Tổng quan về quan trắc và cảnh báo sớm lũ quét bùn đá

Bài viết này tổng quan một số vấn đề liên quan tới quan trắc, cảnh báo lũ quét trong và ngoài nước, từ đó phân tích lựa chọn và đề xuất thí điểm xây dựng một hệ thống quan trắc và cảnh báo lũ quét bùn đá cho khu vực miền núi.

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO SỚM LŨ QUÉT BÙN ĐÁ Vũ Bá Thao, Phạm Văn Minh Viện Thủy công, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Lê Quang Tuấn, Nguyễn Trung Kiên Tổng cục Phòng, Chống thiên tai Tóm tắt: Lũqt,sạtlởđấtlàcácloạihìnhthiêntaigây thiệthại lớn người, tàisản chocáctỉnh miền núiphía Bắc,miền Trung Tây Nguyên Tuy vậy, đồ phân vùng nguy lũ quét, sạt lở đất chưa thể đư ợc cụ thể địa điểm thời gian xảy thiên tai lũ qt Một số mơ hình thí điểm quan trắc, cảnh báo dựa vào lượng mưa mực nước sơng phù hợp với loại hình lũ qt lưu vực sơng Trong đó, lũqt dạngbùnđá xảy phía thư ợng nguồn lưu vự c sơng khuvựcmiềnnúi, làloại hìnhthiêntai phổbiếnvàcótáchại nghiêm trọng, chưa quan tâm nghiên cứu áp dụng hệ thống quan trắc, cảnh báo sớm Bài viết tổng quan số vấn đề liên quan tới quan trắc, cảnh báo lũ quét nước, từ phân tích lựa chọn đề xuất thí điểm xây dựng hệ thống quan trắc cảnh báo lũ quét bùn đá cho khu vực miền núi Từ khóa: Lũ quét, lũ bùn đá, sạt lở đất, quan trắc cảnh báo sớm Abstract: Flash floods and landslides are major types of natural disasters that usually causes loss of life and damages to property in mountainous provinces in the North, Central regions, and Central Highlands However, risk maps of flash flood and landslide have not shown specific locations and time of occurrence of the disasters Some pilot monitoring and warning models based on rainfall and river water level information are suitable only for flash floods in river basins While the flash floods associated with debris flow occurring in the upstream of catchments in mountainous areas, a popular hazard that usually causes serious damages, have not been studied and applied such monitoring and early warning systems This article reviews a number of issues related to flash flood monitoring and warning in Vietnam and the world; this is a basis for analyzing options and proposing a pilot system for monitoring and warning flash floods associated with debris flow in mountainous regions Keywords: Flash flood, debris flow, landslide, monitoring and early warning ĐẶT VẤN ĐỀ* Lũởkhuvựcmiềnnúi nơicóđịahìnhdốckèmtheobùnđá xảyratrong thờigianrấtnhanh,cósứctànphálớnthườngđược gọi lũquét.Lũquétđã gây ranhữngtổnthấtnghiêmtrọng vềngười,tàisản vàhủyhoại môitrườngsống.Loạilũ nàythường cáctrận lũlớn đặc Ngày nhận bài: 27/4/2018 Ngày thông qua phản biện: 05/6/2018 Ngày duyệt đăng: 10/7/2018 biệtlớnđượchìnhthànhtừmưavớicườngđộrấtcao ,xảyratrongthờigianngắn, sinh dòngchảymặt tập trungcao nhanh, theobùn, đá,thực vậtvàcósức tàn phárấtmạnh Những thay đổi lớn việc sử dụng tài nguyên nước, sử dụng đất không hợp lý xây dựng đường giao thơng cơng trình xây dựng dân dụng, khai thác mỏ, có tác động trực tiếp dẫn đến suy thối mơi trường, thay đổi chế độ thuỷ văn, thay đổi ổn định tự nhiên mái dốc nhiều lưu vực sông làm cho vấn đề lũ lụt giới Việt Nam trở nên phức TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ tạp Phầnlớn trận lũ quétđều xảyraởkhu vực miền nùihẻo lánh, dân cưthưa thớt, tuynhiên có trận lũquétxảyra có sức tàn phálớn mang tínhhuỷ diệt,điquakhuvựcđơng dâncư,cóýnghĩakinhtếxã hộiquan trọng, gây tổnthấtlớnvềtínhmạngvàtài sảncủanhândân,đặcbiệtlànhững hộdân sốngởcácthunglũngsơngkhicólũqttrànqua.Di ễnbiếnlũqttrongkhoảng vàichụcnămtrởlạiđâyởViệtNamcóxuhướngtăng