8. Cấu trúc luận án
1.2. Cơ sở nghiên cứu địa mạo phục vụ giảm thiểu thiệt hại do tai biến
biến trƣợt lở đất, lũ bùn đá
1.2.1. Cơ sở địa mạo trong nghiên cứu trƣợt lở đất, lũ bùn đá
a. Cơ sở lý luận
Khoa học địa mạo đã xác nhận, địa hình là sản phẩm của mối tác động tương hỗ phức tạp, lâu dài giữa các quá trình nội, ngoại sinh. Sự phát sinh, phát triển của địa hình có mối liên hệ cụ thể và chặt chẽ với đặc điểm của môi trường mà nó tồn tại. Nó được xem như là một hợp phần của môi trường vốn có khả năng tự điều chỉnh, nghĩa là nó luôn có quan hệ tương hỗ và quan hệ chi phối nhân - quả với những hợp phần khác. Bề mặt Trái Đất chính là trường hoạt động của các lực
đối lập nhau, nhưng tác động của chúng lại có mối quan hệ mật thiết với nhau. Chúng thường xuyên thay đổi và làm cho địa hình mặt đất cũng biến đổi không ngừng: có sinh ra, phát triển và bị mất đi, nghĩa là biến đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác. Ở mỗi thời điểm và không gian cụ thể, địa hình mặt đất có một trạng thái nhất định phụ thuộc vào mối quan hệ giữa các nhân tố lúc bấy giờ. Nói cách khác, chúng lại là chủ thể chịu và định hướng động lực của các quá trình ngoại sinh hiện đại. Từ đó cho thấy việc nghiên cứu địa mạo bao gồm cả nghiên cứu các quá trình xảy ra trong quá khứ dẫn tới sự hình thành bề mặt địa hình và các quá trình địa mạo động lực hiện đại đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc xác định nguyên nhân cũng như góp phần giảm thiểu tác hại của các tai biến thiên nhiên thông qua việc cảnh báo không gian có nguy cơ phát sinh tai biến.
Các quá trình tự nhiên xảy ra trên bề mặt Trái đất luôn có xu hướng tạo nên sự cân bằng về mặt trọng lực và trạng thái hiện tại của bề mặt địa hình là sự ổn định tương đối. Nói cách khác, địa hình và vật chất phân bố trên bề mặt Trái Đất luôn ở trạng thái cân bằng động. Các nguyên nhân làm phá vỡ trạng thái cân bằng tương đối của địa hình hiện tại như tăng độ dốc, tăng tải trọng sườn,… sẽ thúc đẩy cường độ của các quá trình địa mạo, đặc biệt là TLĐ, LBĐ. Sự tăng độ dốc sườn bởi các tác nhân tự nhiên và nhân sinh có thể trở thành nguyên nhân phá huỷ độ ổn định của đất đá cấu tạo nên sườn dốc. Các tác nhân tự nhiên làm tăng độ dốc sườn chủ yếu gồm hoạt động xói lở của dòng chảy và sự xâm thực giật lùi của mương xói ở giai đoạn trẻ.
b) Những nguyên lý địa mạo trong nghiên cứu tai biến TLĐ, LBĐ
Địa hình mặt đất là một thực thể vật chất có cấu trúc ba chiều, được sinh ra và tiến hóa phục thuộc vào mối quan hệ vật chất và năng lượng trong môi trường nó tồn tại. Khi tích tụ vật chất thì xảy ra quá trình giải phóng năng lượng, còn khi giải phóng vật chất thì xảy ra quá trình tích lũy năng lượng và ngược lại.
Để làm rõ bản chất của địa hình, các nhà địa mạo còn phải tìm hiểu đối tượng nghiên cứu của một số môn khoa học khác, như tính chất của đất đá (đối tượng của Thạch học), sự chuyển động của nước (Thuỷ văn học), của không khí (Khí hậu, Khí tượng học), hay các quá trình chuyển động của vỏ Trái Đất (Kiến tạo học)... Mặt khác, địa hình phát triển còn tuân theo quy luật vận động của thế giới vật chất. Bởi vậy, ngoài việc sử dụng các tài liệu về địa chất, địa lý để làm rõ bản chất địa hình, địa mạo học còn phải áp dụng cả những định luật trong vật lý
như: định luật bảo toàn, biến đổi năng lượng và vật chất, các định luật về chuyển động vật chất... Mặt khác, cũng như các khoa học khác, nghiên cứu địa mạo cũng được dựa trên những nguyên lý của riêng mình. Các nguyên lý địa mạo đó là:
+ Tính đồng dạng (Uniformity): Nguyên lý nói lên rằng, các sự kiện địa mạo đã, đang và sẽ xảy ra đều có những nét tương đồng. Đây là cơ sở quan trọng cho việc khôi phục và dự báo các hoạt động địa mạo khi xác định được các nhân tố tham gia vào quá trình trên cơ sở nghiên cứu hiện tại. Nghiên cứu những dấu vết TLĐ, LBĐ cổ để lại trên địa hình hay trong vật liệu trầm tích, có thể khôi phục lại được những điều kiện cổ địa mạo, hay cũng có thể nhận biết được quy mô và mức độ tàn phá của những khối trượt hay những trận lũ mới xảy ra, làm cơ sở cho công tác cảnh báo nguy cơ tai biến trong tương lai. Quan điểm này đã được đúc kết lại thành câu “hiện tại là chìa khoá đi vào quá khứ” (The present is the key to the past).
