Nghiên cứu đánh giá nguy cơ tai biến lũ ống, lũ quét huyện bắc yên, tỉnh sơn la với sự hỗ trợ của công nghệ viễn thám và GIS

 Nội dung nghiên cứu - Ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý GIS để xây dựng các bản đồ hợp phần của mô hình bản đồ hiện trạng lũ ống, lũ quét, bản đồ đánh giá ảnh hưởng của địa mạ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tổng quan về lũ ống, lũ quét 5

1.1.1 Khái niệm 5

1.1.2 Phân loại lũ quét và phương pháp nhận dạng lũ quét 5

1.1.3 Các nhân tố gây ra lũ ống, lũ quét 7

1.1.4 Đặc điểm cơ bản của lũ ống, lũ quét 11

1.1.5 Các giai đoạn hình thành lũ ống, lũ quét 12

1.1.6 Các tiêu chí cơ bản để xác định lũ ống, lũ quét 12

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu lũ ống, lũ quét trên thế giới và Việt Nam 13

1.2.1 Trên thế giới 13

1.2.2 Tại Việt Nam 15

1.3 Ứng dụng của GIS và viễn thám trong nghiên cứu và cảnh báo lũ ống, lũ quét 17

1.3.1 Úng dụng Viễn thám trong quản lý tai biễn lũ lụt 17

1.3.2 Khả năng ứng dụng GIS trong nghiên cứu và phân tích lũ ống, lũ quét 19

1.3.3 Tích hợp giữa viễn thám và GIS 20

1.4 Các phương pháp nghiên cứu 28

1.4.1 Các phương pháp nghiên cứu địa mạo truyền thống 28

1.4.2 Phương pháp viên thám và GIS 28

1.4.3 Khảo sát, nghiên cứu thực địa 28

CHƯƠNG 2 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TAI BIẾN LŨ ỐNG, LŨ QUÉT HUYỆN BẮC YÊN, TỈNH SƠN LA 29

2.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến tai biến lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 29

2.2.1 Địa hình, địa mạo 29

2.2.2 Khí hậu, thủy văn 35

2.2.4 Nhân tố nhân tác 44

2.2 Đánh giá chung các nhân tố ảnh hưởng đến tai biến lũ tại huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 48

CHƯƠNG 3 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ VÀ ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TAI BIẾN LŨ ỐNG, LŨ QUÉT HUYỆN BẮC YÊN, TỈNH SƠN LA 50

3.1 Quy trình nghiên cứu 50

3.1.1 Ngoại nghiệp 50

3.1.2 Nội nghiệp 50

3.1.3 Cơ sở dữ liệu phục vụ nghiên cứu lũ ống, lũ quét 51

3.2 Thành lập bản đồ hiện trạng lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 52

3.3 Thành lập các bản đồ đánh giá ảnh hưởng của các nhân tố ảnh hưởng đến lũ ống, lũ

quét 59

3.3.1 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của độ dốc với lũ ống, lũ quét 59

3.3.2 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của tích lũy dòng chảy (chỉ số ẩm ướt) 62

3.3.3 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng mật độ sông suối đối với lũ ống, lũ quét 63

3.3.4 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của các đơn vị địa mạo với lũ ống, lũ quét 66

3.3.5 Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đối với lũ ống, lũ quét 68

3.3.6 Thành lập bản đồ vùng ảnh hưởng của hiện trạng sử dụng đất với lũ ống, lũ quét 70

3.3.7 Thành lập bản đồ vùng ảnh hưởng của rừng với lũ ống, lũ quét 72

3.4 Thành lập bản đồ dự báo nguy cơ lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 74

3.4.1 Xác định trọng số các yếu tố ảnh hưởng đến lũ ống, lũ quét 74

3.4.2 Thành lập bản đồ nguy cơ 78

3.4.3 Kiểm tra độ chính xác của dự báo 98

3.4.4 Kết quả và kiến nghị biện pháp phòng tránh lũ ống, lũ quét 99

KẾT LUẬN 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

PHỤ LỤC 113

DANH MỤC HÌNH

Bản đồ hành chính khu vực nghiên cứu 3

Mối quan hệ của các nhân tố hình thành lũ ống, lũ quét 7

Ảnh Radar lũ quét tại Bắc Kạn ngày 11/07/2009 ( nguồn UNOSAT) 19

Dữ liệu ảnh Radar Thái Lan sử dụng để đánh giá thiệt hại do lũ 22

Mô phỏng lưu vực và bản đồ chỉ số ẩm ướt tách từ mô hình số DEM 23

Sơ đồ đường đẳng thời gian di chuyển ra tới cửa của nước mặt 26

Biểu đồ diện tích theo thời gian di chuyển ra tới cửa của nước mặt 26

Hình 2.1 Bản đồ địa mạo huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 31

Hình 2.2 Bản đồ khí hậu huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 37

Hình 2.3 Bản đồ hiện trạng rừng huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 43

Hình 2.1 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 45

Hình 3.1 Quá trình xử lý các lớp thông tin xây dựng bản đồ dự báo 51

Hình 3.2 Mô hình số độ cao huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 52

Hình 3.3 Bản đồ hiện trạng lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 53

Hình 3.4 Ảnh Landsat huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 54

Hình 3.5 Kết quả giải đoán ảnh Landsat huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 58

Hình 3.6 Quy trình xây dựng bản đồ đánh giá ảnh hưởng của độ dốc 59

Hình 3.7 Mô hình DEM huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 60

Hình 3.8 Dữ liệu độ dốc huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 60

Hình 3.9 Bản đồ đánh giá mức độ nhạy cảm của độ dốc với lũ ống, lũ quét 61

Hình 3.10 Dữ liệu tích lũy dòng chảy (chỉ số ẩm ướt) 62

Hình 3.11 Bản đồ đánh giá mức độ nhạy cảm tích lũy dòng chảy với lũ ống, lũ quét 63

Hình 3.12 Quy trình lập bản đồ đánh giá độ nhạy cảm của mạng lưới thủy văn 64

Hình 3.13 Bản đồ đánh giá mức độ nhạy cảm của mật độ sông suối với lũ ống, lũ quét 65

Hình 3.14 Quy trình xây dựng bản đồ đánh giá mức độ nhạy cảm của địa mạo với lũ ống, lũ quét 66

Hình 3.15 Bản đồ đánh giá mức độ nhạy cảm của địa mạo với lũ ống, lũ quét 67

Hình 3.16 Bản đồ đánh giá mức độ nhạy cảm của thực vật với lũ ống, lũ quét 69

Hình 3.17 Bản đồ đánh giá mức độ nhạy cảm của lớp hiện trạng sử dụng đất với lũ ống, lũ quét 71

Hình 3.18 Bản đồ đánh giá mức độ nhạy cảm của rừng với lũ ống, lũ quét 73

Hình 3.19 Ví dụ về ma trận so sánh cặp của 3 yếu tố i, j và k [30] 75

Hình 3.20 Kết quả tính toán bộ trọng số cho các yếu tố cấp 1 78

Hình 3.21 Bản đồ nguy cơ lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 93

Hình 3.22 Chồng lớp bản đồ nguy cơ và hiện trạng tai biến lũ huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 98 Hình 3.23 Biểu đồ tỷ lệ các mức nguy cơ lũ 100

Hình 3.24 Biểu đồ mức nguy cơ lũ cao và rất cao theo xã (đơn vị tính ha) 102

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Sự thay đổi một số đặc trưng lũ khi rừng giảm 10

Bảng 1.2 Phân cấp mức tiềm năng theo mật độ che phủ rừng (theo E Smith, 2010) 11

Bảng 3.1 Bảng khóa giải đoán các đối tượng trên ảnh Landsat huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 55 Bảng 3.2 Đánh giá ảnh hưởng của độ dốc với lũ 59

Bảng 3.3 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của mật độ sông suối với lũ ống, lũ quét 64

Bảng 3.4 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của địa mạo với lũ ống, lũ quét 66

Bảng 3.5 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của lớp phủ thực vật với lũ ống, lũ quét 68

Bảng 3.6 Đánh giá ảnh hưởng của HTSDĐ đối với lũ ống, lũ quét 70

Bảng 3.7 Đánh giá ảnh hưởng của rừng đối với lũ ống, lũ quét 72

Bảng 3.8 Thang đánh giá mức độ so sánh [30] 75

Bảng 3.9 Bảng phân loại chỉ số ngẫu nhiên RI [30] 76

Bảng 3.10 Ma trận tương quan của các yếu tố cấp I 77

Bảng 3.11 Giá trị trọng số các yếu tố cấp 1 78

Bảng 3.12 Giá trị trọng số các yếu tố ảnh hưởng đến tai biến lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 78

Bảng 3.13 Bảng kết quả tính toán kiểm tra độ chính xác của dự báo tai biến lũ ống, lũ quét 99 Bảng 3.14 Kết quả phân vùng nguy cơ lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La 99

Bảng 3.15 Thống kê dự báo nguy cơ lũ ống, lũ ống, lũ quét theo cấp xã 100

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GIS: Geography Infomation System: Hệ thống thông tin địa lý

DEM: Digital Elevation Model: Mô hình số độ cao

CSDL: Cơ sở dữ liệu

DL: dữ liệu

UNESCO: United Nations Educational Scientific and Cultural Organization: Tổ chức giáo dục, khoa học và văn hóa của Liên hợp quốc

GIS ( Geographic Information System ) Hệ thống Thông tin Địa lý

HTTTĐL: Hệ thống Thông tin Địa lý

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): Chỉ số khác biệt thực vật

DEM (Digital Evaluation Model) Mô hình độ cao số

R (Red): Kênh đỏ

G (Green): Kênh xanh

B (Blue): Kênh lục

NIR (Near-infrared): Hồng ngoại gần

SWIR (Short-wavelength infrared): Hồng ngoại sóng ngắn

PCLB: Phòng chống lụt bão

MSS (MultiSpectral Scanner): Hệ thống quét đa phổ

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ vô cùng quý báu của các Thầy, Cô, các bạn đồng nghiệp và đặc biệt là PGS TS Nguyễn Ngọc Thạch, người hướng dẫn khoa học đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn CN Bùi Đăng Nguyên chuyên viên phòng Tài nguyên & Môi trường UBND huyện Bắc Yên cùng các đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện để tác giả có thể hoàn thành luận văn một cách tốt nhất

Trong thời gian thực hiện luận văn, tác giả còn nhận được rất nhiều sự giúp đỡ trong các lĩnh vực khác nhau kể cả trong và ngoài chuyên môn mà ở đây không thể kể

ra hết được Tác giả xin chân thành bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đặc biệt là các bạn học viên khóa 2012-2014 đã tận tình trao đổi, đóng góp và động viên tôi rất nhiều để giúp

đỡ tôi hoàn thành được luận văn này

MỞ ĐẦU

Việc nghiên cứu cảnh báo lũ ống, lũ quét hiện nay đang là vấn đề được các nhà khoa học quan tâm đến, trong đó việc phân vùng khả năng xuất hiện lũ ống, lũ quét là việc cần làm trước hết để phục vụ cho công tác cảnh báo và phòng chống giảm nhẹ thiên tai lũ ống, lũ quét

Lũ ống, lũ quét là một dạng thiên tai xảy ra ở hầu khắp các nước trên thế giới, đặc biệt ở vùng trung du, miền núi và các lưu vực sông chịu ảnh hưởng của gió mùa, bão, áp thấp và hội tụ nhiệt đới Nước ta nằm trong khu vực được xem là có tiềm năng

tự nhiên sinh ra lũ ống, lũ quét rất cao vì trên 70% diện tích đất là đồi núi, đặc biệt là vùng Tây Bắc, là vùng kinh tế miền núi, khó khăn, thiếu nước và thường xảy ra lũ ống,

lũ quét, lũ ống, lũ bùn đá, do đó việc nghiên cứu cảnh báo lũ ống, lũ quét vùng núi Tây Bắc là cần thiết để từ đó có thể đưa ra các giải pháp cần thiết phòng tránh lũ ống, lũ quét

Huyện Bắc Yên là một trong những huyện vùng cao của tỉnh Sơn La,cách trung tâm thành phố Sơn La 100 km về hướng Đông, phía Bắc và Tây Bắc giáp huyện Trạm tấu (tỉnh Yên Bái); phía Nam và Đông Nam giáp các huyện Mộc Châu, Yên Châu; phía Tây giáp huyện Mai Sơn; phía Đông giáp huyện Phù yên, có đặc điểm địa hình và khí hậu đa dạng

Bắc Yên là một trong các huyện thường xuyên xảy ra lũ ống, lũ ống, lũ quét trong tỉnh Sơn La, do tính chất bất thường nên thường xuyên gây ra hậu quả nghiêm trọng, do