nhanhvàngàycàngnghiêm trọng [1] Trong nămvừaqua,lũquét,sạtlởđấtlàcácloạihìnhthiênta igây thiệthại lớn người, tàisản chocáctỉnh miền núiphía Bắc,miền Trung Tây Ngun.Từnăm1953đếnnăm2016trên tồn quốcđãcó khoảng448trậnlũ qt vớicácquy mơkhácnhau.Trong khiđótừnăm2000đếnnăm2015đãxảy rahơn250trậnlũqt, sạtlởđất,làmchếtvàmấttích779người,bị thương426người;hơn9.700 nhà bị đổ trôi; 100.000 nhà bị ngập, hư hại nặng; 75.000 lúa hoa màu bị ngập; hàng trăm đất canh tác bị vùi lấp; nhiều công trình giao thơng, thuỷ lợi, dân sinh kinh tế bị hư hỏng nặng nề; thiệt hại kinh tế ước tính hàng nghìn tỷ đồng Trong năm 2016, lũ quét, sạt lở đất làm 60 người chết, tích, nhiều cơng trình hạ tầng bị sạt lở, hư hỏng Lũ quét sạt lở đất năm 2017 làm 71 người chết tích, 4109 ngơi nhà bị đổ sập, trôi, 13.246 hộ dân sinh sống nơi khơng đảm bảo an tồn có nguy cao ảnh hưởng lũ quét, sạt lở đất [1] Công tác quan trắc cảnh báo sớm lũ qt đóng vai trò quan trọng việc phòng giảm thiểu tác hại loại hình thiên tai Tuy vậy, nghiên cứu, ứng dụng, đầu tư cho công tác quan trắc, cảnh báo sớm lũ quét Việt Nam nhiều hạn chế [22] Tại nước ta có vài khu vực lắp đặt hệ thống quan trắc cảnh báo lũ quét lưu vực sông thông qua tiêu lượng mưa, mực nước sơng lưu lượng dòng chảy Một số hệ thống điển hình năm gần quan trắc cảnh báo lũ quét lưu vực sông vào lượng mưa mực nước sông bao gồm: Phạm Văn Quý (2018) giới thiệu cấu trúc hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt theo thời gian thực, cảnh báo tới cộng đồng người dân dựa vào lượng mưa, lưu lượng, mực nước sơng [2]; tỉnh Thanh Hóa xây dựng hệ thống quan trắc, cảnh báo lũ ống, lũ quét sạt lở đất số huyện miền núi dựa vào lượng mưa mực nước sông năm 20152016 [3, 4]; Dự án: Điều tra, khảo sát, phân vùng cảnh báo khả xuất lũ quét miền núi Việt Nam - Giai đoạn I từ năm 2006-2009 chuyển giao thiết bị đo mưa tự động phục vụ cảnh báo mưa lớn có khả gây lũ quét huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái cho Ban Chỉ huy Phòng chống lụt bão tỉnh Yên Bái [5]; Dự án hợp tác Viện Nghiên cứu quản lý thiên tai Hàn Quốc (National Disaster Management Institute) Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam năm 2017 lắp đặt số trạm đo mưa mực nước sông tỉnh Lào Cai để quan trắc cảnh báo lũ quét [6] Các hệ thống cảnh báo đạt hiệu định cảnh báo sớm lũ quét sông dựa ngưỡng mưa ngưỡng mực nước Tuy vậy, loại hình lũ quét bùn đá phát sinh phía thượng nguồn khu vực miền núi chưa quan tâm nghiên cứu áp dụng hệ thống quan trắc cảnh báo Trên giới, lũ quét thường phân chia thành lũ quét sông (flash flood) lũ bùn đá (debris flow) Hệ thống quan trắc cảnh báo lũ quét sông, nêu phần trên, chủ yếu dựa vào lượng mưa, mực nước sông lưu lượng dòng chảy Đối với hệ thống quan trắc cảnh báo lũ bùn đá, lũ bùn đá xảy sườn dốc, suối sơng cạn sơng nước, quan trắc mực nước sơng để cảnh báo không mang lại hiệu TS Đặng Thanh M (2018)[22] khẳng định, lũ quét, sạt lở đất TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC thường xuất khu vực nhỏ, nên để cảnh báo địa điểm cần xác định điều kiện phát sinh lũ quét sạt lở đất như: địa hình, cấu trúc địa chất, lớp vỏ phong hóa, đặc điểm thảm phủ, độ ẩm, độ bão hòa, ngưỡng mưa Theo kinh nghiệm nhiều nước giới, bật Mỹ, Nhật Bản, Ý, Đài Loan, cần vào nhiều tiêu khác để cảnh báo lũ bùn đá, như: lượng mưa tích lũy; độ ẩm đất; chiều cao dòng bùn đá; áp lực đất áp lực nước lỗ rỗng lòng sơng, suối; độ chấn độnglòng bờ sông lũ tạo ra; cảm biến dây để xác định chiều cao dòng lũ phát sinh lũ, v.v [7-10] Tại nước ta, vấn đề quan trắc cảnh báo lũ quét bùn đá chưa quan tâm nghiên cứu ứng dụng Bài viết tổng