+ Tính đột biến ngưỡng (Threshold Stress): Đây là nguyên lý nói về sự đột biến của các sự kiện địa mạo. Tính đột biến ngưỡng chính là bước nhảy vọt trong quá trình tiến hóa để chuyển từ trạng thái địa mạo này sang trạng thái khác, ví dụ sự chuyển đổi trạng thái của các sườn từ ổn định sang trượt lở, từ các đập chắn tạm thời sinh ra dòng LBĐ.
+ Phản ứng dây truyền (Complex response): Khi có một nhân tố địa mạo nào đó thay đổi vượt quá giá trị ngưỡng thì các nhân tố khác trên phạm vi lãnh thổ nào đó cũng bị thay đổi. Trong quá trình này, các phản ứng sẽ dần tiến đến trạng thái ổn định trong điều kiện mới với sự chiếm ưu thế của một hoặc vài nhân tố nào đó.
+ Thời gian (Time): Khoảng thời gian hoạt động của một quá trình (hay nhân tố) địa mạo nào đó rất khác nhau. Nó có thể mất đi hoặc bị thay thế vai trò trong quá trình phát triển địa hình lãnh thổ theo thời gian. Tuy nhiên, theo thời gian nó cũng có thể được lặp lại nhưng trong hoàn cảnh khác và có thể với cường độ khác. Trong thực tế, đa số các quá trình địa mạo đều diễn ra lâu dài, nhưng cũng không hiếm trường hợp đột biến.
Nghiên cứu địa hình mặt đất trong trạng thái vật chất luôn biến động trên cơ sở các nguyên lý địa mạo là cách đi tốt nhất để hiểu rõ bản chất của địa hình. Đó là cơ sở phương pháp luận chung cho việc nghiên cứu địa mạo ở bất kỳ quy mô nào, bất cứ quá trình địa mạo nào. Trong mỗi giai đoạn phát triển của địa
hình chúng đều thể hiện trên bề mặt các đặc điểm cụ thể về hình thái và nguồn gốc. Nếu như trong quá khứ và hiện tại, hiện tượng TLĐ, LBĐ đã xảy ra thì đối với những điều kiện tương tự, hiện tượng này cũng có thể xảy ra trong tương lai. Chính vì vậy, nghiên cứu điều kiện địa mạo khu vực là cơ sở quan trọng cho đánh giá tai biến TLĐ, LBĐ. Trên cơ sở này, việc nghiên cứu hiện trạng TLĐ, LBĐ và những điều kiện phát sinh tai biến là không thể thiếu. Nghiên cứu hiện trạng sẽ cho ta biết quy luật vận động của quá trình TLĐ, LBĐ trong những điều kiện khu vực cụ thể. Đó cũng là cơ sở để đánh giá đơn tính và tổng hợp các nhân tố ảnh hưởng tới quá trình gây tai biến.
1.2.2. Cách tiếp cận trong nghiên cứu trƣợt lở đất, lũ bùn đá
Môi trường tự nhiên được coi là một hệ thống hoàn chỉnh và phức tạp nhất, trong đó các yếu tố của môi trường như đất, nước, không khí, sinh vật tương tác lẫn nhau và tạo ra những biến đổi khôn lường của sự sống. Địa hình mặt đất - đối tượng nghiên cứu của địa mạo, là sản phẩm của mối tác động qua lại giữa các quá trình nội sinh và ngoại sinh, và thường xuyên thay đổi theo không gian, thời gian. Phương pháp phân tích hệ thống giúp cho việc nghiên cứu, đánh giá các quá trình địa mạo nói chung và các tai biến địa mạo nói riêng một cách tổng thể và toàn diện nhất trong mối quan hệ giữa các quá trình tự nhiên, nhân sinh với chúng.