đó việc tìm hiểu cơ chế hình thành từ đó xây dựng bản đồ dự báo là vấn đề cấp thiết Để phù hợp với quy mô của một luận văn tác giả đã lựa chọn Huyện Bắc Yên là khu vực nghiên cứu

Đứng trước tính cấp thiết như vậy đề tài:“Nghiên cứu đánh giá nguy cơ tai biến

lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La với sự hỗ trợ của công nghệ viễn thám và GIS” là nhu cầu cần thiết của huyện Bắc yên nói riêng và các tỉnh miền núi nói chung

 Đối tượng nghiên cứu và giới hạn phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Lũ ống, lũ quét tại huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La

Phạm vi nghiên cứu: Khu vực nghiên cứu là huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La

 Nội dung nghiên cứu

- Ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) để xây dựng các bản đồ hợp phần của mô hình (bản đồ hiện trạng lũ ống, lũ quét, bản đồ đánh giá ảnh hưởng của địa mạo, độ dốc, mật độ sông suối, thực vật, đối với lũ ống, lũ quét) Từ các bản đồ thành

phần, ứng dụng GIS để thành lập bản đồ dự báo nguy cơ lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La với các cấp độ nhạy cảm khác nhau

- Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến lũ ống, lũ quét

- Đề xuất các giải pháp phòng tránh tai biến lũ ống, lũ quét

 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận văn

 Mục tiêu nghiên cứu

- Phát hiện những điểm có nguy cơ xảy ra lũ ống, lũ quét trên khu vực nghiên cứu

- Xây dựng bản đồ dự báo nguy cơ lũ ống, lũ quét trên những vùng trọng điểm của khu vực nghiên cứu

- Đề xuất một số biện pháp khả thi mang tính ngăn ngừa, hạn chế tác hại của lũ ống, lũ quét trên khu vực nghiên cứu

 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi lãnh thổ

Vị trí địa lý: Bắc Yên là một huyện vùng cao của tỉnh Sơn La nằm cách trung tâm thị xã Sơn La 95km về phía Đông Bắc có diện tích tự nhiên là : 110.371 ha, chiếm 7,78% diện tích tự nhiên của tỉnh

Toạ độ địa lý: 21023’23" Vĩ độ Bắc

104010'15" Kinh độ Đông

Phía bắc và phía Tây bắc giáp tinh Yên Bái và huyện Mường La

Phía Nam và Đông Nam giáp huyện Yên Châu và huyện Mộc Châu

Phía Đông giáp huyện Phù Yên

Phía Tây và Tây Nam giáp huyện Mai Sơn

Phạm vi khoa học

- Xác định mức độ ảnh hưởng của các nhân tố gây ra lũ ống, lũ quét (địa hình, thảm thực vật, thủy văn,…)

- Dự báo các vùng có nguy cơ xảy ra lũ ống, lũ quét với các cấp độ khác nhau

Bản đồ hành chính khu vực nghiên cứu

 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

 Ý nghĩa khoa học

Đề tài nghiên cứu đã cho thấy được sự đa dạng trong việc kết hợp giữa Viễn thám

và hệ thông tin địa lý để nghiên cứu lập bản đồ tai biến thiên nhiên cũng như các bản đồ chuyên đề khác

Xử lý hệ thông tin địa lý là quá trình tích hợp nhiều lớp thông tin theo các mô hình và bằng các hàm toán cụ thể

 Ý nghĩa thực tiễn

Xác định mức độ ảnh hưởng của các nhân tố gây ra lũ ống, lũ quét (địa hình, thảm thực vật, thủy văn,…)

Dự báo các vùng có thể xảy ra lũ ống, lũ quét với các cấp độ khác nhau

 Cấu trúc luận văn

MỞ ĐẦU

Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Chương 2: CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TAI BIẾN LŨ ỐNG, LŨ QUÉT HUYỆN BẮC YÊN, TỈNH SƠN LA

Chương 3: THÀNH LẬP BẢN ĐỒ VÀ ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TAI BIẾN LŨ ỐNG,

LŨ QUÉT HUYỆN BẮC YÊN, TỈNH SƠN LA

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về lũ ống, lũ quét

1.1.1 Khái niệm

Lũ quét: Cho đến nay các nhà khoa học tương đối thống nhất với định nghĩa lũ

quét rất chung chung sau: “Lũ quét là một loại hình lũ miền núi có cường suất, vận tốc dòng chảy và biên độ mực nước rất lớn, lũ lên nhanh và xuống nhanh, dòng nước có lượng lớn bùn rác”

Lũ ống: Là một dạng của lũ quét, là sự chảy dồn nước bộc phát đột ngột từ cao

xuống thấp với tốc độ rất cao vào một thung lũng suối nhỏ hoặc một khe hẻm có quy

mô nhỏ (từ vài trăm mét đến vài km) theo sườn rất dốc, tạo thành một khối nước hình ống, thời gian xảy ra ngắn và sức tàn phá cũng rất mạnh.[4]

1.1.2 Phân loại lũ ống, lũ quét và phương pháp nhận dạng lũ ống, lũ quét

Lũ ống, lũ quét là lũ ở các suối, sông nhỏ miền núi, xảy ra bất ngờ với cường độ cao, tốc độ nhanh, duy trì trong một thời gian ngắn và có hàm lượng chất rắn cao Lũ ống, lũ quét xuất hiện chỉ khi tồn tại hai yếu tố đồng thời:

* Tồn tại đất đá bở rời hoặc đất đá liên kết yếu trên đường đi của dòng chảy

* Dòng chảy với vận tốc đủ lớn để cuốn trôi đất đá bở rời tạo thành pha rắn của dòng chảy

Có rất nhiều cách phân loại lũ ống, lũ quét, song có ý nghĩa thực tế hơn cả là a) phân loại theo nguồn gốc lò phát sinh lũ ống, lũ quét; b) theo thành phần độ hạt của vật liệu rắn; c) theo tỷ lệ nước trong dòng bùn đá; d) theo đặc điểm vận chuyển của dòng bùn đá

Quá trình hình thành phát sinh lũ ống, lũ quét có thể chia thành các nhóm sau liên quan với các nguyên nhân: a) sự tích tụ các vật liệu bở rời trong lòng các dòng tạm thời hoặc dòng suối nhỏ; b) chặn dòng; c) hoạt động núi lửa [4]

Nhóm thứ nhất: Bao gồm các lò sinh lũ nằm trong lưu vực của các suối nhỏ và các dòng theo mùa Đặc điểm phân biệt các lưu vực này là có mực nước mùa khô rất ít hoặc hầu như không có, đây chính là điều kiện thuận lợi để tích tụ vật liệu Việc hình thành lũ ống, lũ quét kiểu này trong các lò sinh lũ thường liên quan với lượng mưa to đột biến Đây là kiểu lò rất phổ biến và hầu hết các trận lũ ống, lũ quét đều liên quan đến kiểu lò này

Nhóm thứ hai: Liên quan đến chặn dòng có thể chia làm 2 phụ nhóm:

Phụ nhóm thứ nhất: Chặn dòng có thể do lũ, hoặc do lũ ống, lũ quét từ các chi lưu nhánh Trong trường hợp này thì khối lượng đất đá, vật liệu rắn phải đủ lớn để làm thành đập chặn dòng tạm thời Nguồn nước trong các dòng lũ ống, lũ quét này do nước

bị chặn dòng tích lại Thời gian xảy ra lũ ống, lũ quét mang tính thảm họa không phụ thuộc vào lượng mưa

Phụ nhóm thứ hai: Là hiện tượng chặn dòng cổ tạo thành các hồ, đập, các hồ chứa nước Việc phá hủy các đập hay nước tràn qua các đập này kéo theo các thảm họa do nước cuốn đi và làm phát sinh lũ ống, lũ quét (thí dụ như đập Vaiont ở Italia bị tràn nước

do một khối lượng đất đá khổng lồ đã lũ xuống hồ làm mực nước dâng cao lên hàng trăm mét tràn qua đập chắn cuốn trôi hàng ngàn ha ở phía dưới đập)

Nhóm thứ ba: Liên quan với hoạt động của các dòng dung nham núi lửa, ít có khả năng xảy ra ở Việt Nam

Qua điều tra, phân tích, thống kê các trận lũ ống, lũ quét xảy ra trên khu vực vùng núi, có thể thống kê được các loại hình lũ ống, lũ quét chủ yếu sau:

- Lũ ống, lũ quét sườn dốc: Thường phát sinh do mưa lớn trên khu vực có độ dốc lớn, độ che phủ thảm thực vật thưa, đất đá bở rời… là nhân tố tạo ra dòng chảy mặt sườn dốc lớn, tập trung nước nhanh về các suối tạo nên dòng lũ ống, lũ quét ở phía hạ lưu

- Lũ ống, lũ quét nghẽn dòng: Lũ ống, lũ quét thường phát sinh từ các khu vực

có nhiều lũ ven sông, suối Đó là các khu vực đang có biến dạng mạnh, sông suối đào

xẻ lòng dữ dội, mặt cắt hẹp thường có dạng chữ V, sườn núi rất dốc Lũ ống, lũ quét dễ phát sinh sau các đợt mưa liên tục dài ngày và kết thúc bằng một trận mưa lớn Mưa dài ngày làm cho mặt đất bão hoà, khi mưa lớn dòng chảy mạnh, đất đá bị xói lở chân khối đất có nguy cơ trượt làm cho khối đất này tăng khả năng mất ổn định và trượt xuống lòng suối, gây hiện tượng hợp long dòng chảy Lòng suối bị chặn lại đột ngột và tích nước lại ở vùng thung lũng phía thượng lưu, tạo ra thế năng biến thành động năng hình thành lũ ống, lũ quét

- Lũ ống: Mưa lớn tạo dòng lũ lớn chảy trên thung lũng hẹp và sâu

- Lũ ống, lũ quét do mưa lớn kết hợp với vỡ đập: Mưa lớn kết hợp với vỡ đập cũng gây ra lũ ống, lũ quét trên diện rộng, gây thiệt hại đáng kể đến khu vực chịu ảnh hưởng của lũ ống, lũ quét

- Lũ cát bùn: Dòng lũ cát bùn tràn xuống đường nhựa và nhà dân mang theo các vật dụng trôi ra biển

Việc nhận dạng lũ ống, lũ ống, lũ quét cần xây dựng được hệ thống tiêu chí để nhận dạng Các tiêu chí đó là: dấu hiệu lũ lớn (dấu hiệu mưa và lượng trữ nước trong sông; dấu hiệu cường suất lũ lớn và mưa vẫn còn lớn); Mực nước trước lũ lớn (cường suất lũ dòng chính lớn và mưa lớn)

1.1.3 Các nhân tố gây ra lũ ống, lũ quét

Các nhân tố hình thành lũ ống, lũ quét bao gồm 3 nhóm nhân tố chính: Nhân tố

ít biến đổi, biến đổi chậm và biến đổi nhanh

Các nhân tố trên tác động lẫn nhau và mức độ tác động này phụ thuộc rất chặt chẽ vào loại hình lưu vực để tạo ra các dạng lũ ống, lũ quét khác nhau Do vậy, việc xác định tiêu chí hình thành lũ ống, lũ quét chính là phân tích sự tác động của mối quan hệ này cho mỗi lưu vực cụ thể

Mối quan hệ của các nhân tố hình thành lũ ống, lũ quét

- Nhân tố ít biến đổi: bao gồm các yếu tố: Địa hình, địa chất, địa mạo, thổ nhưỡng

- Nhân tố biến đổi chậm: Tình hình sử dụng đất, các chuyển động kiến tạo, biến đổi khí hậu

- Nhân tố biến đổi nhanh: mưa lũ, độ ẩm lưu vực, dòng chảy mặt, động đất, xói mòn, sạt lở

Các hình thức hoạt động của con người trên lưu vực có thể ảnh hưởng đến cả 3 nhóm nhân tố trên Song tác động rõ nhất là tác động đến nhóm yếu tố biến đổi nhanh Đây là nhóm nhân tố được chọn làm đặc trưng để phân biệt lũ ống, lũ quét với lũ thường

Nhóm nhân tố biến đổi chậm tham gia vào quá trình hình thành lũ ống, lũ quét khi quá trình biến đổi vượt quá một ngưỡng nào đó

Những phân tích riêng sẽ tập trung vào một số nhân tố chính và những nhận xét

về đặc điểm và vai trò của chúng đối với sự hình thành lũ ống, lũ quét sẽ được trình bày dưới đây:

a.Mưa

Trong cùng một lưu vực hoặc một miền, vùng núi thường có lượng mưa lớn hơn vùng đồng bằng, do đặc điểm địa hình có sườn núi chắn gió và các thung lũng có tác dụng hút luồng không khí ẩm từ biển vào Các tâm mưa lớn của nước ta hầu hết đều tập trung ở các vùng núi có điều kiện địa hình như vậy