quan số vấn đề liên quan tới quan trắc, cảnh báo lũ quét nước, từ phân tích lựa chọn đề xuất thí điểm xây dựng hệ thống quan trắc cảnh báo lũ quét bùn đá cho khu vực miền núi THÀNH TỰ U VÀ TỒN TẠI C ỦA CÁC ĐỀ TÀI, DỰ ÁN VỀ QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO LŨ QT Thơng qua tổng hợp phân tích kết thực số đề án, dự án, đề tài lũ quét, sạt lở đất thực [3-6; 11-21], số thành tựu tồn cơng tác quan trắc, cảnh báo lũ qt tóm lược sau: 2.1 Thành tựu  Tạo nguồn sở liệu cho đề tài, dự án nghiên cứu lũ quét  Lập đồ phân vùng nguy lũ quét với tỷ lệ ngày chi tiết từ 1:500.000, 1:250.000, 1:100.000 có số vùng đến 1:50.000  Chuyển giao tập huấn hướng dẫn sử dụng đồ phân vùng nguy lũ quét tỷ lệ 1:100.000 1:50.000 cho 14 tỉnh miền núi phía Bắc Các đồ đóng vai trò hỗ trợ cho địa phương cơng tác quy hoạch sử dụng đất cảnh báo nguy xuất lũ quét hàng năm địa bàn tỉnh CÔNG NGHỆ  Đề xuất thực số hệ thống cảnh báo lũ quét với hình thức thử nghiệm cho số vùng, lưu vực sông dựa vào lượng mưu mực nước sông 2.2 Tồn  Hiệu phục vụ cho cơng tác phòng tránh lũ qt chưa cao Các cơng trình nghiên cứu phần lớn mức thử nghiệm mặt khoa học, áp dụng thực tiễn chưa nhiều Các dự án thực riêng rẽ nhiều Bộ, ngành nên việc áp dụng thực tế bị hạn chế  Trên giới, đồ cảnh báo thiên tai lũ quét, sạt lở đất có ba cấp độ, gồm: (1) Bản đồ phân vùng nguy lũ quét, sạt lở đất (Susceptibility - phân vùng nguy theo không gian), (2) Bản đồ phân cấp mức độ thảm họa (hazard - cảnh báo không gian thời gian), (3) Bản đồ mức độ rủi ro (risk - không gian, thời gian mức độ thiệt hại) Hiện Việt Nam làm Bản đồ phân vùng nguy lũ quét, sạt lở đất (Susceptibility) Các đồ có tỷ lệ lớn, thấp tỷ lệ 1:50.000 Đây đồ dựa số liệu lịch sử, đồ tĩnh, phân vùng cảnh báo không gian, không đủ chi tiết để cảnh báo vị trí thiên tai Khơng dự báo theo thời gian thực xác vị trí xảy sạt lở đất; địa điểm gây lũ quét phần lớn mức quy mô cấp xã, Do dự án triển khai chủ yếu có ý nghĩa quy hoạch, mang tính định tính mà chưa có định lượng q trình dự báo cảnh báo yếu tố KTTV nói chung thiên tai nói riêng, giá trị ứng dụng thực tiễn chưa cao  Việt Nam có số dự án nước đầu tư xây dựng hệ thống quan trắc cảnh báo lũ quét lưu vực sông dựa hai tiêu lượng mưa mực nước sông [3-6] Các hệ thống cảnh báo không cảnh báo lũ quét bùn đá xảy phía thượng nguồn lưu vực sông, nơi mà lũ quét bao gồm nước mang theo bùn đá, khơ Trong dân cư miền núi thường chịu TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ thiệt hại lũ quét bùn đá lại phía thượng nguồn lưu vực  Các hệ thống thiết bị quan trắc, cảnh báo nước đại chi phí cao, quản lý vận hành khó phù hợp hoàn toàn với điều kiện kinh tế tập quán cư dân miền núi Việt Nam Vì bên cạnh việc áp dụng, cần bước nội địa hóa thiết bị quan trắc, cảnh báo để phù hợp với điều kiện bảo dưỡng, vận hành Việt Nam nói chung khu vực miền núi nói riêng  Các giải pháp cơng trình phi cơng trình nhằm phòng, chống giảm thiểu thiệt hại lũ quét bùn đá khu vực dân cư miền núi chưa nghiên cứu cách tổng thể, tiêu chuẩn hóa đưa giải pháp vừa kinh tế, hiệu phù hợp với điều kiện dân cư miền núi  Các tiêu chuẩn điều tra, khảo sát, thiết kế, thi công lắp đặt, nghiệm thu tài liệu hướng dẫn vận hành, bảo trì hệ thống quan trắc, cảnh báo sớm thiên tai lũ quét, sạt lở đất chưa có, gây khó khăn cho quan quản lý việc thực dự án liên quan đến lũ quét, sạt lở đất 2.3 Nhận xét Các đề án, dự án tiêu biểu nêu tập trung để hướng đến sản phẩm gồm: điều tra đánh giá trạng thiên tai; đồ phân vùng nguy thiên tai tỷ lệ nhỏ 1:50.000 1:100.000; thiết lập quy trình đánh giá, dự báo; đề xuất giải pháp cơng trình