Phân tích tương quan giữa trượt lở đất và lượng mưa khu vực mai châu hòa bình

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 51-63 Phân tích tương quan trượt lở đất lượng mưa khu vực Mai Châu - Hịa Bình Mai Thành Tân*, Ngơ Văn Liêm, Đồn Anh Tuấn, Nguyễn Việt Tiến Viện Địa chất, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam 84 Chùa Láng, Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 02 tháng năm 2015 Chỉnh sửa ngày 30 tháng năm 2015; Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 11 năm 2015 Tóm tắt: Trượt lở đất khu vực huyện Mai Châu - tỉnh Hịa Bình đánh giá sở phân tích lượng mưa 25 năm (1990-2014) trạm Mai Châu số liệu điều tra thống kê trượt lở đất khu vực Phân tích đồ thị quan hệ tập hợp số liệu mưa có khơng xảy trượt lở đất mưa ngày mưa ngày, ngày, ngày, 10 ngày 15 ngày trước cho thấy trượt lở đất đánh giá theo quan hệ ngưỡng mưa ngày (P) lượng mưa 10 ngày trước (P10), thể biểu thức: P = 128,41-0,076P10 Xác suất trượt lở đất theo thời gian đánh giá theo phân phối Poisson 66%; 96,1% 99,5% chu kỳ lặp tương ứng năm, năm năm Từ khoá: Trượt lở đất, ngưỡng mưa, phân phối Poisson, Mai Châu Mở đầu∗ hóa đá cát bột kết, phiến sét phiến sét vôi Tai biến trượt lở gây thiệt hại người cho Mai Châu mà ảnh hưởng nghiêm trọng tới hoạt động giao thương, hoạt động kinh tế cho toàn vùng Tây Bắc nói chung Gần nhất, vụ trượt đất liên tiếp xảy ngày 16/02/2012 Km 138+500 ngày 22/03/2012, Km 138+700 quốc lộ làm người chết ách tắc giao thông nhiều ngày Vì vậy, nghiên cứu trượt lở đất để đưa giải pháp phòng tránh việc làm cấp thiết khu vực Hịa Bình tỉnh miền núi Tây Bắc Việt Nam Nơi có cấu trúc địa chất phức tạp, địa hình phân cắt mạnh với nhiều đới phá hủy kiến tạo đứt gãy hoạt động, đặc thù khí hậu điều kiện tự nhiên khác nên thường xảy nhiều tai biến trượt lở đất, nứt - sụt đất, lũ quét, lũ bùn đá Huyện miền núi Mai Châu phía tây tỉnh Hồ Bình nơi hay xảy trượt lở đất tỉnh, đặc biệt xã Phúc Sạn, Đồng Bảng, Tòng Đậu, Pù Bin, Noọng Luông, Cun Pheo Trượt lở lớn chủ yếu phát triển dọc theo đường quốc lộ, sườn thung lũng, vỏ phong Nghiên cứu trượt lở đất có nhiều cách tiếp cận khác Đối với khu vực Mai Châu Hịa Bình có nghiên cứu theo hướng tiếp cận đánh giá trượt lở đất sở tổng hợp theo yếu tố gây trượt (Nguyễn Ngọc _ ∗ Tác giả liên hệ ĐT: 84-912342465 Email: maithanh_tan@yahoo.com 51 52 M.T Tân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 51-63 Thạch nnk, 2002 [1]; Đinh Văn Toàn nnk, 2006 [2]; Vũ Văn Chinh nnk, 2011 [3]) Cách làm mang tính tổng hợp, địi hỏi đánh giá toàn diện nhiều yếu tố, kết thường đồ cho lãnh thổ tương đối rộng, phục vụ cho công tác quy hoạch chung lãnh thổ Một cách tiếp cận khác hay sử dụng đánh giá độ ổn định sườn dựa thơng số địa chất cơng trình đất đá Các làm thường tốn áp dụng tốt cho việc xử lý khối trượt cụ thể Hai cách tiếp cận hạn chế xác định, dự báo ngưỡng mưa xác suất gây trượt lở đất theo thời gian.Trong viết này, đánh giá trượt lở đất dựa phân tích mối quan hệ với lượng mưa Cách đánh giá cho phép xác định ngưỡng mưa xác suất gây trượt lở đất theo thời gian vị trí trượt phạm vi lãnh thổ quanh khu vực có trạm đo mưa Tổng quan vấn đề phương pháp nghiên cứu Mưa động đất yếu tố tự nhiên quan trọng gây phát động trượt đất Phần lớn trận trượt đất giới kích hoạt mưa lớn hay mưa kéo dài Mưa làm tăng áp lực nước lỗ rỗng đất, làm giảm sức kháng cắt vật liệu, sườn dốc ổn định, xảy trượt đất Quan hệ trượt đất với mưa cường độ lẫn thời gian mưa nhiều tác giả quan tâm Larsen Simon (1993) [4] nghiên cứu Puerto Rico thấy mưa bão với tổng lượng 100 mm - 200 mm, cường độ khoảng 14 mm/h kéo dài vài cường độ - mm/h khoảng 100 gây trượt đất Ở Jamaica, Rafi Ahmad [5] thấy mưa thời gian ngắn, khoảng đồng hồ với cường độ 36 mm/h gây trượt đất Mặt khác mưa với cường độ thấp khoảng 3mm/h thời gian dài đến khoảng 100 đủ để gây trượt đất Corominas Moya (1999) [6] nhận vùng thượng lưu