Vai trò của các yếu tố phát sinh, phát triển tai biến trượt đất ở mỗi khu vực rất khác nhau, do vậy chỉ có quan trắc mới có thể đánh giá đúng tầm quan trọng của các yếu tố, phục vụ cho cảnh báo, dự báo nguy cơ tai biến trên diện rộng, cũng như đảm bảo các số liệu tính toán thiết kế phòng chống trượt đất tại các khu vực trọng điểm và các khối trượt cụ thể.
LUẬN CHỨNG HỆ THỐNG QUAN TRẮC PHỤC VỤ CẢNH BÁO TAI BIẾN TRƯỢT ĐẤT CHO KHU VỰC TÂY NAM TỈNH HÀ GIANG NGUYỄN QUANG HUY* Discussion about geotechnical monitoring system for predicting landslide risk in the southern west of Ha Giang province Abstract: Landslide is widespread in the southern west of Ha Giang province For the purpose of predicting exactly landslide risk it is necessary to collect enter-data of natural condition in the region The paper presents the theoretical basis for developing the geotechnical monitoring system and technical requirements of the system for sustainable exploiting the studied region ĐẶT VẤN ĐỀ * Vai trò yếu tố phát sinh, phát triển tai biến trƣợt đất khu vực khác nhau, có quan trắc đánh giá tầm quan trọng yếu tố, phục vụ cho cảnh báo, dự báo nguy tai biến diện rộng, nhƣ đảm bảo số liệu tính tốn thiết kế phòng chống trƣợt đất khu vực trọng điểm khối trƣợt cụ thể Ở nƣớc phát triển, quan trắc tai biến trƣợt đất phần hệ thống Monitoring quốc gia trình địa chất, cấu thành Monitoring môi trƣờng quốc gia Để xác định rõ mục tiêu, nội dung hệ thống quan trắc, cần đƣa khái niệm đối tƣợng quan trắc Đối tƣợng quan trắc phần môi trƣờng địa chất vùng lãnh thổ với tiêu đồng nhất, đặc trƣng cho phát triển tai biến trƣợt đất Ở Việt Nam, hệ thống quan trắc tai biến (trong có trƣợt đất) xây dựng cấp sau đây: - Cấp quốc gia: Toàn lãnh thổ Việt Nam - Cấp vùng lãnh thổ: Đông Bắc, Tây Bắc, Tây Nguyên, Trung Bộ - Cấp khu vực: giới hạn khu vực * Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng 24 đặc thù có số đặc điểm địa hình, cấu trúc địa chất, khí hậu, điều kiện kinh tế - xã hội; đồng yếu tố phát sinh phát triển tai biến chế biến đổi - Cấp cục bộ: Các đô thị, khu kinh tế, khu vực đông dân cƣ - Cấp chi tiết: Cho khối trƣợt cụ thể Khu vực miền núi tỉnh Hà Giang, đặc biệt khu vực Tây Nam, trƣợt đất xảy diện rộng với nhiều khối trƣợt có quy mơ lớn lớn Tai biến trƣợt đất thƣờng xuyên xảy gây thiệt hại không nhỏ ngƣời tài sản, ảnh hƣởng nghiêm trọng đến đời sống, xã hội ngƣời dân khu vực Luận chứng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang (cấp khu vực) làm sở để quyền tỉnh Hà Giang triển khai thực tiễn, phục vụ quy hoạch khai thác hợp lý lãnh thổ theo hƣớng bền vững, giảm thiệu thiệt hại trƣợt đất gây MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA CÁC HỆ THỐNG QUAN TRẮC CẤP KHU VỰC a Mục tiêu tổng quát: Phục vụ chiến lƣợc tổng thể phát triển kinh tế xã hội bảo vệ môi trƣờng quốc gia vùng lãnh thổ b Mục tiêu cụ thể: ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 - Cung cấp thơng tin cho quyền, quan chức quy mô trƣợt đất phạm vi địa giới hành khu vực nghiên cứu, từ đƣa giải pháp phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại trƣợt đất gây ra, quy hoạch, phát triển, quản lý khai thác lãnh thổ theo hƣớng bền vững - Mặt khác, hệ thống quan trắc kiểm chứng lại kết đánh giá nguy trƣợt đất, điều chỉnh phƣơng pháp tính tốn, nhằm tăng tính xác việc dự báo nguy trƣợt đất c Nhiệm vụ - Triển khai quan trắc cách hệ thống theo mạng lƣới quan trắc để có đƣợc thơng tin đặc trƣng cho yếu tố có tỷ trọng cao tác động đến trình tai biến trƣợt đất nhƣ chế phát triển trình trƣợt đất - Phân tích cƣờng độ hoạt tính trƣợt đất khu vực nghiên cứu (quy mô, khối, thời điểm trƣợt,…) - Xây dựng kiểm tra dự