Kết quả Đề tài 105/ĐXPS.01/2014)
* Bề dày lớp đất nhạy cảm: Đây là lớp đất có màu xám vàng đặc trưng, thành
phần là sét pha, có lẫn sạn sỏi. Lớp đất có hệ số bất đồng nhất về thành phần hạt cao, lên tới 60. Đất ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy nằm phủ ngay trên lớp đá cacbonat hệ tầng Bắc Sơn, dễ dàng chảy vào trong các hang ngầm qua các hệ thống khe nứt, rãnh. Độ dày phân bố tại các khu vực là khác nhau. Tại khu vực Thủy Sơn, dọc theo dải suối phía Đồng, lớp sét pha màu vàng có chiều dày nhỏ, thường là 1-2m, vì vậy chiều sâu hố sụt khơng lớn. Tại những nơi có chiều dày lớn hơn (2,7m) các hố sụt khu vực này có chiều sâu lớn hơn (1,5m). Tại khu tập thể Đá Mài, khi chiều dày của lớp đất sét pha màu xám vàng đạt tới kích thước là 8m, thì kích thước hố sụt cũng lớn hơn, tại đây, đường kính hố sụt thu nhận ghi được tối đa là 7m và chiều sâu từ 1-2m. Như vậy, bề dày lớp đất nhạy cảm có ảnh hưởng tới thể tích hố sụt.
* Bề dày lớp đất phủ trên lớp đất nhạy cảm: Điều kiện cần để gây ra sụt đất là
có lớp đất nhạy cảm. Tuy nhiên, bề dày của các lớp đất phủ trên lớp đất xung yếu cũng là một yếu tố ảnh hưởng sụt đất. Trên thực tế cho thấy, các lớp đất này cần có thành phần, trạng thái, tính chất đất thuận lợi cho việc chuyển động của nước mưa, nước mặt
xuống phía dưới,cũng như có khoảng bề dày nhất định, tải trọng đủ để tác động lực nén lên lớp đất xung yếu, tác động gây sụt.. Tại những nơi mà lớp đất xung yếu màu xám vàng loang lổ nằm trực tiếp trên bề mặt, như khu vực địa hình cao ở xã Cẩm Sơn…nơi đó khơng xảy ra sụt đất.
* Độ cao bề mặt đá vôi: Theo các kết quả đo địa vật lý cho thấy, tại những khu
vực bề mặt đá vôi nằm dưới các lớp đất, có độ cao tuyệt đối trong khoảng -8 đến -10m, là khu vực đá vơi có đặc điểm là nứt nẻ, dập vỡ nhiều hơn, thuận lợi cho việc hình thành các khe nứt, kênh dẫn, hình thành hang ngầm karst. Theo các tài liệu khoan trong khu vực nghiên cứu, thường gặp những hang hốc karst với bậc hang thứ nhất có độ cao trần hang trong khoảng từ -8 đến -16m. Chính vì vậy, độ cao bề mặt đá vơi có liên quan tới các hang ngầm karst, ảnh hưởng tới sụt đất trong khu vực nghiên cứu.
* Khoảng cách đến đường giao thơng: Khu vực nghiên cứu có trục đường giao
thơng chính là quốc lộ 18, và các đường lớn nhiều phương tiện giao thơng có tải trọng lớn qua lại. Tuy chưa có nghiên cứu nào cụ thể, chính xác về các tác động do tải trọng động gây ra, có ảnh hưởng tới hiện tượng sụt tại khu vực nghiên cứu. Tuy nhiên, theo thơng kê các vị trí điểm sụt xảy ra trong thời gian qua, nhận thấy, các điểm sụt đất đã xảy ra thường nằm gần các trục đường giao thơng chính. Do vậy, có một mối tương quan giữa các hố sụt, với khoảng cách tới đường giao thông, do các tác động của tải trọng động gây ra bởi sự di chuyển của các phương tiện giao thơng lớn cũng có phần ảnh hưởng tới sụt đất.
Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới sụt đất đó chính là địa chất thủy văn tại khu vực. Tuy nhiên với số liệu hạn chế, nên trong bài báo khơng tính đến sự ảnh hưởng của yếu tố này.
Vậy, hàm mục tiêu được chọn là thể tích hố sụt, và các yếu tố đó là: Bề dày lớp đất xung yếu, bề dày các lớp đất trên lớp đất xung yếu, độ cao bề mặt đá gốc, khoảng cách đến đứt gãy, khoảng cách đến đường giao thông lớn.
3.3.2 Lượng hóa các yếu tố và xây dựng mơ hình trường biến đổi các yếu tố phát triển tai biến
Sau khi đã xác định được hàm mục tiêu và các yếu tố phát triển tai biến, tiến hành lượng hóa các yếu tố đã xác định đó (nếu cần) để đưa các thơng tin, số liệu về các yếu tố đã được chọn đều được thể hiện dưới dạng số, để có thể áp dụng mơ hình tính tốn xác suất – thống kê trong các bước tiếp theo.
Sử dụng phần mềm ArcGis, xây dựng mơ hình trường biến đổi (MHTBĐ) các yếu tố được tiến hành bằng các tính tốn trên mỡi ơ của ma ̣ng ơ cơ sở, tùy vào diện tích vùng nghiên cứu và mức độ chi tiết để lựa chọn tỷ lệ bản đồ phù hợp. Như vậy, mức độ chi tiết, độ phân giải của các ô mạng (pixcel) sẽ khác nhau. Trong bài báo này, bản đồ nền được sử dụng với tỷ lệ là 1:5000. Độ phân giải của mỗi ô là 2x2m. Tại mỗi ô vng, tiến hành tính tốn thơng số của các yếu tố và được kết quả như hình 3.13 – 3.17.
Hình 3.16: Mơ hình trường biến đổi yếu tố khoảng cách tới đứt gãy
3.3.3 Xác định tỷ trọng các yếu tố phát triển tai biến
Việc xác định hệ số tương quan cặp đôi, hệ số tương quan nhiều chiều và tỷ trọng của các yếu tố dựa trên kết quả xác định hàm mục tiêu và các yếu tố phát triển tai biến tại 22 vị trí đã xảy ra sụt đất trong khu vực nghiên cứu.
Bảng 3.5: Giá trị hàm mục tiêu và các yếu tố phát triển tại 22 vị trí điểm sụt đất.
STT Tên hố sụt Thể tích (m3) Bề dày lớp đất nhạy cảm (m) Bề dày trên lớp đất nhạy cảm (m) Độ cao bề mặt đá gốc (m) K/c đến đứt gãy (m) K/c đến đường GT (m) y a1 a2 a3 a4 a5 1 CD2 0,38 8,8 10,00 -7,10 63,00 6,00 2 CD1 0,47 5,4 14,00 -18,20 132,00 4,00 3 HS2 14,75 6,6 6,00 -7,20 150,00 50,00 4 HS3 15,6 7,7 6,40 -7,30 164,00 66,00 5 HS1 10,6 6,9 5,50 -9,00 123,00 28,00 6 HS4 12,8 6,9 5,90 -6,00 138,00 48,00 7 HS5 11,8 7,6 4,70 -8,40 90,00 10,00 8 HS7 9,0 6,8 4,30 -8,10 76,00 8,00 9 HS6 10,2 8,7 4,20 -8,30 72,00 0,00 10 HS8 9,64 10,8 3,90 -7,80 62,00 2,00 11 T.Sơn 44,6 4,0 6,50 -5,70 93,00 88,00 12 CS2 45,0 6,1 4,60 -6,20 140,00 36,00 13 DM1 39,2 12,4 3,40 -3,80 2,00 20,00 14 DM3 19,2 13,1 3,00 -3,70 2,00 26,00 15 DM4 28,8 13,9 2,60 -3,40 2,00 30,00 16 DM7 9,0 14,9 2,30 -3,60 4,00 32,00 17 DM5 13,2 15,2 2,00 -3,50 2,00 40,00 18 DM2 2,0 14,5 2,50 -5,20 24,00 54,00 19 DM8 2,0 14,4 2,60 -5,60 31,00 58,00 20 DM6 4,8 15,2 2,20 -5,00 21,00 58,00 21 DM9 6,0 15,1 2,20 -5,50 29,00 64,00 22 CS1 10,73 6,7 3,50 -5,30 220,00 87,13
Tính tốn hệ số tương quan cặp đơi giữa tất cả các yếu tố được xem xét và hàm mục tiêu.