sông Llobregat, khu vực Đông Pyrenees tồn ngưỡng mưa gây trượt đất lũ bùn đá trầm tích trọng tích vỏ phong hóa Trong trường hợp trước khơng có mưa ngưỡng mưa khoảng 190 mm/24h bắt đầu phát động tượng ngưỡng 300 mm 24h - 48h trượt đất phát triển rộng rãi Trong trường hợp trước có mưa, cường độ mưa vừa phải, 40 mm/24h làm kích hoạt trượt đất bùn thành tạo sét, sét bột Cũng trường hợp mưa vài tuần với tổng lượng 200 mm đủ để phát động trượt đất Tiếp cận tương tự Hồng Kông, Brand nnk (1984) [7] cho lượng mưa 24h trước trượt đất mà vượt 200 mm ngưỡng mưa gây trượt đất lớn khoảng 70 mm/h Ở dạng tổng quát, Caine (1980) [8] nghiên cứu 73 trận mưa dẫn đến trượt đất nông lũ bùn đá giới đưa ngưỡng cường độ mưa I (mm/h) thời gian mưa D (h) liên hệ với qua công thức: I = 14,82 D- 0,39 Cơng thức thay đổi khu vực có lượng mưa trung bình năm cao cách bổ sung thêm tỷ lệ mưa kiện trượt đất với lượng mưa trung bình năm Một cách tiếp cận khác, Chleborad nnk (2006) [9] nghiên cứu vùng Seatle (Washington) xác định ngưỡng mưa gây trượt đất theo tiêu: lượng mưa ngày cuối trước trượt lở đất (P3) lượng mưa 15 ngày trước ngày cuối (P15) thể công thức: P3 = 3,5 - 0,67P15, lượng mưa có đơn vị inch (Lê Đức An, 2010 [10]) Tương tự vậy, số tác giả khác dùng tiêu lượng mưa để xác định ngưỡng gây trượt đất như: lượng mưa ngày (Dahal Hasegawa 2008[11]), lượng mưa trước xảy trượt đất (Glade., 2000 [12]), lượng mưa tích lũy (Polemio Sdao., 1999 [13]), lượng mưa tới hạn chuẩn hóa (Aleotti.,2004 [14]) M.T Tân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 51-63 Ở Việt Nam, Lê Đức An (2010) [10] phân biệt lượng mưa cường độ mưa gây trượt lở đất thành pha: pha pha chuẩn bị với trận mưa nối tiếp kéo dài nhiều ngày làm tăng độ ẩm đất, làm giảm độ gắn kết vật liệu giảm độ ổn định sườn; pha pha tác động thường với trận mưa lớn bất thường, trực tiếp gây tai biến Các ngưỡng mưa theo lượng mưa pha chuẩn bị Ppr (mm) pha tác động Pef (mm), cườngđộ mưa pha chuẩn bị Ipr (mm/h) pha tác động Ief (mm/h) khu vực thành phố Hà Giang phụ cận Lê Đức An (2010) [10] xác định thể qua biểu thức sau: Pef = -0,335Ppr + 210,371; I ef = -3,016Ipr + 8,328 Dieu Tien Bui nnk (2013) [15] sử dụng lượng mưa 15 ngày trước ngày xảy trượt đất, R15Ad (mm), để xác định ngưỡng mưa gây trượt đất (RTh) cách tổng qt cho tồn tỉnh Hịa Bình: RTh = 128,5 - 0,164 R15Ad Ngưỡng xác định chung cho tồn tỉnh Hịa Bình dựa vào số liệu 12 trạm đo mưa địa bàn tỉnh Điều đáng lưu ý, Hịa Bình khu vực có địa hình tương đối phức tạp kéo theo phức tạp mưa phân bố theo không gian nên ngưỡng mưa đưa mang tính tương đối Vì vậy, vùng cụ thể cần phải có tính tốn phù hợp dựa vào số liệu đo mưa khu vực Đánh giá xác suất xảy trượt lở đất theo thời gian theo số liệu mưa dựa giả thiết: xác suất xuất trượt lở đất có liên quan đến xác suất xuất ngưỡng mưa (Jaiswal Van Westen, 2009 [16]); hoạt động trượt lở đất không xảy có xảy lượng mưa nằm ngưỡng mưa (Chleborad nnk, 2006 [9]) Đánh giá xác suất trượt lở đất theo thời gian thường dựa vào hai phân phối xác suất: phân phối nhị thức phân phối Poisson (Crovelli., 53 2000 [17]; Corominas Moya, 2008 [18]) Mơ hình theo phân phối nhị thức mơ hình thời gian rời rạc có xuất điểm kiện ngẫu nhiên (trượt đất); nghĩa thời gian chia thành đoạn rời rạc có độ dài mà đoạn điểm kiện (trượt đất) có khơng có Mơ hình theo phân phối Poisson mơ hình thời gian liên tục có xuất điểm kiện ngẫu nhiên (trượt đất) thời gian cách thơng thường, tự nhiên liên tục Mơ hình Poisson thường sử dụng kiện điểm ngẫu nhiên kịp thời sử dụng để mô hình hóa xuất động đất So sánh hai mơ hình nhị thức Poisson cho thấy phân phối Poisson giới hạn phân phối nhị thức mà số gia thời gian nhỏ (tiến tới 0) (Corominas Moya., 2008 [7]), hay mơ hình nhị thức phép xấp xỉ mơ hình Poisson (Crovelli, 2000 [8]) Vì vậy, mơ hình Poisson lựa chọn để đánh giá xác suất xảy trượt đất theo thời gian khu vực huyện Mai Châu Nghiên