báo định kỳ ngắn, dài hạn hoạt tính tai biến - Thành lập biến động theo chuỗi thời gian yếu tố biến động nhanh định đến hoạt tính q trình trƣợt đất(Lƣợng mƣa, mực nƣớc ngầm, độ ẩm,…) - Xác định quy luật biến đổi không gian tai biến yếu tố tác động - Hoàn thiện phát triển hệ thống quan trắc d Thông số quan trắc Đối với khu vực quan trắc, thông số quan trắc là: trạng phân bố khối trƣợt (số lƣợng khối trƣợt xuất mới, khối trƣợt hoạt hóa, khối trƣợt cũ giai đoạn quan trắc; đặc điểm khối trƣợt (diện tích, thể tích trƣợt) yếu tố điều kiện gây trƣợt chủ yếu (địa hình, địa mạo, cấu trúc địa chất, thành phần thạch học, chiều dày vỏ phong hóa, độ đốc, hƣớng dốc, phân cắt ngang, phân cắt sâu, đô cao, ); Các yếu tố tác động biến đổi nhanh: lƣợng mƣa; biến động cấu sử dụng đất; mực nƣớc ngầm; mức độ cắt xén taluy, Phƣơng pháp quan trắc thông qua giải đoán ảnh chụp máy bay, vệ tinh kết hợp kiểm chứng thực địa mặt đất Bản đồ thể với tỉ lệ 1/50.000 1/100.000 SƠ ĐỒ NGUYÊN TẮC VÀ TỔ CHỨC HỆ THỐNG QUAN TRẮC TRƢỢT ĐẤT Hình 1: Sơ đồ nguyên tắc tổ chức hệ thống quan trắc trượt đất ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 25 Tính xác dự báo nguy trƣợt đất theo phƣơng pháp số thống kê tích hợp đa biến phụ thuộc vào độ xác thực đồ trạng trƣợt đất, tính hợp lý phân chia lớp yếu tố, trạng liệu đầu vào yếu tố điều kiện nguyên nhân gây trƣợt kết dự báo nguy trƣợt đất cho khu vực nghiên cứu rộng tính xác dự báo giảm Do việc đánh giá nguy trƣợt đất sở ban đầu để xây dựng hệ thống quan trắc tai biến trƣợt đất nên tính xác thời gian, không gian yếu tố định Kết quan trắc liệu thực tiễn, thuyết phục để xác hóa lại kết đánh giá nguy trƣợt đất Toàn liệu quan trắc đƣợc tổng hợp, thống kê theo yếu tố, phân theo lớp Căn liệu thông số quan trắc đƣợc từ trƣờng, đồ trạng trƣợt đất đƣợc thiết lập lại Chồng chập đồ trạng trƣợt đất quan trắc đƣợc vào đồ phân bố cƣờng độ yếu tố ta đƣợc trọng số lớp yếu tố Tích hợp đồ phân bố trọng số theo lớp yếu tố, trọng số yếu tố để hiệu chỉnh đồ phân vùng nguy trƣợt đất Vị trí tuyến quan trắc, trạm quan trắc đƣợc điều chỉnh cho phù hợp với giá trị trọng số yếu tố đồ phân vùng nguy trƣợt đất Nhƣ vậy, liệu quan trắc thông số đƣợc đƣa vào tính tốn nhằm hiệu chỉnh lại trọng số yếu tố cho phù hợp với thực tế Quá trình liên tục đƣợc lặp lại cho kết phân vùng nguy trƣợt đất nhƣ việc xác định trọng số yếu tố cách xác Kết liệu quan trắc cho ta biết quan hệ hàm số cƣờng độ yếu tố tác động, đặc biệt yếu tố tác động biến đổi nhanh với hệ số ổn định trƣợt, từ đƣa cảnh báo tai biến trƣợt đất, giúp quyền địa phƣơng có biện pháp phòng tránh kịp thời nhằm giảm thiểu nguy thiệt hại Quy trình tổ chức hệ thống quan trắc tổng thể đƣợc thể hình 5.2 26 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ MẠNG LƢỚI QUAN TRẮC 4.1 Tuyến quan trắc - Nguyên tắc định hƣớng tuyến quan trắc điểm quan trắc tuyến phải theo hƣớng biến đổi mạnh yếu tố đặc trƣng, nằm khu vực có nguy tai biến trƣợt đất cao - Chiều dài tuyến, số điểm quan trắc tuyến, khối lƣợng quan trắc hệ thống quan trắc cần đƣợc tính toán tối ƣu tức cần thiết vừa đủ để nắm bắt đƣợc quy luật biến đổi thơng số cần quan trắc - Mạng lƣới quan trắc gồm nhiều tuyến quan trắc, tuyến quan trắc biến đổi nhiều yếu tố có vai trò định đến tai biến trƣợt đất thể quy mô, quy luật diễn biến trƣợt đất Mạng lƣới quan trắc hệ thống quan trắc cấp đƣợc tích hợp lớp tuyến hệ thống quan trắc cấp 2, 3, có quy mơ, đặc điểm khác nhau; đảm bảo tính đại diện, phân bố tập trung khu vực có nguy trƣợt đất cao quan trắc theo trình tự quy định để tuyến khơng ảnh hƣởng trùng lắp với tuyến khác - Tuyến khảo sát hệ thống quan trắc cấp 2, phải vuông góc với nằm đất đá, vng