phi cơng trình; xây dựng thí điểm cảnh báo lũ quét lưu vực sơng dựa vào lượng mư a Có thể thấy, hiệu cảnh báo, dự báo dừng mức phân vùng, cảnh báo chi tiết địa điểm theo thời gian thực, nên hiệu cảnh báo cho người dân hạn chế Cảnh báo lũ quét bùn đá s ạt lở đất đá khu vực miền núi chưa trọng, loại hình thiên tai lũ quét phổ biến có tác hại nghiêm trọng Các quy trình giải pháp dừng mứ c độ “đề xuất”, thiếu tính ứng dụng thí điểm đại trà QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO S ỚM LŨ QT TRÊN THẾ GIỚI Cảnhbáolũqthiệnnayvẫnlàvấnđềtháchthứcđố ivớicácnhàquản lý,nghiêncứu.M ặcdùcómưalớnnhưng lũqtcóthể hoặckhơng xảy ra,tùy thuộcvàođặcđiểmthủy văn, mặtđệm, địa chấtcủalưu vực.Ởhầuhếtcácnước, cảnh báo vàdựbáolũqtđược xemnhưmộtbiện pháp đặc biệt, rấtquan trọng trongsốcácbiệnphápphicơngtrìnhnhằmphòngtr ánh,giảmnhẹrủirodolũ qtgâyra Dự báo lũ, lũ quét mưa ước tính trước lượng mưa, mực nước, lưu lượng, thời gian xảy ra, khoảng thời gian lũ tồn tại, đỉnh lũ thời gian xảy đỉnh lũ vị trí định Bên cạnh đó, dự báo lũ quét, nhiều nghiên cứu quan tâm đến thành phần dòng chảy rắn, dòng bùn đá, trạng thái bề mặt lưu vực trình lũ quét qua Để quan trắc thành phần này, việc sử dụng cảm biến đặc trưng cần thiết Bảng1thốngkê mộtsốmộtsố phương pháp hệthốngcảnh báolũ quét trênthếgiớihiệnnay Quabảngthống kêtrêncóthểthấycórấtnhiềumơhìnhcảnhbáo khácnhauđượcápdụng trênthếgiới.Việcứng dụng cáccơngnghệkhácnhau giúp việcdựbáo,cảnhbáocóthểtrướcđó vàigiờchođếncảnhbáotứcthờitheo thờigian thực Trongcácthơngsố dựbáo,cảnh báo lũ qtthì lượngmưa cácthơng sốquantrọng nhất.Bêncạnh đó,việccóđượccácdữliệuvềđộ ẩm,dòngchảy…sẽhỗtrợchoviệccảnhbáochínhx ác,kịpthờitrongnhữngđiều kiệnphứctạpmànếuchỉcăncứvàolượngmưasẽkh ơngthểdựbáođược.Trong mọitrườnghợp,việcxácđịnhcácngưỡngđặtcảnh báođóngvaitròtiênquyết để vận hành hệ thống TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC TạiViệtNam,bêncạnhcông táclậpbảnđồphânvùng nguy cơlũquét, việccảnhbáolũquétlàmộtnhiệmvụcựckỳ cấpbáchphụcvụcho côngtácchỉđạo điều hành phòngtránh thiên taiởcác vùngcó nguycơcao M ột loạtcácđịaphươngvàcácBộ,ngànhđãkếthợpcáck ếtquảnghiêncứunày để xâydựng choriêngmìnhhệthốnggiámsátvàcảnhbáothiênt lũ qt Việc thí điểm tiến hành số khu vực Yên Bái, Sơn La gần Thanh Hoá, nhiên chưa phát huy hiệu mong muốn nhiều yếu tố khác nhau: (i) dự án đa phần dự án nghiên cứu thử nghiệm, việc bảo dưỡng, vận hành sau đầu tư chưa quan tâm mức; (ii) việc xác định ngưỡng mưa sinh lũ qt khó khăn hạn chế liệu trận lũ quét lịch sử; CÔNG NGHỆ (iii) vài địa điểm sau lắp đặt chưa ghi nhận trận lũ quét xảy Ngoài ra, dự án có số hạn chế sau:  Các thiết bị quan trắc chưa kết nối thành mạng thống nhất, kết dự báo chưa tích hợp mơ hình đầy đủ theo số liệu lượng mưa, số liệu vệ tinh viễn thám, số liệu mơ hình khơng gian rộng Chính chất lượng dự báo cảnh báo thiên tai thiết bị độc lập nhiều hạn chế  Hệ thống quan trắc trạm mưa tự ghi không đủ dày (đặc biệt thiếu trạm đo vùng có nguy lũ quét cao), thời gian quan trắc ngắn Do vậy, việc áp dụng phương pháp cảnh báo lũ quét có, điển hình phương pháp Đường tới hạn (CL) theo dẫn Nhật Bản nhiều hạn chế Bảng 1.Mộtsố hệthống cảnh báo lũ quét giới (chỉnh sửa bổ sung từ L.T Hà [11]) Phươngpháp, mô STT Hệ thống Quốc Số liệu đầu hình phân tích cảnh báo gia vào ngưỡng Thời Phạmvi báo cảnh báo ALERT Úc Mưa mực Làm đầuvàocho nước theo thời mơ hình tính tốn gian thực độlớnvàthờigian xảyralũ Gridded Bắc NEXRAD Mơhìnhphân bố Flash flood Mỹ radar, trạm tínhđộẩmđất,lưu Guidance mưa thực đo, lượngtràn bờ (GFFG) mưa dự báo số trị Hệ thống Trung Mưa thực đo, Dựa độ ẩm FFGTrung Mỹ Mỹ mưa vệ tinh bão