cứu tương quan trượt đất lượng mưa khu vực Mai Châu - Hịa Bình tập trung vào vấn đề chính: xác định ngưỡng mưa gây trượt đất xác định xác suất xảy trượt đất theo thời gian Ngưỡng mưa gây trượt lở đất xác lập dựa sở quan hệ lượng mưa đo tượng trượt đất xảy khu vực nghiên cứu, sử dụng tiêu chí lượng mưa ngày, lượng mưa ngày, ngày, ngày, 10 ngày 15 ngày trước Xác suất xảy trượt đất theo thời gian xác định theo mơ hình phân phối Poisson với giả thiết: - Số kiện (trượt đất) xảy thời gian tách rời độc lập - Xác suất kiện xảy khoảng thời gian ngắn tỷ lệ với độ dài khoảng thời gian Xác suất nhiều kiện khoảng thời gian ngắn không đáng kể 54 M.T Tân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 51-63 - Phân bố xác suất số lượng kiện giống thời đoạn độ dài cố định Đặc điểm khí hậu tình hình trượt đất Mai Châu Theo phân phối Poisson, xác suất n trận trượt đất khoảng thời gian t sau: Ở vị trí cửa ngõ vùng Tây Bắc, khí hậu Mai Châu chịu ảnh hưởng rõ rệt chế độ gió mùa Tây Bắc, mang sắc thái riêng khí hậu nhiệt đới núi cao Nhiệt độ trung bình năm vào khoảng 23°C song có chênh lệch lớn mùa năm Trong tháng nóng nhất, từ tháng đến tháng 8, nhiệt độ trung bình tháng từ 27°C trở lên Tháng 12, tháng lạnh với nhiệt độ trung bình tháng 18°C, lạnh tháng tháng 12 với nhiệt độ trung bình tháng tương ứng 16,3°C 17,3°C Bức xạ vùng tương đối thấp, số nắng ngày vào mùa hè 5-6 giờ, mùa đơng 3-4 giờ, tính trung bình năm đạt 4,3 P {N(t) = n} = e −λt (λt)n n! n = 0, 1, 2, Xác suất xảy một trận trượt đất khoảng thời gian t, tính theo phân phối Poisson là: t P {N(t) ≥ 1} = − e −λt = − e µ Trong hai công thức trên, λ tỷ suất xảy trượt đất, µ = 1/λ khoảng tái xuất trung bình tức khoảng thời gian trung bình trận trượt đất Trong mơ hình phân phối Poisson, tỷ suất xảy trượt đất λ ước lượng hợp lý cực đại dựa sở số lượng trượt đất quan trắc N(t*) thời gian cố định t* thể R theo công thức: R= N(t * ) t* Do ước lượng µ = 1/λ thể M là: M= t* N (t*) Nguồn số liệu sử dụng phân tích bao gồm: - Số liệu mưa ngày trạm đo mưa Mai Châu thời gian 25 năm từ 01/01/1990 đến 31/12/2014 - Số liệu thống kê trận trượt đất huyện Mai Châu khoảng thời gian 1990 đến 2014 - Các số liệu mưa ngày trạm Mộc Châu Hịa Bình thời gian từ 01/02/2012 đến 31/3/2012 Đây khoảng thời gian có xảy hai vụ trượt đất gần Theo kết quan trắc trạm Mai Châu thời gian 25 năm (từ 1990 đến 2014), tính trung bình năm, lượng mưa đạt 1700 mm với 122 ngày mưa Lượng mưa năm thuộc loại trung bình so với nước, song có thay đổi lớn năm Có năm lượng mưa tới 2000 mm năm 1990, 1994, 1996, 2001 2008 lớn năm 1996 với lượng mưa lên tới 2581 mm; ngược lại có năm lượng mưa đạt 1100 - 1200 mm năm 1991 (1143 mm), năm 1998 (1120 mm) Lượng mưa năm phân bố không chia thành mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng đến tháng 10 mùa khơ từ tháng 11 đến tháng (Hình 1.) Mùa mưa chiếm 88% tổng lượng mưa năm, lượng mưa trung bình tháng thời kỳ vượt 100mm, mưa nhiều vào tháng 7, 9, lượng mưa cao tháng với giá trị vượt 300 mm Các tháng mùa khô chiếm 12% tổng lượng mưa năm Ngoại trừ tháng có tính chất giao mùa, tháng cịn lại thời kỳ có lượng mưa trung bình 40 mm Lượng mưa tháng từ tháng 12 đến tháng thấp, 20 mm đặc biệt tháng lượng mưa tháng đạt 9mm M.T Tân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 51-63 55 Hình Biểu đồ phân bố lượng mưa trung bình theo tháng năm (Theo số liệu quan trắc trạm Mai Châu, thời kỳ 1990 - 2014) Độ ẩm không khí tương đối trung bình tháng năm tương đối cao, tính trung bình 82%, dao động theo mùa song không nhiều khoảng từ 79% tháng 2,3 đến 86% vào tháng Thời kỳ mưa nhiều thời kỳ chịu ảnh hưởng mạnh bão lốc gió Lào khơ nóng gió nam ẩm ướt có cường độ tương đối mạnh Thời kỳ mưa, khí hậu khơ hanh, độ ẩm xuống thấp, có ngày có sương muối, sương mù mưa phùn giá rét, hướng gió thịnh hành gió mùa Đơng Bắc Thiên tai xảy khu vực huyện Mai Châuliên quan tới yếu tố khí tượng như: hạn hán, dơng bão, lốc xốy, mưa đá, sương muối,… nguy hiểm tai biến trượt lở đất có liên quan đến yếu tố khí tượng kết hợp với yếu tố khác Về trượt đất, theo tài liệu thu thập địa bàn huyện Mai Châu có 10 vụ trượt đất tương đối lớn xảy thời gian từ năm 1996 -2012 (Bảng 1) Ngoại trừ vụ gần vào năm 2012, phần lớn vụ trượt đất xảy vào mùa mưa, từ tháng đến tháng 10, năm mưa nhiều, tổng lượng mưa cao Như thấy mưa có vai trị lớn q trình hình thành phát triển trượt đất Bảng Thống kê trượt đất khu vực huyện Mai Châu STT 10 Ngày xảy trượt đất 24/07/1996 15/08/1996 13/09/1996 27/09/2005 05/10/2007 31/10/2008 18/07/2010 28/08/2010 16/02/2012 22/03/2012 Khu vực bị tác động Pù Bin, Phúc Sạn, Tân Mai Phúc Sạn, Đồng Bảng, Tòng Đậu Pù Bin, Phúc Sạn Thung Khe, Mai Châu Pu Pin, Phúc Sạn, Tòng Đậu Phúc Sạn, Tân Mai, Đồng Bảng Phúc Sạn, Tân Mai, Mai Châu TL432, Phúc Sạn, Tân Mai Trượt đất quốc lộ 6, Đồng Bảng Trượt đất quốc lộ 6, Đồng Bảng 56 M.T Tân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 51-63 Trong số đáng ý trận trượt đất ngày 5/10/2007 có ảnh hưởng nặng nề để lại nhiều dấu ấn khu vực nghiên cứu Trận trượt đất ảnh hưởng bão số (bão Lekima) đổ vào Việt Nam khu vực giáp ranh Quảng Bình Hà Tĩnh ngày 03 tháng 10 tiêu tan đất liền vào ngày 04 tháng 10 Cơn bão gây mưa to vùng trung du miền núi Tây Bắc Bắc Trung Bộ gây lũ quét sạt lở đất khiến 37 người thiệt mạng 24 người tích, làm 6.000 nhà bị đổ, sập gần 50.000 nhà bị ngập, hư hỏng, 200 trụ sở, công trình cơng cộng bị hư hại, gần 25.000 lúa khoảng 100.000 hoa màu bị hư hại, gần 600.000 m³ đất bị sạt lở Riêng tỉnh Hịa Bình có người chết người tích đợt mưa gây lũ quét sạt lở đất Chỉ riêng xã Đồng Bảng, huyện Mai Châu sạt lở làm ảnh hưởng tới trạm xã, nhà mẫu giáo, hệ thống giao thông, thủy lợi, làm hư hại nhiều nhà dân sập đổ hồn tồn ngơi nhà, gây vùi lấp số diện tích hoa mầu ảnh hưởng nhiều đến đời sống người dân Địa phương phải huy động nhân công khắc phục tai họa với khối lượng đào đắp nạo vét đất đá lên tới 5,5 nghìn mét khối Các trận trượt lở đất gần gây thiệt hại nặng nề xảy ngày 16/02/2012 22/03/2012 quốc lộ thuộc địa phận xã Đồng Bảng Do ảnh hưởng thời tiết mưa ẩm kéo dài, khoảng sáng ngày 16 tháng 02 năm 2012 xảy vụ sạt lở đất, đá nghiêm trọng Km138+500 quốc lộ thuộc địa phận xóm Phiêng Xa, xã Đồng Bảng khối lượng sạt lở khoảng 15.000 m3 đất, đá, vùi lấp người.Ngày 22/3/2012, cách điểm trượt kể không xa, Km 138+700 lại tiếp tục xảy vụ trượt đất Tuy không gây thiệt hại người, song trận trượt làm gián đoạn hoạt động giao thơng nhiều ngày Trước tình trạng sạt lở trên, quyền địa phương phải cho di dời số hộ dân nằm khu vực có nguy sạt lở cao Ngưỡng mưa xác suất xảy trượt lở đất khu vực Mai Châu Ngưỡng mưa xảy trượt lở đất khu vực Mai Châu Ngưỡng mưa gây trượt lở đất xác lập dựa sở quan hệ lượng mưa đo tượng trượt đất xảy khu vực nghiên cứu Chuỗi số liệu mưa theo ngày kéo dài 25 năm từ 1990 đến 2014 với tổng số 9131 số liệu ngày có 3935 ngày có mưa Để xác định số ngày mưa cần thiết trước ngày xảy trượt lở, mối tương quan lượng mưa ngày xảy trượt lở lượng mưa ngày, ngày, ngày, 10 ngày 15 ngày trước ngày xảy trượt lở đánh giá Đánh giá thực cách dựa vào số liệu mưa có được, đồ thị thể quan hệ lượng mưa ngày (P) với lượng mưa ngày (P3), ngày (P5), ngày (P7), 10 ngày (P10) 15 ngày (P15) trước xây dựng cho tập hợp liệu tồn chuỗi số liệu mưa khơng liên quan đến trượt đất 25 năm lẫn tập hợp liệu mưa liên quan đến trượt đất (Hình ).Các ngày mưa không xảy trượt lở hiểu ngày mưa lại sau loại bỏ ngày mưa có xảy trượt lở điều tra xác định thể Bảng Sự tách biệt hai tập hợp liệu mưa khơng có xảy trượt lở đất đồ thị thể ranh giới vùng không có xảy trượt, từ xác định ngưỡng mưa gây trượt lở đất Tuy nhiên, thực tế khó tồn ranh giới để phân biệt hoàn toàn hai vùng trên, ngồi yếu tố mưa, trượt lở đất cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Như vậy, vấn đề xem đồ thị số đồ thị xây dựng thể rõ phân biệt nêu M.T Tân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 51-63 Hình Quan hệ lượng mưa ngày lượng mưa trước trạm Mai Châu thời kỳ 1990-2014 57 58 M.T Tân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 51-63 Kết phân tích đồ thị hình 2, khơng tính đến giá trị liên quan đến ngày 16/02/2012 22/03/2012 nằm gần gốc tọa độ, tập hợp liệu mưa xảy trượt đất có: - Giá trị mưa ngày P ≥ 108,7 - Trong trường hợp quan hệ lượng mưa ngày với lượng mưa ngày trước đó, giá trị mưa ngày P3 ≥ 0,1 - Trong trường hợp quan hệ lượng mưa ngày với lượng mưa ngày trước đó, giá trị mưa ngày P5 ≥ 2,8 - Trong trường hợp quan hệ lượng mưa ngày với lượng mưa ngày trước đó, giá trị mưa ngày P7 ≥ 2,9 - Trong trường hợp quan hệ lượng mưa ngày với lượng mưa 10 ngày trước đó, giá trị mưa 10 ngày P10 ≥ 60,9 - Trong trường hợp quan hệ lượng mưa ngày với lượng mưa 15 ngày trước đó, giá trị mưa 15 ngày P15 ≥ 69,9 Thống kê điểm liệu thuộc tập hợp khơng xảy trượt đất lẫn tập hợp có xảy trượt đất thỏa mãn điều kiện cho thấy: - Đối với điều kiện P ≥ 108,7 P3 ≥ 0,1 trường hợp quan hệ lượng mưa ngày với lượng mưa ngày trước đó, có 21 điểm không xảy trượt đất điểm xảy trượt đất, tỷ lệ phần trăm điểm xảy trượt đất 28% - Đối với điều kiện P ≥ 108,7 P5 ≥ 2,8 trường hợp quan hệ lượng mưa ngày với lượng mưa ngày trước đó, có 20 điểm không xảy trượt đất điểm xảy trượt đất, tỷ lệ phần trăm điểm xảy trượt đất 29% - Đối với điều kiện P ≥ 108,7 P7 ≥ 2,9 trường hợp quan hệ lượng mưa ngày với lượng mưa ngày trước đó, có 20 điểm khơng xảy trượt đất điểm xảy trượt đất, tỷ lệ phần trăm điểm xảy trượt đất 29% - Đối với điều kiện P ≥ 108,7 P10 ≥ 60,9 trường hợp quan hệ lượng mưa ngày với lượng mưa 10 ngày trước đó, có 13 điểm khơng xảy trượt đất điểm xảy trượt đất, tỷ lệ phần trăm điểm xảy trượt đất 38% - Đối với điều kiện P ≥ 108,7 P15 ≥ 69,9 trường hợp quan hệ lượng mưa ngày với lượng mưa 15 ngày trước đó, có 15 điểm khơng xảy trượt đất điểm xảy trượt đất, tỷ lệ phần trăm điểm xảy trượt đất 35% Như thấy, tỷ lệ phần trăm điểm xảy trượt đất vùng thay đổi khoảng 28% đến 38% tùy theo đồ thị Trong đồ thị quan hệ mưa ngày với mưa ngày, ngày ngày trước đó, tỷ lệ có giá trị thấp; cịn đồ thị quan hệ mưa ngày với mưa 10 ngày, 15 ngày, tỷ lệ có giá trị cao Đồ thị quan hệ mưa ngày mưa 10 ngày trước có tỷ lệ phần trăm cao (38%), qua ngưỡng tỷ lệ phần trăm có giảm 35% đồ thị quan hệ mưa ngày mưa 15 ngày trước Như vậy, khu vực nghiên cứu, có lẽ với ngưỡng lượng mưa trước 10 ngày đủ đất đá đạt mức bão hòa, liên kết, mưa có thêm khơng cịn làm thay đổi trạng thái Do vậy, thấy sử dụng ngưỡng mưa trước 10 ngày so với ngày xảy trượt đất hợp lý cả, ngưỡng cho phép phân biệt rõ tập hợp liệu trượt đất không trượt đất Để xác định ngưỡng mưa, biểu đồ quan hệ lượng mưa ngày (P) xảy trượt đất lượng mưa 10 ngày trước ngày xảy trượt đất (P10) xác lập (Hình 3) Đường nối giá trị thấp đường phương trình thể ngưỡng mưa gây kích hoạt trượt đất Cụ thể khu vực nghiên cứu ngưỡng thể dạng biểu thức: P = 128,41 - 0,076P10 M.T Tân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 51-63 59 • 0,660 chu kỳ lặp năm, tức hội xảy nhiều trận trượt đất vịng năm 66% • 0,961 chu kỳ lặp năm, tức hội xảy nhiều trận trượt đất vịng năm 96,1% • 0,995 chu kỳ lặp năm, tức hội xảy nhiều trận trượt đất vòng năm 99,5% Hình Ngưỡng mưa gây trượt đất khu vực Mai Châu - Hịa Bình Điều có nghĩa 10 ngày trước khơng có mưa, tức lượng mưa tích lũy 10 ngày trước 0mm, cần lượng mưa vòng 24h vượt qua ngưỡng 128,41 mm đủ gây trượt đất Khi lượng mưa tích lũy 10 ngày trước tăng lên, lượng mưa ngày cần thiết để gây trượt giảm Công thức nêu có ý nghĩa việc theo dõi mưa nhằm cảnh báo nguy trượt đất khu vực Xác suất xảy trượt đất khu vực Mai Châu theo thời gian Một điều quan trọng việc dự báo kiện (trượt lở đất) phải xác định xác suất xuất kiện theo thời gian Đối với khu vực nghiên cứu, xác