Mưa là nhân tố quyết định gây ra lũ ống, lũ quét, thường tập trung trong vài giờ với cường độ rất lớn trên diện tích hẹp từ vài chục đến vài trăm km2 Điều đó giải thích

lý do tại sao nhiều khi lũ ống, lũ quét xảy ra trên một số khu vực lại không đồng bộ với

lũ trên sông lớn Mưa gây ra lũ ống, lũ quét thường tập trung với cường độ lớn hiếm thấy trong 1giờ hoặc 2 giờ; Mưa với cường suất lớn có ý nghĩa quyết định trong sự hình thành lũ ống, lũ quét Mưa lớn còn là động lực chủ yếu gây ra xói mòn, sụt lở tạo thành phần rắn của dòng lũ ống, lũ quét

b.Biến đổi khí hậu toàn cầu và các hiện tượng khí hậu cực đoan

Theo số liệu thống kê cho thấy có khoảng 70 % số thiên tai là do các hiện tượng khí tượng, thuỷ văn cực đoan gây ra Biến đổi khí hậu là nhân tố biến đổi chậm Nhiều đánh giá cho rằng con người đã đóng góp đáng kể vào quá trình biến đổi này mà nguyên nhân chủ yếu là hiện tượng phá rừng và làm huỷ hoại môi trường

c.Địa hình

Địa hình vùng núi Việt Nam nói chung rất dốc, do đó độ dốc lòng sông lớn, đó

là một trong những điều kiện thuận lợi để phát sinh lũ ống, lũ quét Ở những nơi có địa hình núi cao thường là nơi có lượng mưa lớn và phân hoá rất mạnh Qua khảo sát các khu vực bị lũ ống, lũ quét cho thấy: Các lưu vực đã xảy ra lũ ống, lũ quét thường ở nơi

có dạng đường cong lõm, địa hình bị chia cắt dữ dội, sườn núi rất dốc (> 30 %) Độ dốc lòng sông ở phần đầu nguồn rất lớn, tạo điều kiện thuận lợi hình thành lũ ống, lũ quét Mặt cắt dọc sông nhiều nơi có điểm gãy mà sau điểm này là vùng thường bị lũ ống, lũ quét ác liệt Sườn núi dốc chuyển đột ngột sang các mặt bằng bồn địa là đặc trưng của địa hình miền Trung

Các lưu vực sinh lũ ống, lũ quét thường nhỏ (diện tích < 500 km2), sông suối bắt nguồn từ các đỉnh núi cao (khoảng 1000 – 2000 m) Lưu vực có hình rẻ quạt hoặc tròn, xung quanh có núi cao bao bọc, có hướng thuận lợi đón gió ẩm hình thành những tâm mưa Sườn dốc được phủ bởi lớp đất đá có độ liên kết kém, dễ xói mòn, sụt lở Khi có mưa lớn, lũ ống, lũ quét kéo theo nhiều vật rắn: đá, cát, sỏi, cây cối

d.Mạng lưới sông suối

Địa hình chia cắt tạo nên mạng lưới sông suối dày đặc Ớ vùng đầu nguồn, nhiều nơi mật độ sông suối lớn hơn 1 km/km2, thậm chí tới 2 km/km2 Độ dốc lòng sông, suối lớn nên thời gian tập trung dòng chảy ngắn, tốc độ dòng chảy lớn, năng lượng, sức tải lớn Độ dốc lòng sông, suối lớn nên dòng nước lũ thường cuốn theo nhiều đất đá, cây cối do xói mòn, sụt lở như đã xảy ra ở nhiều nơi thuộc vùng Tây Bắc nước ta, có nơi trở thành lũ bùn đá

Sông, suối chảy giữa những kẽ núi, mặt cắt ngang thường có dạng chữ V hoặc chữ U sâu và hẹp Chảy qua các bậc thềm địa hình, mặt cắt dọc sông thay đổi phức tạp kéo theo sự thay đổi mặt cắt ngang Nơi thu hẹp, sông sâu thẳng, nơi mở rộng ở các thung lũng, sông chảy quanh co, có bãi tràn rộng, thường có điểm quần cư, phát triển kinh tế mạnh cũng chính là vùng chịu tác động mạnh mẽ của lũ ống, lũ quét

e.Rừng và thảm phủ thực vật

Kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đều đi đến nhận định: Rừng có tác dụng

điều tiết dòng chảy mặt và dòng chảy lũ Thảm thực vật giữ lại một phần nước mưa và

làm tăng tổn thất qua bốc hơi.Thảm thực vật hút nước từ đất và thoát hơi qua mạt lá gây tổn thất.Rừng che phủ đất đai làm giảm độ nóng và làm giảm sự bốc hơi từ đất

Thảm thực vật làm tăng độ nhám bề mặt lưu vực, làm giảm vận tốc dòng chảy mặt và làm tăng độ thấm

Khảo sát sự thay đổi các đặc trưng lũ như thời gian lũ lên TL, chênh lệch giữa lưu lượng đỉnh lũ QMAX và lưu lượng trước đỉnh 1 giờ DQ khi lớp phủ rừng giảm Trong những trận mưa tương tự nhận thấy sự rút ngắn thời gian rõ rệt khi lũ lên, sự tăng nhanh DQ và lưu lượng đỉnh lũ QMAX Rừng, lớp phủ thực vật là những yếu tố biến đổi chậm Song do tác động của con người, sự suy thoái đến một “ngưỡng” mà vai trò

lá chắn của rừng không còn nữa, tổ hợp với các điều kiện khác làm lũ ống, lũ quét xuất hiện nhiều hơn.[17]

Bảng 1.1 Sự thay đổi một số đặc trưng lũ khi rừng giảm

(230km2)

22-VI-1984 12-VI-1989

(Nguồn: Trung tâm khí tượng thủy văn Quốc gia)

Ở nhiều lưu vực, modun dòng chảy đỉnh lũ và modun dòng chảy cát bùn lơ lửng tăng lên rõ rệt khi tỷ lệ rừng giảm Kết quả xác định định tính và định lượng ảnh hưởng của rừng, lớp phủ thực vật đến sự hình thành lũ ống, lũ quét để đánh giá khả năng xuất hiện lũ ống, lũ quét

Sự biến đổi của rừng là nhân tố ảnh hưởng quan trọng đến sự hình thành lũ ống,

lũ quét, có trường hợp là nguyên nhân chủ yếu gây ra lũ ống, lũ quét Biết bảo vệ rừng, hơn thế nữa biết trồng rừng để bù đắp lại phần đã bị khai phá, rừng sẽ là bộ máy điều tiết lũ, nó có tác dụng giảm tốc độ dòng chảy mặt, tăng dòng chảy ngầm (chậm lũ), hạn chế sạt lở.v.v và làm giảm tác hại của lũ ống, lũ quét; thậm chí có trường hợp không

để xảy ra lũ ống, lũ quét Ngược lại, nếu khai thác rừng một cách bừa bãi, nguy hại hơn

là để cháy rừng, dẫn đến thảm họa lũ và lũ ống, lũ quét

Theo Ngô Trọng Thuận, khi mưa xuống không phải toàn bộ lượng nước mưa đều rơi tới mặt đất rừng mà có một phần bị giữ lại Lượng nước này bị giữ lại trong tán rừng phụ thuộc vào các nhân tố: kiểu rừng, tuổi, thành phần loài cây, độ tàn che và dạng sống của cây rừng, điều kiện khí tượng, lượng mưa và cường độ mưa, thực vật che phủ, ẩm

độ, nhiệt độ không khí, thời tiết và mùa trong năm thông thường thì lượng nước giữ lại trong tán trong khoảng 30 – 35 % tổng lượng mưa Ví dụ ở rừng lá kim lượng nước giữ lại trong tán rừng trong khoảng 20 – 40 %, rừng lá rộng trong khoảng 12 – 25 % tổng lượng mưa

Dòng chảy bề mặt phụ thuộc vào độ dài và chiều dài sườn dốc, cường độ và

mục, thành phần cơ giới và độ dày tầng đất thông thường ở rừng chưa bị tác động thì dòng chảy bề mặt khoảng 2 % tổng lượng mưa, còn ở nơi đất chặt, tầng mùn, thảm mục

bị phá hoại thì dòng chảy bề mặt rất lớn Ở rừng tạo ra các điều kiện thuận lợi để chuyển dòng chảy bề mặt thành dòng thấm xuống đất và tầng nước ngầm

Mật độ rừng có quan hệ mật thiết với lũ ống, lũ quét (Swank,1968), chỉ số tiềm năng lũ ống, lũ quét được gắn giá trị từ 1- 10 dựa trên mật độ che phủ rừng Giá trị chỉ

số lũ ống, lũ quét tiềm năng thấp tương ứng với nơi mà có độ che phủ phủ lớn, và ngược lại

Bảng 1.2 Phân cấp mức tiềm năng theo mật độ che phủ rừng (theo E Smith, 2010)

1.1.4 Đặc điểm cơ bản của lũ ống, lũ quét

Tính bất ngờ: khoảng thời gian từ khi xuất hiện đến khi đạt đỉnh lũ thường rất ngắn Do vậy thường khó khăn trong dự báo, cảnh báo lũ ống, lũ quét một cách hiệu quả

ở trình độ khoa học, kỹ thuật hiện nay ở nước ta

Tính ngắn hạn và ác liệt: lũ ống, lũ quét thường tồn tại trong thời gian ngắn, thường kết thúc sau 10 – 18 giờ, rất ít khi quá 1 ngày, nước lũ lớn xói mòn, rửa trôi khối lượng rất lớn vật chất rắn từ các sườn núi dốc rồi trở thành dòng bùn – nước – vật rắn tập trung hầu như đồng thời và rất nhanh Do đó, tốc độ dòng nước trong lũ ống, lũ quét rất nhanh, khác hẳn lũ thường, lại có đỉnh rất lớn, hơn hẳn đỉnh lũ (có khi gấp 2 – 5 lần) trong điều kiện mưa tương đương do cơ chế hình thành và vận động khác hẳn Như thế,

để giảm hoặc loại trừ tính ngắn hạn của lũ ống, lũ quét, các biện pháp phải hướng vào kéo dài thời gian lũ lên là chủ yếu và lũ xuống và trên căn bản là hướng vào tăng thời gian tập trung dòng lũ ở lưu vực, từ đó cũng giảm hẳn tính ác liệt của lũ (giảm đỉnh lũ, tần suất lũ lên, xuống, lưu tốc dòng sông …)

Tính đậm đặc: Dòng lũ ống, lũ quét khác hẳn dòng lũ nước thường bởi tỷ lệ vật chất rắn rất lớn Trong quá trình hình thành và vận động, tỷ lệ vật rắn trong dòng lũ ống,

lũ quét không ngừng tăng lên, tăng mạnh nhất ở khu vực 2 – khi chuyển động từ trên núi cao (giai đoạn qua triền dốc) xuống thung lũng Lượng chất rắn thường chiếm 3 –

10 %, thậm chí trên 10 % trong dòng lũ để trở thành dạng lũ bùn đá Để giảm và hạn chế tác động đặc tính này của dòng lũ ống, lũ quét, hoặc ngăn ngừa nguy cơ lũ ống, lũ quét, cần phải có biện pháp nhằm vào giảm xói mòn, sạt, trượt, tức là giảm lượng vật chất rắn trong lũ, có biện pháp cắt bớt lượng vật rắn trong lũ ống, lũ quét, giảm quá trình chuyển động trượt.[17]

1.1.5 Các giai đoạn hình thành lũ ống, lũ quét

Sự hình thành lũ ống, lũ quét trải qua các giai đoạn sau:

- Mưa lớn, cường độ lớn gây hình thành dòng lũ mặt lớn và đặc biệt tràn ngập trên mặt lưu vực nhỏ vùng núi dốc có độ che phủ rừng ít, bị khai thác nhiều, tiềm tàng những điều kiện thuận lợi cho xói mòn, rửa trôi đất đá, bùn cát, cây cối, song lòng dẫn lại tiêu thoát kém

- Nước lũ gây xói mòn, rửa trôi, sạt, trượt, sụt lở mạnh mặt lưu vực, cuốn theo các vật chất rắn, dòng lũ khi đó thay đổi căn bản về chất, trở thành dòng chất lỏng – rắn (gồm: nước – bùn đá – cây cối …) tập trung vào sông chính Lũ khi đó có tổng lượng lớn hơn hẳn tổng lượng dòng lũ nước sinh ra nó