hòađất GHE Hệ thống Áo Mưa dòng Mơhìnhphân bố chảy thực đo, dạnglưới tínhđộ cảnh báo lũ mưa radar, ẩmđất quét củaÁo mưa dự báo gian dự Theo lưu Tức thời vực nghiên cứu Lưu vực 100-300 km 3-24h Lưu vực 100-300 km Lưới km 3-6h 48h TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Phươngpháp, mơ STT Hệ thống Quốc Số liệu đầu hình phân tích cảnh báo gia vào ngưỡng Thời Phạmvi báo cảnh báo European Flood Forecasting System (EFFS) số trị Châu Mưa thực đo, radar, Âu mưa GCM downscaling Khung hỗ Thái trợra Lan định -cảnh báo lũ quét Thái Lan Hệ Mưa,nhiệt độ khơng khí, độ ẩm, xạ, gió, mưa dự báo Mơhìnhmưarào dòng chảy ISFLOOD-FF: Mơhìnhthủ ylực LISFLOOD-FP Mơ thủy lưới chảythực đo hình văn 1km Mơ hình thủy lực lưới 10-100 m lưu Sử dụngmạngnơ Theo vực nghiên ronnhântạoANN đểdự báo dòng cứu chảylũ So sánh vớilũ quétlịchsử hệ thống thống Israel Mưa dòng Hệ thống bao gồm Theo cảnh báo lũ module tính gian dự lưu hồi vực nghiên quétsông quy tự động cứu Ayalon trạm sông 72120h 24h 303.5h nhánh thượng lưu, module tính truyền lũ, module tính phân bố mưa module tính dòng chảy hồi quy trạm cần tính tốn Hệ thống Nhật Mưa radar ước Dùng mưa tích lũy Lưới cảnh báo lũ bùn đá Bản tính theo mưa 1h tính tốn số tốn thực đo (mưa mưa tích lũy ngắn hạn km 1h), Dùng mạng nơ ron cảm biến hỗ nhân tạo tính tốn TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 tính 5x5 1-3h KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Phươngpháp, mơ STT Hệ thống Quốc Số liệu đầu hình phân tích cảnh báo gia vào ngưỡng Thời Phạmvi báo cảnh báo trợ (độ ẩm, ngưỡng sóng âm …) Hệ sinh lũ quét thống Vùng Hệ thống đo Hệ thống tự động Tại vị trí đặt cảnh báo lũ Caribe mưa tự động cảnh báo theo trạm quét cấp báo động vùng Caribê gian dự Tức thời Trung Mỹ 10 Hệ thống Đài Hệ thống đo Dùng mơ hình xác Tại vị trí cảnh báo lũ Loan mưa tự động, định ngưỡng bùn đá đặt trạm cảm biến độ kịch dự báo Tức thời ẩm, cảm biến sóng âm, cảm biến dây ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO LŨ QUÉT 4.1 Cơ sở lựa chọn loại hình cảm biến quan trắc Hầu hếtnhữngdòngbùn đá thườngbắtnguồn từsựtrượtlởđấtgâyra bờinhiều nhân tốnhưmưa,xóimòn,trượtngầm,nướcngầm…Nh ữngmảnh vụnđất,đádotrượt lởđấtcuốn theo dòngchảysơng, suốitạo thành dòngbùn đá có tốc độ từvàim/s đến vàichụcm/s M assimo Lorenzo (2008) cho lũ bùn đá xem giai đoạn trung chuyển sạt lở đất lũ nước [9] (còn gọi lũ quét hay lũ quét nghẽn dòng lũ quét tổng hợp mà tiếng Anh gọi chung Flash Flood) Hình Sơ họa cấu tạo dòng lũ quét bùn đá [7] Cấu tạo dòng lũ quét bùn đá thể Hình Quá trình hình thành di chuyển dòng bùn đá làm thay đổi độ ẩm đất, tăng áp lực nước lỗ rỗng, áp lực đất, tạo rung động sóng âm đất Do vậy, loại cảm biến tương ứng với ảnh hưởng dòng bùn đá sử dụng để ghi lại thay đổi từ nhận biết xuất đặc tính lũ bùn đá tốc TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ độ dịch chuyển, chiều dày dòng bùn đá Ưu nhược điểm điều kiện áp dụng loại cảm biến dùng để quan trắc lũ bùn đá tổng hợp Bảng Hình ảnh số loại cảm biến quan trắc lũ bùn đá thể Hình Cảmbiến dâytạiItalia [9] Cảmbiến siêu âm đo chiều sâu dòng bùn đá tạiItalia [9] Cảmbiến sóngâmlắp đặt bên bờ sơng tạiMỹ [9] Cảmbiến sóngâm lắp đặt bên bờ suối tạiĐàiLoan [10] Cảm biến siêu âm đo tốc độ dòng bùn đá [9] Ghi video hình ảnh dòng lũ bùn đá từ Camera CCD Italia [9] Hình Hình ảnh số loại cảm biến quan trắc lũ qt bùn đá Chođếnnay,tạiViệtNamđãcómộtsốítdựánsửdụn gmơhìnhquantrắc cảnh báolũqttrên lưuvực sơngdựatrên số liệu đomưa Tuy vậy, việc quan trắc cảnhbáotheothờigianthựccholũquéttrênsuối cạnvàlũquétbùn đá chưa nghiên cứuvà áp dụng thiết bị đo mưa (rain gauge); (2) cảm