suất xuất lượng mưa vượt ngưỡng 25 năm quan trắc trạm Mai Châu, từ 1990 đến 2014 sử dụng để đánh giá xác suất xảy trượt đất theo thời gian Theo thống kê khoảng thời gian này, trạm Mai Châu ghi nhận 27 ngày có lượng mưa ngày vượt ngưỡng mưa xác định theo biểu thức tương quan lượng mưa ngày lượng mưa 10 ngày trước (Bảng 4) Với 27 lần vượt ngưỡng mưa gây trượt đất khoảng thời gian 25 năm quan trắc, xác suất xuất trượt đất theo thời gian được ước lượng theo phân phối Poisson là: Thảo luận Bằng nguồn số liệu có, số trận trượt lở đất xảy khoảng thời gian quan trắc, từ 1990 đến 2014 khu vực toàn huyện Mai Châu thu thập thống kê Tuy nhiên nhiều hạn chế, nên đợt trượt lở gây thiệt hại lớn ghi nhận Theo đó, khu vực xảy 10 đợt trượt đất lớn, nhiều năm 1996 với đợt, năm 2010 2012 năm đợt, lại năm 2005, 2007 2008 năm đợt (Bảng 2.) Điều đáng ý phần lớn vụ trượt đất xảy khoảng tháng đến tháng 10, tức vào mùa mưa, trận trượt đất năm 2012 Đồng Bảng lại xảy vào tháng 3, tháng mùa khô Theo số liệu trạm Mai Châu, vào ngày xảy trượt đất 16/02/2012 lượng mưa nhỏ gần 0mm, ngày xảy trượt đất 22/03/2012 hồn tồn khơng có mưa, lượng mưa ngày, ngày, ngày, 10 ngày 15 ngày trước ngày xảy trượt đất nhỏ (Bảng 2) Để kiểm tra lượng mưa Đồng Bảng vào ngày này, số liệu mưa tháng trạm lân cận khác trạm Mộc Châu trạm Hịa Bình, nằm cách Đồng Bảng khoảng 50km-60km sử dụng (Bảng 3) 60 M.T Tân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 51-63 Bảng Thống kê đặc trưng mưa đợt trượt đất địa bàn huyện Mai Châu STT 10 Đơn vị: mm Ngày Đúng ngày Trước ngày Trước ngày Trước ngày Trước 10 ngày Trước 15 ngày 24/7/1996 350,0 52,4 65,4 65,4 97,6 188,9 15/8/1996 243,2 209,5 229,5 239,0 242,2 330,4 13/9/1996 136,0 60,9 60,9 60,9 60,9 120,0 27/9/2005 210,1 6,6 6,6 14,6 177,7 413,8 5/10/2007 183,0 346,4 346,4 348,4 483,9 483,9 31/10/2008 163,3 61,4 114,3 130,4 131,8 141,3 18/7/2010 123,1 0,1 2,8 2,9 69,9 69,9 28/8/2010 108,7 163,5 209,0 245,4 259,3 278,6 16/02/2012 0,0 0,0 0,0 0,1 0,1 22/03/2012 3,9 8,5 8,5 8,5 10,0 Các số liệu quan trắc trạm Mộc Châu Hịa Bình có kết tương tự trạm Mai Châu, cụ thể ngày 16/02/2012 mưa nhỏ, ngày 22/03/2012 khơng mưa, lượng mưa tích lũy ngày, ngày, ngày, 10 ngày 15 ngày nhỏ (Bảng ) Trong theo phương tiện thơng tin đại chúng, thời gian xung quanh kiện xảy trượt đất Đồng Bảng có mưa, chí mưa nhiều ngày (?) Vì vậy, mưa cục mà trạm mưa xung quanh khu vực không ghi nhận lượng mưa đủ để tin đợt mưa xảy thời gian gây trượt đất Sự không ghi nhận số liệu mưa khu vực xã Đồng Bảng trạm Mai Châu vào tháng 02 03/2012 thể giá trị trạm đo thường có ý nghĩa phạm vi định, đặc biệt đối với vùng núi có địa hình phức tạp làm thay đổi phân bố lượng mưa nhanh theo không gian Mặt khác, điều kiện mưa thị trấn Mai Châu có khác biệt với khu vực xã Đồng Bảng Sự khác biệt xã Đồng Bảng thị trấn Mai Châu nằm hai lưu vực sông lớn khác (tuy cách khoảng km); đại đa số diện tích Đồng Bảng nằm lưu vực sơng Đà, toàn thị trấn Mai Châu thuộc lưu vực sơng Mã Khảo sát thực địa xác nhận có thời điểm có khác biệt điều kiện thời tiết: Mai Châu trời khô không mưa Đồng Bảng xảy mưa nhỏ, ẩm ướt, nhiều sương mù Như đề có dự báo xác trạm cảnh báo theo mưa phải lắp đặt khu vực cần nghiên cứu Bảng Số liệu mưa liên quan đến hai ngày trượt đất Đồng Bảng năm 2012 theo trạm Mộc Châu, Hịa Bình Mai Châu Ngày 16/02/2012 22/03/2012 Trạm Mưa tích lũy (mm) ngày ngày 10 ngày 15 ngày Mộc Châu 0.6 0.7 0.8 0.9 3.1 4.2 Hịa Bình 0.6 0.6 1.5 1.5 2.3 3.5 Mai Châu 0 0 0.1 0.1 Mộc Châu 0 0.2 1.6 3.6 Hịa Bình 0 2.4 2.7 5.1 Mai Châu 0 7.9 8.5 10 M.T Tân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 51-63 Hơn nữa, để tăng độ xác mơ hình cảnh báo có sử dụng đến số liệu thống kê độ tin cậy, đầy đủ số liệu quan trọng.Theo thống kê số liệu mưa khoảng thời gian 1990-2014 trạm Mai Châu ghi nhận 27 ngày có lượng mưa ngày vượt ngưỡng mưa xác định theo biểu thức tương quan lượng mưa ngày lượng mưa 