- Khu vực sinh ra lũ là phần thượng nguồn lưu vực sông có độ dốc lớn, thường chiếm 2/3 diện tích lưu vực Tại đây, các quá trình chính hình thành dòng chảy mặt, xói mòn, rửa trôi mặt đất xảy ra mạnh nhất Quá trình tập trung dòng lũ cũng xảy ra đồng thời, song chưa mạnh mẽ

- Khu vực tập trung dòng lũ ống, lũ quét, nơi quá trình xói sâu còn xảy ra mạnh, sạt lũ đất đá, cuốn trôi cây cối, tắc ứ tạm thời rồi sau đó vỡ hàng loạt…

- Khu vực chịu lũ: nơi bị quét mạnh nhất là cuối sườn dốc khi thế năng đã chuyển hóa thành động năng, trong đó hiện tượng xói sâu, lở, sạt trượt còn xảy ra ở cường độ cao trên đoạn đầu của thung lũng trước khi lũ ống, lũ quét thoát được dòng chính.[18]

1.1.6 Các tiêu chí cơ bản để xác định lũ ống, lũ quét

Để thiết kế, thực thi bất kỳ loại biện pháp công trình nào, ngay cả với biện pháp phi công trình thì các đặc trưng cơ bản của lũ ống, lũ quét là những cơ sở quan trọng nhất, ngoài những hiểu biết về khu vực hình thành, vận động, khu vực chịu lũ, đặc tính của lũ ống, lũ quét

Những tiêu chí cơ bản để xác định lũ ống, lũ quét là:

- Thời gian xuất hiện, thời gian lũ lên, xuống và cả trận, quá trình lũ ống, lũ quét

- Đỉnh lũ và thời gian xuất hiện, biên độ lũ, lưu tốc trung bình và cực đại - Cường suất lũ lên, xuống trung bình và lớn nhất

- Tổng lượng, thành phần vật chất trong lũ (lỏng, rắn), đặc trưng cơ lý của dòng chảy

- Thời gian tập trung lũ, thời gian truyền lũ, khả năng chuyển tải của dòng lũ ống,

lũ quét

- Thành phần chất rắn, thành phần hạt, phân bố hạt trong dòng lũ ống, lũ quét

- Động lượng của dòng và tác động của dòng khi gặp vật cản

- Kích thước hình học của lòng dẫn

- Áp lực thủy động khi vỡ đập (đập thủy lợi hay đập mới hình thành do quá trình vận động của dòng chảy) và các chỗ tắc ứ tạm thời khi có lũ ống, lũ quét

- Vận tốc quán tính khi lũ gia tăng và tắt dần tùy theo cấu trúc lũ ống, lũ quét

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu lũ ống, lũ quét trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Trên thế giới

 Tình hình trên thê giới trong nghiên cứu và ứng xử với tai biến lũ quét

Ở trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu có giá trị về dự báo tai biến lũ lụt, đóng góp tích cực vào việc phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai cho nhiều Quốc gia

Hướng nghiên cứu tai biến lũ, LBĐ trên thế giới đã được các nhà khoa học Nga (và Liên Xô), các nhà nghiên cứu Pháp, Đức và Thuỵ Sỹ… quan tâm và các hướng nghiên cứu liên quan đến vùng núi Anpơ, Kavkazơ, Kacpat, các vùng khí hậu lục địa khô hạn như Trung á, các vùng hoang mạc Bắc Phi và Bắc Mỹ, Trung Mỹ Trên cơ sở các công trình công bố, đã có được những kết luận ban đầu về cơ chế hoạt động cũng như những nguyên nhân phát sinh của dạng tai biến này

Tại Liên xô: phải kể đến là công trình “Lũ bùn đá và những biện pháp phòng chống” đã phân tích bản chất vật lý, mô hình cơ học, sự phân bố và những tác hại khủng

khiếp của tượt lở, Lũ bùn đá qua hàng loạt ví dụ cụ thể Những kết luận về cơ chế hoạt động của dạng tại biến này đến nay vẫn còn nguyên giá trị: điều kiện tiên quyết để xảy

ra Lũ bùn đá điển hình là phải có lượng vật liệu vụn phong phú để khi mưa với cường

độ lớn có cơ hội trượt – lở ồ ạt vào địa bàn khô khan hoặc khô khan và vùng giàu băng tích Song, cần nhận xét thêm rằng tất cả đều dừng lại ở những kết luận về bản chất quá trình, về cảnh báo nguy cơ tai biến, các điểm dân cư vẫn cứ tiếp tục bị tàn phá nặng nề, thậm chí bị vùi lấp hoàn toàn, mà hầu như không được báo trước

Đặc biệt là từ năm 2000 đến nay, hàng năm có rất nhiều hội thảo quốc tế về tai biến thiên nhiên tổ chức ở nhiều nước trên thế giới Các hôi thảo này đã trình bày nhiều thông tin và phương pháp nghiên cứu mới trong việc phòng chống và giảm nhẹ tai biến thiên nhiên như: Lũ lụt, lũ, xói lở bờ sông bờ biển, về sóng thần, hạn hán, cháy rừng,nhiễm mặn về biến đổi khí hậu và tai biến liên quan

Do tính cấp thiết và tầm quan trọng của công tác nghiên cứu tai biến địa chất, hàng năm tổ chức quốc tế nghiên cứu tai biến thiên nhiên thuộc Liên hiệp quốc thường

tổ chức các hội thảo khoa học quốc tế và có những tập san, tuyển tập chuyên đề về tai biến thiên nhiên, đặc biệt là việc áp dụng công nghệ mới Các tác giả có các công trình được đánh giá cao là: Einstein (1988), Ketrilz (1992), Innocenti (1992), Montgomery D.R và Dietrich Carrara W.E et al, (1994); Jade và Sarkar, (1993); Chung and Fabbri (2001), v.v

Đáng kể đến là các mô hình nghiên cứu lũ điển hình của trường ITC (Hà land), trên cơ sở mã nguồn của phần mềm ILWIS, được thể hiện bằng mô hình GISIZ, xây dựng trên quan điểm tiếp cận địa lý - địa mạo, mô hình SINMAP lại được xây dựng theo quan điểm địa chất công trình …

Những nghiên cứu Lũ theo hướng thủy văn và cân bằng nước lưu vực bằng phương pháp Viễn thám và GIS với sản phẩm cụ thể là các bản đồ phân vùng tai biến

Lũ ống, lũ quét đã được triển khai ở nhiều nước trên thế giới như: Mỹ, Braxin, Ca na

da, ấn Độ, Thái Land, Đài Loan, Trung Quốc, … Về đào tạo, ở Hà Land, Trường ITC (International Institute for geo-Information Science and earth observation), học viện công nghệ châu á (AIT), hay ở Nhật Bản (Trường Đại học OSHAKA), Trường Đại học Shebrook - Canada, Trường Đại học Viễn thám ấn Độ (IIRS), Trường Đại học tổng hợp

ở Vũ Hán Trung Quốc cũng đã có những chương trình đào tạo hệ sau đại học về hướng nghiên cứu này Ngoài việc áp dụng các mô hình dự báo Lũ nhanh với phần mềm MIKE trờn cơ sở dữ liệu dày đặc của các trạm thủy văn thì mô hình tự động phân tích quy luật tập trung nước chảy trên sườn dốc- hay mô hình tự động phân tích 8 hướng truyền năng

lượng của nước mặt theo địa hình dốc (automatic river network extraction) đã và đang được áp dụng phổ biến trong việc nghiên cứu quản lý các lưu vực sông và trở thành những modul phần mềm mang tính phổ biến trong các phần mềm GIS thông dụng như modul “ Hydro basin “trong ARCVIEW, chức năng “automatic river network extraction

“ trong phần mềm IDRISI, ARCVIEW hay trong phần mềm mã nguồn mở GRASS

Từ những năm cuối thế kỷ XX, những dạng tai biến nói trên lại bùng phát trên khắp các châu lục, gây tổn hại lớn về người và tài sản Đó là lý do tại nhiều nước Tây

Âu cũng như Bắc Mỹ đã hình thành một bộ môn khoa học mới nghiên cứu “tai biến thiên nhiên” (“Natural hazards” trong tiếng Anh, “Risques Naturels” trong tiếng pháp), trong đó tập trung mô tả bản chất và mức độ thiệt hại Sự kiện quan trọng nhất là Liên Hiệp Quốc công bố thập niên 1990 – 2000 là -thập niên Quốc tế Giảm thiểu tai biến thiên nhiên (IDNDR) Ngoài ra, có nhiều tổ chức quốc tế nghiên cứu về trượt, lở đất được thành lập như Nhóm Nghiên cứu Lũ Đất Quốc tế (1993) Hội Địa kỹ thuật quốc tế,… Hàng năm Uỷ ban Kiểm kê và đánh giá tai biến lũ đất (thuộc UNESCO) công bố các báo cáo về hiện trạng tai biến lũ, LBĐ trên phạm vi toàn thế giới Đây cũng là một nội dung quan trọng trong báo cáo thường nhiên về hiểm hoạ Trái đât của Liên Hiệp Quốc

Từ các công trình nghiên cứu về lũ ống, lũ quét trên thế giới có thể thấy việc nghiên cứu về lũ ống và lũ quét có thể tiến hành bằng nhiều phương pháp khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện khoa học công nghệ cũng như tình hình cụ thể của mỗi quốc gia tuy nhiên tính hiệu quả, chính xác và việc dự báo sớm nguy cơ xảy ra tai biến lũ ống, lũ quét là ưu tiên hàng đầu Và một trong các hướng nghiên cứu tiết kiệm chi phí và đảm bảo được độ tin cậy là sử dụng công nghệ GIS và viễn thám trong đánh giá Đây cũng

là hướng nghiên cứu mới và có tiềm năng, phù hợp với điều kiện hiện tại của Việt Nam

1.2.2 Tại Việt Nam

Trong những năm gần đây tình hình lũ ống, lũ quét tại các tỉnh miền núi Việt Nam ngày càng diễn biến phức tạp lũ ống, lũ quét xảy ra bất ngờ, nhanh có sức tàn phá

ở các lưu vực nhỏ gây tổn thất rất nhiều về người và của, hủy hoại môi trường

Việc nghiên cứu lũ ống, lũ quét ở nước ta được tiến hành chậm hơn và cũng mới chỉ bắt đầu từ những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ trước sau một số trận lũ ống, lũ quét gây thiệt hại lớn ở Lai Châu và Sơn La được khởi đầu bằng đề tài KT-ĐL 92- 14 của Viện Khí tượng Thuỷ văn, các tác giả là Cao Đăng Dư, Lê Bắc Huỳnh, và Bùi Văn Đức (1995).Trong nghiên cứu nguyên nhân hình thành và các biện pháp phòng tránh lũ ống,

lũ quét, các tác giả có tiếp cận phương pháp thống kê, nghiên cứu mối liên hệ của các

nhân tố với lũ ống, lũ quét từ số liệu lũ ống, lũ quét trong quá khứ để đưa ra các ngưỡng mưa thời đoạn, độ cao và độ dốc địa hình Nhưng, thống kê dựa trên dữ liệu lũ ống, lũ quét bao phủ toàn quốc chưa phản ảnh đầy đủ được tính chất cục bộ và phức tạp của lũ ống, lũ quét nên nếu áp dụng vào một vùng nào đó có thể là chưa thật sự thuyết phục

Sau đề tài này là 2 đề tài cấp Nhà nước của Viện Điạ chất thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia (nay là Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) với nội dung lập bản đồ tai biến môi trường (10 tai biến, trong đó có lũ ống, lũ quét).Trong các nghiên cứu này, các nhân tố quan trọng nhất trong việc hình thành lũ ống, lũ quét - lũ bùn đá đã được phân tích Phương pháp mới trong đánh giá, xây dựng bản đồ lũ ống, lũ quét lần đầu tiên được đưa vào nước ta Kết quả nghiên cứu đó lập bản

đồ phân vùng lũ ống, lũ quét trên bản đồ tỷ lệ 1:500.000 (một số vùng có tỷ lệ lớn hơn 1:250.000, 1:50.000) trên phạm vi cả nước

Năm 1995 trong khuôn khổ một đề tài NCKH, Tổng cục KTTV(cũ) đó xây dựng

Dự án Phòng chống lũ ống, lũ quét ở lưu vực sông Nậm Pàn, Nậm La (Sơn La) Dự án

đó triển khai được một số hạng mục theo hệ thống cảnh báo lũ ống, lũ quét tự động ALERT Từ năm 2000, hệ thống này đó được lắp đặt và đi vào hoạt động nhưng chưa

có trận Lũ ống, lũ quét nào xảy ra Vì vậy chưa thể đánh giá về công tác vận hành và hiệu quả của hệ thống Phương pháp radar không được áp dụng do tầm quét radar gần nhất là trạm Việt Trì cũng chưa có khả năng vươn tới Do vậy, việc cảnh báo lũ ống, lũ quét chưa thể áp dụng trên quy mô toàn quốc

