8. Cấu trúc luận án
3.1.3. Ảnh hƣởng của các yếu tố gây trƣợt đến hiện trạng trƣợt lở đất
Để đánh giá mức độ ảnh hƣởng (chi phối) của các yếu tố tự nhiên và nhân sinh đến quá trình phát sinh tai biến trƣợt lở đất ở giai đoạn hiện tại, luận án sử dụng phƣơng pháp chồng xếp các lớp thông tin gây trƣợt lên bản đồ hiện trạng trƣợt lở. Theo đó, phần trăm diện tích mỗi lớp so với tổng diện tích khu vực nghiên cứu (3), phần trăm diện tích trƣợt lở ở mỗi lớp so với tổng diện tích trƣợt lở trên toàn bộ khu vực nghiên cứu (4) đƣợc tính toán bằng công cụ thống kê không gian có trong phần mềm ArcGIS.
Tuy vậy, nếu chỉ so sánh giá trị phần trăm diện tích trƣợt lở xuất hiện trên mỗi lớp yếu tố gây trƣợt (4) thì không đảm bảo tính khách quan, ví dụ đối với yếu tố “vỏ phong hóa” thì trƣợt lở đất xảy ra nhiều nhất ở lớp “vỏ phong hóa ferosialit” tới 81,4%, mà diện tích lớp “ferosialit” là 67,74%. Với diện tích gần tƣơng đƣơng thì lớp “rừng” (69,48%) thuộc yếu tố “lớp phủ thực vật” thì trƣợt lở đất xảy ra trong lớp này chỉ có 67,33%. Do vậy, luận án còn so sánh giá trị tỷ suất của mỗi lớp yếu tố gây trƣợt. Tỷ suất (T) (5) đƣợc hiểu là % diện tích trƣợt lở xảy ra trên 1% diện tích các lớp yếu tố. Giá trị T càng lớn thì mức độ ảnh hƣởng của lớp đó tới quá trình phát sinh tai biến trƣợt lở đất càng cao (bảng 3.5).
Trong 11 yếu tố gây trƣợt, chỉ có 4 lớp có giá trị T lớn: lớp 1 (khoảng cách tới đƣờng giao thông < 100 m) của yếu tố “khoảng cách tới đƣờng giao thông” có T = 11,13, lớp 2 (đất nông nghiệp) của yếu tố “lớp phủ thực vật” có T = 2,29, lớp 4 (mật độ chia cắt ngang từ 2,5-3 km/km2) của yếu tố “chia cắt ngang” có T = 2,64, lớp 1 (trầm tích bở rời đệ tứ) thuộc yếu tố “thạch học” có T = 2,04. Đây là các lớp ảnh hƣởng tích cực đến quá trình phát sinh tai biến trƣợt lở đất. Trong đó, diện tích trƣợt lở đất xuất hiện trong lớp khoảng cách đến đƣờng giao thông < 100 m là rất lớn. Bên cạnh đó, tuy yếu tố lớp phủ thực vật thuộc nhóm các yếu tố tự nhiên,
105
nhƣng đây cũng là yếu tố phản ánh một phần nào đó mức độ tác động của dân cƣ đối với việc sử dụng đất, mà biểu hiện thông qua lớp khu dân cƣ cũng ảnh hƣởng nhiều đến quá trình phát sinh tai biến trƣợt lở đất. Nhƣ vậy có thể thấy rằng, phần nhiều hiện trạng trƣợt lở đất xảy ra là do tác động của nhóm yếu tố nhân sinh. Chi tiết mức độ ảnh hƣởng của các yếu tố tự nhiên và nhân sinh đến tai biến trƣợt lở đất đƣợc đề cập dƣới đây:
- Đối với yếu tố thạch học: trƣợt lở đất xảy ra nhiều nhất ở đá trầm tích và biến chất giàu alumisilicat (44,62%), tiếp đến là đá trầm tích và biến chất giàu thạch anh (41,32%), trƣợt lở đất xảy ra rất ít ở các nhóm đá trầm tích bở rời Đệ tứ (2,79%), đá xâm nhập axit-trung tính (1,34%) và gần nhƣ trƣợt lở đất không xảy ra ở đá xâm nhập mafic và siêu mafic (0,02%). Điều này phù hợp với quy luật chung của các kiểu thạch học và những đánh giá ban đầu về tính bền vững của các kiểu thạch học trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn đối với trƣợt lở đất (mục 2.2.1). Ngoài ra còn do tỷ lệ phân bố các kiểu thạch học trên địa bàn tỉnh tƣơng đối đồng nhất với tỷ lệ phân bố trƣợt lở: diện phân bố nhiều nhất là nhóm đá các đá trầm tích và biến chất giàu thạch anh (46,73%), đá trầm tích và biến chất giàu alumisilicat (40,3%), các đá có diện phân bố hẹp là đá đá trầm tích bở rời Đệ tứ (1,37%), đá xâm nhập mafic và siêu mafic (0,52%). Đánh giá chung, trƣợt lở đất xảy ra nhiều ở (lớp 2, lớp 3) nhƣng không mạnh (T2 = 0,88; T3 = 1,11).
