7. Cấu trúc luận văn
2.3.1. Các nhân tố tự nhiên
2.3.1.1. Nhóm nhân tố địa chất và các quá trình địa động lực
Cấu trúc địa chất phức tạp, lớp vỏ phong hóa mỏng, ít thấm nước nên tỷ lệ nước chảy tràn trên mặt tăng làm gia tăng tính chất nghiêm trọng của lũ lụt.
Trong cấu trúc chung của toàn lãnh thổ, Thái Nguyên nằm trong miền uốn nếp Bắc Bộ, là phần tiếp giáp Caledoni Hoa Nam bị biến cả trong Mezozoi thuộc hệ uốn nếp Việt Bắc. Cụ thể là Thái Nguyên nằm trong nằm trong hai đới kiến tạo chính là phức nếp lồi Bắc Thái và võng chồng An Châu. Các lớp đất đá bị nâng lên - hạ xuống, uốn lượn, vò nhàu, cà nát và phân cách bởi các hệ đứt gãy, nứt nẻ khác nhau, tạo nên các mặt yếu trong khối đất đá ở sườn dốc. Những trường hợp mà mặt phân lớp của các loại đá sét, các đứt gẫy, các hệ khe nứt lớn cắm vào phía không gian của sườn dốc là những trường hợp tiềm ẩn nguy cơ trượt lở.
Trong đới phức nếp lồi Bắc Thái, bắt gặp các loại đá: trầm tích, biến chất, đá vôi, đá vôi xen lẫn trầm tích, mắc ma. Địa phận Thái Nguyên là đầu mút phía tây của võng chồng An Châu. Tham gia vào cấu trúc võng chồng này là các thành tạo lục nguyên Triat trung với các thành phần là cát kết, bột kết, sét kết phân bố chủ yếu ở sườn đông bắc Tam Đảo chạy dài theo hướng tây bắc đông nam, một dải ở phía bắc Đồng Hỷ và gần như toàn bộ phần đông bắc huyện Phú Bình. Các thành phần nêu trên có kết cấu kém bền vững nhất, dễ thay đổi khi chịu tác động của các yếu tố ngoại lực. Ở các khu vực có độ dốc lớn trên 25o như sườn đông bắc Tam Đảo, thuộc huyện Đại Từ, Định Hóa.
Cùng với các quá trình nội sinh, các quá trình địa động lực ngoại sinh là nguyên nhân gây tai biến trên bề mặt của khu vực nghiên cứu. Các hiện tượng như phong hoá, cac-xtơ, các quá trình trọng lực, rửa trôi bề mặt và bóc mòn, xói ngầm và cát chảy, xâm thực... cũng có tác động đáng kể đến quá trình trượt lở ở khu vực này.
Quá trình trọng lực chậm là hiện tượng di đẩy các lớp phù sa bở rời. Vào mùa mưa, các vật liệu vụn của vỏ phong hóa và thổ nhưỡng bị ngậm nước, trương nở. Ở những nơi có vỏ phong hóa dày, thể tích của chúng tăng lên nhiều hơn cùng với sự tăng khối lượng của chúng làm cho chúng bị dịch chuyển xuống phía dưới. Quá trình này chiếm phần lớn diện tích trên sườn núi và thống trị trên các kiểu địa hình núi.
Các quá trình trọng lực nhanh bao gồm trượt khối, trượt chảy, đổ vỡ sập lở. Quá trình này tiềm ẩn các tai biến địa mạo, nhất là khi có hoạt động của con người phá vỡ trạng thái cân bằng của địa hình, đặc biệt là các taluy đường. Trên địa bàn Thái Nguyên hoạt động này gặp phổ biến ở các khu vực kiểu địa hình núi thấp cấu tạo bởi đá vôi bị cac-xtơ hóa mạnh.
Ngoài ra còn có các hoạt động trượt khối, trượt lở, trượt chảy, trượt trôi. Trượt khối xảy ra trên các sườn dốc (>25o) có cấu tạo là các đá phiến sét phân lớp, mặt phân lớp bị phong hóa, giữa các lớp gắn kết kém, mặt lớp phù hợp với mặt dốc của sườn. Vào mùa mưa cả khối đất đá trên sườn trượt theo mặt lớp và di chuyển tương đối nhanh xuống phía dưới lấp đầy đáy thung lũng. Quá trình động lực này gây nên sự mất ổn định lớn cho địa hình và lớp vỏ phong hóa cùng thổ nhưỡng trên mặt và gây nguy hiểm cho con người, nhất là khi có hoạt động của con người làm phá vỡ trạng thái cân bằng của địa hình, đặc biệt là các taluy khi xây dưng đường giao thông. Tai biến này gặp trên các kiểu địa hình đồi cao, sườn lồi - thẳng, đỉnh nhọn hẹp kéo dài dạng dãy.