góc với trục ngắn thể địa chất, đới phá hủy kiến tạo, đới nứt nẻ, hƣớng biến đổi yếu tố phát sinh, phát triển trƣợt đất - Trong mơi trƣờng địa chất, thƣờng có hƣớng chính: hƣớng theo chiều sâu, hƣớng mặt phẳng, có hƣớng biến đổi mạnh hƣớng biến đổi Các điểm quan trắc đƣợc thiết kế thành tuyến theo hƣớng biến đổi mạnh trƣờng thông số đặc trƣng Theo hƣớng biến động mạnh nhất, cho phép phạm vi tuyến ngắn quan trắc đƣợc tồn phạm vi biến động tham số, xây dựng đầy đủ quan hệ liên quan ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 4.2 Các trạm quan trắc Số lƣợng trạm quan trắc đƣợc thiết kế tập trung nhiều khu vực có nguy tai biến trƣợt đất cao khu vực có nguy thấp Tại khu vực trƣợt đất phát triển mạnh, số liệu quan trắc, phản ánh thực mối quan hệ thông số gây trƣợt với phát triển tai biến trƣợt đất (số lƣợng, quy mơ, cƣờng độ ) Trên sở xác định vai trò yếu tố tổ hợp yếu tố phát sinh, phát triển tai biến phục vụ cho xây dựng mơ hình dự báo, cảnh báo tai biến trƣợt đất điều chỉnh mơ hình dự báo có cho phù hợp với thực tế Số lƣợng trạm quan trắc đảm bảo phân bố toàn khu vực nghiên cứu; nằm tuyến quan trắc; mật độ phân bố phù hợp với mật độ điểm trƣợt; tất phân lớp yếu tố điều kiện nguyên nhân có trạm quan trắc ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG QUAN TRẮC CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU 5.1 Mạng lƣới tuyến, trạm quan trắc Căn nguyên tắc thiết kế mạng lƣới quan trắc đồ phân vùng nguy trƣợt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang, mạng lƣới quan trắc đƣợc chia làm chia làm 12 tuyến, gồm tuyến theo hƣớng Tây Nam - Đông Bắc tuyến theo hƣớng Tây Bắc - Đông Nam Số lƣợng trạm quan trắc 86 trạm (bằng số phân lớp 11 yếu tố đƣợc phân chia thep phƣơng pháp Natural Break để đảm bảo phân lớp có 01 trạm quan trắc) Hình 2: Bản đồ phân bố tuyến trạm quan trắc ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 27 5.2 Nội dung khối lƣợng quan trắc 5.2.1.Quan trắc phân bố không gian khối trượt Các thông số quan trắc số lƣợng điểm trƣợt, khối trƣợt cũ hoạt động trở lại, khối trƣợt (03 thông số) Quan trắc theo diện thơng qua giải đốn ảnh vệ tinh để xác định yếu tố Kiểm chứng kết thông qua thị sát thực địa trạm quan trắc Số lƣợng thông số quan trắc Chu kỳ quan trắc q/01 lần vào mùa khơ 24h/01 lần vào mùa mƣa 5.2.2 Quan trắc đặc điểm khối trượt yếu tố điều kiện gây trượt chủ yếu - Quan trắc đặc điểm khối trƣợt: thể tích khối trƣợt Quan trắc thông qua đo vẽ khối trƣợt thực địa Số lƣợng thông số quan trắc 01 Số trạm quan trắc 86 Chu kỳ quan trắc 01 năm/01 lần đo vào tháng hàng năm - Quan trắc yếu tố điều kiện gây trƣợt: độ cao địa hình, phân cắt ngang, phân cắt sâu, độ dốc, hƣớng dốc, khoảng cách đến đứt gãy, khoảng cách đến đƣờng giao thông, thành phần thạch học, chiều dày vỏ phong hóa Quan trắc thơng qua giải đốn ảnh vệ tinh, đồ địa hình, địa chất, đo, vẽ, quan sát ghi chép trƣờng Số lƣợng thông số quan trắc 09 Số trạm quan trắc 86 Chu kỳ quan trắc năm/1 lần đo vào tháng 8, thời điểm năm có số lƣợng, quy mơ khối trƣợt hoạt động tăng mạnh 5.2.3 Quan trắc yếu tố tác động biến đổi nhanh (nguyên nhân gây trượt) Yếu tố tác động biến đổi nhanh phạm vi toàn khu vực nghiên cứu cần quan trắc lƣợng mƣa biến đổi cấu sử dụng đất a Quan trắc lượng mưa - Quan trắc theo diện thông qua việc khai thác liệu trạm quan trắc khí tƣợng có lân cận khu vực nghiên cứu, trạm Bắc Quang, Hồng Su Phì Bắc Mê - Quan trắc theo điểm thông qua thiết bị đo đặt trạm quan trắc, kết nối với hệ thống ghi truyền liệu tự động Chu kỳ quan trắc 24 giờ/1 lần vào mùa khô, 30 phút/1 lần đo vào mùa mƣa, số trạm quan trắc 13 (mỗi phân lớp yếu tố lƣợng mƣa có trạm quan trắc, 13 phân