Những hoạt động của con người gián tiếp dẫn tới thay đổi điều kiện hình thành dòng chảy là:
Thay đổi khí hậu, thời tiết: Biến động khí hậu toàn cầu làm thay đổi quy luật hình thành mưa, bão, hạn hán... gia tăng rủi ro liên quan tới nước.
Thay đổi đặc điểm bề mặt lưu vực như:
Phá rừng, canh tác nông nghiệp không hợp lý trên đất dốc gây biến động nghiêm trọng chế độ dòng chảy lỏng và rắn, đặc biệt là gia tăng các hiện tượng cực đoan như lũ lụt, hạn hán, tăng dòng chảy phù sa...
Thay đổi đặc điểm địa hình như tăng (giảm) độ dốc, độ cao... dẫn đến làm thay đổi chếđộ
dòng chảy, tăng (giảm) cực đoan dòng chảy.
Đô thị hoá, bê tông hoá, bỏđất hoang hoá là những quá trình dẫn đến giảm thấm nghiêm trọng, tạo ra cực đoan trong chếđộ dòng chảy như tăng dòng chảy lũ, giảm dòng chảy kiệt... 1.14 Tai biến môi trường liên quan tới tài nguyên nước
1.14.1 Tổng quan
Những cực điểm khí hậu thuỷ văn trên Trái Đất đã ghi nhận được là: Lượng mưa trung bình lớn nhất ởđỉnh Waialeale - Hawai, 11.680mm/năm; Lượng mưa hầu như bằng không tại sa mạc Atacama - Chilê; Thuỷ triều cao nhất ở vịnh Fundy - Nova Scotia: 16m.
Trong số những thảm hoạ tự nhiên nghiêm trọng từ 1963 - 1992, các thảm hoạ liên quan tới khí hậu và thuỷ văn chiếm số lượng lớn (55%), ảnh hưởng tới 65% dân số toàn cầu. Tổn thất về kinh tế và con người do các thảm hoạ này gây ra có xu thế ngày càng tăng do: Mật độ đầu tư kinh tế và dân cư trên các vùng bịảnh hưởng ngày càng tăng; Khó khăn trong dự báo, phòng tránh thiên tai; Biến động khí hậu toàn cầu gây gia tăng cả về tần suất và mức độ thiên tai. Thiệt hại giai đoạn 1983 - 1987 tăng mạnh liên quan đến hạn hán nghiêm trọng tại châu Phi gây đói nặng nề. Trung bình thời kỳ 1991 - 1995, mỗi năm thế giới thiệt hại gần 440 tỷđô la Mỹ do thiên tai, trong đó châu Á 238 tỷ, châu Mỹ 107 tỷ, châu Âu 90 tỷ, châu Úc 6 tỷ và châu Phi 0,8 tỷ. Thiệt hại do các loại hình tai biến môi trường liên quan tới tài nguyên nước, như lũ lụt, hạn hán, không thể chỉ tính bằng số người và tài sản trực tiếp bị mất, mà phải tính tới những tổn thất do các thảm hoạđi kèm, là hệ quả trực tiếp của các tai biến trên, ví dụ như
Thiệt hại do các thiên tai liên quan đến nước cũng có tính phân hoá giàu nghèo rõ nét. Người giàu có cơ hội lựa chọn, phòng tránh, khắc phục thảm hoạ cao hơn, họ thường cư trú trong những vùng an toàn hơn, nhà cửa vững chắc hơn, có điều kiện ứng phó tốt hơn với tai biến, do đó xác suất bị thiệt hại về tính mạng và tài sản nhìn chung là thấp hơn, trừ trường hợp đăc biệt nghiêm trọng. Người nghèo không có cơ hội lựa chọn nên thường phải chấp nhận sống tại những vùng có xác suất thảm hoạ cao hơn; Và do khả năng kinh tế hạn chế, trình độ
nhận thức và khả năng tiếp cận với thông tin thấp hơn, người nghèo dễ gặp rủi ro hơn.