- Đối với yếu tố vỏ phong hóa: trƣợt lở đất xảy ra nhiều nhất ở kiểu vỏ phong
hóa ferosialit (81,40%), nhƣng không mạnh (T1 =1,2). Và xảy ra tƣơng đối nhiều ở kiểu vỏ phong hóa terra rossa (16,63%). Trƣợt lở đất xảy ra rất ít ở vỏ phong hóa sialit-fe (1,32%) và gần nhƣ không xảy ra ở vỏ phong hóa sialferit (0,65%). Điều này phù hợp với những nhận định ban đầu về tính bền vững của các kiểu vỏ phong hóa với trƣợt lở đất. Nguyên nhân trƣợt lở đất tập trung chủ yếu ở nhóm vỏ phong hóa ferosialit (lớp 1) là do quá trình phong hóa không đồng đều của đất đá trên vỏ phong hóa ferosialit dẫn đến khả năng ổn định của sƣờn dốc là kém hơn hẳn so với tính ổn định sƣờn dốc trên các loại vỏ phong hóa khác trong khu vực nghiên cứu. Ngoài ra diện phân bố của kiểu vỏ phong hóa ferosialit cũng chiếm phần lớn (67,74%), và các tuyến đƣờng chính thƣờng đi qua lớp vỏ phong hóa này.
106
- Đối với độ lệch giữa hướng cắm của đá với hướng đổ của địa hình: trƣợt
lở đất xảy ra không có sự khác biệt lớn giữa các lớp (không tập trung vào 1 lớp nào đó). Trƣợt lở đất nhiều nhất ở lớp 1 (27,92%) và giảm dần cho đến thấp nhất ở lớp 5 (5,8%). Mức độ trƣợt lở đất giảm cùng với diện phân bố của các lớp, tức là góc lệch càng tăng thì diện tích trƣợt lở càng giảm. Điều này phù hợp với nhận định ban đầu là trƣợt lở đất dễ xảy ra khi hƣớng cắm của đá trùng với hƣớng đổ của địa hình, và bền vững khi hƣớng cắm của đá ngƣợc với hƣớng đổ địa hình (mục 2.2.3). Mức độ xảy ra trƣợt lở đất cũng không mạnh mẽ (T1 = 1,09, T2 = 1,06).
- Đối với yếu tố mật độ lineament: trƣợt lở đất xảy ra nhiều nhất ở lớp 1 (39,07%), rồi đến lớp 1 (33,63%), yếu nhất ở lớp 5 (1,85%). Mức độ xảy ra trƣợt lở đất cũng không mạnh mẽ (T1 = 1,26; T2 = 1,14). Điều này có thể đƣợc lý giải bởi diện phân bố tƣơng đối cao của lớp 1 (25,69%), lớp 2 (30,57%) chủ yếu rơi vào các khu vực có địa hình thoải (<25o) cũng nhƣ có nhiều tuyến đƣờng giao thông nằm trong các lớp này. Ngoài ra diện phân bố của lớp 5 là rất thấp (3,31%), chủ yếu rơi vào các dạng địa hình núi đá vôi, nơi có nhiều lineament, tại đây trƣợt lở đất rất ít khi xảy ra.
- Đối với yếu tố địa mạo: trƣợt lở xảy ra nhiều nhất và tập chung chủ yếu ở địa hình bóc mòn (73,75%) nhƣng không mạnh (T2 = 1,01). Ngoài ra, trƣợt lở đất còn xảy ra tƣơng đối nhiều (23,73%) và mạnh mẽ (T4 =1,58) ở địa hình dòng chảy. Trƣợt lở đất rất ít xảy ra ở địa hình kiến tạo, kiến trúc bóc mòn (0,11%) và địa hình karst (2,41%). Điều này phù hợp với nhận định ban đầu (mục 2.3.2): địa hình bóc mòn có độ bền vững thấp với trƣợt lở đất; mặc dù địa hình dòng chảy có tính bền vững cao đối với quá trình trƣợt lở vì bản chất thành tạo là quá trình tích tụ, nhƣng vẫn có khả năng xảy ra trƣợt lở tại bề mặt tích tụ sƣờn tích-lũ tích, hoặc các bề mặt tích tụ sông lũ. Trong khi địa hình kiến tạo, kiến trúc bóc mòn và địa hình karst có độ bền vững cao với trƣợt lở đất.