Quá trình rửa trôi bề mặt: Phổ biến ở các kiểu địa hình đồi. Quá trình này chứa đựng một tiềm năng xói mòn lớn, làm suy kiệt, xói mòn đất gây hậu quả lâu dài.
- Nhóm các quá trình dòng chảy:
Các quá trình dòng chảy tạm thời: thường xuất hiện vào mùa mưa. Dòng chảy tạm thời thường gây lũ quét, lũ bùn đá ở các kiểu địa hình núi. Các quá trình này phát triển rộng rãi ở khu vực sườn đông bắc Tam Đảo (vùng Phúc Thuận
thuộc huyện Phổ Yên, Quân Chu thuộc huyện Đại Từ). Ở kiểu địa hình đồi, dòng chảy tạm thời là nguyên nhân chính gây ra mương xói, xảy ra ở các huyện Phổ Yên, Phú Bình và một phần ở Phú Lương, Đại Từ.
Các quá trình dòng chảy thường xuyên: hoạt động của các dòng chảy thường xuyên là xâm thực và bồi tụ. Hoạt động này gây ra các hiện tượng ngập úng ở khu vực địa hình đồng bằng, vùng trũng giữa núi. Ngoài ra, các hoạt động này còn gây nên biến đổi dòng dẫn, xói lở bờ sông như dọc thung lũng sông Cầu.
- Nhóm các quá trình hòa tan rửa rũa và xói ngầm: nhóm này liên quan đến các hiện tượng các-xtơ, phổ biến ở kiểu địa hình núi. Các quá trình này gân nên hiện tượng sạt lở, sập lở, xuất hiện ở dọc quốc lộ 1B, dọc thung lũng Nghinh Tường - Thần Sa. Trong khối núi đá vôi Bắc Sơn, mật độ các hố sụt đạt đến 5 - 7 hố/km2.
2.3.1.2. Nhân tố địa hình, địa mạo
Thái Nguyên thuộc phần cuối của các cánh cung phía đông bắc Việt Nam, giáp với các tỉnh miền núi phía bắc, phía nam giáp với các tỉnh đồng bằng. Ở vị trí này, Thái Nguyên chịu ảnh hưởng sâu sắc của gió mùa đông bắc, mùa đông đến sớm và kết thúc muộn hơn các tỉnh khác ở Đồng Bằng Bắc Bộ.
Phía tây Thái Nguyên là dãy núi Tam Đảo, có hướng tây bắc đông nam. Tam Đảo có đỉnh cao 1.590m, dốc về phía Đại Từ, gió mùa đông nam dễ dàng xâm nhập và gây mưa lớn. Hướng tây bắc đông nam này lại ngăn chặn gió mùa đông bắc và frong lạnh thổi về, gặp địa hình Tam Đảo có thể gây mưa rào, mưa giông lớn ở sườn đông thuộc địa phận Thái Nguyên.
Ngược lại, phía đông là địa hình núi đá thấp, hướng địa hình tây bắc đông nam, làm cho gió mùa đông bắc dễ dàng xâm nhập, nhưng lại ngăn cản gió đông nam. Vì vậy, đây là vùng khí hậu khắc nghiệt, lạnh hơn các vùng núi khác, ít mưa hơn, mùa hè nóng hơn, mùa đông có sương muối.
Địa hình Thái Nguyên chủ yếu là đồi núi, có độ dốc tương đối lớn, độ dốc từ 15 - 25o chiếm 17,7%, từ 16 - 35o chiếm 21,1%. Ở độ dốc này rất thuận lợi cho các quá trình trượt lở.
Địa hình Thái Nguyên có cấu trúc như một lòng chảo khổng lồ, được bao bọc xung quanh bởi các dạng địa hình đồi và núi cao, hướng nghiêng chính của địa hình là bắc nam. Phía tây nam và phía bắc được bao bọc bởi các dãy núi Tam Đảo và Ngân Sơn. Hơn nữa, địa hình bị chia cắt khá phức tạp, phân hóa mạnh tạo ra hệ thống sông suối tương đối dày đặc, kết hợp với độ dốc địa hình tương đối lớn. Những đặc điểm này không chỉ làm tăng lượng nước lũ ở vùng hạ lưu các sông mà còn làm cho lũ dâng lên nhanh hơn có khi có mưa lớn ở thượng nguồn.