1.14.2 Lũ lụt
Lũ là hiện tượng mực nước sông dâng lên trong khoảng thời gian nhất định, do tăng cường cấp nước cho sông ở mức cao và nhanh, tăng lưu lượng, gây nên hiện tượng:
Tăng mạnh vận tốc và động năng của dòng nước, dẫn đến làm cho chúng có khả năng tải cát cao, chuyển vận theo dòng nước một lượng phù sa, đất đá lớn, hoặc có khả năng phá huỷ
bờđáy tự nhiên cũng như các công trình nhân tạo trong vùng nước chảy. Tăng nhanh mực nước dẫn đến tràn bờ gây lụt.
Nguyên nhân tăng cấp nước sinh lũ lụt có thể là: Tự nhiên, do mưa lớn tập trung, có tính quy luật.
Nhân tạo, do xả chủ động qua công trình ngăn dòng, hoặc do vỡđập, không có tính quy luật.
Lũđược phân loại như sau:
Lũ nhỏ - đỉnh lũ thấp hơn đỉnh trung bình nhiều năm. Lũ vừa: đỉnh lũđạt mức trung bình nhiều năm. Lũ lớn: đỉnh lũ cao hơn đỉnh trung bình nhiều năm.
Lũđặc biệt lớn: có đỉnh cao hiếm thấy trong thời kỳ quan trắc.
Lũ lịch sử là trận lũ có đỉnh cao nhất trong chuỗi số liệu quan trắc hoặc do điều tra khảo sát được bằng các nghiên cứu hồi tưởng, điều tra vết lũ lịch sử…
Trong quá trình hình thành lũ, yếu tố hình dạng lưu vực, lưới sông, đặc điểm sườn dốc, thực vật có ảnh hưởng đáng kể tới mức độ tập trung nước sinh lũ. Người ta đã tìm thấy sự đồng dạng giữa đường cong phân bố diện tích lưu vực theo thời gian chảy truyền với phân bố
dòng chảy lũ theo thời gian và điều này có thể giải thích được bằng công thức căn nguyên dòng chảy. Mức độ ác liệt của đỉnh lũ tăng khi đi từ lưới sông hình cành cây sang dạng song song, nan quạt và giảm khi mật độ lưới sông tăng. Độ dốc, độ dài sườn dốc càng lớn nước tập trung càng nhanh, địa hình âm ít và khả năng thấm kém làm tăng lượng dòng mặt, độ che phủ
rừng càng nhỏ lũ càng ác liệt.
Mức độ ác liệt của lũđược đánh giá qua các đặc trưng: cường suất lũ lên, cao trình đỉnh lũ, biên độ lũ, thời điểm xuất hiện đỉnh lũ, lưu lượng dòng lũ, thời gian lũ. Biên độ lũ là trị số
chênh lệch mực nước giữa đỉnh lũ và mực nước ngay trước lúc lũ lên. Lũ lên càng nhanh thì cơ hội dự báo kịp thời và triển khai các giải pháp ứng phó giảm thiểu thiệt hại càng hạn chế, nguy cơ tổn thất càng cao. Mực nước lên càng cao thì nguy cơ lụt càng lớn và giải pháp công trình ngăn ngừa, nếu có thể, càng tốn kém, khó khăn. Lưu lượng nước càng lớn thì động năng phá hoại của dòng nước càng lớn và mức độ gây ngập khi tràn bờ càng cao. Thời gian duy trì mực nước cao càng lớn thì nguy cơ tổn thất và rủi ro càng cao do khả năng chịu đựng của tự
nhiên và khả năng đối phó của con người hạn chế. Thông thường, một số loại cây có thể chịu
được mức ngập nhất định trong một thời hạn nào đó, chỉ khi ngập kéo dài chúng mới bị tổn hại. Trong những trận lũ kéo dài mọi dự trữ nhân lực vật lực, lương thực, nước sạch... có nguy cơ không đủ dùng. Hệ thống đê điều ngăn lũ bằng đất không chịu được ngập lâu... Lũ lụt còn gây nên những biến động lòng sông phức tạp như lở bờ, cắt dòng, đổi cửa, gây hệ quả xấu cho kinh tế xã hội khu vực.