biến siêu âm (ultrasonic device radar device water level gauge, đo mực nước chiều dày tốc độ dòng lũ); (3) cảm biến sóng âm cảm biến địa chấn (geophone seismic sensor vibration sensor); (4) cảm biến dây (wire sensor); (5) camera CCD; đồng thời kết hợp với giải pháp cơng trình đập chắn bùn đá đặt phía hạ lưu khu vực lũ bùn đá phía trước khu vực bị ảnh hưởng dân cư, đường giao thông Tùy vào điều kiện cụ thể khu vực xảy lũ bùn đá mà sử dụng loại thiết bị quan trắc phù hợp Một số hệ thống quan trắc lũ quét bùn đá thể Hình Có thể thấy, loại cảm biến sử dụng phổ biến gồm: (1) Bảng 2.Ưu nhược điểm loại cảm biến quan trắc lũ quét, lũ quét bùn đá (Chỉnh sửa bổ sung thêm từ Massimo Lorenzo 2008 [9]) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ S TT Cảmbiến Cơng dụng Ưu điểm Hạn chế Cảm biến siêu Đo trạng thái Dễ đặt ngưỡngcảnh Cảm biếnsiêuâm phải âm (ultrasonic, dòng bùn đá, tốc báo treobêntrêndòng suối; radar, laser) độ dòng bùn đá lắpđặtgặpkhókhănnếu bờsuốikhơngổn định Cảm biến sóng Đo rung động Lắp đặt dễ an Xácđịnhngưỡng cảnh âm, thiết bị dò tạo lũ qt tồnvì cảmbiến báokháphứctạp.Rủiro âm thanhdưới chơn tạivịtrí cảnh báo sai đất ổn định bờ nguồnđịachấnkhácnhư (geophones)và suối tàu,xe tải chạy,đárơi, cảm biến địa v.v…Việclọc tín hiệu chấn địachấnlàm tăngmức (seismometers, độphứctạpcủahệthống vibration sensor) cảnh báo Cảm biến dây Phát dòng Thiếtbịđơn giản Cần phải phục hồi lại bùn đákhi dây đứt saulũquét.Rủi rocảnh (wire sensors) báosaitrongtrườnghợp độngvậtchạy qua,cây đổ v.v… Đèn quangđiện Nhận biết dòng Thiếtbị đo giántiếp Phải lắpđặtcẩnthậnđể (photocell), đầu bùn đá không tiếp xúc tránhcảm biếntiếpxúc dò hồng ngoại trựctiếp với dòng vớidòngbùn đá (infrared bùn đá Khơng photobeam) phải phục hồi sau lũ Camera giámsát Nhận biết xuất Lắp đặt an toàn bên Hiệu cảnh báokém video CCD hiện, hình thái, tốc bờ suối điềukiệnsương mù độ dòng bùn đá trờitối Cảm biến áp lực Đo áp lực nước lỗ Đất bão hòa Khó bảo quản, dễ bị nước lỗ rỗng rỗng mái hóa lỏng dẫn đến trơi lũ chảy qua dốc đất trượt lở, đất đá từ Không phù hợp với đáy sông để phân khối trượt hình đất hạt thơ cuội sỏi tích trạng thái bão thành dòng lũ bùn đá hòa hóa lỏng đá Sự tăng đột ngột đất áp lực nước lỗ rỗng ứng suất hữu hiệu đất giảm xuống dấu hiệu nhận biết nguy trượt lở, khởi phát lũ bùn đá Các hệ thống có điểm chung sau: (1) lũ bùn đá phía thượng lưu dòng sông, khu vực lắp đặt hệ thống quan trắc, cảnh báo nhánh sông nhỏ, suối, nơi khởi TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ nguồn sạt lở đất gây nên lũ quét; (2) diện tích khu vực quan trắc khơng lớn, từ km2 đến km2, nhỏ nhiều so với quan trắc lũ quét lưu vực sông; (3) trạm thiết bị quan trắc đặt phía trước khu vực cần bảo vệ phía vùng sinh lũ (debris flow initiation); (4) đối tượng cảnh báo khu dân cư, đường giao thông, v.v (1) Tại Italia: cảm biến sóng âm, cảm biến siêu âm, CCD camera [23] (2) Tại thụy sỹ: thiết bị đo mưa, cảm biến sóng âm, cảm biến siêu âm, camera video, kết hợp đập chắn bùn đá [24] (3) Tại thụy sỹ: thiết bị đo mưa, cảm biến sóng âm, camera video, kết hợp đập chắn bùn đá [24] 10 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ (4) Tại làng Shen M u Đài Loan: thiết bị đo mưa, cảm biến siêu âm đo mực nước, cảm biến dây, cảm biến sóng âm, CCD camera [25] (5) Nhật Bản: thiết bị đo mưa, cảm biến siêu âm đo mực nươc, cảm biến sóng âm, cảm biến dây, CCD camera https://www.bosaijp.org Hình Mặt bố trí hệ thống cảm biến quan trắc lũ quét bùn đá số quốc gia 4.2 Đề xuất áp dụng mơ hình quan trắc cảnh báo lũ quét Xã Trung Chải huyện Sa Pa xã phân vùng có nguy cao lũ quét sạt lở đất, hàng