- Đối với yếu tố độ dốc địa hình: trƣợt lở đất tăng dần theo nhóm độ dốc (lớp
1, lớp 2, lớp 3) đạt đỉnh (xảy ra nhiều nhất) tại nhóm độ dốc 25-35o (31,89%), rồi giảm mạnh ở lớp 4 (9,37%) và xảy ra ít nhất (0,95%) ở nhóm > 45o. Tuy nhiên mức độ trƣợt lở đất xảy ra không mạnh (T1 = 1,09; T2 = 1,06). Điều này có thể lý giải: khu vực có độ dốc > 45o, có diện phân bố rất nhỏ (1,91%) chủ yếu là các đỉnh núi
107
đá vôi, tại đây lớp vỏ phong hóa rất mỏng, quá trình bóc mòn diễn ra liên tục nên trƣợt lở đất rất khó xảy ra. Khu vực có độ dốc 0 – 15o, mặc dù đƣợc nhận định là khá bền vững đối với trƣợt lở đất, nhƣng thực tế trƣợt lở đất xảy ra ở lớp này khá nhiều (27,9%). Vì trong lớp này có vỏ phong hóa dày và là nơi tập trung các khu dân cƣ và đất nông nghiệp, nên bị tác động mạnh của các hoạt động nhân sinh nhƣ xẻ taluy làm nhà, dẫn đến sự mất ổn định của sƣờn. Bên cạnh đó một số khối trƣợt lâu ngày bị biến dạng, độ dốc khối trƣợt đã bị giảm đi.
- Đối với yếu tố chia cắt sâu: trƣợt lở đất xảy ra theo sự biến thiên (tăng giảm)
của diện phân bố các lớp phân cắt sâu. Trƣợt lở đất xảy ra ít nhất (8,26%) ở khu vực có độ chênh cao thấp nhất (<100m). Trƣợt lở đất xảy ra nhiều nhất (37,24%) và tƣơng đối mạnh (T2 = 1,46) ở lớp 2 (độ chênh cao 100 – 200m).
- Đối với yếu tố chia cắt ngang: tỷ lệ trƣợt lở đất xảy ra tƣơng đối đều so với
diện phân bố của các lớp. Trƣợt lở đất xảy ra nhiều nhất (36,38%) ở lớp 2 những không mạnh, và yếu nhất ở lớp 5 (0,82%).
- Đối với yếu tố lượng mưa: trƣợt lở đất xảy ra nhiều nhất (59,55%) và tƣơng
đối mạnh (T2 = 1,4) ở lớp 2. Trƣợt lở đất xảy ra ít nhất ở lớp 3 (3,73%). Nhìn chung trƣợt lở đất không xảy ra theo quy luật thông thƣờng: nơi nào mƣa nhiều thì trƣợt lở nhiều, mà còn phụ thuộc vào mặt đệm (các điều kiện địa chất, địa hình, lớp phủ thực vật) của từng khu vực.
- Đối với lớp phủ thực vật: trƣợt lở đất xảy ra phần lớn ở khu vực có rừng (67,33%), tuy nhiên mức độ không mạnh (T1 = 0,97). Điều này đƣợc lý giải bởi: phần lớn khu vực nghiên cứu là rừng (69,48%); thực tế trƣợt lở đất xảy ra ngay cả các khu vực đƣợc che phủ tốt. Trƣợt lở đất còn xảy ra nhiều ở khu vực đất trống cây bụi (18,07%). Tuy trƣợt lở đất xảy ra không nhiều trong khu dân cƣ (4,81%) nhƣng mạnh (T2 = 2,29%).
- Đối với khoảng cách từ đường giao thông: trƣợt lở đất tập trung chủ yếu (75,95%) dọc theo các tuyến đƣờng giao thông (lớp 1, lớp 2), nơi phần lớn là các vách sƣờn nhân tạo. Trong đó, trƣợt lở đất xảy ra nhiều nhất (62,31%) và mạnh mẽ nhất (T1 = 11,13) ở lớp 1. Mức độ ảnh hƣởng của đƣờng giao thông đối với trƣợt lở đất cũng giảm đi tại lớp 2 (12,64%). Trƣợt lở đất còn xảy ra tại các khu vực khác (25,05%) nhƣng yếu (T3 = -1, 2713) nơi các các quá trình sƣờn do tự nhiên là chính.