Mức độ ác liệt của lũ lụt gia tăng khi:
Thay đổi điều kiện hình thành dòng chảy trên lưu vực theo hướng tăng cường dòng mặt (như tăng tốc độ chảy truyền trên sườn dốc, giảm thấm, thu hẹp dung tích điều tiết tự nhiên của các địa hình trũng) và tăng cường dòng vật chất cuốn theo.
Xuất hiện các công trình thu hẹp mặt cắt hoạt động của dòng nước, giảm chiều rộng và tăng độ sâu dòng nước.
Xây dựng công trình làm giảm mật độ lưới sông, tăng độ dốc mặt nước (như nắn thẳng dòng, cắt dòng ...).
Dâng nước hạ lưu cản trở quá trình chảy xuôi dòng, như nước vật, triều cường, bão...
HÌNH 1.2.
QUAN Hệ GIữA CÁC ĐặC TRƯNG LƯU VựC VÀ HÌNH DạNG LŨ
1- Quan hệ giữa hình dạng lưu vực và hình dạng lũ. 2- Quan hệ giữa độ dốc lưu vực và hình dạng lũ. 3- Quan hệ giữa hình dạng lưới sông và hình dạng lũ. 4- Quan hệ mật độ lưới sông và hình dạng lũ.
Sự dâng cao mực nước trong hệ thống sông gây cản trở tiêu thoát nước mưa và dòng chảy mặt từ các địa hình trũng đồng bằng, dẫn đến hình thành ngập úng cục bộ, địa phương.
Lũ lụt để lại dấu ấn rất sâu và xấu trong lịch sử nhân loại, bởi những tổn thất trực tiếp về
người và của mà nó gây ra là tập trung, to lớn, chiếm vị trí hàng đầu cả về số vụ, số người chết và bị ảnh hưởng. Hậu lũ lụt, với đói kém, bệnh dịch, cũng gieo rắc nhiều nỗi kinh hoàng và gây hậu quả nghiêm trọng. Do vậy lịch sửđã ghi lại khá đầy đủ tổn thất trong các trận lụt lớn trên thế giới. Sông Hoàng Hà trong 3.500 năm gần đây đã gây ra 5.963 lần ngập lụt, 1.593 lần vỡđê và 26 lần đổi dòng, lũ năm 1887 làm chết 7 triệu người. Năm 1998 lũ lụt tràn ngập
gần 1/4 lãnh thổ Trung Quốc làm chết 3.004 người, ảnh hưởng tới 223 triệu người, tổn thất 166,7 tỷ nhân dân tệ.
1.14.3 Lũ quét
Lũ quét là một dạng lũ núi đặc biệt, xảy ra nhanh (bất ngờ), có sức công phá lớn. Theo Nguyễn Đăng Dư, thường lũ quét hình thành khi có lượng mưa lớn trong thời gian ngắn, trên các lưu vực sông nhỏ, độ dốc lớn, địa hình chia cắt mạnh, bắt nguồn từ núi cao, mật độ sông suối dày, hệ số uốn khúc nhỏ, mặt cắt dọc sông có dạng đường cong lõm, khu sinh lũ có độ
dốc lớn và rất lớn, còn khu chịu lũ có độ dốc nhỏ, điều kiện thoát lũ hạn chế, đường thoát lũ
có thể phát sinh cản trở. Lưu vực loại này còn thuận lợi cho việc tích luỹ nhiều vật chất bở rời và phát sinh trượt lở, xói mòn, tiềm ẩn nguy cơ phát sinh lũ bùn đá.