lớp – 13 trạm) b Quan trắc biến động cấu sử dụng đất - Quan trắc theo diện thông qua việc khai thác liệu ảnh vệ tinh - Quan trắc thực địa theo tuyến để kiểm chứng, chuẩn hóa lại kết liệu quan trắc ảnh vệ tinh cung cấp Thiết bị quan trắc UAV Chu kỳ quan trắc 01 tháng/01 lần, số lƣợng thông số quan trắc (diện tích đất: chƣa sử dụng, núi đá khơng có rừng cây, rừng trồng, rừng tự nhiên, trồng lâu năm, trồng lúa nƣớc, công trình) Bảng 1: Tổng hợp khối lƣợng quan trắc Chu kỳ quan trắc STT Thông số quan trắc I Phân bố không gian khối trƣợt Tổng số lƣợng khối trƣợt, vị trí 01 quý/ 01 lần khối trƣợt cũ hoạt động trở lại, vào mùa khơ vị trí khối trƣợt 24h/01 lần đo vào mùa mƣa 28 Số trạm, tuyến quan trắc Số thông số cần quan trắc 03 Ghi Phân tích ảnh chụp vệ tinh UAV, kết hợp kiểm chứng thực địa ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 STT Thông số quan trắc Số trạm, tuyến quan trắc Chu kỳ quan trắc Đặc điểm yếu tố điều kiện gây trƣợt thông số (độ cao địa hình, 01 năm/ 01 lần 66 trạm phân cắt ngang, phân cắt sâu, độ dốc, hƣớng dốc, khoảng cách đến đứt gãy, thành phần thạch học, chiều dày vỏ phong hóa, Khoảng cách đến đƣờng giao thơng) III Đặc điểm yếu tố tác động biến đổi nhanh (nguyên nhân gây trƣợt) Lƣợng mƣa 24 giờ/ 01 lần vào 13 trạm mùa khô 30 phút/ 01 lần vào mùa mƣa Số thông số cần quan trắc Ghi II Cơ cấu sử dụng đất 01 tháng/ 01 lần III Quan trắc đặc điểm khối trƣợt Thể tích khối trƣợt 01 năm/ 01 lần MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ QUAN TRẮC ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG 6.1 Quan trắc phân bố không gian khối trƣợt Phƣơng pháp kết hợp thu thập tài liệu, phân tích ảnh vệ tinh, lắp đặt thiết bị công nghệ đo ghi tự động khảo sát thực địa phƣơng pháp đƣợc nhiều nhà khoa học sử dụng Với phƣơng pháp hạn chế phƣơng pháp riêng lẻ đƣợc khắc phục tối ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 09 Số trạm quan trắc tổng số phân lớp yếu tố điều kiện gây trƣợt (theo phƣơng pháp Natural break) 01 Số trạm quan trắc lƣợng mƣa số phân lớp lƣợng mƣa (theo phƣơng pháp Natural break) Lập trạm quan trắc tƣơng ứng với phân lớp để kiểm chứng thực địa Phân tích ảnh chụp vệ tinh UAV 07 86 trạm 01 Số trạm quan trắc tổng số phân lớp yếu tố điều kiện, nguyên nhân (theo phƣơng pháp Natural break) đa Ngoài sản phẩm liệu thu đƣợc từ phƣơng pháp quan trắc phản ánh đƣợc đầy đủ trạng cƣờng độ tác động yếu tố định trƣợt đất, thay đổi chúng theo thời gian, mối quan hệ phụ thuộc yếu tố với yếu tố với đặc điểm trƣợt đất (mức độ dịch trƣợt, thể tích khối trƣợt, đặc điểm trƣợt, chế trƣợt, ) giúp việc đánh giá nguy trƣợt đất, công tác cảnh báo tai biến trƣợt đất đƣợc xác 29 Hiện số loại ảnh viễn thám có độ phân giải cao hay đƣợc sử dụng vào việc xác định vị trí khoảng khơng gian điểm trƣợt đất ảnh SPOT, IKONOS, QUICKBIRD, ASTER, LANDSAT TM, LANDSAT ETM, MERIS Để xác định trƣợt đất khu vực quan trắc với việc áp dụng kỹ thuật giao thoa radar In SAR, việc sử dụng ảnh SAR chụp kênh L đạt đƣợc kết tối ƣu Các ảnh đƣợc cung cấp từ đầu thu PALSAR2 (Phased arrays type L-band Synthetic Aperture rada) lắp đặt vệ tinh ALOS-2 (Advanced Land Observing Satellite2 or DAICHI-2) hãng JAXA (The Japan Aerospace Exploration Agency) Phiên nâng cấp từ đầu thu PALSAR – đầu thu kênh L bƣớc sóng 23,6m, lắp vệ tinh ALOS với quỹ đạo bay thời gian xác để theo dõi biến dạng chậm bề mặt trái đất ALOS đóng góp vào việc đo vẽ, quan sát khu vực, theo dõi tai biến trƣợt đất khảo sát tài nguyên từ phóng lên trời năm 2006 Q trình phân tích vị trí trƣợt đất khu vực nghiên cứu ảnh viễn thám song song tiến hành Với số liệu ảnh viễn thám đƣợc sử dụng ảnh vệ tinh với độ phân giải 3m đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 Bản đồ địa hình đƣợc số hóa với khoảng cách đƣờng đồng mức 10m Sau sở đồ địa hình đƣợc gán giá trị độ cao đƣờng đồng mức, thuật toán nội suy đƣợc sử dụng để nội suy tạo mơ hình số độ cao (DEM) khu vực nghiên cứu Để hiển thị phân tích ảnh hàng khơng nhƣ dƣới kính lập thể (Stereo), ảnh hàng không khu vực nghiên cứu đƣợc nắn chỉnh chồng chập lên DEM để tạo ảnh hàng không khu vực nghiên cứu giống nhƣ đƣợc quan sát không gian chiều Trên sở ảnh hàng không 3D tất vị trí trƣợt đất đƣợc đánh dấu thơng qua q trình phân tích, giải đốn ảnh hàng không mắt 30 thƣờng không gian chiều thơng qua yếu tố địa hình, dạng kiến trúc dòng chảy, xói mòn bề mặt, tơng ảnh, thảm phủ trạng sử dụng đất 6.2 Quan trắc đặc điểm khối trƣợt yếu tố điều kiện gây trƣợt chủ yếu Các yếu tố thể tích khối trƣợt (đặc điểm khối trƣợt), khoảng cách đến đƣờng giao thông, khoảng cách đến đứt gãy, độ cao địa hình, độ dốc, hƣớng dốc, phân cắt ngang, phân cắt sâu, thành phần thạch học, chiều dày vỏ phong hóa (các yếu tố điều kiện gây trƣợt chủ yếu) đƣợc quan trắc thơng qua giải đốn ảnh vệ tinh, đồ địa chất, địa hình tỷ lệ 1/50.000 khu vực nghiên cứu, đo thiết bị đo quan sát, ghi chép thực địa Tại điểm khảo sát, tiến hành định vị tọa độ địa lý điểm khảo sát độ cao địa hình thiết bị GPS Garmin 62 (độ xác ± 3m) GPS 72 (độ xác ± 5m) Đo thể tích khối trƣợt, chiều dày vỏ phong hóa xuất lộ mặt trƣợt ống ngắm đo khoảng cách Nikon Laser 550A S Khoảng cách đo tối đa 1000m góc đo tối đa 89o độ phóng đại lên tới lần Với chiều dài dƣới 30m dùng thƣớc dây để đo Quan trắc mái dốc, độ dốc, hƣơng dốc địa bàn máy đo Nikon Laser 550A S Quan trắc mức độ phân cắt ngang, phân cắt sâu, khoảng cách đến đứt gãy, đến đƣờng giao thông giải đoán ảnh vệ tinh độ phân giải cao, đồ địa hình tỷ lệ 1/50.000 kết hợp máy đo Nikon Laser 550A S Quan trắc chiều dày vỏ phong hóa thơng qua giải đốn đồ địa chất tỷ lệ 1/50.000 Mô tả thành phần vật chất khối trƣợt, đặc điểm, chế trƣợt đất thực tế kết hợp vấn ngƣời dân để biết thêm thông tin xung quanh khối trƣợt, đƣa bảng thông tin khối trƣợt lân cận khu vực quan trắc Nhận định khối trƣợt theo bảng phân loại trƣợt đất Lomtazde (1979) để xếp loại phân cấp khối trƣợt ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 6.3 Hệ thống quan trắc tự động thiết bị điều khiển - liên lạc từ xa Hệ thống quan trắc tự động bao gồm cấu phần thiết bị sau đây: Các cảm biến ghi đo thông số dịch trƣợt yếu tố tác động phạm vi mái dốc cần quan trắc Một ghi đo tự động đặt trƣờng để ghi đo cảm biến theo chƣơng trình định sẵn Bộ ghi đo có khả liên lạc, giao tiếp với máy tính PC trực tiếp quan trắc từ xa Bộ ghi đo tự động có chứa nguồn điện phục vụ cho việc kích hoạt cảm biến ghi đo lƣu trữ, truyền số liệu Ngoài ghi đo tự đơng cần có khả kích hoạt thiết bị báo động (hoặc nhiều) thông số đo đƣợc vƣợt ngƣỡng an tồn theo tính tốn Một máy tính PC với phần mềm quản lý để điều khiển ghi đo tự động, thu số liệu, tính tốn hiển thị số liệu từ trƣờng Liên lạc máy tính ghi đo trƣờng đƣợc thực qua đƣờng truyền vơ tuyến (sóng radio, mạng điện thoại di dộng, điện thoại vệ tinh) hữu tuyến (liên lạc trực tiếp qua cáp máy tính trƣờng, môđem điện thoại, mô-đem hữu tuyến đƣờng ngắn) Việc đo ghi đo tự động đƣợc thực thiết bị CR1000 thiết bị ngoại vi hãng Campbell Scientific Inc chế tạo Mỹ Đây thiết bị tích hợp mơ-đun đo với độ xác cao cảm biến hoạt động theo nguyên lý điện - dòng điện - xung điện - tần số (thông qua adaptor dây rung)- nhiệt độ… vi xử lý để điều khiển việc ghi đo lƣu số liệu từ cảm biến Bộ ghi đo vi xử lý CR1000 tƣơng thích với hầu hết thiết bị quan trắc địa kỹ thuật, thủy văn, môi trƣờng