Ở Việt Nam, có thể nói cho đến nay chƣa có một công trình nghiên cứu đầy đủ nào theo hƣớng dự báo nguy cơ lũ lụt ở lƣu vực sông trên cơ sở các trận lũ lịch sử từ Holocen trở lại đây.
Các nghiên cứu dự báo lũ lụt trên hệ thống các sông đã và đang thực hiện ở Việt Nam chủ yếu là dự báo ngắn hạn và tiếp cận theo hƣớng khí tƣợng thủy văn trên cơ sở các phần mềm khí tƣợng - thủy văn Mike FLOOD. Các số liệu đầu vào phục vụ xây dựng mô hình chỉ đƣợc tính trong khoảng vài chục năm trở lại đây (Nguyễn Thị Bích, 2010., Nguyễn Tiền Giang, 2010....).
Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về dự báo tác động của dòng chảy khi có lũ. Đa số các công trình nghiên cứu áp dụng các phần mềm dự báo sử dụng số liệu về lƣu lƣợng nƣớc thực hiện tại bằng các phần mền GIS và mô hình SWAT... Tuy nhiên, các tính toàn này chủ yếu tập trung vào tính toán sự cân bằng giữa nƣớc và quá trình lắng đọng trầm tích mà chƣa chú ý nhiều đến khả năng chịu đựng của các tuyến đập do chƣa có mối liên hệ với các số liệu về các trận lũ trong lịch sử.
Luận văn Thạc sỹ Page 24
Đối với các nghiên cứu về ô nhiễm môi trƣờng và các vấn đề tai biến liên quan đến lũ trong hệ thống lƣu vực sông đã đƣợc nghiên cứu khá nhiều. Cụ thể liên quan đến nghiên cứu ô nhiễm môi trƣờng trong hệ thống các lƣu vực sông có sử dụng các phân tích địa hóa đồng vị đƣợc triển khai khá nhiều và bằng nhiều cách tiếp cận
khác nhau. Đề tài “Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân nghiên cứu vận động địa chất và dự
báo ảnh hưởng của chúng tới một số công trình ở lưu vực sông H ng” mang mã số KC-09-07 thuộc chƣơng trình KC-09 (1992-1994) của nhóm tác giả PGS. TS. Nguyễn Văn Phổ (chủ nhiệm đề tài), đƣợc triển khai nhằm đánh giá một số quá trình địa động lực trên cơ sở ứng dụng các kỹ thuật hạt nhân hiện có ở nƣớc ta, phục vụ cho việc khai thác hợp lý lãnh thổ, góp phần phòng tránh thiên tai do các hậu quả của hiện tƣợng địa chất gây nên. Đề tài này đã sử dụng đồng vị của Thori và Urani trong môi trƣờng để nghiên cứu quá trình xói mòn ở lƣu vực sông Hồng. Từ năm 1992 trong khuôn khổ đề tài KC-09-07 thuộc chƣơng trình nghiên cứu nhà nƣớc KC-09 Viện Địa chất – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã bắt đầu tiến hành nghiên cứu có sử dụng một số đồng vị của các nguyên tố phóng xạ ở các lƣu vực chính của sông Hồng. Trên cơ sở mất cân bằng đồng vị phóng xạ 234U/238U các tác giả đã tính toán đƣợc tốc độ xói mòn lƣu vực sông Hồng là hơn 1560 tấn/km2/năm (Nguyễn Văn Phổ, 1993).
Ngoài ra, liên quan đến các lĩnh vực của luận văn còn khá nhiều các công trình khác nhau nhƣ các nghiên cứu về địa chất đệ tứ, khí hậu, điều tra tài nguyên nƣớc, về cổ địa lý và tai biến khác trong lƣu vực sông. Tuy chƣa phải là cùng mục tiêu nhƣng lại là các tài liệu nền quan trọng cho nghiên cứu này (Trịnh Việt An và nnk., 2001; Trần Nghi và nnk, 2005; Đinh Văn Thuận và nnk, 2005; Phạm Huy Tiến, 2005).