1.14.4 Lũ bùn đá
Lũ bùn đá là dòng chảy lũ có hàm lượng bùn cát từ 200- 1.200kg/m3, kể cảđá tảng, tạo thành một khối chuyển dịch đặc sệt. Khối bùn cát chuyển theo lũ chiếm khoảng 30 - 50% thể
tích chung. Thành phần bùn đá gồm 25 - 60% hạt mịn, cát, còn lại là các hạt lớn và đá tảng. Dòng bùn đá chuyển động không liên tục mà thành làn sóng hoặc đợt với khoảng thời gian vài phút và biên độ sóng thay đổi 2 - 4m, cao độ sóng có thểđạt tới 7m, tốc độ chuyển dịch từ 2 - 5m/s. Nguyên nhân là do sự ùn tắc gây nên bởi đá tảng hoặc đống đất đá tại những chỗ địa hình kém thuận lợi, và sự phá vỡ ùn tắc khi tích luỹ bùn đá đủ lớn. Mức độ ùn lại và tính chất biến động của chuyển động cùng với độ bão hoà phù sa, đất đá vừa là nét độc đáo nhất của lũ bùn đá, vừa là nguyên nhân chính gây ra sức công phá mạnh của dòng bùn đá.
Diễn biến lòng sông nơi có lũ bùn đá đi qua xảy ra liên tục và phức tạp. Lòng sông sau lũ
bùn đá bị biến dạng mạnh, có nơi bùn đá lắng đọng thành bãi cao 2 - 3m, có nơi bị xói thành rãnh sâu 5 - 8m, dài 5 - 6km. Trọng lượng khô của bùn cát đã lắng đọng đạt tới 1,6 - 2tấn/m3. Diện tích bãi bồi hình tam giác châu do bùn cát lắng đọng tại nơi lũ chấm dứt rộng hàng 100km2.
Bảng 1.6.
Lũ bùn đá
Ngày 13/8/1887 trên suối Phu Sơn (Anpơ), một dòng chảy gồm hỗn hợp nước và đất đá tạo thành bức tường thẳng đứng rộng tới 25m ở mặt chính của lũ, di chuyển từ núi xuống với tốc độ khoảng 1,5 m/s dọc theo suối. Trong phần đầu sóng lũ, các tảng đá nửa nổi, nửa chìm giữa bùn đặc, va chạm vào nhau gây ra chuỗi tiếng động ầm ầm. Đi sau các tảng đá là khối sệt cao khoảng 4m gồm đất mịn và đá hòn. Đuôi sóng lũ
là phần tương đối lỏng ở trên và đặc sệt ở dưới. Khi gặp chướng ngại vật trong lòng sông, các tảng đá bị tắc lại, ngập vào khối bùn, kìm hãm sự di chuyển của toàn dòng, nâng trán lũ lên cao 6 - 7m, tới mức áp lực của khối đủ lớn, chúng thắng sức cản, tiếp tục chuyển dịch. Thời gian lũ chỉ xảy ra trong vài giờ.
Thành phần cơ giới của bùn cát trong trận lũ năm 1932 trên sông Bêlôcantrai như sau: Hạt mịn 50 - 60%; Cát thô 30 - 35%; Đá sỏi, đá tảng 10 - 15%. Trận lũ bùn đá trên sông Kisơtrai năm 1931 dịch chuyển được cả
tảng đá lớn đến 127m3 và lượng bùn đá cuốn theo để lại trên diện tích 25km2 là 120.000m3/km2
Từ 14-18/8/1996 tại Mường Lay, Lai Châu, mưa trên 400mm gây lũ bùn đá, sức tàn phá mạnh hơn cả máy bay B52 rải thảm. Phố xá bị vùi lấp trong bùn và đất đá dày hàng mét, có nơi bùn đá xô thành đống cao làm 63 người chết, 163ha ruộng bị vùi lấp trong biển đá.