Nhiều đề án nghiên cứu quản lý tổng hợp lưu vực sông đã và đang được triển khai từ nhiều năm nay như: Chương trình sông Mêkong, các đề án: sông Đồng Nai, Sông Thị Vải, sông Hương… sông Đà, Sông Cầu, Sông Cả, sông Mã …được triển khai với nhiều nguồn kinh phí tài trợ khác nhau: của ADB, World Bank… Các đề án này thường sử dụng mô hình dự báo lũ nhanh (như SWAT, TANK, HEC-HMS, RAMS, ETA, WRF(trong đó chỉ mô hình RAMS có khả năng cho dự báo mưa lớn), mô hình dự báo mưa GEM,GFS,GSM, HRM (của viện khí tượng thủy văn), MM5 (của khoa KTTV

và HDH-ĐHKHTN), Với các mô hình thì phần mềm MIKE được áp dụng như một công

cụ mạnh nhất, bên cạnh đó là phần mềm do viện cơ học, viện KHCNQG hay của TS Nguyễn Hữu Nhân - phân viện thủy văn tại TPHCM mang tên HYDRO/GIS cũng đã có thành công đáng ghi nhận trong dự báo lũ ở vùng đồng bằng, ven biển.Tuy nhiên, vẫn chưa có những chuyên sâu về lũ ống, lũ quét trên các lưu vực sông, đặc biệt là phân tích các yếu tố mặt đệm trong việc khoanh vùng dự báo lũ ống, lũ quét theo địa hình

Nhìn chung, các công trình nghiên cứu hầu hết thuộc những đề tài cấp Nhà nước, cấp Bộ, cấp tỉnh hoặc cấp viện Trong số này phần lớn là những công trình "Nghiên cứu hiện trạng…", "… bước đầu xác định các nguyên nhân…" (Nguyễn Văn Cư, 1999; Lê Bắc Huỳnh, 1999; Nguyễn Trọng Yêm, 2000; Trần Thanh Xuân, 2000; Cao Đăng Dư,

1995, 1998, 2005; Đào Đình Bắc, 2003 -2005; Đóng góp của những công trình này cho thấy những nguyên nhân mang tính đặc thù, chi tiết Nhờ vậy, các đề tài này đều đã đưa

ra được một số khuyến nghị có giá trị trong việc tiếp tục nghiên cứu thực hiện một số giải pháp giảm tai biến cho các khu vực cụ thể, song chưa tổng kết được thành quy luật

Hiện nay, Trung tâm Nghiên cứu Thủy văn và Tài nguyên nước, thuộc Viện Khí tượng Thủy văn và Môi trường, đă triển khai đề tài nghiên cứu lũ ống, lũ quét ở vùng núi phía bắc Dự kiến sẽ lắp đặt 37 chiếc máy đo lũ ống, lũ quét và truyền tin qua hệ thống thông tin di động tại một số tỉnh miền núi phía Bắc Theo nghiên cứu củaTrung tâm Nghiên cứu Thủy văn và Tài nguyên Nước, việc lắp đặt hệ thống này tiến hành từ nay đến cuối năm, tại tỉnh Sơn La, Lai Châu, Điện Biên, Hà Giang và Tuyên Quang, những địa phương thường xuyên chịu thiệt hại nặng nề nhất do lũ ống, lũ quét Thiết bị

có hệ thống đo mưa tự động Khi mưa lớn, số liệu được truyền xuống một máy chủ đặt tại trạm Máy chủ tính toán và lưu vào bộ nhớ Nếu lượng mưa trong 1 giờ lớn hơn lượng mưa bình thường và có khả năng gây ra lũ ống, lũ quét, hệ thống sẽ phát ra tín hiệu cảnh báo tới người dân trong bán kính 2 km Hệ thống máy chủ được đặt ở trạm đo mưa cũng

tự gửi thông tin đến những người quản lý thiết bị để có các biện pháp ứng phó kịp thời Giá thành cho thiết bị này là khoảng 70 triệu đồng.Tuy nhiên, trong thực tế, sự hình thành lũ ống, lũ quét có nhiều nguyên nhân khác và sự phân loại lũ ống, lũ quét cũng khác nhau, từ đó, các biện pháp ứng xử và phòng tránh cũng sẽ khác nhau

Ở Việt Nam, đã có các nghiên cứu toàn diện ở cấp quốc gia, vùng, tỉnh, và huyện

và đưa ra được quan hệ thống kê giữa lũ ống, lũ quét với các nhân tố và xây dựng hệ thống cảnh báo sớm cho một số nơi từ năm 2005 nhưng tính hiệu quả của nó vẫn còn đang bị nghi nghờ khi tỉnh Yên Bái đã đặt trạm cảnh báo sớm lũ ống, lũ quét nhưng nó

đã không hoạt động như mong muốn

Có thể thấy việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS vào nghiên cứu, đánh giá nguy cơ lũ ống, lũ quét ở khu vực miền núi nước ta nói riêng và nước ta nói chung là khả thi và cần thiết, phù hợp với điều kiện kinh tế và khoa học hiện tại của nước ta

1.3 Ứng dụng của GIS và viễn thám trong nghiên cứu và cảnh báo lũ ống, lũ quét

1.3.1 Úng dụng Viễn thám trong quản lý tai biễn lũ lụt

Ngày nay, nhu cầu về bảo vệ, sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và quản lý môi trường, lãnh thổ ngày càng trở nên cấp thiết không chỉ trên phạm vi một quốc gia mà

đã trở thành vấn đề trên mỗi châu lục và ở phạm vi toàn cầu Những tiến bộ lớn lao của khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực chinh phục vũ trụ và tin học đã tạo ra một nền tảng vững chắc cho sự ra đời của một phương pháp nghiên cứu hiện đại, đó là công nghệ địa thông tin hay công nghệ 3S là sự kết hợp của viễn thám,hệ thông tin Địa lý (GIS) và hệ thống định vị toàn cầu bằng vệ tinh (GPS) Bằng những ưu thế của mình, công nghệ địa thông tin đã nhanh chóng phổ cập trên toàn thế giới, trở thành công cụ đắc lực, hết sức hiệu quả và không thể thay thế được mà những nguồn tư liệu và phương pháp nghiên cứu truyền thống không thể đáp ứng được

Những ưu thế của công nghệ Viễn thám được thể hiện ở những tính chất cơ bản sau:

Tính chất cập nhật thông tin của một vùng hay toàn lãnh thổ trong cùng một thời gian

Tính chất đa thời gian của cùng một loại tư liệu

Tính chất phong phú của thông tin đa phổ với các dải phổ ngày càng được mở rộng

Tính chất đa dạng của nhiều tầng thông tin, nhiều dạng thông tin khác nhau như dạng hình ảnh, dạng tín hiệu phi hình ảnh, dạng tương tự (analoge) và dạng số

Sự phát triển của các kỹ thuật và phương tiện xử lý thông tin viễn thám (kể cả cho xử lý bằng mắt và xử lý số hoá ảnh) với sự kết hợp của nhiều công nghệ xử lý hệ thống thông tin địa lý (GIS), định vị vệ tinh (GPS), mạng, internet… cho phép xử lý thông tin một cách hết sức đa dạng, phong phú, chính xác và cập nhật

Sự phát triển trong lĩnh vực nghiên cứu Trái Đất bằng viễn thám được đẩy mạnh

do áp dụng công nghệ mới với việc sử dụng các ảnh quét tự động từ vệ tinh Landsat, Spot… và kỹ thuật quét tạo ảnh RADAR, LIDAR Công nghệ máy tính ngày nay đã phát triển mạnh mẽ cùng với các sản phẩm phần mềm chuyên dụng tạo điều kiện cho phân tích ảnh, xử lý số ảnh Thời đại bùng nổ của Internet, công nghệ tin học và kỹ thuật

xử lý ảnh số kết hợp với hệ thông tin địa lý là một phương pháp hữu hiệu thúc đẩy các nghiên cứu Trái Đất bằng viễn thám ngày càng phát triển Với cách tiếp cận ở trên, ứng dụng Viễn thám và GIS có thể đưa ra các kết quả trong nghiên cứu quản lý tai biến

cụ thể như sau:

- Xây dựng cơ sở dữ liệu liên quan đến tai biến, bao gồm nhiều lớp thông tin khách quan của tự nhiên và xã hội trong lưu vực sông

- Bản đồ hiện trạng tai biến: thể hiện thực trạng tai biến, trước và sau thời gian xảy ra tai biến

- Xây dựng bản đồ về hiện trạng tai biến và các thống kê về tai biến qua các thời gian khác nhau Công việc này sẽ thực hiện được tốt nếu như có sự trợ giúp của các loại

tư liệu viễn thám thu được trong thời gian xảy ra tai biến Tùy từng loại tai biến mà tư liệu sử dụng sẽ rất khác nhau Do ưu thế là không bị ảnh hưởng bởi thời tiết, ảnh Radar

có thể cung cấp thông tin theo thời gian thực về ngập lụt về tràn dầu trên biển Các ảnh quang học phân giải cao có thể cung cấp thông tin khách quan về quy mô ngập lụt , lũ quét

Ảnh Radar lũ quét tại Bắc Kạn ngày 11/07/2009 ( nguồn UNOSAT)

Việc nghiên cứu lũ lụt bằng công nghệ viễn thám và GIS cũng mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng cho lũ ống, lũ quét mặc dù với đặc điểm phức tạp và bất ngờ của loại thiên tai này thì quy trình nghiên cứu cần kết hợp với nhiều lĩnh vực và phân tích nhiều yếu tố hơn chứ không chỉ đơn thuần sử dụng từ nguồn ảnh vệ tinh hoặc hàng không

1.3.2 Khả năng ứng dụng GIS trong nghiên cứu và phân tích lũ ống, lũ quét

Các phần mềm HTTTĐL được xây dựng nhằm tạo nên các bề mặt: Những đặc điểm của các bề mặt cần được nghiên cứu phân tích và xử lý đó là độ dốc, hướng dốc, bóng nhìn và các đối tượng đặc biệt của bề mặt như thung lũng, đồi, mạng lưới thủy văn, để nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên như: nghiên cứu nước chảy, nghiên cứu ô nhiễm các mô hình toán thường có thể liên hệ chuyển đổi cho các phần mềm Các chức năng cơ bản của các phần mền đó là: phương pháp thể hiện mẫu số (hay số liệu đo), tạo lập các bề mặt, tính toán các giá trị bề mặt

Điều khiển thông tin nhiều lớp : được hiểu là điều hành theo phương thẳng đứng (vertical operation) với cơ sở là dựa vào mối quan hệ giữa các lớp thông tin

Nó cho phép điều khiển dữ liệu ở những lớp riêng biệt đồng thời kiểm tra mối liên quan giữa các đối tượng khác nhau Việc điều khiển này có thể tách tư liệu của một lớp thành nhiều lớp với mục đích là để phân tích bất kỳ một mối quan hệ nào giữa các yếu tố của các hiện tượng tự nhiên Ngược lại, nhiều lớp thông tin của một vùng cũng

có thể được tổng hợp lại tạo nên một lớp đơn để tiện lợi trong quá trình xử lý và thiết lập mô hình.[18]

Viễn thám giữ vai trò cung cấp hiện trạng lũ ống, lũ quét cũng như các yếu tố hiện trạng cần sử dụng đưa vào dự báo nguy cơ, các số liệu sử dụng sẽ cho độ chính xác, phản ánh thực tế và thay thế cho nguồn dữ liệu thống kê vẫn được dùng trong đánh giá trước đây

GIS đảm nhận việc phân tích, tính toán chính xác số liệu, hạn chế các sai sót của con người trong quy trình đánh giá Do đó việc kết hợp giữa viễn thám và GIS sẽ hứa hẹn đem lại kết quả khả quan trong nghiên cứu nguy cơ tai biến lũ ống, lũ quét

1.3.3 Tích hợp giữa viễn thám và GIS

Tích hợp giữa viễn thám và GIS nhằm tạo ra công nghệ hiệu quả kết hợp chiến lược xử lý ảnh cũng như dòng luân chuyển thông tin và chuyển đổi dữ liệu trong quá trình xử lý và giải đoán ảnh, để tạo ra dữ liệu địa lý cần thiết cho GIS đáp ứng nhu cầu

đa dạng trong công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường

Từ quan điểm của các chuyên gia GIS, công nghệ viễn thám là một trong những công nghệ thu thập dữ liệu không gian quan trọng và hiệu quả nhất Sự tích hợp dữ liệu viễn thám và GIS dựa trên dữ liệu Raster rất khả thi vì cấu trúc dữ liệu giống nhau, hơn nữa có sự tương đồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và GIS đó là trong thực tế cả hai kỹ thuật này đều xử lý dữ liệu không gian và có thể thành lập bản đồ số Khi ảnh vệ tinh đã được xử lý và cung cấp dưới dạng tương thích với GIS, những chức năng phân

tích của GIS có thể áp dụng hiệu quả đối với dữ liệu vectơ của GIS (ranh giới, tọa độ,

độ cao ) phối hợp các chức năng sẵn có của hai công nghệ mà còn có thể khai thác tối

đa dữ liệu thuộc tính nhằm đạt hiệu quả cao nhất trong việc cung cấp thông tin đáp ứng nhanh các nhu cầu trong quy hoạch, quản lý tài nguyên thiên nhiên, giám sát môi trường, theo dõi biến động sử dụng đất và thành lập bản đồ chuyên đề [18]

 Lập bản đồ tai biến

Hiện nay, để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau, việc quản lý tai biến cần được thực hiện một cách hệ thống Những công việc đó có thể được liệt kê cụ thể như sau:

Xây dựng cơ sở dữ liệu về tai biến và ứng dụng công nghệ GIS để có thể cung cấp thông tin theo thời gian thực hoặc gần thực về tai biến Sản phẩm của hướng nghiên cứu này có thể là các trang Web, Web - GIS hoạt động trên môi trường Internet hoặc công nghệ viễn thông

 Ứng dụng Viễn thám GIS thành lập bản đồ thiệt hại do tai biến lũ lụt Khoảng 95% các thảm họa tự nhiên gây nên thiệt hại về người ở các nước đang phát triển, nơi có hơn 4 tỷ người sinh sống Các thiệt hại về tài sản do thảm họa thiên nhiên có thể lên đến 80% tổng sản phẩm thu nhập quốc gia Tuy nhiên, các thảm họa này vẫn cứ đến và con người không thể tránh khỏi được, có chăng là các biện pháp phòng ngừa, cảnh báo và giảm nhẹ thiệt hại mà thôi

Một nội dung quan trọng của việc nghiên cứu là xác định thiệt hại do tai biến gây

ra Yêu cầu của sản phẩm nghiên cứu là xây dựng bản đồ thiệt hại do lũ, trên cơ sở chồng ghép bản đồ tai biến và bản đồ hiện trạng kinh tế xã hội và bản đồ sử dụng đất đai Thiệt hại được tính cụ thể thành tiền, ngoài ra, còn phải tính dến các thiệt hại mà không hoặc khó thể hiện trên bản đồ Các thông số cần tính đến bao gồm:

• Đánh giá sự suy giảm giá trị sản xuất nông nghiệp

• Đánh giá sự mất mát về giá trị đối với các ngành phi nông nghiệp các ngành công nghiệp hoặc dịch vụ …

• Đánh giá giá trị của năng lượng phải chi phí

• Đánh giá giá trị chi phí khi phải di dời khỏi vùng lụt

• Đánh giá sự suy giảm về giá trị và phản ứng của thực vật đất ngập nước hoặc động vật để thay đổi điều kiện sống

Đánh giá những thay đổi sẽ xảy ra và ảnh hưởng khi chuyển sinh hoạt đến nơi ở nơi mới

• Thay đổi trong sản xuất nông nghiệp (dựa trên giá trị tiềm năng)

• Đánh giá sự mất mát của cuộc sống

• Đánh giá chi phí của sự thay thế cơ sở hạ tầng bị hư hỏng

Dữ liệu ảnh Radar Thái Lan sử dụng để đánh giá thiệt hại do lũ

• Đánh giá tác động khi người dùng phải chi phí cho sinh hoạt (chi phí cơ hội tiếp cận giới hạn / sẵn có của tài nguyên thiên nhiên)

• Đánh giá sự suy giảm hệ sinh thái ở thượng lưu và hạ lưu khu vực bị tác động

• Đánh giá tác động môi trường kinh tế, xã hội về những vấn đề khó định lượng như trình độ dân trí, các mối quan hệ giữa các hiện tượng

 Ứng dụng Viễn thám GIS thành lập bản đồ dự báo và quy hoạch nhằm giảm thiểu thiệt hại do tai biến

Một số thảm họa như ngập lụt hoặc động đất có thể ập đến rất nhanh và gây ảnh hưởng trên diện rộng Ảnh hưởng của thiên tai có thể được giảm bớt nhờ phương pháp quản lý thảm họa phù hợp, bao gồm ngăn ngừa thảm họa (đánh giá nguy cơ và tác động của thảm họa, quy hoạch sử dụng đất), chuẩn bị ứng phó (dự báo, cảnh báo), cứu trợ nhanh chóng và hợp lý Công tác giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai gây ra chỉ có thể đạt được thành công khi con người kiểm soát được tần suất, tính chất và cường độ của các thảm họa này Tại một số quốc gia, nơi các hệ thống cảnh báo và tính toán đạt trình độ

khá cao, nhiều ứng dụng viễn thám và GIS đã rất thành công trong việc dự báo kịp thời

sự xuất hiện của các thảm họa thiên nhiên

Ứng dụng trong thành lập bản đồ nguy cơ lũ: một hướng tiếp cận là cảnh báo lũ dài hạn trên tiếp cận địa mạo, địa hình, thủy văn lưu vực đồng thời có xem xét đến yếu

tố khí tượng mà lượng mưa là thông số quan trọng nhất Bằng công nghệ GIS, có thể xây dựng bản đồ cảnh báo lũ thông qua tiếp cận thủy văn lưu vực với các chỉ số mặt đệm lưu vực Trên bản đồ, ranh giới 3 loại hình lũ: lũ ống – hay lũ bùn đá, lũ ống, lũ

quét, ngập lụt (hình 1.5)

Mô phỏng lưu vực và bản đồ chỉ số ẩm ướt tách từ mô hình số DEM

Các bản đồ dự báo lũ được sử dụng cho việc xây dựng quy hoạch môi trường Trong quy hoạch này có tập trung vào việc bảo vệ rừng, đẩy mạnh trồng rừng ở nhiều khu vực đầu nguồn Ngoài ra, bản đồ còn sử dụng để cảnh báo cho các điểm, cụm dân

cư trong việc ứng xử với tai biến lũ một cách phù hợp như di chuyển đến nơi cao hơn

Thông tin viễn thám, với tính chất đặc biệt của một số loại tư liệu (như Radar) rất có ưu thế so với các biện pháp thông thường trong việc tiếp cận, điều tra khu vực đang bị lũ quét và cung cấp thông tin về mưa Bên cạnh đó, viễn thám còn cung cấp nhiều thông tin khách quan có liên quan tới lũ ống, lũ quét Trong nghiên cứu và lập bản

đồ lũ quét, một hướng tiếp cận là cảnh báo lũ dài hạn trên tiếp cận địa mạo, địa hình, thủy văn lưu vực đồng thời có xem xét đến yếu tố khí tượng mà lượng mưa là thông số quan trọng nhất Bằng công nghệ GIS, có thể xây dựng bản đồ cảnh báo lũ thông qua tiếp cận thủy văn lưu vực với các chỉ số mặt đệm lưu vực GIS, với khả năng xử lý thông tin hết sức đa dạng, cho phép xác định các mối quan hệ của lũ quét với các yếu tố của

tự nhiên và thiết lập nên các mô hình để mô tả đúng và dự báo chính xác các vấn đề liên quan tới lũ quét và các thiệt hại do lũ quét gây ra Với những thiệt hại nặng nề do thiên tai gây ra như vậy, các nước trên thế giới đã áp dụng nhiều thành quả mới của khoa học

và công nghệ, trong đó có công nghệ viễn thám và GIS để nghiên cứu các tiêu chí thiên

tai, phân vùng và xây dựng các bản đồ có nguy cơ thiên tai kết hợp với công nghệ đo đạc và truyền tin tự động được tích hợp với các mô hình dự báo số trị cho việc dự báo, giám sát, cảnh báo thiên tai

Một số nghiên cứu có mô phỏng lại những cơn lũ ống, lũ quét từ mô hình thủy lực 1D kết nối 2D và gần đây Pháp có phát triển mô hình MARINE cho phép mô phỏng

lũ ống, lũ quét thời gian thực bằng mô hình thủy lực nhưng chỉ mới dừng ở mức nghiên cứu và chưa có kết quả để so sánh tính chính xác và hiệu quả Một số mô hình dự báo

lũ nhanh như SWAT, TANK, HEC-HMS, HYDROGIS… cũng được áp dụng Tuy nhiên mỗi mô hình đòi hỏi thông số đầu vào rất khác nhau imothy L S et al, NOAA,

Mỹ đã giới thiệu phương pháp ứng dụng GIS xác định lũ ống, lũ quét vào năm 1993 và Konstantine P G., at al, Hydrologie Research Center, California, Mỹ đã phát triển và triển khai ứng dụng cho vùng cụ thể vào năm 1996

Nghiên cứu ứng dụng mô hình Ứng phó Lưu vực sông Thủy văn-thủy động lực học Vật lý (physically-based hydrologic-hydraulic models of catchment response), GIS, viễn thám, dữ liệu đất, dữ liệu sử dụng đất, dữ liệu lớp phủ bề mặt, dữ liệu DEM để xác định tổng lượng mưa hữu hiệu cho một thời đoạn nào đó (1, 2, …, 6 giờ) có thể gây ra

lũ trên các suối, sông nhỏ Mô hình ứng dụng cách tiếp cận ngưỡng mưa thời đoạn và tiểu lưu vực, xác định lũ ống, lũ quét có thể xảy ra tại mỗi tiểu lưu vực nếu mưa thời đoạn vượt ngưỡng chịu đựng của tiểu lưu vực đó Kết quả là tập các bản đồ nguy cơ lũ ống, lũ quét sử dụng dữ liệu viễn thám và dữ liệu đo đạc tại chỗ Mục đích chính của nghiên cứu là có được mô hình ứng dụng xác định lũ ống, lũ quét cho toàn nước Mỹ ở

tỷ lệ không gian tương đối chi tiết (vài Km2)

Các nghiên cứu ở nước ngoài gần đây chú trọng nhiều đến hình dáng của biểu đồ lưu lượng, đặc biệt thời gian và độ lớn của đỉnh lưu lượng để nhận dạng ra lũ ống, lũ quét so với lũ thông thường, và quan tâm đến mưa theo tần suất để phục vụ tốt hơn cho quy hoạch, phân vùng, đánh giá tổn thương, rủi ro,

Theo nhận định của các chuyên gia đánh giá, dự báo, và quản lý rủi ro thiên tai tại khóa học “Flood risk preparedness - what theory and practice can teach us when the floods come again and again” do Đại học Twente, Hà Lan và Đại học Naresuan, Thái Lan tổ chức vào tháng 12 năm 2013 thì cảnh báo sớm lũ ống, lũ quét vẫn là vấn đề quá khó Việc áp dụng phương pháp phổ biến là ngưỡng mưa (rain threshold) chưa cho thấy tính hiệu quả cao vì lũ ống, lũ quét rất phức tạp, tính chất cục bộ của mưa không phải lúc nào cũng đưa vào mô hình được Ngưỡng mưa gây lũ ống, lũ quét R được xác định

cho từng tiểu lưu vực tại outlet (cửa ra của lưu vực) theo hàm tuyến tính như công thức (3):

R=Q_p/(q_pR A) (3)

Trong đó, R – ngưỡng mưa hữu hiệu gây lũ ống, lũ quét theo thời đoạn mưa, Qp – lưu lượng tràn đê tại cửa lưu vực (bankfull at outlet), A – diện tích tiểu lưu vực, qpR – lưu lượng cực đại theo thời đoạn mưa Ưu điểm của phương pháp là sau khi chạy mô hình, mỗi tiểu lưu vực sẽ được xác định và gắn cho một ngưỡng mưa R Trong thực tế,

số liệu mưa mỗi thời đoạn mưa (từ đo đạc, viễn thám) được sử dụng để tính mưa hữu hiệu và sẽ được so sánh với R, nếu vượt qua R thì sẽ được cho là có nguy cơ lũ ống, lũ quét Đây là phương pháp đơn giản, dễ áp dụng trong GIS có tính chất ứng dụng cao

Do vậy, để tăng tính chính xác, theo Prof Dr Jentten Áo gắn các thiết bị có độ bền cao vào các viên đá ở các lưu vực nơi có khả năng xảy ra lũ ống, lũ quét, khi viên

