landslide hazard zonation In Geographical infomation systems in assessing natural hazards, sous la dir De A Carrara, F Guzzetti p.107-133 Netherland: Kluwer Academic Publishers Cruden D.M and Varnes D.J (1996), Landslide types and processes In A K Turner and R L Schuster (eds) Landslides - Investigation and Mitigation, National Academy Press, Transportation Reseach Board Special Report 247, Washington D.C pp 36-75 Varnes D.J (1978), Landslide types and processes in R L schuster and R J Krizek (eds), Landslide Analysis and control pp 11-33 Special Report 176 Ellott C Spiker and Paula L Gori (2000), National Landslide Hazards Mitigation Strategy, Open file report 00-450 Department of the interior US Geological Survey ltd (JRC) Japan Radio Co (2005), Natural disaster prevention system, Debris flow Monitoring system Arora M K Kanungo D P , Sarkar S and Gupta R P (2009), Landslide Susceptibility Zonation (LSZ) Mapping - A Review, Journal of South Asia Disaster Studies.,Vol No June 2009 Zhoua C.H Lana H.X , Wangb L.J , Zhangc H.Y , Lic R.H (2004), Landslide hazard spatial analysis and prediction using GIS in the Xiaojiang watershed, Yunnan, China United Nations (2001), Guidelines for reducing flood losses Krizek R.J (ed) Schucter R.L (1978), Landslides: Analysis and Control, NAS, NRC, Ja Special report N-176 P.R China The Ministry of Geology and Mineral Resources (1991), Geological hazards in China and their prevention and control, Geological Publishing house, Beijing, China UNEP (1998), Landslides and Mudflows, Vol 1&2 Unesco, Moscow Ломтадзе В.Д (1977), Инженерная геология Инженерная геодинамика, Издательство «Недра», Ленинград, стр.495 Jerusalimckaya E.N Bondaric G.K., Yarg L.A (1981), "Nguyên tắc tổ chức giám sát cấp khu vực hệ thống tự nhiên k thuật môi trƣờng địa chất ", Tạp chí Địa chất, số 3/2009 Trung tâm khí tƣợng thủy văn Quốc gia (2014), Thống kê lượng mưa trạm đo khí tượng địa phận tỉnh Hà Giang Nguyễn Xuân Khang (2016), Phát triển công nghệ đánh giá rủi ro trượt đất dọc theo tuyến giao thơng Việt Nam, Dự án hợp tác k thuật JICA - JST, Viện Khoa học Giao thông Vận tải - Bộ Giao thông Voogd.H (1983), "Multicriteria Evaluation for Urban and Regional Planning", University of Groningen, The Netherlands 134 43 Cees van Westen (1997), "statistical landslide hazard analysis", ITC Publication, Eschede, Netherland, tr 73-84 135