Giả sử, coi 2 yếu tố trong một cặp đôi tương quan là 2 biến xi và yi . Với biến xi ta có các giá trị cho từng ơ là x1, x2…..xn, tương ứng với các giá trị đó là các giá trị của y1, y2…..yn. Tiến hành tính các giá trị: ,
Hệ số tương quan được tính theo cơng thức:
2 2 2 2 i i i i i i i i n x y x y r n x x n y y
Kết quả tính tốn hệ số tương quan của các yếu tố phát triển tai biến như sau:
Bảng 3.6: Ma trận hệ số tương quan cặp đôi
y a1 a2 a3 a4 a5 a1 -0,252317 1 -0,675914 0,584214 -0,831555 -0,038229 a2 -0,124122 -0,675914 1 -0,816926 0,481198 -0,220584 a3 0,331963 0,584214 -0,816926 1 -0,463985 0,401619 a4 0,082920 -0,831555 0,48119 -0,463986 1 0,232418 a5 0,272664 -0,038229 -0,220584 0,401619 0,232419 1 Xây dựng phương trình tính tốn như cơng thức (2) và tìm được nghiệm có kết quả như sau:
β1 = -1,124447588 β3 = 0,637352324 β5 = 0,076793216 β2 = -0,091375422 β4 = -0,530276095
Tính hệ số tương quan nhiều chiều theo cơng thức (3) được kết quả: R2 = 0,4836 => R = 0,695.
Hê ̣ số tương quan nhiều chi ều cho phép xem xét các yếu tố phát triển được đưa vào để tính tốn phân vùng có hợp lý , đầy đủ hay khơng. Qua tính tốn thực nghiệm , hê ̣ sớ tương quan nhiều chiều R > 0.7 thì các tham số lựa chọn là đủ , với R = 0,695,
cho thấy các yếu tố lựa chọn là chấp nhận được. Tỷ trọng của các tham số được tính tốn theo cơng thức (4). Và có kết quả như sau:
Bảng 3.6: Tỷ trọng của các yếu tố phát sinh sụt đất
a1 a2 a3 a4 a5
0,4964 0,02 0,3702 0,0769 0,0365
Từ kết quả trên cho thấy, mức độ ảnh hưởng tới nguy cơ sụt đất của yếu tố bề dày lớp đất xung yếu và độ cao bề mặt đá gốc là hai yếu tố chiếm tỷ trọng lớn nhất. Hai yếu tố này ảnh hưởng chủ yếu đến cường độ phát triển tai biến đó là thể tích hố sụt.
3.3.4 Chuẩn hóa lại các yếu tố phát sinh tai biến
Việc chuẩn hóa lại các yếu tố phát sinh tai biến được hiểu là đưa các yếu tố đó về cùng thứ nguyên, và cùng một khoảng giá trị đối với tất cả các yếu tố. Sau khi chuẩn hóa lại thì các yếu tố điều kiện ĐCCT có khoảng giá trị thay đổi từ 0 đến 1. Các yếu tố được chuẩn hóa lại trên phần mềm ArcGis, được tính tốn cho tất cả các ơ mạng (pixcel) trên tồn vùng nghiên cứu.