10 ngày trước Tuy nhiên, theo thống kê trượt lở ghi nhận có ngày xảy trượt đất, chiếm tỷ lệ 29,6% (Bảng 4) (Điều số liệu trận trượt đất khu vực nghiên cứu thống kê chưa đầy đủ Có năm có có lượng mưa lớn 2000 mm/năm (các năm 1990, 1994, 2001, 2004) hay có năm lượng mưa ngày cực đại 128,41 mm (các năm 1990, 1995, 2000, 2004 2006) song lại khơng thấy có báo cáo trượt đất Theo ghi nhận chúng tơi khu vực năm xảy trượt lở đất với quy mơ khác Bên cạnh đó, ngồi mưa, tượng trượt lở đất cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác địa hình, địa chất, thủy văn, thảm thực vật, nhân sinh,… Hay nói cách khác, mưa điều kiện cần cho phát sinh trượt lở đất Bảng Thống kê ngày mưa vượt ngưỡng xảy trượt đất thời kỳ 1990 - 2014 STT Ngày Lượng mưa ngày (mm) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 30/08/1990 29/08/1994 15/09/1994 29/07/1995 30/08/1995 24/07/1996 13/08/1996 15/08/1996 23/08/1996 13/09/1996 24/06/1997 11/09/2000 22/07/2003 23/07/2003 22/07/2004 17/08/2004 14/09/2005 27/09/2005 19/08/2006 06/07/2007 04/10/2007 05/10/2007 25/09/2008 31/10/2008 18/07/2010 28/08/2010 06/09/2012 144 120 116 160 158 350 139 243 152 136 120 130 119 126 139 148 200 210 193 138 310 183 234 163 123 109 132 61 Lượng mưa 10 ngày trước (mm) 170 145 307 250 198 417 208 485 510 197 208 201 130 256 282 171 225 387 365 205 484 626 234 295 193 355 215 Ghi chú: Các dòng in đậm ngày ghi nhận có xảy trượt đất Ngưỡng mưa ngày (mm) 115 117 105 109 113 97 113 92 90 113 113 113 118 109 107 115 111 99 101 113 92 81 111 106 114 101 112 62 M.T Tân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 51-63 Với lượng mưa 24h gây trượt đất mà trước thời gian dài khơng mưa tương tự thấy mơ hình áp dụng cho huyện Mai Châu xây dựng tương đối phù hợp với mơ hình áp dụng cho tồn tỉnh Hịa Bình Dieu Tien Bui [15] xây dựng Mơ hình sử dụng để phục vụ cho công tác cảnh báo trượt đất khu vực huyện Mai Châu theo lượng mưa đo trạm Mai Châu điều kiện chưa thể xây dựng trạm quan trắc cảnh báo khu vực cụ thể Kết luận Trượt lở đất huyện Mai Châu, tỉnh Hịa Bình chủ yếu xảy vào mùa mưa có quan hệ chặt chẽ với lượng mưa ngày (P) lượng mưa tích lũy 10 ngày trước (P10) Ngưỡng mưa gây trượt đất khu vực thể qua biểu thức: P = 128,41 - 0,076P10 (đơn vị tính mm) Đây điều kiện quan trọng cho phát sinh trượt lở đất, ngồi cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Xác suất xuất trượt lở đất khu vực xác định 66%; 96,1% 99,5% chu kỳ lặp tương ứng năm, năm năm Để có ngưỡng mưa xác, phục vụ tốt cơng tác cảnh báo trượt lở đất khu vực huyện Mai Châu, cần thiết phải bổ sung thêm trạm đo mưa, đặc biệt khu vực có nguy trượt lở cao xã Đồng Bảng Thêm vào đó, ban ngành liên quan cần quan tâm đến việc điều tra, lưu giữ số liệu liên quan đến trượt lở đất khu vực Lời cảm ơn Bài báo hoàn thành hỗ trợ đề tài "Nghiên cứu đánh giá nguy trượt lở đất khu vực xã Đồng Bảng, huyện Mai Châu, tỉnh Hịa Bình đề xuất giải pháp phòng tránh" Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Ngọc Thạch (chủ nhiệm), Áp dụng viễn thám hệ thông tin địa lý (GIS) để nghiên cứu dự báo tai biến thiên nhiên tỉnh Hịa Bình Đề tài khoa học đặc biệt mã số QG 00.17 Đại học Quốc gia Hà Nội, 2002 [2] Đinh Văn Toàn (chủ nhiệm) Phân vùng dự báo nguy trượt lở, lũ qt tỉnh Hịa Bình, đề xuất giải pháp phòng tránh thiệt hại Đề tài cấp tỉnh Lưu Viện Địa chất, 2006 [3] Vũ Văn Chinh (chủ nhiệm) Nghiên cứu đánh giá vai trò cấu trúc địa chất chuyển động tân kiến tạo tai biến nứt, trượt lở đất dọc quốc lộ đề xuất giải pháp khắc phục Đề tài cấp Viện KHCNVN Lưu Viện Địa chất, 2011 [4] Larsen M C and Simon A, A Rainfall Intensity-Duration Threshold for Landslides in a Humid-Tropical Environment, Puerto Rico Geografiska Annaler Series A, Physical Geography.Vol 75, No 1/2(1993) 13 [5] Rafi Ahmad., Landslides in Jamaica: Extent, Significance and Geological Zonation Environment and Development in the Caribbean, Ch.10, 