1.4 Khái niệm về lũ và tình hình mưa lũ trong lưu vực sông PôKô và ĐắcBla
1.4.1 Các khái niệm và phân loại lũ
- Lũ là hiện tượng nước sông, suối dâng cao và nhanh trong một khoảng thời gian ngắn.
- Trong một năm có thể có nhiều trận lũ xảy ra, hoặc nhiều năm mới có một
Luận văn Thạc sỹ Page 25
thƣờng niên, các trận lũ có cƣờng độ mạnh trong khoảng một thời gian dài (10 năm, 20 năm, 50 năm, 100 năm .v.v…) mới xảy ra thì đƣợc gọi là lũ lịch sử tƣơng ứng với thời gian nó xảy ra. Các khái niệm nhƣ lũ phần trăm(lũ 5%, lũ 10% .v.v..) là xác suất xảy ra các trận lũ trong năm.
- Ngoài ra còn các khái niệm riêng về phân loại lũ nhƣ lũ quét (là một loại lũ
có tốc độ mực nƣớc lên rất nhanh khi một khối lƣợng nƣớc khổng lồ di
chuyển nhanh từ địa hình cao xuống thấp), lũ bùn đá ( tƣơng tự nhƣ lũ quét
xong trong quá trình nó dịch chuyển sẽ cuốn theo các vật liệu đất đá, thực vật .v.v.. tạo thành dòng đặc nhƣ dòng bùn chảy. Lũ bùn đá thƣờng tạo thành các nón phóng vật và có quãng đƣờng dịch chuyển không xa), lũ ống (gần giống với lũ bùn đá xong số lƣợng vật liệu ít hơn và tốc độ dịch chuển nhanh hơn, mức độ tàn phá lớn.
Trong luận văn, học viên sử dụng các dấu hiệu để nhận biết các loại lũ nói chung chứ không nhận dạng riêng cho từng loại lũ cụ thể.
1.4.2 Tình hình mưa lũ trong khu vực nghiên cứu Dòng chảy lũ Dòng chảy lũ
Dòng chính Sê San là hợp lƣu của các nhánh sông lớn gồm: Đăk Bla và PôKô và Sa Thầy với nhiều nhánh nhỏ khác. Trong đó nhánh Đăk Bla, PôKô và nhánh Sa Thầy thuộc địa phận đất Kon Tum. Chế độ lũ của nhánh PôKô và Sa Thầy khác với nhánh Đăk Bla. Nhánh Sa Thầy và PôKô chịu ảnh hƣởng chủ yếu của khí hậu Tây Trƣờng Sơn, thịnh hành chủ yếu gió mùa Tây Nam ở Nam bán cầu. Mƣa lớn xảy ra sớm, nên lũ bắt đầu xuất hiện từ tháng VI - X thì kết thúc. Nhánh Đăk Bla lũ xuất hiện muộn, tới tháng VII khi gió Tây Nam ở Nam bán cầu bắt đầu ảnh hƣởng mạnh dần từ tháng VIII - XI. Vì phần lớn thƣợng lƣu Đăk Bla chịu ảnh hƣởng của khí hậu Đông Trƣờng Sơn, nên lũ không những xảy ra muộn và đỉnh lũ lớn nhất xuất hiện ở tháng IX - X.