3.3.5 Tính tốn chỉ tiêu tích hợp các yếu tố phát sinh tai biến
Chỉ tiêu tích hợp các yếu tố điều kiện ĐCCT được tính theo cơng thức (1) tại chương 1. I = 0,4964*a1’ + 0,02*a2’ + 0,3702*a3’ + 0,0769*a4’ + 0,0365*a5
Trong đó: ai’ là tham số đi ̣nh lượng của yếu tố của ô mạng thứ i đã được chuẩn hóa
lại.
Tính tốn cho tất cả các ơ trong khu vực nghiên cứu trên phần mềm ArcGis.
3.3.6 Xây dựng mơ hình trường biến đổi chỉ tiêu tích hợp và phân vùng nguy cơ sụt đất
Sau khi tính tốn chỉ tiêu tích hợp các yếu tố phát triển tai biến sụt đất, tiến hành xây dựng trường biến đổi, là cơ sở để tiến hành phân vùng.
Khi có mơ hình trường biến đổi của chỉ tiêu tích hợp các yếu tố phát triển tai biến, đồng thời đánh giá mối quan hệ trên cơ sở đường cong tích lũy của chỉ tiêu tích hợp và hàm mục tiêu, sẽ cho ra kết quả phân vùng nguy cơ sụt đất có cơ sở chặt chẽ.
Để xây dựng đường cong tích lũy, ln phải xác định rõ được đâu là yếu tố được tích lũy, và yếu tố cịn lại là yếu tố phân vùng. Như vậy, hàm mục tiêu là thể tích hố sụt, là yếu tố được cộng dồn, được tính trên tồn bộ khu vực nghiên cứu. Cịn giá trị chỉ tiêu tích hợp là giá trị để phân vùng. Biểu đồ đường cong tích lũy được thể hiện như hình 3.18
Hình 3.18: Biểu đồ đường cong tích lũy
Từ mơ hình trường biến đổi các yếu tố phát triển tai biến, kết hợp với phân tích mối quan hệ giữa chỉ tiêu tích hợp và hàng mục tiêu, cho ra kết quả phân vùng nguy cơ sụt đất khu vực ven biển thành phố Cẩm Phả như sau:
Bảng 3.8: Bảng phân chia mức độ nguy cơ sụt đất khu vực nghiên cứu
Mức độ Chỉ tiêu tích hợp Thể tích cộng dồn
Khơng xảy ra 0 0
Thấp 0,01 - 0,6 0.468 - 60.643
Cao 0,6 - 0,8 60.643 - 195.52
Kết quả phân vùng được thể hiện qua bản đồ “Hình 3.19: Bản đồ phân vùng nguy cơ sụt đất khu vực ven biển thành phố Cẩm Phả” theo mơ hình chỉ tiêu tích hợp các yếu tố phát sinh tai biến.
Nhìn vào bản đồ phân vùng, khu vực nguy cơ xảy ra sụt rất cao tập trung phía trung tâm khu vự nghiên cứu. Đây là khu vực có khoảng bề dày lớp đất nhạy cảm dao động trong khoảng từ 4-5m, nơi đây cũng là nơi có bề mặt đá gốc dao động từ -5m đến -10m, và gần các dứt gãy, đá gốc bị dập vỡ, nứt nẻ nhiều, thuận lợi cho việc hình thành các hang, hốc ngầm karst. Từ đó, dẫn đến nguy cơ cao về việc hình thành các hố sụt karst.