1995 [6] Corominas, J and Moya, J, Reconstructing recent landslide activity in relation to rainfall in the Llobregat River basin, Eastern Pyrenees, Spain Geomorphology, 30(1999) 79 [7] Brand EW, Premchitt J, Phillipson HB., Relationship between rainfall and landslides in Hong Kong In: Proceedings 4th International Symposium on Landslides Toronto: 1(1984) 377 [8] Caine, N., The rainfall intensity-duration control of shallow landslides and debris flows Geografiska Annaler, 62A (1980) 23 [9] Chleborad, A.F., Baum, R.L., and Godt, J.W., Rainfall thresholds for forecasting landslides in the Seatle, Washinhton area Exceedance and probability: U.S Geological Survey Open-File Report, 2006, 1064 [10] Lê Đức An Một phương pháp nghiên cứu ngưỡng mưa nhằm cảnh báo trượt lở đất Tạp chí khoa học Trái đất No 32 (2) (2010) 97 M.T Tân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 31, Số (2015) 51-63 [11] Dahal R.K., Hasegawa S., Representative rainfall thresholds for landslides in the Nepan Himalaya Geomorphology 100 (3-4)(2008) 429 [12] Glade T., Applying probability determination to refine landslide-triggering rainfall thresholds using an empirical “antecedent daily rainfall model’’ Pure Appl Geophys 157(6),(2000) 1059 [13] Polemio M, Sdao F., The role of rainfall in the landslide hazard: the case of the Avigliano urban area (Southern Apennines, Italy) Eng Geol 53(3-4) (1999) 297 [14] Aleotti P., A warning system for rainfall-induced shallow failures Eng Geol 73(3-4) (2004) 247 [15] Dieu Tien Bui, Biswajeet Pradhan, Owe Lofman, Inge Revhaug, Øystein B Dick., 63 Regional prediction of landslide hazard using probability analysis of intense rainfall in the Hoa Binh province, Vietnam Nat Hazards 66 (2013) 707 [16] Jaiswal P., van Westen C.J., Estimating temporal probability for landslide initiation along transportation route based on rainfall thresholds Geomorpgology 112 (1-2), 2009, 96-105 [17] Crovelli, R A., Probability models for estimation of number and cost of landslide US Geologcal Service Open-file report, (2000) 249 [18] Corominas, J and Moya, J, A review of assessing landslide frequency for hazard zoning purposes Engineering Geology, 102 (2008) 193 Correlation Analysis between Landslides and Rainfall in Mai Châu District, Hịa Bình Province Mai Thành Tân, Ngơ Văn Liêm, Đồn Anh Tuấn, Nguyễn Việt Tiến Institute of Geological Sciences, Vietnam Academy of Science and Technology 84 Chùa Láng, Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam Abstract: Landslides in Mai Châu district, Hịa Bình province are evaluated by analyzing daily rainfall data for a period of 25 years, from 1990 to 2014 from Mai Châu gauge and landslides inventory in the area Analyzingthe graphs, in which daily rainfall versus rainfalls of 3, 5, 7, 10 and 15 days for rainfall dataset in both no-landslide and landslide cases, shows that landslide occurrences could be determined by the relationship between rainfall threshold (P) and antecedent rainfall of 10 days (P10), expressed by: P = 128.41 - 0.076P10 Using Poisson distribution, temporal probabilities of landslide occurrencesare estimated as 66%; 96.1% and 99.5% for the return periods of year, years and years respectively Keywords: Landslides, Rainfall threshold, Poisson distribution, Mai Châu district  ... nằm khu vực có nguy sạt lở cao Ngưỡng mưa xác suất xảy trượt lở đất khu vực Mai Châu Ngưỡng mưa xảy trượt lở đất khu vực Mai Châu Ngưỡng mưa gây trượt lở đất xác lập dựa sở quan hệ lượng mưa. .. suất xảy trượt đất theo thời gian khu vực huyện Mai Châu Nghiên cứu tương quan trượt đất lượng mưa khu vực Mai Châu - Hịa Bình tập trung vào vấn đề chính: xác định ngưỡng mưa gây trượt đất xác... cảnh báo trượt đất khu vực huyện Mai Châu theo lượng mưa đo trạm Mai Châu điều kiện chưa thể xây dựng trạm quan trắc cảnh báo khu vực cụ thể Kết luận Trượt lở đất huyện Mai Châu, tỉnh Hịa Bình chủ