năm thường xuyên xảy lũ quét, sạt lở đất nhiều điểm thơn bản, xã có thơn với 600 hộ dân sinh sống rải rác sườn núi cao dễ bị rủi ro lũ quét sạt lở muốn di chuyển đến nơi an toàn khơng thể tìm mặt ổn định để Để chủ động phòng ngừa ứng phó với thiên tai, Xã tổ chức UNDP Liên hợp Quốc tài trợ lắp đặt hệ thống quan trắc cảnh báo sớm thiên tai từ năm 1997 gồm thiết bị đo mưa, thiết bị cảnh báo âm thanh, thiết bị truyền không dây xuống thôn bản, nhiên sau vài năm sử dụng bị hư hỏng sét đánh không sửa chữa được, mặt khác công tác quản lý hệ thống gặp nhiều khó khăn nên hệ thống cảnh báo khơng có hiệu Đặc biệt hệ thống chưa phát huy hiệu quả, có mưa to thiết bị phát tín hiệu cảnh báo khơng xuất sạt lở, bị sạt lở khơng thấy cảnh báo TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 11 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ kết nghiên cứu sơ bộ, mang tính chất tiếp cận kinh nghiệm nước Các nội dung chi tiết hệ thống trình bày viết sau KẾT LUẬN Hình Mặt bố trí hệ thống thiết bị cảnh báo lũ quét xã Trung Chải, huyện Sapa, tỉnh Lào Cai Khu vực xã Trung Chải địa hình ngắn dốc, có nguy cao xảy lũ quét bùn đá ảnh hưởng lớn đến 600 hộ dân sống rải rác sườn núi Vì vậy, xây dựng hệ thống quan trắc cảnh báo lũ quét cấp thiết Căn vào kinh nghiệm điều kiện địa hình, địa chất, lũ quét lịch sử Trung Chải, hệ thống thiết bị quan trắc lũ quét bùn đá đề xuất mô tả Hình Đề xuất - Một số hệ thống quan trắc, cảnh báo lũ quét nước ta vàolượng mưa mực nước sông phù hợp với loại hình lũ qt sơng Trong đó, việc quan trắc cảnh báo lũ quét dạng bùn đá phát sinh từ sạt lở đất khu vực miền núi chưa quan tâm nghiên cứu - Trên sở phân tích ưu nhược điểm mơ hình cảnh báo lũ qt nước, viết đề xuất áp dụng mơ hình quan trắc cảnh báo lũ qt bùn đá cho khu vực cụ thể dựa vào thông số: lượng mưa, độ ẩm đất, chiều cao dòng lũ, độ chấn động, cảm biến dây - Để nâng cao hiệu hệ thống quan trắc, cảnh báo thiên tai lũ quét, việc thực đề tài nghiên cứu chuyên sâu xác định ngưỡng cảnh báo lũ quét, lũ bùn đá, sạt lở đất cần thiết phải thực trước lắp đặt hệ thống quan trắc, cảnh báo sớm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ban Chỉ đạo trung ương Phòng chống thiên tai, Báo cáo Thiên tai Việt Nam năm 2017, 2018, Hà Nội [2] Phạm Văn Quý, Giới thiệu cấu trúc hệ thống cảnh báo lũ lụt theo thời gian thực, 2018, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Hà Nội UBND tỉnh Thanh Hóa, Giới thiệu dự án “Xây dựng hệ thống quan trắc cảnh báo lũ ống, lũ quét sạt lở đất huyện miền núi, tỉnh Thanh Hóa, 2015, Thanh Hóa [3] [4] Nguyễn Công Trường, Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn để thiết lập phương pháp cảnh báo lũ quét thời gian thực cho khu vực miền núi tỉnh Thanh Hóa", Luận văn thạc sỹ, 2017, Trường Đại học Tài nguyên M ôi trường, Hà Nội [5] Bộ Tài nguyên M ôi trường, Báo cáo kết thực dự án: Điều tra, khảo sát, phân vùng cảnh báo khả xuất lũ quét miền núi Việt Nam - Giai đoạn I từ năm 2006-2009 triển khai 14 tỉnh miền núi phía Bắc, 19/8/2014, Hà Nội [6] Vietnam Acedamy for Water Resources, Construction of forecasting and warning system for disaster risk reduction in Viet Nam, 2018, Vietnam Acedamy for Water Resources and National Disaster M anagement Research Institute of South Korea [7] Jakob, M atthias, Hungr, Oldrich, Debris-flow hazards and related phenomena, 2005, Springer Science & Business M edia, Chapter 12: Debris flow instrumentation [8] Y Itakura, H Inaba, T Sawada, "A debris-flow monitoring devices and methods bibliography", Natural Hazards and Earth System Science, 2005, (6), pp.971-977 12 