Đối chiếu với những hố sụt đã xảy ra trong thực tế, thấy có sự trùng khớp với kết quả phân vùng nguy cơ cao và rất cao trên bản đồ.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Kết luận
* Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến cường độ phát sinh tai biến sụt đất khu vực ven biển thành phố Cẩm Phả là bề dày lớp đất xung yếu (a1), bề dày các lớp đất trên lớp đất xung yếu (a2), độ cao bề mặt đá vôi (a3), khoảng cách đến đứt gãy (a4) và khoảng cách đến đường giao thơng (a5). Trong đó, yếu tố chiếm tỷ trọng cao nhất a1 = 0,4964 và a3 = 0,3702, yếu tố chiếm tỷ trọng ít hơn là a4 = 0,0769, a5 = 0,0365 và a2 = 0,02. Với hệ số tương quan nhiều chiều là R = 0,695.
* Kết quả đưa ra từ mơ hình tính tốn chỉ tiêu tích hợp phụ thuộc vào hàm mục tiêu là thể tích hố sụt và các yếu tố phát triển tai biến cho phép chia khu vực nghiên cứu thành 4 vùng có mức độ nguy cơ phát sinh tai biến sụt đất khác nhau. Kết quả phân vùng tại những nơi có nguy cơ cao và rất cao phù hợp với những hố sụt đã xảy ra trong thực tế.
* Kiến nghị
* Cần phải có thêm thơng tin, số liệu về địa chất thủy văn, dao động mực nước ngầm để đưa vào tính tốn. Như vậy kết quả sẽ đảm bảo tính chính xác cao hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Quốc Cường và nnk (2016), “Nghiên cứu xác định nguyên nhân và đề xuất giải
pháp giảm thiểu sụt lún đất trên địa bàn thành phố Cẩm Phả”, Viện Địa chất – Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2. Đỗ Minh Đức và nnk (2012), “Nghiên cứu cơ chế hình thành các hố sụt ở khu vực phân
bố karst ngầm (lấy ví dụ khu vực Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn)”, tạp chí KTKT Mỏ - Địa chất,
số 38/4-2012, tr16-24.
3. Trần Trọng Huệ và nnk (2006), "Nghiên cứu nguyên nhân cơ chế xuất hiện và dự báo
vùng tiềm ẩn sụt đất tại thơn Tân Hiệp-tỉnh Quảng Trị", Tạp trí khoa học đại học Quốc
gia Hà Nội, (2) tr.1-10.
4. Nguyễn Xuân Huyên và nnk (2008), “Nghiên cứu khoanh vùng dự báo nứt sụt đất tại
huyện Thanh Ba, tỉnh Phú Thọ, đề xuất các giải pháp phòng tránh và quy hoạch phục vụ phát triển bền vững”, Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ, Viện Địa chất.
5. Trần Mạnh Liểu (2008) “Một vài phương pháp đánh giá định tính và định lượng vai trị
của các yếu tố hình thành và phát triển tai biến địa chất), Tuyển tập hội nghị Khoa học
Trường Đại học Mỏ - Địa chất
6. Trần Mạnh Liểu (2007), “Cơ sở tiếp cận hệ thống và đánh giá dự báo tổng hợp tai biến
địa chất”, Tạp chí Địa kỹ thuật, số 2/2007.
7. Trần Mạnh Liểu (2007), “ Phương pháp phân vùng dự báo khả năng phát triển tai biến
địa chất theo chỉ tiêu tích hợp các yếu tố phát triển tai biến”, Tạp chí xây dựng số 9/2007.
8. Trần Mạnh Liểu và nnk ( 2011),” Nghiên cứu đánh giá rủi ro và Dự báo nguy cơ trượt lở
thị xã Bắc Kạn”, Chương trình SRV-07/056, Trung tâm nghiên cứu đơ thị (Đại học Quốc
gia Hà Nội)
9. Trần Mạnh Liểu và nnk (2015), “Nghiên cứu đánh giá rủi ro và dự báo trượt lở, sụt lún
10. Tống Ngọc Thanh and nnk (2012), “Điều tra, khảo sát đánh giá hiện trạng điều kiện địa
chất và cảnh báo tai biến địa chất của vùng Ninh Dân và khu vực lân cận trên địa bàn