đá chuyển động (có thể là do lũ ống, lũ quét, lũ bùn đá) thì cảnh báo được phát đi

T.M Carpentera et al thuộc Trung tâm nghiên cứu thủy văn, Viện hải dương học Scripps – Đại học California, Văn phòng Thủy văn – NOAA, Mỹ, năm 1999 nghiên cứu

và xác định ngưỡng lưu lượng tại cửa ra (outlet) cho từng lưu vực theo mưa thời đoạn

để áp dụng cho chương trình theo dõi và cảnh báo lũ ống, lũ quét của Mỹ Mục đích chính là nâng cao chất lượng cảnh báo lũ ống, lũ quét bằng việc nâng cao độ tin cậy của xác định ngưỡng lưu lượng theo dữ liệu mới từ mạng radar WSR-88D toàn nước Mỹ và

do còn tồn tại nhiều giá trị ngưỡng khác nhau từ các cách tính khác nhau thậm chị trong cùng địa hạt quản lý lưu vực sông bằng việc thống nhất cách tính ngưỡng cũng như thuật toán chuẩn xác định các mức báo động

Phương pháp cũng áp dụng GIS và đầu vào tương tự như của Timothy L S et al

và phương trình (3) nhưng thay Qp bankfull là Qp dòng chảy lũ (Flooding flow) là dòng chảy theo tần suất thống kê vì có sự tương quan giữ Qp bankfull và Qp dòng chảy lũ theo tần suất 1-2 years Như vậy, theo hướng này thì gần hơn với rủi ro và đánh giá thiệt hại

V Estupina-Borrell et al, Viện Cơ học Chất lỏng, Toulouse, Pháp, 2006, giới thiệu mô hình MARINE (Model of Anticipation of Runoff and INondations for Extreme events) để tính toán lũ ống, lũ quét Đây là mô hình thủy văn thủy lực kết nối 1 chiều và

2 chiều với 2 phần riêng rẽ: phần thứ nhất là mô hình 1 chiều thủy văn tính dòng chảy mặt từ thượng nguồn, phần thứ 2 là mô hình thủy lực mô phỏng quá trình lan truyền lũ trên các sông chính ở phía hạ lưu

Mục đích của mô hình này là mô phỏng và dự báo lũ ống, lũ quét thời gian thực

Để ứng dụng cho mô phỏng lũ ống, lũ quét, các thông số bốc hơi, trao đổi với nước ngầm được xem nhẹ bỏ qua, và chạy cho mưa cơn Lũ ống, lũ quét được xác định chỉ là dòng chảy mặt do mưa thuần túy và không bao gồm các thành phần khác như là lũ, xói mòn, vỡ đập

Mô hình 1 chiều là mô hình thủy văn giải theo phương pháp Travel time hay Time-area zones như I Muzik và C Chang đã giới thiệu từ những năm 1993

Sơ đồ đường đẳng thời gian

di chuyển ra tới cửa của nước mặt

Biểu đồ diện tích theo thời gian

di chuyển ra tới cửa của nước mặt

Dòng chảy tràn trên bề mặt được xây dựng từ sự kết hợp giữa việc xấp xỉ sóng Kinematic liên tục và phương trình Manning, dòng chảy trong kênh được xây dựng dựa trên phương trình Manning và phương trình liên tục của Chow:

v_o=〖i_e^0.4 S^0.3 L〗^0.4/n^0.6 ,v_c=(S^0.3 Q^0.4)/(n^0.6 B^0.4 )(7)

trong đó, vc, vc – vận tốc chảy trên mặt, trong kênh (m/s), ie – cường độ mưa hữa hiệu (m/s), L – độ dài quảng đường nước chảy qua (m, = 100 đối với hướng chảy dọc hoặc ngang ô lưới và = 141 đối với hướng chảy chéo ô lưới), S – độ dốc (m/m), n –

hệ số ma sát Manning (xác định theo bảng), Q – lưu lượng tích lũy (m3/s), B – độ rộng kênh (m)

t=L/v (8)

trong đó, t – thời gian toàn bộ nước chảy qua 1 ô lưới (s), L – như công thức (7),

v - vc, vc.trong công thức (7)

Khi đã xác định được t từ công thức (8) tại mỗi ô lưới thì có thể tính được thời gian để toàn bộ nước của ô lưới đó chảy ra đến cửa lưu vực.Khi sử dụng Viễn thám, từ việc phân tích các ảnh đa phổ , hệ số Manning có thể được xác định [18]

Zhou Jinxing, Wang Yan, Viện Nghiên cứu Rừng và Liu Yijun, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Trung Quốc, năm 2004 đã có tổng quan về tình hình lũ quét,

lũ bùn đá và hệ thống cảnh báo thiên tai này ở Trung Quốc [18]

Sử dụng các loại tư liệu viễn thám khác nhau sẽ thực hiện các loại nghiên cứu đa

tỉ lệ, đa thời gian, cho khả năng thiết lập các mô hình một cách đa dạng Trong đó có

mô hình xử lý thông tin đa chỉ tiêu sẽ được áp dụng để đưa ra những kết quả mới, những kịch bản nhằm thực hiện hóa các tư duy khoa học và có thể triển khai trong thực tiễn của việc ra quyết định

Áp dụng phương pháp viễn thám và GIS để phân tích thống kê các điểm lũ ống,

lũ quét cũng như các tác nhân gây nên lũ ống, lũ quét, phương pháp này sẽ cung cấp các

kết quả nghiên cứu có tính chất định lượng

Việc phân tích định lượng yêu cầu xác định rõ về mặt không gian của sự phân

bố, nghĩa là có một lớp thông tin chính xác về tọa độ, diện tích, thuộc tính của các loại hình trượt trọng lực Để đơn giản có thể thay thế việc phân tích này bằng cách áp dụng viễn thám và khái quát hóa bằng phương pháp bản đồ để tạo nên lớp thông tin dạng vector cho các loại hình tai biến lũ ống, lũ quét

Một trong những yêu cầu cần thiết của việc phân tích là xác định tính chất đồng nhất về khả năng nhạy cảm với lũ ống, lũ quét của các đơn vị trên một lớp thông tin Để thực hiện, phải có sự tiếp cận hoàn chỉnh về địa lý, đặc biệt là kiến thức địa mạo và địa

lý tự nhiên Việc tách hoặc gộp nhóm các đơn vị của lớp thông tin trong cơ sở để phục

vụ cho nghiên cứu lũ ống, lũ quét là một trong những công việc cần thiết

Bên cạnh đó, việc xác định các trọng số cũng là công việc hết sức quan trọng Để xác định trọng số, áp dụng phương pháp GIS, đây là phương pháp khách quan xác định trọng số, dựa vào tính toán sự xuất hiện ngẫu nhiên của các dấu hiệu lũ ống, lũ quét trên các đơn vị đồng nhất của từng lớp thông tin Thông thường, thuật toán được sử dụng là thuật toán ma trận chéo (Crossing matrix ) và phân loại (classification)

Dự báo là việc tính toán liên kết tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến lũ ống, lũ quét theo những mối quan hệ của nguyên tắc tích hợp thông tin Mô hình tích hợp thông tin

là sự kết hợp các thông số, các trọng số với những ngưỡng giả định của các lớp thông tin không liên tục như lượng mưa, động đất

1.4 Các phương pháp nghiên cứu

Đề tài “Nghiên cứu đánh giá nguy cơ tai biến lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La với sự hỗ trợ của công nghệ viễn thám- GIS” áp dụng áp dụng nguyên lý

cân bằng nước , trong đó có xem xét đến vai trò của các thông số mặt đệm Với tiếp cận này, phương pháp Viễn thám và GIS được sử dụng để phân tích và xác định vai trò của các thông số mặt đệm ảnh hưởng đến cân bằng nước và ngưỡng sinh lũ ống, lũ quét

1.4.1 Các phương pháp nghiên cứu địa mạo truyền thống

Với tiếp cận nghiên cứu lũ ống, lũ quét trong lưu vực , phương pháp địa mạo cho phép phân tích định lượng địa hình bề mặt địa hình Trong đó bao gồm việc nghiên cứu đặc điểm hình thái địa hình cũng như việc biểu hiện chúng trên bản đồ địa hình, trên ảnh viễn thám Có thể nghiên cứu các yếu tố trắc lượng của địa hình như:

độ cao tuyệt đối, độ cao tương đối, độ dốc, độ chia cắt ngang, độ chia cắt sâu, bề mặt cơ

sở, v.v một cách có hiệu quả Từ đó nhận diện các khu vực có nguy cơ lũ ống, lũ quét ngoài thực tế, trên ảnh và trên bản đồ địa hình

1.4.2 Phương pháp viên thám và GIS

Phương pháp viễn thám: Sử dụng tư liệu ảnh viễn thám phát hiện các dấu ấn lũ ống, lũ quét, phân tích các nhân tố tự nhiên liên quan (rừng, thực vật, khí hậu….)

Phương pháp GIS: Cho phép tách chiết các lớp thông tin mới từ cơ sở dữ liệu, phân tích, đánh giá một cách định lượng ảnh hưởng của các nhân tố đến tai biến

Sử dụng trong đánh giá, phân tích định lượng ảnh hưởng của các nhân tố thành phần đến tai biến lũ ống, lũ quét tích hợp nhiều tham số liên quan và có thể thành lập được bản đồ nguy cơ lũ ống, lũ quét trên cơ sở mô hình nghiên cứu và tiếp cận quản lý lưu vực

1.4.3 Khảo sát, nghiên cứu thực địa

Công tác khảo sát thực địa rất quan trọng, cho phép xác định các dấu tích lũ ống,

lũ quét thông qua khảo sát và điều tra hồi cứu về tai biến cũng như kiểm chứng độ chính xác của các lớp thông tin về khu vực trong mô hình nghiên cứu Cụ thể là kiểm tra sự thay đổi của các yếu tố cần quan tâm qua các thời gian, thực trạng hiện nay của các thông tin, kiểm chứng lại độ chính xác của những giải đoán đã được xử lý trong phòng Bên cạnh đó, việc đi khảo sát để có được những lát cắt địa chất, địa hình cụ thể,đó là công việc hết sức cần thiết trong nghiên cứu tai biến

CHƯƠNG 2 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TAI BIẾN LŨ ỐNG, LŨ

QUÉT HUYỆN BẮC YÊN, TỈNH SƠN LA 2.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến tai biến lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn

La

Lũ ống, lũ quét xảy ra do ảnh hưởng của tổ hợp các điều kiện tự nhiên và các hoạt động của con người trên lưu vực Tuỳ theo tốc độ biến đổi có thể phân các nhân tố theo 3 nhóm: Nhóm nhân tố biến đổi nhanh, ít biến đổi và biến đổi chậm

Các hình thức hoạt động của con người trên lưu vực có thể ảnh hưởng đến cả 3 nhóm các nhân tố nêu trên Song, biểu hiện rõ nhất là nhóm các nhân tố biến đổi nhanh

Đây là nhóm nhân tố chỉ thị, thường được chọn để phân biệt lũ ống, lũ quét với

lũ thông thường Nhóm các nhân tố ít biến đổi và biến đổi chậm tham gia vào quá trình hình thành lũ ống, lũ quét khi quá trình biến đổi vượt qua một ngưỡng nào đó

Dưới đây phân tích một số nhân tố chính và nhận xét về đặc điểm và vai trò của chúng đối với sự hình thành lũ ống, lũ quét

2.2.1 Địa hình, địa mạo

Địa hình Bắc Yên nói chung có độ dốc lớn, cũng là đặc điểm chung điển hình của địa hình Tây Bắc, do đó có độ dốc lòng sông lớn là điều kiện thuận lợi phát sinh lũ ống, lũ quét

Bắc Yên có đặc thù địa hình rất phức tạp, bị chia cắt mạnh, dốc đứng, núi cao, khe sâu, diện tích đất bằng ít Độ cao trung bình 1.000 – 1.400 m so với mực nước biển

Có đỉnh núi cao nhất là đỉnh Phù Sa Phìn cao 2.982 m, thấp nhất là mực nước Sông Đà 120m Hướng dốc chính theo hướng Tây Bắc - Đông Nam và hướng Bắc Nam Do địa hính núi cao nên kéo theo đó là lượng mưa lớn và phân chia địa hình mạnh Những nơi xảy ra lũ ống, lũ quét thường là khu vực dạng đường cong lõm, địa hình bị chia cắt dữ dội, sườn núi rất dốc (thường là >30º), độ dốc lòng sông ở phần đầu nguồn rất lớn tạo điều kiện thuận lợi hình thành lũ Mặt cắt dọc sông nhiều nơi có điểm gãy mà sau những điểm này là vùng thường bị lũ ống, lũ quét quét ác liệt Các lưu vực sinh lũ thường nhỏ (<500km2), sông suối bắt nguồn từ các đỉnh núi cao (khoảng 1000 – 2000m), lưu vực

có hình rẻ quạt xung quanh có núi cao bao bọc, có hướng thuận lợi đón gió ẩm hình thành những tâm mưa, sườn dốc được phủ bởi lớp đất đá có độ liên kết kém, dễ xói mòn, sụt lở, khi xảy ra lũ thường kéo theo các vật chất rắn như sỏi, đất, đá, cây cối