Theo đặc điểm dòng lũ, Velicannôp chia chúng thành ba dạng:
1- Lũ là khối dịch thể hỗn hợp đặc sệt của nước, cát, bùn, đất sét, cây đổ do xói lở; Khi ngừng chuyển động khối bùn cát này lắng đọng dần như dung nham; Thường xuất hiện ở
những vùng thượng nguồn sông có cấu tạo bằng đất hoàng thổ, cát pha sét dễ xói, hoặc vùng có chất thải do khai thác mỏ.
2- Lũ là dịch thể hỗn hợp gồm nước, cát, đất sét, bùn và những hạt thô hơn như cuội, sỏi,
đá dăm, đá tảng, trong đó đá tảng chuyển động không liên tục, lúc dừng, lúc di chuyển dưới tác động va đập của sóng lũ. Lũ loại này thường xuất hiện ở các nguồn sông suối có cấu tạo
địa chất bằng các lớp đá diệp thạch, sét, sa thạch và đá vôi dễ bị phá hoại.
3- Lũ là khối dịch thể chủ yếu gồm nước và đá, còn sét, cát không nhiều, chảy thành tầng, trên mặt là nước, đáy là sỏi và đá tảng, thường ứđọng trên lòng sông. Trong quá trình phát triển, lũ bùn đá có thể chuyển từ loại này sang loại kia, ví dụ như từ lũ bùn đá sang lũđá nước và cuối cùng là lũ bình thường.
Điều kiện thuận lợi phát sinh lũ bùn đá là:
Có khối lượng vật chất bở rời lớn (có thể là sản phẩm của quá trình phong hoá trong thời kỳ không mưa kéo dài, sự cố trượt lởđất, núi lửa, hoặc nhân tạo).
Độ dốc sườn dốc và lòng sông lớn.
Cấp nước sinh dòng chảy lớn (mưa lớn hoặc băng tan mạnh do thời tiết, núi lửa).
Lũ bùn đá thường xuất hiện ở nơi sông suối khô cạn, độ dốc đáy lớn, sườn thung lũng dốc đến 45o và cấu tạo bằng các loại đất đá dễ bị phá hoại, không có lớp phủ thực vật nên hệ
quả phong hoá, bào mòn, xâm thực rất lớn. Ngoài ra, trong một số trường hợp đặc biệt, lũ bùn
đá có thểđược sinh ra do núi lửa hoạt động, vỡđập, sạt lở núi, tuyết tan, băng hà…
1.14.5 Hạn hán
Hạn hán là hiện tượng thiên tai liên quan tới nước nghiêm trọng không kém gì lũ lụt cả về
quy mô tác động và tổn thất. Khái niệm hạn hán của các ngành nghiên cứu và dùng nước khác nhau không giống nhau.
Hạn khí tượng là sự thiếu hụt nước trong cán cân mưa - bốc hơi, xảy ra trong thời kỳ
không mưa kéo dài và gia tăng khi nắng nhiều, nhiệt độ cao, gió mạnh, thời tiết khô ráo. Các nhà khí hậu Việt Nam xác định một số chỉ tiêu hạn với các điều kiện mưa cụ thể như sau: Đợt hạn là ít nhất 20 ngày liên tục lượng mưa không quá 10mm, trong đó ngày mưa nhiều nhất không quá 5mm. Tuần hạn khi lượng mưa tuần không quá 5mm. Tháng hạn khi lượng mưa tháng không quá 10mm. Tuy nhiên đây chỉ là một dấu hiệu về sự thiếu khả năng cấp nước trực tiếp cho lưu vực từ mưa, chứ chưa nói lên được mức độ thiếu ẩm thực tế của nó. Chỉ số
khô hạn tháng và năm (K) được tính theo công thức sau: K = Ep.P-1
trong đó: Ep - lượng bốc hơi đo theo ống Piche, P- lượng mưa. Theo quy ước, mùa khô hạn là những tháng liên tục có K >1
Thuỷ văn học coi hạn là thời kỳ mực nước trong các thuỷ vực mặt và ngầm thấp hơn trung bình nhiều năm rõ rệt, tới mức không đủ để đáp ứng các nhu cầu dùng nước tối thiểu.