Về chế độ lũ, tài liệu quan trắc tại các trạm thuỷ văn trên các nhánh chính của sông Sê San cho thấy:
- Lũ trên sông PôKô thƣờng xuất hiện trong khoảng thời gian từ tháng VI - X, trong đó số lần xuất hiện lũ lớn trong năm rơi vào tháng X chiếm 42,9%. Trên sông
Luận văn Thạc sỹ Page 26
Đăk Bla lũ xuất hiện muộn hơn khoảng một tháng, từ tháng VII - XI, trong đó 50% rơi vào tháng X và 31,2% rơi vào tháng XI;
- Đỉnh lũ nói chung không lớn. Tại trạm thuỷ văn Kon Tum trên sông Đăk Bla (diện tích lƣu vực 3.050km2) đã quan trắc đƣợc các trận lũ vào loại lớn nhất nhƣ sau:
+ Dựa số liệu thống kê đánh giá ở giai đoạn quy hoạch hệ thống Sê San do Viện Quy hoạch lập, xét trạm Đăk Bla với chuỗi số liệu có từ 1966 - 1990, lũ lớn nhất xuất hiện với Qmax = 2.660m3/s ngày 22/10/1986 theo thống kê. Theo số liệu điều tra lũ lịch sử, trận lũ lớn nhất xảy ra trên lƣu vực sông Đăk Bla tháng 10/1972 đƣợc Qmax = 4.320m3/s, theo điều tra năm 1952 ƣớc tính xuất hiện con lũ lớn tƣơng tự. Trên nhánh PôKô có trạm đo mực nƣớc Trung Nghĩa, tới 1990 trạm chuyển cấp đo lƣu lƣợng; số liệu của những năm đọc mực nƣớc đƣợc chuyển biến từ đƣờng quán tính hệ Q = f (H) của các năm đo lƣu lƣợng. Ngoài ra, ở trạm Trung Nghĩa còn bị ảnh hƣởng nƣớc mặt từ Đăk Bla, nên đỉnh lũ xảy ra ngày 15/10/1990 lớn nhất Qmax = 1.100m3/s, trong khi đó ở trạm Đăk Bla Qmax = 2.160m3/s.
Khả năng xuất hiện lũ lớn nhất trong năm của các tháng mùa lũ của các trạm thuỷ văn đƣợc trình bày trong bảng 3.
Bảng 3. Khả năng xuất hiện lũ lớn của các tháng trong năm tại các trạm thuỷ văn [9]
Đơn vị: %
Trạm Sông VI VII VIII IX X XI
Đăk Bla Đăk Bla - 7,1 7,1 7,1 42,9 35,8
Trung Nghĩa PôKô 14,3 7,1 21,4 7,1 42,9 7,1
Luận văn Thạc sỹ Page 27
CHƢƠNG II
PHƢƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để nghiên cứu nhận dạng các dấu hiệu để lại của các trận lũ lƣu vực sông Sê San trong Holocen, luận văn đã sử dụng phƣơng pháp luận và hệ các phƣơng pháp nghiên cứu nhƣ sau:
2.1 PHƢƠNG PHÁP LUẬN
Sự biến đổi của thời tiết cực đoan không liên quan đến hoạt động phát triển của loài ngƣời mà là một quá trình tự nhiên và hoạt động của nó là một hệ có tính hồi tố (lặp lại) và tính chu kỳ [Solomon và nnk, 2007; IPCC, 2007]. Thời tiết chỉ xảy ra trong một vùng, một phạm vi hẹp. Thời tiết cực đoan là nguyên nhân chính phát sinh tai biến lũ; các yếu tố địa hình địa mạo, hoạt động nhân sinh chỉ là các nhân tố cƣờng hóa khi tai biến xảy ra. Khi tai biến lũ xảy ra thƣờng để lại các dấu ấn (dấu hiệu) và đƣợc ghi nhận lại trong các tầng trầm tích, địa hình - địa mạo, sinh học v.v… Do vậy, việc nhận dạng các dấu hiệu của các trận lũ cổ trong Holocen cũng chính là xác định các dị thƣờng, tính bất quy luật do lũ cổ để lại trong các đối tƣợng khác nhau. Đây chính là cách tiếp cận mang tính hệ thống và lịch sử của luận văn.
Hình 2.1 Mặt cắt một thung lũng sông điển hình ghi nhận các dấu vết của các trận lũ khác nhau đã xảy ra trong quá khứ.