2.3.1.3. Nhân tố khí tượng, khí hậu
Khí hậu nhiệt đới nóng ẩm làm tăng tốc độ phong hóa của đất đá ở bề mặt bờ dốc, do đó làm giảm độ bền của đất đá. Dưới tác dụng của các dòng chảy mặt, bề mặt bờ dốc sẽ bị bào mòn, các công trình bảo vệ bờ bị phá hoại, do đó khả năng mất ổn định của sườn dốc tăng lên.
Một đặc điểm quan trọng của chế độ khí hậu Thái Nguyên là tính chuyển tiếp giữa đồng bằng và miền núi. Sự chuyển tiếp này thể hiện rõ rệt qua chế độ nhiệt với biên độ nhiệt ngày và đêm lớn và chế độ gió, chế độ mưa. Mưa ở đây thường lớn hơn ở đồng bằng và gió thường yếu hơn. Khí hậu Thái Nguyên được hình thành từ một nền nhiệt cao và sự thay thế của các hoàn lưu lớn theo mùa, kết hợp với hoàn cảnh địa lý cụ thể đã hình thành nên khí hậu nóng ẩm, mưa mùa, có mùa đông lạnh và rất thất thường.
Hệ quả là khí hậu trong vùng có tính biến động lớn và hay xảy ra những dị thường dẫn đến tai biến thiên nhiên như lũ, bão, hạn hán, trượt lở đất, lũ quét,... Bên cạnh vị trí địa lý, địa hình cũng góp phần quan trọng làm tăng thêm sự khắc nghiệt của khí hậu khu vực này.
Lượng mưa lớn kéo dài là nguồn bổ sung quan trọng cho nước dưới đất. Một mặt làm giảm độ bền khối đất đá bờ dốc, mặt khác làm thay đổi trạng thái ứng suất theo hướng có hại cho ổn định bờ dốc. Do vậy, cùng với mưa lớn, hiện tượng trượt lở phát triển mạnh mẽ. Nhiều vụ trượt lở lớn ở vùng núi như các
huyện Định Hóa, Đại Từ,... liên quan tới các trận mưa lớn và nhiều khu vực trượt lở thường trùng với những vùng có lượng mưa lớn.
Lượng mưa phân bố không đều theo thời gian gây ra lũ lụt vào mùa mưa lũ và hạn hán vào mùa cạn. Mùa mưa trùng với mua nóng, thời kì có lượng mưa tháng vượt 100mm kéo dài 6 tháng, từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm 85 - 90% lượng mưa cả năm. Mùa khô trùng với mùa lạnh, từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, lượng mưa chỉ từ 200 - 400mm, bằng 10 - 15% lượng mưa cả năm.
2.3.1.4. Nhân tố thủy văn
Thái Nguyên có mạng lưới sông ngòi khá dày. Đại bộ phận lãnh thổ thuộc hệ thống sông Cầu, cứ 1km2 có 0,93km sông; sông Công 1,2km sông/km2; sông Nghinh Tường 1,05km sông/km2.
Các phụ lưu tả và hữu sông sông Cầu đã làm cho sông Cầu ở tỉnh Thái Nguyên có hình dạng lông chim rõ rệt nên lũ trên sông Cầu diễn ra không quá đột ngột.
Sông Cầu trước khi chảy vào Thái Nguyên đã bị chất thải của nhà máy giấy Phùng Chí Kiên (Sáu Hai) đổ vào dòng sông. Đến Thái Nguyên, nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ, Nhà máy điện Cao Ngạn và các xí nghiệp gang thép xả thải vào dòng sông nên làm cho nước sông Cầu bị ô nhiễm.
Chế độ thủy văn của sông Cầu và các nhánh của nó đặc trưng bởi 2 mùa rõ rệt: mùa lũ và mùa cạn. Mùa lũ kéo dài 5 tháng, từ tháng 6 tháng 10, với tổng lượng dòng chảy chiếm 75% tổng lượng dòng chảy cả năm.
Mô-đun dòng chảy trung bình năm trên toàn lãnh thổ Thái Nguyên phân bố không đều. Phần phía tây nam và đông bắc tỉnh mô-đun dòng chảy là 27,0 29,0 l/s/km2 (theo số liệu quan trắc các trạm Tân Cương và Cầu Mai); còn ở phía tây bắc tỉnh, mô-đun dòng chảy là nhỏ nhất 20,1 - 22,4 l/s/km2 (theo số liệu các trạm quan trắc Giang Tiên và Núi Hồng).