Điều kiện sản xuất không thuận lợi đã ảnh hưởng không nhỏ tới cuộc sống của người dân trong huyện, đặc biệt là đồng bào dân tộc thiểu số ở vùng núi cao Nhân dân trong vùng chủ yếu phải canh tác trên đất dốc, đất đai dễ bị bạc màu, hơn nữa diện tích

canh tác lại rất manh mún, dẫn đến hiệu quả sản xuất nông nghiệp chưa cao Với việc đất dễ bị thoái hóa và nhận thức đồng bào dân tộc còn thấp kém dẫn tới tình trạng đất rừng thường xuyên bị khai phá, cải tạo thành đất trồng làm biến đổi hiện trạng lớp phủ

và thành phần thổ nhưỡng, càng làm tăng thêm nguy cơ xảy ra tai biến lũ ống, lũ quét

Bắc Yên cũng là huyện có diện tích lòng hồ sông Đà lớn có ý nghĩa về sinh thái, giữ nước và điều tiết nước phòng hộ đầu nguồn sông Đà Với những đặc điểm trên về mặt địa lý và địa hình có thể khẳng định huyện Bắc Yên có những khó khăn về phát triển kinh tế - xã hội do địa hình kém ưu đãi là độ dốc lớn, chia cắt mạnh và phức tạp, nhiều núi cao, khe sâu song cũng có những ưu thế về mặt vị trí địa lý do nằm trên trục quốc lộ 37 vừa có tuyến đường sông vừa có tuyến đường bộ để lưu thông, phát triển kinh tê – xã hội của huyện nói riêng và của tỉnh nói chung

 Đặc điểm địa mạo chung

Các hệ thống núi lớn trong tỉnh đều chạy theo hướng tây bắc - đông nam và cùng với dải Hoàng Liên Sơn ở phía bắc kẹp lấy một dải cao nguyên đá vôi ở giữa Chúng chia lãnh thổ huyện Bắc Yên thành lưu vực Sông Đà Từ mỗi dãy núi lớn lại có nhiều nhánh núi nhỏ đâm ra theo các hướng khác nhau Do đó đặc điểm nổi bật của địa hình

ở đây là có độ dốc lớn, mức độ chia cắt ngang và chia cắt sâu mạnh cho nên đại bộ phận đồng ruộng của huyện rất nhỏ hẹp, manh mún, chủ yếu là ruộng bậc thang Trên 80% diện tích có độ dốc trên 35º và chỉ có 5% địa hình có độ dốc dưới 15º

Kiểu địa hình cao nguyên karst trên nền đá vôi - vôi sét PZ, MZ bị xâm thực, chia cắt trung bình với độ cao bình quân 800 - 900m Quá trình karst yếu, nhiều núi không phải là núi đá vôi chiếm một diện tích rộng lớn Quá trình hủy hoại đá vôi trước kia đã xảy ra mãnh liệt nên nền Triat ở dưới lộ ra ở nhiều lũng rộng, có dòng chảy trên mặt

Cao nguyên karst có độ cao trung bình 1000m Bề mặt tương đối bằng phẳng Quá trình karst đang được trẻ lại nhưng những cánh đồng karst và lũng được hình thành

từ giai đoạn trước vẫn chiếm một diện tích lớn Ngược lại ở rìa cao nguyên, quá trình karst cũ vẫn đang tiếp tục, tại nhiều nơi đá vôi đã bị bóc mòn gần hết để lộ tầng đá phiến

và cát kết bên dưới

Kiểu địa hình bóc mòn - tích tụ với các đồi sót được tạo thành do hoạt động xâm thực bóc mòn của sông suối, bị phân cắt mạnh (vùng trũng Bắc Yên) Địa hình chủ yếu

là các sườn với độ dốc từ 35º đến 40º đang bị quá trình xâm thực - bào mòn tác động

Kiểu địa hình núi khối tảng trên đá gốc tuổi PR - PZ, bị ảnh hưởng tân kiến tạo nâng mạnh và xâm thực, phân cắt mạnh Núi có sườn dốc 30 – 40º, sườn thẳng, lồi, bị chi phối bởi quá trình bóc mòn tổng hợp Sườn bị mạng lưới khe xói, suối nhỏ chia cắt mạnh

Hình 2.1 Bản đồ địa mạo huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La

Theo hình thái lãnh thổ có các kiểu địa hình chính như sau:

 Theo nguồn gốc, có thể chia địa hình ở Bắc Yên thành các dạng chính như sau:

Kiểu địa hình phi karst

Về mặt không gian, đây là kiểu địa hình khá phổ biến ở Bắc Yên Kiểu địa hình này được hình thành và phát triển trên các đá phi karst bao gồm các đá trầm tích gắn kết

và đá biến chất, cũng như một số khối đá macma có tuổi khác nhau Kiểu này được chia thành 4 phụ kiểu:

Phụ kiểu địa hình núi trung bình dạng vòm - khối tảng trên các đá phi karst Phụ kiểu địa hình núi thấp - trung bình khối tảng - uốn nếp trên các đá phi karst Hai phụ kiểu địa hình này phân bố ở phía đông bắc và tây nam của lãnh thổ đang nghiên cứu Chúng đều là những khối núi cao

Phụ kiểu thung lũng kiến tạo - xâm thực chủ yếu có địa hình sườn dốc Phụ kiểu này phát triển chủ yếu dọc theo Sông Đà hiện tại và các nhánh nhỏ của nó

Phụ kiểu thung lũng kiến tạo - xâm thực chủ yếu có địa hình thềm sông và bãi bồi Phụ kiểu này phát triển chủ yếu dọc theo Sông Đà, các phụ lưu của nó và tại một số vùng khác

Kiểu địa hình karst không rõ

Đây là kiểu địa hình phát triển chủ yếu trên các đá trầm tích lục nguyên có xen một ít đá vôi tuổi khác nhau từ Paleozoi đến Mz Kiểu địa hình này được chia thành 3 phụ kiểu:

Phụ kiểu địa hình núi thấp - trung bình khối tảng uốn nếp phát triển trên các đá trầm tích lục nguyên xen ít cacbonat tuổi Paleozoi

Phụ kiểu địa hình núi thấp trung bình uốn nếp - khối tảng phát triển trên các đá trầm tích lục nguyên xen ít đá cacbonat tuổi Mezozoi

Đồi núi thấp phát triển dọc theo đứt gãy kiến tạo có thành phần thạch học chủ yếu là cát kết tuổi Mezozoi - điệp Yên Châu (K2yc) với sự phát triển của karst kín

Kiểu địa hình karst yếu

Kiểu địa hình này phát triển không nhiều ở Bắc Yên Nó được chia thành 2 phụ kiểu:

Phụ kiểu địa hình núi thấp - trung bình khối tảng - uốn nếp trên các đá trầm tích lục nguyên xen ít đá cacbonat tuổi Paleozoi với địa hình karst tự phủ mạnh

Phụ kiểu địa hình núi thấp - trung bình uốn nếp - khối tảng phát triển trên các đá trầm tích lục nguyên xen ít đá cacbonat tuổi Mezozoi với địa hình karst tự phủ và karst kín

Kiểu địa hình karst hóa trung bình

Kiểu địa hình này phát triển khá rộng rãi trên các đá trầm tích cacbonat nhưng lẫn nhiều lớp kẹp trầm tích lục nguyên có tuổi từ Paleozoi đến Mezozoi Nó cũng được chia thành 3 phụ kiểu khác nhau:

Phụ kiểu địa hình núi thấp - trung bình khối tảng uốn nếp phát triển trên các đá trầm tích cacbonat xen trầm tích lục nguyên tuổi Paleozoi với địa hình karst trụi (hở) và karst tự phủ

Phụ kiểu địa hình núi thấp - trung bình uốn nếp - khối tảng phát triển trên các đá trầm tích cacbonat xen ít trầm tích lục nguyên tuổi Mezozoi với địa hình karst trụi là chủ yếu

Thung lũng kiến tạo - xâm thực - rửa lũa phát triển chủ yếu trên các đá trầm tích cacbonat và tạo ra được các thềm sông và bãi bồi Đó chính là các thung lũng sông chảy qua các vùng đá vôi

Kiểu địa hình karst hóa mạnh

Các kiểu địa hình này phát triển rất rộng rãi ở Bắc Yên Chúng được phân bố chủ yếu ở phần trung tâm và kéo dài theo hướng tây bắc - đông nam Kiểu địa hình này được chia thành 3 phụ kiểu:

Phụ kiểu địa hình núi thấp - trung bình khối tảng phát triển chủ yếu trên các đá trầm tích cacbonat tuổi Paleozoi với địa hình karst trụi và tự phủ

Phụ kiểu địa hình núi thấp - trung bình khối tảng - uốn nếp phát triển chủ yếu trên các đá trầm tích cacbonat tuổi Mezozoi với kiểu karst trụi là phổ biến

Phụ kiểu địa hình cao nguyên khối tảng thấp trung bình phát triển chủ yếu trên các đá trầm tích cacbonat tuổi Mezozoi với kiểu karst tự phủ chiếm ưu thế

 Một số dạng địa hình karst đặc trưng

Tại Bắc Yên các dạng địa hình karst rất phát triển cả trên mặt lẫn dưới sâu

- Các dạng địa hình karst trên mặt: Do tính đặc thù của khu vực, nên karst trên mặt ở Bắc Yên vừa có đặc điểm chung nhưng đồng thời cũng có những nét khác biệt so với các vùng karst khác Đây cũng có cả các dạng karst được thành tạo do quá trình phá hủy (bóc mòn - hòa tan), và cả các dạng được thành tạo do quá trình tích tụ

- Các dạng địa hình được thành tạo do quá trình phá hủy: Theo kết quả nghiên cứu về các dạng địa hình karst được phát triển trong các vùng khí hậu ẩm của các nhà khoa học trên thế giới thì có 4 nhóm carư:

Nhóm các dạng carư hình tròn trên bình đồ (CircuLar pLan forms)

Nhóm carư kéo dài do ảnh hưởng của khe nứt (Linear forms - fracture controlled) Nhóm carư kéo dài hình thành do thủy động lực (Linear forms - hydro - dynamically controlled)

Nhóm carư đa nguồn gốc (Polygenetic forms)

 Thủy văn vùng karst Bắc Yên

Thực ra việc nghiên cứu thủy văn ở các vùng karst rất khó khăn và phức tạp chẳng kém gì việc nghiên cứu các hang động Do đó đây cũng là một vấn đề chưa được quan tâm nghiên cứu cả trên qui mô toàn quốc cũng như cho từng địa phương Nhìn chung trong các vùng karst cả mật độ dòng chảy lẫn lưu lượng dòng chảy đều thấp hơn nhiều so với các vùng không có đá vôi

Mật độ dòng chảy trong các vùng đá vôi ở Bắc Yên đạt giá trị dưới 0,5km/km2 Trong khi đó ở các vùng không có đá vôi thì giá trị này tương đối lớn hơn, thậm chí có thể đạt tới 2km/km2 Đặc trưng hình thái của các dòng chảy cũng rất thay đổi Có nơi thì nó phình to ra, cũng có nơi thì nó thu hẹp lại rồi mất hẳn để chuyển thành dòng chảy ngầm Những chỗ hút nước như vậy được gọi là cửa biến (sinkhole) và xuất hiện rất phổ biến trên địa bàn Bắc Yên Những chỗ hút nước chỉ xuất hiện vào mùa mưa thường bị nhiều cây gỗ lớn và đá tảng lấp lại nên về mùa khô mặc dù không có nước nhưng cũng không thể vào để khảo sát được Còn tại các cửa biến có nước chảy vào quanh năm thì không có tình trạng trên

Có nhiều đoạn sông chảy qua các vùng đá vôi đột nhiên bị thu hẹp lại Hiện tượng này rất phổ biến

Lưu lượng nước sông trong vùng đá vôi cũng thấp hơn so với các vùng khác Nhưng tại đấy có nhiều suối nước hay chỗ nước lợ có nước tạm thời (spring) hoặc nước chảy quanh năm (perennial spring) Nước tại nhiều khu vực nước ngầm trong vùng karst