Luận văn Thạc sỹ Page 28
2.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Với cách tiếp cận nhƣ trên, hệ các phƣơng pháp nghiên cứu sau đƣợc áp dụng để giải quyết vấn đề:
1. Phƣơng pháp nhận dạng các trận lũ ngoài thực địa
Để phân tích tƣớng đá dựa vào trầm tích thì công việc khảo sát thực địa là tiên quyết. Các mặt cắt ngoài thực địa đƣợc mô tả kỹ càng về vị trí – độ cao – độ dốc, mối quan hệ với lƣu vực, mô tả địa tầng chi tiết làm cơ sở khoa học để đối sánh với các phân tích chi tiết trong phòng sau này. Các dấu hiệu của các trận lũ đƣợc nhận dạng ngoài thực địa bao gồm:
- Các vật liệu phát sinh do lũ nhƣ rác còn vƣớng lại trên cao (trên cành cây,
mái nhà .v.v..), hàng loạt các tảng lăn có kích thƣớc lớn nằm tại các vị trí nhƣ cạnh đƣờng giao thông, chắn ngang dòng suối hay bên cạnh các nhà dân đã bị phá hủy một phần.
- Các ngấn lũ để lại trên các vách đá, trên tƣờng nhà – cầu cống.
- Các tập trầm tích do dòng chảy rối của lũ (turbidite lũ): gồm đất cát lẫn
các vật liệu hữu cơ nhƣ thân cây và các vật liệu nhân sinh khác.
- Các hệ sinh thái dọc sông mọc thành các tầng với các mầu sắc khác nhau
do từng đợt lũ phá hủy.
- Ngoài ra công việc tham vấn ý kiến cộng đồng và thu thập các số liệu ghi
chép tình hình mƣa lũ tại các trạm quan trắc thủy văn là phƣơng pháp nghiên cứu quan trọng giúp so sánh và nhận dạng chính xác các trận lũ.
2. Phƣơng pháp phân tích kích thƣớc hạt đại diện bằng laser
Theo quy luật phân dị trầm tích, các hạt trầm tích theo mặt cắt từ dƣới nên trong một chu kỳ lắng đọng tuân theo quy tắc từ thô đến mịn. Khi các điều kiện về môi trƣờng lắng đọng thay đổi thì quy luật này không còn đúng nữa hay có sự thay đổi về tƣớng trầm tích. Tƣớng trầm tích lũ (ở đây là trầm tích sông lũ) thƣờng có cấu tạo rối, hỗn độn đủ các thành phần độ hạt và có cả vật liệu hữu cơ, nhân tạo. Vì vậy, các cấp hạt trong một tập trầm tích có từ thô đến mịn nên không thể lấy độ hạt trung bình hay lớn nhất để thành lập log độ hạt.
Luận văn Thạc sỹ Page 29
Trầm tích đƣợc tiến hành phân tích trên máy Laser Analysis 950 của phòng thí nghiệm Địa chất môi trƣờng và thích ứng với biến đổi khí hậu – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên cho ra kết quả kích thƣớc độ hạt đo bằng ánh sáng laser. Phân tích kích thƣớc hạt bằng tán xạ laser bắt đầu vào cuối những năm 1970 (McCave and Syvitski, 1991), và từ đó phát triển nhanh chóng. Các kích thƣớc hạt trung bình, lớn nhất, đại diện đƣợc xác định cho phép thành lập log độ hạt từ đó giúp luận giải xác định môi trƣờng lũ.
Hệ thống quang học của máy bao gồm 2 nguồn phát sáng là diot laze 650nm và đèn LED 405nm. Để đo các hạt lớn kích thƣớc lên đến 3000µm, cần thiết phải sử dụng nguồn sáng bƣớc sóng dài, ngƣợc lại với các hạt rất nhỏ đến 0,01µm, nguồn sáng bƣớc sóng ngắn sẽ làm tăng độ nhạy của đầu dò. Máy LA-950V2 có tổng cộng 87 đầu dò, với 75 đầu dò đặt ở góc thấp để đo các hạt kích thƣớc trung bình đến cực lớn, 8 đầu dò ở hai bên để đo các hạt trung bình và nhỏ, 4 đầu dò đặt ở góc rông để đo kích thƣớc hạt nhỏ và rất nhỏ.