2.3.1.5. Nhân tố thổ nhưỡng
Yếu tố lớp vỏ phong hóa thổ nhưỡng cũng là một trong những nhân tố góp phần hình thành và ảnh hưởng lớn đến các tai biến thiên nhiên như hạn hán, lũ quét, trượt lở đất.
Bảng 2.14. Các nhóm đất ở tỉnh Thái Nguyên
Nhóm đất Đặc điểm
Đất Feralit màu vàng nhạt trên núi thấp (phân bố ở độ cao trên 200m)
Được hình thành do sự phong hóa từ các đá macma, đá biến chất và đá trầm tích
Đất Feralit điển hình vùng đồi và núi thấp
Hình thành trên cát kết, bột kết, phiến sét và một phần phù sa cổ kiến tạo. Đất Feralit trên đá vôi Đất có màu đỏ nâu, tầng đất mỏng Đất dốc tụ phù sa Thành phần cơ giới từ trung bình đến
nhẹ, tầng đất khá dày
Đất ở tỉnh Thái Nguyên chủ yếu là đất feralit, trong đó diện tích đất có độ dốc lớn (15o - 25o) chiếm tỉ lệ đáng kể. Nhưng do tình trạng xói mòn, rửa trôi mạnh nên đất nghèo dinh dưỡng, bạc màu và dễ bị xói mòn. Hơn nữa, lớp phủ thực vật ở đây bị tàn phá nghiêm trọng nên khả năng thấm nước ở một số nơi rất thấp dẫn đến hiện tượng lũ quét, trượt lở đất xảy ra nhiều nơi.
2.3.1.6. Nhân tố sinh vật
Do được hình thành và phát triển trong các điều kiện địa lí tự nhiên đa dạng cùng với lịch sử phát triển lâu dài của hệ thực vật, nên thảm thực vật ở Thái Nguyên phân hóa đa dạng, phong phú.
Trước khi có sự tác động của con người, rừng rậm thường xanh nhiệt đới đã bao phủ toàn bộ lãnh thổ tỉnh Thái Nguyên, từ các đầm ngập nước đến tận đỉnh cao nhất của dãy núi Tam Đảo. Dưới sự phân hóa của địa hình và khí hậu, thảm thực vật ở đây bao gồm: rừng rậm thường xanh nhiệt đới gió mùa trên đất địa đới, kiểu rừng này phân hóa thành đai cao rõ rệt (đai cao dưới 700m, đai cao từ 700 - 1600m); rừng rậm nhiệt đới gió mùa trên đất thoát nước và rừng rậm thường xanh nhiệt đới gió mùa trên đất phù sa.
Ngày nay, do tác động của con người chủ yếu là làm nương rẫy, khai thác rừng quá mức và hoạt động nông nghiệp, đại bộ phận diện tích rừng nguyên sinh
đã bị thay thế bởi các loại rừng, các trảng cây bụi, trảng cỏ thứ sinh và thảm cây trồng. Riêng kiểu rừng rậm thường xanh nhiệt đới trên đất chậm thoát nước và trên đầm lầy đã hoàn toàn vắng bóng, thay thế vào đó là các quần xã thực vật canh tác chuyên canh (lúa, màu,…).
Qua việc nghiên cứu mối quan hệ giữa thảm thực vật và dòng chảy mặt, ta thấy rằng thảm thực vật có vai trò quan trọng trong điều tiết dòng chảy, góp phần giảm thiểu các tác hại của lũ lụt. Nước mưa trước khi rơi xuống đất bị giữ lại một phần ở tán lá và thân cây, lượng nước này dần bốc hơi vật lý vào không khí. Sau khi bị giữ lại một phần ở tán và thân cây, nước tiếp tục rơi xuống đất thấm vào đất hay thấm sâu hơn theo hệ thống rễ cây. Sau khi đất bão hoà nước, dòng chảy mặt được hình thành. Nước trong đất sẽ cung cấp cho dòng chảy ngầm, nước ngầm, chi phí cho bốc hơi vật lý và cây sử dụng dần trong quá trình quang hợp và thoát hơi. Bản chất của sự điều tiết dòng chảy của thảm thực vật là cùng với đất giữ lại một phần nước mưa sau đó cung cấp một cách từ từ cho dòng chảy. Độ che phủ rừng giảm tỉ lệ nghịch với tần suất xuất hiện và cường độ của các tai biến thiên nhiên.
Hiện tại thảm thực vật chưa đáp ứng được nhu cầu phòng hộ về cả diện tích và chất lượng rừng, cũng như còn tồn tại một diện tích lớn các kiểu thảm có khả năng điều tiết kém như trảng cây bụi, đất trống đồi trọc.