108
Nguyên nhân là do càng xa đƣờng giao thông, ảnh hƣởng của các hoạt động nhân sinh đối với độ ổn định của sƣờn càng giảm.
3.2. ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TRƢỢT LỞ TỈNH BẮC KẠN
Bản đồ nguy cơ trƣợt lở đất là bản đồ thể hiện thể hiện (phân chia) một khu vực nào đó vào các vùng nguy cơ theo các mức độ khác nhau. Nói cách khác bản đồ nguy cơ trƣợt lở đất mô tả tính nhạy cảm của cảnh quan đối với trƣợt lở gây ra bởi yếu tố kích hoạt duy nhất [59].
Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu, cơ sở dữ liệu sẵn có và phạm vi khu vực nghiên cứu, mà có những cách tiếp cận khác nhau [75]. Để thành lập bản đồ nguy cơ trƣợt lở đất cho tỉnh Bắc Kạn, luận án sử dụng cách kết hợp hai phƣơng pháp: giá trị thông tin và phƣơng pháp phân tích thứ bậc. Trong đó phƣơng pháp giá trị thông tin đƣợc sử dụng để tính toán thứ hạng; phƣơng pháp AHP để tính trọng số của các yếu tố gây trƣợt (hình 3.7) .
Hình 3.7: Sơ đồ quá trình tính toán, thành lập bản đồ nguy cơ trượt lở đất
Các yếu tố ảnh hƣởng tới sự ổn định của sƣờn dốc và các sự cố trƣợt lở rất đa dạng và khác nhau, chúng tƣơng tác với nhau theo cách rất phức tạp [128]. Việc lựa chọn các lớp thông tin (yếu tố gây trƣợt) cho mô hình đánh giá nguy cơ trƣợt lở dựa trên các lý do: nguyên nhân phát sinh tai biến trƣợt lở, đặc điểm tự nhiên và
109
nhân sinh ảnh hƣởng tới quá trình trƣợt lở; tính bao trùm của cơ sở dữ liệu, tỉ lệ dữ liệu; mô hình và phƣơng pháp áp dụng.
Bảng 3.4: Các yếu tố gây trượt dùng để đánh giá nguy cơ trượt lở đất
TT Các yếu tố gây trƣợt
Dữ liệu gốc Tỷ lệ Tóm tắt quá trình chuẩn bị
1 Thạch học Bản đồ địa chất
và khoáng sản 1: 200.000
Phân loại các nhóm đá từ các đơn vị địa chất (hệ tầng, phức hệ)
2 Vỏ phong hóa
Bản đồ vỏ
phong hóa 1: 100.000
Biên tập dựa theo bản đồ vỏ phong hóa của Vũ Ngọc Quang
3 Độ lệch hƣớng cắm Bản đồ địa chất và khoáng sản; Bản đồ địa hình 1: 50.000
Nội suy phƣơng vị hƣớng dốc của đá từ dữ liệu đo đạc hƣớng cắm của đất đá.
4 Lineament Ảnh vệ tinh kết
hợp DEM 1: 50.000 Tách chiết lineament từ ảnh vệ tinh
5 Địa mạo Bản đồ địa mạo 1: 100.000 Biên tập dựa theo bản đồ địa mạo của Uông Đình Khanh
6 Độ dốc Bản đồ địa hình 1: 50.000 Nội suy từ dẫn xuất DEM 7 Chia cắt sâu Bản đồ địa hình 1: 50.000 Tính toán từ dẫn xuất DEM
8 Chia cắt
ngang Bản đồ địa hình 1: 50.000
Tính toán từ bản đồ hệ thống thủy văn
9 Lƣợng mƣa Số liệu các trạm đo mƣa 1: 50.000
Thành lập bản đồ lƣợng mƣa trung bình năm bằng phƣơng pháp nội suy IDW từ 4 trạm khí tƣợng 10 Lớp phủ thực vật Bản đồ hiện trạng rừng , Ảnh SPOT, GeoEye 1: 50.000, 10mx10m Biên tập từ bản đồ rừng, có cập nhật từ ảnh vệ tinh GeoEye, SPOT
11 Khoảng cách đến đƣờng giao thông Bản đồ địa hình, Ảnh vệ tinh 1: 50.000
Nội suy từ bản đồ đƣờng giao thông (lấy từ bản đồ địa hình, có cập nhật từ ảnh vệ tinh GeoEye)
Để đánh giá nguy cơ tai biến trƣợt lở, toàn bộ các lớp thông tin đƣợc thể hiện dƣới dạng bản đồ trong hệ thống GIS. Các lớp thông tin đƣợc xử lý, tính toán, chuyển đổi và hiển thị dƣới dạng dữ liệu raster với giá trị pixel = 20x20 m. Các lớp thông tin: góc lệch giữa phƣơng vị hƣớng dốc của đá với hƣớng đổ của địa hình (độ lệch hƣớng cắm); mật độ lineament; mức độ chia cắt sâu; mật độ chia cắt ngang;
110
lƣợng mƣa; buffer giao thông là các biến liên tục. Còn các lớp thông tin: thạch học, vỏ phong hóa, địa mạo, lớp phủ thực vật là các biến không liên tục.