Trên quan điểm tổng hợp, TLĐ, LBĐ là những quá trình chịu nhiều tác động của các nhân tố. Mỗi nhân tố ảnh hưởng tác động đến quá trình ở quy mô và cường độ khác nhau. Cụ thể, có thể nêu ra 3 cách tiếp cận phổ biến nhất là kế thừa, phát sinh và tổng hợp theo sơ sau:
Tiếp cận kế thừa: Dựa vào nhận thức rằng, sự phát triển trong tương lai của tai biến TLĐ, LBĐ (quá trình, hiện tượng) nào đó, nhất định sẽ theo những khuynh hướng chủ yếu, những quy luật chủ yếu và có những đặc tính chủ yếu của tai biến trong quá khứ. Theo cách tiếp cận này phải phân tích, đánh giá các tài liệu tai biến TLĐ, LBĐ trong quá khứ và hiện tại. Tài liệu càng nhiều (cả về không gian và thời gian), phương pháp càng hay, chuyên gia càng giỏi thì chất lượng dự báo càng cao. Phương pháp quan trọng và phổ biến nhất ở đây là thống kê, xác suất kết hợp với một số mô hình toán.
Tiếp cận phát sinh: Trên quan niệm cho rằng sự phát triển của TLĐ, LBĐ trong tương lai sẽ theo khuynh hướng nào, theo quy luật nào và ở độ lớn như thế nào là do tác động tổng hợp của những nhân tố ảnh hưởng đến sự phát sinh và phát triển của tai biến đó quyết định. Với điều kiện kỹ thuật hiện nay, đặc biệt là công nghệ GIS, người ta càng muốn và càng có thể đưa nhiều nhân tố vào đánh giá dự báo sự phát triển của TLĐ, LBĐ. Hướng tiếp cận này thường được áp dụng trong trường hợp nghiên cứu sơ bộ, thành lập các bản đồ trong tỷ lệ nhỏ, trong trường hợp thiếu hoặc không có các tài liệu lịch sử và hiện trạng.
Cách tiếp cận tổng hợp (bao gồm cả tiếp cận thừa kế và phát sinh): Cách tiếp cận này ưu việt hơn và làm cho công tác dự báo càng chính xác hơn. Theo cách tiếp cận này, trước hết vẫn phải ứng dụng triệt để cả hai cách tiếp cận trên và sau đó là liên kết một cách hữu cơ giữa chúng với nhau. Chất lượng dự báo càng cao khi khả năng liên kết càng lớn. Ví dụ như đối với nhân tố địa chất, chúng gồm nhiều tập hợp đá khác nhau. Mỗi tập hợp ảnh hưởng đến trượt lở một cách khác nhau. Để đánh giá những ảnh hưởng khác nhau đó một cách định lượng, ngoài việc dựa vào thành phần và tính chất của các tập hợp đá, rất cần thiết phải dựa vào tài liệu lịch sử và hiện trạng trượt lở, liên kết những tài liệu này với các tập hợp đá. Tập hợp đá nào đã phát triển mạnh mẽ trượt lở hơn thì ảnh hưởng của chúng tới quá trình phải lớn hơn so với tập hợp đá khác và chúng phải được đánh giá mức độ ảnh hưởng nhiều hơn.
Trên quan điểm tổng hợp, TLĐ, LBĐ là những quá trình chịu nhiều tác động của các nhân tố. Mỗi nhân tố ảnh hưởng tác động đến quá trình ở quy mô và cường độ khác nhau. Để đánh giá tổng hợp sự tác động của các nhân tố này, GIS là sự lựa chọn tối ưu vì bản chất của ứng dụng GIS là xác lập mối liên hệ giữa các đối tượng và hiện tượng mang thuộc tính không gian. Trong nghiên cứu
xác lập mô hình cho ứng dụng GIS, người ta phải tìm được mối liên hệ giữa các hiện tượng để từ đó xác lập những lớp thông tin cần phải đưa vào mô hình. Vì vậy, cơ sở của việc ứng dụng công nghệ GIS trong đánh giá tai biến TLĐ, LBĐ chính là xem xét mối quan hệ không gian của các nhân tố tác động đến quá trình và tổng hợp sự tác động của chúng theo nguyên lý phát sinh.