có giới Hệ thống ghi đo tự động ghi đo quản lý thêm loạt cảm biến khác nhƣ: áp suất khí quyển, nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, số nắng ngày, xạ mặt trời, độ bay bề mặt, tốc độ gió, ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 hƣớng gió, nhiệt đô - độ ẩm đất, độ đục dòng chảy, chuyển vị kế, giãn kế, ten-sơ đo ứng suất, áp lực đất… tổng số cảm biến mà ghi đo tự động CR1000 quản lý lên đến 96 với trợ giúp bảng mở rộng kênh đo 16/32 kênh 6.4 Quan trắc yếu tố tác động, biến đổi nhanh Các yếu tố tác động, biến đổi nhanh phạm vi rộng lớn tồn khu vực nghiên cứu Vì vậy, phƣơng pháp quan trắc chủ yếu thông qua đo vẽ, giải đoán ảnh viễn thám kết hợp với việc sử dụng thiết bị quan trắc mặt đất 6.4.1 Thiết bị đo lƣợng mƣa Tại trạm quan trắc, máy đo mƣa đƣợc lắp đặt hệ thống ghi đo tự động mô-đem điện thoại kết nối máy tính PC đặt từ xa với hệ thống ghi đo tự động Máy đo mƣa TE525 MM hãng Texas Electronics chế tao Mỹ loại máy đo mƣa hoạt động theo nguyên lý cốc lật điện từ Nƣớc mƣa đƣợc hứng qua phễu có đƣờng kính 25.4 mm xuống cốc chứa đƣợc hiệu chuẩn tƣơng ứng với lƣợng mƣa 0.1 mm Khi nƣớc mƣa đƣợc hứng qua phễu chảy xuống đầy cốc, cốc lật, làm bật công tắc điện từ, gây xung điện, xung điện đƣợc ghi đo máy ghi đo tự động 6.4.2 Thiết bị đo thay đổi cấu sử dụng đất Việc kết hợp ảnh vệ tinh độ phân giải cao với công nghệ laser scanner tăng độ phân giải khơng gian thời gian ảnh chụp bề mặt khu vực nghiên cứu Cơng nghệ có tính linh hoạt cao, tốc độ thu thập xử lý số liệu nhanh chóng so với phƣơng pháp viễn thám truyền thống Với công nghệ này, tốc độ dịch chuyển bề mặt đƣợc xác định sở so sánh số liệu mơ hình số bề mặt đƣợc xác định từ ảnh chụp ghi nhận thời điểm khác Các cơng tác tiến hành tự động thủ công Công nghệ sử dụng UAV (Thiết bị bay chụp điều khiển từ xa) cho phép phân tích chi tiết hình ảnh bề mặt phạm 31 vi vùng nghiên cứu nhỏ (cấp xã,thị trấn) cho ta biết đặc điểm đất loại đất diện tích loại đất, từ tích hợp hình ảnh cho phép thành lập đồ trạng cấu sử dụng đất phạm vi toàn khu vực nghiên cứu ĐỊNH HƢỚNG CÁC MƠ HÌNH CẢNH BÁO TRƢỢT ĐẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU TỪ DỮ LIỆU QUAN TRẮC 7.1 Điều chỉnh trọng số mơ hình số thống kê tích hợp đa biến Để tính tốn định lƣợng trọng số yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt, luận án sử dụng công thức kết nghiên cứu Trung tâm Nghiên cứu đô thị - Đại học Quốc gia Hà Nội, cụ thể (1) n: Số lƣợng yếu tố gây trƣợt đất khu vực nghiên cứu MaxDij: Mật độ trƣợt lớn phân lớp i yếu tố j Hệ thống quan trắc cung cấp liệu quan trắc thay đổi theo chu kỳ quan trắc Đối với liệu thuộc 01 chu kỳ quan trắc có đƣợc 01 giá trị Wj Tùy kết quan trắc thực tế, giá trị trọng số yếu tố thay đổi dẫn đến việc điều chỉnh mạng lƣới quan trắc cho phù hợp, cụ thể: phân bố lại tuyến quan trắc cho phù hợp với đồ phân vùng cƣờng độ tác động yếu tố chiếm tỷ trọng lớn, phân bố lại trạm quan trắc cho phù hợp với đồ phân vùng nguy trƣợt đất đƣợc xác định lại sau sử dụng kết liệu quan trắc 7.2 Sử dụng mơ hình định lƣợng tiêu tích hợp yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt đất để dự báo phân vùng nguy trƣợt đất Khu vực nghiên cứu đƣợc chia làm lƣới sở với kích thƣớc 20x20m (01 pixel) Chỉ tiêu tích hợp yếu tố phát sinh, phát triển trƣợt đất đƣợc tính tốn cho tất lƣới 32 sở mạng tính tốn, sau xây dựng mơ hình trƣờng biến đổi dƣới dạng đƣờng đẳng trị tiêu tích hợp Đó sở để tiến hành phân vùng lãnh thổ khả phát triển trƣợt đất Chỉ tiêu tích hợp yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt đất trƣợt đất đƣợc tính tốn theo cơng thức sau: (2) Trong đó: gi tỷ trọng yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt đất thứ i, tham số định lƣợng yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt đất thứ i đƣợc quan trắc Tỷ trọng (gi) yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt đất đƣợc xác định sở mối tƣơng quan yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt vói với đặc điểm trƣợt đất khu vực nghiên cứu (thông qua liệu quan trắc) Tham số định lƣợng yếu tố ( ), đƣợc điều chỉnh thông qua liệu quan trắc cƣờng độ tác động yếu tố điều kiện, nguyên nhân gây trƣợt Nhƣ vậy, dựa vào liệu quan trắc ta xây dựng đồ dự báo nguy trƣợt đất dƣới dạng đƣờng đẳng trị tiêu tích hợp 7.3 Cảnh báo nhanh quy mơ, cƣờng độ (thể tích) khối trƣợt xuất thơng qua quan trắc yếu tố gây trƣợt chủ yếu hàm hồi quy Xây dựng hàm hồi quy liên hệ thể tích khối trƣợt với yếu tố gây trƣợt chủ yếu Xác định yếu tố gây trƣợt chủ yếu dựa việc xác định định lƣợng tỷ trọng tham gia yếu tố gây trƣợt sở thống kê số liệu đo vẽ thể tích khối trƣợt yếu tố gây trƣợt tƣơng ứng - Tính tốn hệ số tƣơng quan cặp đơi tất yếu tố gây trƣợt đƣợc xem xét (r ij) yếu tố gây trƣợt với thể tích khối trƣợt, xây dựng ma trận chúng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 r21 r31 …… rp1 r12 r32……… rp ∆ = r13 … ……………… r1p r2p………… r23 1……… rp - Lập hệ phƣơng trình: r1 y 1 r21 p rp1 r2 y 1r12 p rp … … rpy 1r1 p r2 p p - Tính tốn hệ số tiêu chuẩn βi Với i i , Hệ số i đƣợc xác định từ ma trận cách thay cột tƣơng ứng i hệ số tự phƣơng trình rij hệ số tƣơng quan yếu tố điều kiện tai biến thứ i j, riy hệ số tƣơng quan yếu tố điều kiện thứ i hàm mục tiêu FTB (thể tích khối trƣợt) - Tính tốn hệ số tƣơng quan nhiều chiều R p R = i ryi (3) i 1 Hệ số tƣơng quan nhiều chiều cho phép xem xét tham số phát triển tai biến tham gia phân vùng có hợp lý hay khơng Thực tế hệ số tƣơng quan nhiều chiều R >0.7 tham số lựa chon đủ, hệ số tƣơng quan nhiều chiều nhỏ chắn việc xác định tham số phát triển tai biến thiếu số tham số quan trọng - Tính tốn tỷ trọng tham số phát triển tai biến theo công thức sau: i riy (4) gi p i riy i 1 Mức độ quan trọng yếu tố xác định theo tỷ trọng chúng, tỷ trọng lớn, yếu tố quan trọng Phụ thuộc vào giá trị tỷ ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 trọng yếu tố gây trƣợt đƣợc tính tốn khu vực nghiên cứu, xây dựng hàm hồi quy liên hệ thể tích khối trƣợt yếu tố chiếm tỷ trọng lớn Hàm hồi quy đƣa số liệu cảnh báo nhanh quy mơ thể tích khối trƣợt xuất theo yếu tố chiếm tỷ trọng gây trƣợt lớn 7.4 Mơ hình cảnh báo, dự báo ngƣỡng phát triển trƣợt đất theo yếu tố có tỷ trọng gây trƣợt lớn, biến đổi nhanh hàm hồi quy Căn bảng trọng số yếu tố định trƣợt đất lựa chọn yếu tố chiếm tỷ trọng gây trƣợt lớn biến động nhanh thất thƣờng qua năm có tác động trực tiếp đến tai biến trƣợt đất khu vực nghiên cứu Mơ hình cảnh báo nhanh tai biến trƣợt đất đƣợc xây dựng số liệu quan trắc biến đổi yếu tố theo thời gian tần suất xuất trƣợt đất khu vực nghiên cứu Đồ thị phân tán tần suất xuất khối trƣợt biến đổi yếu tố quan trắc cho ta phƣơng trình hồi quy tuyến tính Phƣơng trình đƣợc sử dụng để cảnh báo ngƣỡng giá trị cƣờng độ tác động yếu tố gây trƣợt cho khu vực ngƣỡng biến đổi gây trƣợt ạt, quy mơ lớn tồn khu vực nghiên cứu Từ đó, đƣa khuyến cáo để quyền địa phƣơng có giải pháp chủ động ứng phó, giảm thiểu thiệt hại trƣợt đất gây KẾT LUẬN Trên sở nghiên cứu luận chứng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất cho cấp khu vực rút số kết luận sau: Hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất khu vực đƣợc luận chứng sở đồ dự báo nguy trƣợt đất khu vực Tây Nam tỉnh Hà Giang đồ thành phần phân bố cƣờng độ tác động yếu tố phát sinh, phát triển trƣợt đất, bao gồm: 12 33 tuyến 30 