Máy hoạt động dựa trên nguyên lý về hiện tƣợng nhiễu xạ-khuếch tán và lý thuyết Mie để đo kích thƣớc hạt (hình 2.2). Phƣơng pháp này dựa trên thực tế là các hạt khi đi qua một chum laze sẽ tán xạ ánh sáng ở các góc tán xạ khác nhau có mối tƣơng quan trực tiếp với kích thƣớc của chúng. Khi kích thƣớc hạt giảm, góc tán xạ ánh sáng tăng theo hàm mũ. Cƣờng độ tán xạ cũng phụ thuộc vào kích thƣớc hạt, sẽ giảm dần theo thể tích hạt. Do đó, các hạt lớn tán xạ ở góc hẹp với cƣờng độ tán xạ cao, trong khi sự tán xạ ở các hạt nhỏ có góc tán xạ rộng nhƣng cƣờng độ thấp. Khi một hạt đƣợc chiếu sáng bởi một nguồn sáng đơn sắc, sẽ thu đƣợc các ảnh nhiễu xạ. Ảnh nhiễu xạ này cho biết cƣờng độ ánh sáng tán xạ dƣới dạng một phƣơng trình hàm của góc nhiễu xạ, bao gồm các vòng tròn đồng tâm. Khoảng cách giữa các vòng tròn khác nhau phụ thuộc vào kích thƣớc hạt. Bằng việc sử dụng cƣờng độ đo đƣợc của các ảnh nhiễu xạ, chúng ta có thể tính đƣợc sự phân bố kích thƣớc.
Luận văn Thạc sỹ Page 30
Hình 2.2: Sơ đ nguyên lý và hình ảnh thực hiện đo độ hạt bằng máy LA-950
3. Phƣơng pháp phân tích ảnh X- ray
Khi phân tích độ hạt của cột lõi khoan nếu phân tích dọc theo chiều dài lõi khoan là rất tốn kém và không hiệu quả. Do đó, cần lựa chọn các vị trí trầm tích có sự thay đổi về độ hạt để mang phân tích. Việc lựa chọn các lớp trầm tích có sự khác biệt để phân tích độ hạt sẽ không chính xác nếu chỉ sử dụng bằng mắt thƣờng. Việc sử dụng ảnh X- ray để có thể nhận biết cấu trúc các layer trong lõi khoan là cần thiết và tăng độ tin cậy khi lựa chọn các lớp đi phân tích độ hạt.
Cơ sở của phƣơng pháp là sử dụng năng lƣợng của chùm tia X chiếu vào mẫu để xác định cấu trúc. Khi đi vào mẫu, chùm Photon mang năng lƣợng sẽ bị hấp thụ một phần bởi các khoáng vật và phần còn lại sẽ lọt qua mẫu và đƣợc ghi lại trên phim. Đối với những vật liệu có mức độ dày đặc hơn thì mức độ hấp thụ tia X tốt hơn những vật rỗng hơn. Kết quả trên phim cho thấy các vật liệu đặc cho vệt đen còn các vật liệu rỗng cho vệt sáng. Nhƣ vậy, ảnh trên phim của mẫu có thành phần cát cho màu sáng hơn mẫu có thành phần bột, sét [15,16].
4. Phƣơng pháp mô hình số độ cao DEM:
Trên cơ sở các yếu tố địa hình thành lập bản đồ mô hình số độ cao từ đó thành lập bản đồ 3D và vẽ các mặt cắt ngang và dọc thung lũng sông. Trên cơ sở bản đồ địa hình, 3D và các mặt cắt này sẽ xác định các vị trí có khả năng lƣu lại các dấu vết của các trận lũ cổ cao nhất, từ đó xác định tuyến khảo sát và lấy mẫu. Các kết quả nghiên cứu trình bày trong chƣơng 3.
Luận văn Thạc sỹ Page 31
- Ngoài ra, luận văn còn sử dụng phƣơng pháp chuyên gia: Trên cơ sở kinh