1.2.3. Nội dung nghiên cứu địa mạo phục vụ giảm thiểu tác hại do tai biến trƣợt lở đất, lũ bùn đá trƣợt lở đất, lũ bùn đá
a) Nghiên cứu các nhân tố thành tạo địa hình và phát sinh tai biến
Theo phương pháp luận của địa mạo học, địa hình được xem như là những sự vật có phát sinh, phát triển theo lôgic tiến hóa và là kết quả của tác động tương hỗ và đồng thời lên bề mặt Trái đất của các quá trình nội sinh và ngoại sinh. Hai nhóm động lực này luôn đồng thời tồn tại và gây những tác động ngược nhau đối với mặt đất. Tùy thuộc vào tương quan mạnh hay yếu giữa chúng mà địa hình mặt đất sẽ phát triển theo những khuynh hướng khác nhau. Địa hình luôn có những mối liên hệ cụ thể và chặt chẽ với đặc điểm của môi trường địa lí, xem nó như là một trong những hợp phần của môi trường vốn có khả năng tự điều chỉnh, nghĩa là nó luôn luôn có quan hệ tương hỗ và quan hệ chi phối nhân-quả với những hợp phần khác của môi trường địa lý. TLĐ, LBĐ là các quá trình địa mạo, khi nghiên cứu các dạng tai biến này ta phải chú ý đầy đủ đến toàn bộ quan hệ qua lại phức tạp giữa các địa quyển: thạch quyển, khí quyển, thủy quyển và sinh quyển, kể cả những tác động của con người. Đó là những nhân tố hình thành và phát sinh tai biến.
a) Nghiên cứu hình thái, kiến trúc và nguồn gốc của địa hình trong mối liên hệ với tai biến
Diện mạo bên ngoài, hay là hình thái địa hình có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với sự phân bố lại vật chất và các dạng năng lượng tự nhiên trên bề mặt Trái đất. Hình thái chi phối hoạt động của các quá trình tạo thành và cải biến địa hình, quy định khả năng sử dụng địa hình cho những mục đích khác nhau, và nhiều khi phản ánh những thông tin quan trọng về địa chất, nhất là thạch học và kiến tạo. Mỗi loại tai biến xảy ra đều theo những quy luật nhất định và chúng chịu sự chi phối bởi các yếu tố địa hình, địa mạo khác nhau, tuỳ theo mỗi yếu tố
nổi trội mà hình thành nên từng loại hình tai biến đặc trưng cho chúng. Đối với các tai biến về trượt lở, đổ lở, xói mòn đất, thường xảy ra phổ biến ở những vùng núi cao, sườn dốc quá trình xâm thực sâu là chủ yếu. Trong khi đó ở vùng độ chênh cao địa hình không lớn, chủ yếu tích tụ các trầm tích bở rời do đó quá trình xâm thực ngang lại chiếm ưu thế dẫn đến tai biến trượt, xói lở bờ của các sông lớn. Còn ở những vùng trũng giữa núi, xuất hiện chủ yếu loại hình tai biến LQ, LBĐ, bởi vì đây là nơi phát triển phổ biến mạng sông suối có dạng hội tụ, ở xung quanh vùng trũng, địa hình có độ chênh cao lớn, sườn dốc, khi có mưa lớn, nước kèm theo các sản phẩm trượt từ trên cao dồn tụ tại đây, gây ra hiện tượng tai biến nói trên. Do đó nghiên cứu, phân tích và xác định không gian các dạng địa hình, phân loại độ dốc cũng như các quá trình địa mạo rõ ràng là cần thiết, nó sẽ giúp cho chúng ta hiểu rõ hơn nguyên nhân nào là chính gây ra cho từng loại tai biến khác nhau và làm cơ sở cho việc phân vùng dự báo tiềm năng gây tai biến. Trên cơ sở nghiên cứu hiện trạng tai biến ở khu vực cũng như phân tích chi tiết một số khu vực điển hình sẽ rút ra được một số quy luật về mối quan hệ giữa hình thái, kiến trúc và nguồn gốc của địa hình đối với tai biến TLĐ, LBĐ.
b) Những đặc trưng địa mạo liên quan tới tai biến TLĐ, LBĐ
Ngày nay, về lí thuyết người ta đã biết những tác nhân chủ yếu của các tai biến TLĐ, LBĐ nhưng chưa có trường hợp nào chỉ rõ cu ̣ thể vì sao nơi này hay nơi kia bi ̣ tai biến và vì sao nhiều khi chúng cứ lă ̣p đi lă ̣p la ̣i trên cùng mô ̣t đi ̣a bàn. TLĐ, LBĐ khi xảy ra đều làm biến đổi địa hình và tùy vào những điều kiện địa mạo nhất định mới xuất hiện các tai biến này. Nghiên cứu những đặc trưng