trạm quan trắc; 13 yếu tố cần quan trắc (09 yếu tố điều kiện, 02 yếu tố nguyên nhân biến đổi nhanh, 02 yếu tố đặc điểm khối trƣợt) Hệ thống quan trắc bao gồm 03 hệ thống quan trắc thành phần: - Hệ thống quan trắc phân bố không gian khối trƣợt toàn khu vực nghiên cứu: Phục vụ xây dựng đồ trạng trƣợt đất - Hệ thống quan trắc đo vẽ đặc điểm khối trƣợt yếu tố điều kiện chủ yếu: Phục vụ thống kê xác định quan hệ trạng đặc điểm trƣợt đất với yếu tố điều kiện gây trƣợt làm sở xác định trọng số yếu tố - Hệ thống quan trắc yếu tố tác động biến đổi nhanh (nguyên nhân gây trƣợt): Phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất Dữ liệu thu đƣợc thông qua hệ thống quan trắc đƣợc sử dụng để phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất khu vực nghiên cứu thơng qua mơ hình cảnh báo sau: - Điều chỉnh trọng số yếu tố điều kiện, ngun nhân gây trƣợt mơ hình số thống kê tích hợp đa biến - Sử dụng mơ hình định lƣợng tiêu tích hợp yếu tố điều kiện nguyên nhân gây trƣợt để dự báo phân vùng nguy trƣợt đất khu vực nghiên cứu - Cảnh báo nhanh quy mơ, cƣờng độ thể tích khối trƣợt xuất thơng qua quan trắc yếu tố gây trƣợt chủ yếu; - Cảnh báo, dự báo ngƣỡng phát triển tai biến trƣợt đất toàn khu vực nghiên cứu theo yếu tố có tỷ trọng gây trƣợt lớn, biến đổi nhanh Luận chứng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất khu vực nghiên cứu, làm sở để quyền tỉnh Hà Giang triển khai đề án thực tiễn xây dựng hệ thống quan trắc cung cấp liệu phục vụ quy hoạch, khai thác bền vững lãnh thổ đề xuất giải pháp giảm thiểu thiệt hại trƣợt đất gây 34 phạm vi khu vực TÀI LIỆU THAM KHẢO Cơng ty tƣ vấn lập Xí nghiệp Xây dựng Chuyển giao Công nghệ Môi trƣờng (2013), Báo cáo điều tra, đánh giá mức độ tác động biến đổi khí hậu đến lũ quét, lũ ống, trƣợt, sạt lở đất địa bàn huyện Yên Minh, Hoàng Su Phì, Xín Mần, Quang Bình-tỉnh Hà Giang xây dựng biện pháp ứng phó với biến đổi khí hậu Lomtadze V D (1979), Địa chất cơng trình, địa chất động lực cơng trình, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, HN (Bản dịch tiếng Việt) Lê Quốc Hùng (2014), Điều tra, đánh giá phân vùng cảnh báo nguy trƣợt lở đất đá vùng miền núi Việt Nam, Viện Khoa học Địa chất & Khoáng sản Trần Mạnh Liểu (2013), Một vài phƣơng pháp đánh giá định tính định lƣợng vai trò yếu tố hình thành phát triển tai biến địa chất, Trung tâm Nghiên cứu đô thị ĐHQGHN, HN Nguyễn Trọng Yêm (2011), Những đặc điểm, ngun nhân T-L, LQ-LBĐ n Minh, Hồng Su Phì, Xín Mần, đề xuất giải pháp phòng chống thích hợp cho địa phƣơng, Đề tài NCKH cấp Bộ KC.08.01 & KC.08.01BS Viện Địa chất, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam, Hà Nội Voogd H (1983), Multicriteria Evaluation for Urban and Regional Planning, University of Groningen, The Netherlands Lomtadze V.D (1977), Engineering Geology Engineering Geodynamic, Nedra Publishing house,Leningrad, p.495 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 Người phản biện: TS NGUYỄN QUỐC THÀNH ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 35 ... vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất cho cấp khu vực rút số kết luận sau: Hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất khu vực đƣợc luận chứng sở đồ dự báo nguy trƣợt đất khu vực Tây Nam tỉnh. .. Hệ thống quan trắc yếu tố tác động biến đổi nhanh (nguyên nhân gây trƣợt): Phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất Dữ liệu thu đƣợc thông qua hệ thống quan trắc đƣợc sử dụng để phục vụ cảnh báo tai. .. phát triển tai biến trƣợt đất toàn khu vực nghiên cứu theo yếu tố có tỷ trọng gây trƣợt lớn, biến đổi nhanh Luận chứng hệ thống quan trắc phục vụ cảnh báo tai biến trƣợt đất khu vực nghiên cứu,