3.2.1. Xác định thứ hạng các yếu tố gây trƣợt
Mỗi yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình trƣợt lở đƣợc thể hiện bằng một bản đồ trong GIS, thì có thể nhận thấy phƣơng pháp giá trị thông tin đƣợc tính toán dựa trên tƣơng quan thống kê của bản đồ hiện trạng trƣợt lở với các thuộc tính của bản đồ các yếu tố gây trƣợt khác nhau. Giá trị Wi chỉ tính toán cho các lớp của các yếu tố mà có xuất hiện trƣợt lở. Trong trƣờng hợp trƣợt lở không xuất hiện trong một lớp nào của một bản đồ yếu tố gây trƣợt, giá trị Wi sẽ đƣợc gán giá trị = 0. Trong trƣờng hợp một lớp nào đó của một yếu tố gây trƣợt không thấy xuất hiện trƣợt lở, thì trọng số của lớp đó sẽ không ảnh hƣởng tới quá trình trƣợt lở trong khu vực nghiên cứu đƣợc thể hiện dƣới dạng bản đồ. Giá trị Wi chỉ ra tầm quan trọng của từng loại yếu tố trong sự kiểm soát trƣợt lở. Nếu Wi mang trị số dƣơng, tức yếu tố đó thuận lợi cho sự xuất hiện của trƣợt lở, nếu mang giá trị âm, thì yếu tố đó cản trở sự xuất hiện của trƣợt lở [125].
Ngoài giá trị Wi đƣợc tính theo phƣơng pháp giá trị thông tin để xác định (đánh giá) mức độ nhạy cảm theo chiều ngang của các yếu tố đối với trƣợt lở hay còn gọi là mức độ thuận lợi/cản trở cho sự xuất hiện của trƣợt lở. Độ nhạy cảm cao tƣơng ứng với mức độ thuận lợi và độ nhạy cảm thấp tƣơng ứng mức độ không thuận lợi (cản trở) sự xuất hiện của trƣợt lở đất. Nhƣ vậy giá trị trọng số Wi có thể biểu diễn bằng ln(T).
Bảng 3.5: Kết quả tính toán giá trị Wi các yếu tố gây trượt lở đất
Lớp Tên lớp Diện tích (%) Trƣợt lở (%) Tỷ suất (T) Wi (1) (2) (3) (4) (5) (6) 1. Thạch học 1 Trầm tích bở rời đệ tứ 1,37 2,79 2,04 0,7112 2 Đá TT và biến chất giàu thạch anh 46,73 41,32 0,88 -0,1230 3 Đá TT và biến chất giàu alumosilicat 40,30 44,62 1,11 0,1018 4 Đá trầm tích và biến chất carbonat 5,95 9,91 1,67 0,5102 5 Đá xâm nhập axit-trung tính 5,13 1,34 0,26 -1,3424 6 Đá xâm nhập mafic và siêu mafic 0,52 0,02 0,04 -3,2581
111 Lớp Tên lớp Diện tích (%) Trƣợt lở (%) Tỷ suất (T) Wi (1) (2) (3) (4) (5) (6)
1 Vỏ phong hóa ferosialit 67,74 81,40 1,20 0,1837 2 Vỏ phong hóa sialit-fe 4,26 1,32 0,31 -1,1716 3 Vỏ phong hóa sialferit 9,92 0,65 0,07 -2,7253 4 Vỏ phong hóa kiểu terra rossa 18,08 16,63 0,92 -0,0836
3. Góc lệch giữa phƣơng vị hƣớng dốc của đá với hƣớng đổ của địa hình
1 0o – 36o 25,52 27,92 1,09 0,0899 2 36o – 72o 21,28 22,55 1,06 0,0580 3 72o – 108o 17,48 16,65 0,95 -0,0486