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 CHUYỂN GIAO [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [18] [20] [21] [22] [23] [25] CÔNG NGHỆ M assimo Arattano and Lorenzo M archi, "Review Systems and Sensors for Debris-flow Monitoring and Warning", Sensors, 2008, 8, 2436-2452 Hsiao-Yuan Yin, Ching-Jer Huang, Yao-M in Fang, Bing-Jean Lee, Tien-Yin Chou, "The present development of debris flow monitoring technology in Taiwan - A case study presentation", International Conference on Debris-Flow Hazards M itigation: M echanics, Prediction, and Assessment, Proceedings 10.4408/IJEGE.2011-03.B-068, pp 992-1000 Lã Thanh Hà, Dự án Điều tra, khảo sát, phân vùng cảnh báo khả xuất lũ quét miền núi Việt Nam - Giai đoạn I từ năm 2006-2009, 2009, Hà Nội Viện Khoa học Địa chất Khoáng, Đề án: Điều tra, đánh giá phân vùng cảnh báo nguy trượt lở đất đá vùng miền núi Việt Nam, giai đoạn I : 2012-2015, 2015, Hà Nội Viện Địa chất, Viện Hàn lâm KH & CN Việt Nam, Đề tài: Ứng dụng viễn thám GIS nghiên cứu loại hình tai biến địa chất trượt lở đất, lũ quét, ngập úng dọc theo tuyến đường Hồ Chí Minh, 2009 – 2010, 2010, Hà Nội Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn M ôi trường, Dự án: Điều tra, khảo sát, xây dựng đồ phân vùng nguy xảy lũ quét khu vực Miền Trung, Tây Nguyên, xây dựng hệ thống thí điểm phục vụ cảnh báo cho địa phương có nguy cao xảy lũ quét phục vụ công tác quy hoạch, đạo điều hành phòng tránh thiên tai thích ứng với biến đổi khí hậu, 2011-2015, 2015, Hà Nội Nguyễn Trọng Yêm, Nghiên cứu xây dựng đồ phân vùng tai biến môi trường tự nhiên lãnh thổ Việt Nam, Đề tài NCKH cấp Nhà nước, mã số KC.08.01, 2001 -2004 Cao Đăng Dư, Nghiên cứu nguyên nhân hình thành lũ quét biện pháp phòng chống, Đề tài độc lập cấp Nhà nước KT-DL-92-14, 1992-1995 Ngơ Đình Tuấn, Thiên tai lũ quét Việt Nam, Chuyên đề nghiên cứu, Dự án UNDP VIE 97/2002, Disaster M anagement Unit, 2000 Vũ Cao M inh, Nghiên cứu thiên tai trượt lở Việt Nam, Dự án UNDP VIE 97/2002, Disaster M anagement Unit, 2000 Trần Thục, Lã Thanh Hà, Lũ quét – Khái niệm phương pháp nghiên cứu, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2012, Hà Nội Nguyễn Viết Thi, Các hình thời tiết gây mừa sinh lũ quét khả cảnh báo, dự báo lũ quét Việt Nam Tổng cục Khí tượng Thủy văn(cũ), Dự án Phòng chống lũ qt lưu vực sơng Nậm Pàn, Nậm La, Sơn La, 1995 -1997 Đặng Thanh M ai, Bất cập công tác dự báo lũ quét sạt lở đất, Báo nhân dân, 7/2008 Lorenzo M archi, M assimo Arattano, Andrea M Deganutti, "Ten years of debris-flow monitoring in the Moscardo Torrent (Italian Alps)", Geomorphology 46 (2002) –17 [24] M Hürlimann, D Rickenmann and C Graf, "Field and monitoring data of debris-flow events in the Swiss Alps", Can Geotech J 40: 161–175 (2003) Huang-Chen Lee, Amit Banerjee, Yao-M in Fang, Bing-Jean Lee, and Chung-Ta King "Design of a Multifunctional Wireless Sensor for In-Situ Monitoring of Debris Flows", IEEE Transactions On Instrumentation and M easurement, 2010 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 13 ... dòng lũ phát sinh lũ, v.v [7-10] Tại nước ta, vấn đề quan trắc cảnh báo lũ quét bùn đá chưa quan tâm nghiên cứu ứng dụng Bài viết tổng quan số vấn đề liên quan tới quan trắc, cảnh báo lũ quét. .. chưa quan tâm nghiên cứu áp dụng hệ thống quan trắc cảnh báo Trên giới, lũ quét thường phân chia thành lũ quét sông (flash flood) lũ bùn đá (debris flow) Hệ thống quan trắc cảnh báo lũ quét sông,... thí điểm xây dựng hệ thống quan trắc cảnh báo lũ quét bùn đá cho khu vực miền núi THÀNH TỰ U VÀ TỒN TẠI C ỦA CÁC ĐỀ TÀI, DỰ ÁN VỀ QUAN TRẮC VÀ CẢNH BÁO LŨ QUÉT Thông qua tổng hợp phân tích kết thực