Đánh giá rủi ro, dự báo nguy cơ trượt lở thị xã Bắc Kạn

Đánh giá rủi ro, dự báo nguy cơ trượt lở thị xã Bắc Kạn
Đánh giá rủi ro, dự báo nguy cơ trượt lở thị xã Bắc Kạn

Nghiên cứu do PGS.TSKH Trần Mạnh Liểu, KS Nguyễn Thị Khang, Ths. Hoàng Đình Thiện, CN. Bùi Bảo Trung, CN Lê Thị Thủy thực hiện và được Trung tâm Nghiên cứu Đô thị công bố tháng 6/2011. Độc giả quan tâm đến nghiên cứu chi tiết, xin liên hệ: Trung tâm Nghiên cứu Đô thị.

 

GIỚI THIỆU CHUNG

Các quá trình tai biến địa chất (trong đó có trượt lở) phát sinh và phát triển dưới ảnh hưởng của  nhiều yếu tố, có những yếu tố giữ vai trò rất quan trọng, có những yếu tố mà ảnh hưởng của chúng không nhận rõ được. Tất cả các yếu tố đó được gọi là các yếu tố hình thành và phát triển tai biến và chia thành hai nhóm: nhóm các yếu tố điều kiện và  nhóm các yếu tố nguyên nhân của tai biến. 

 Điều kiện của tai biến là tổ hợp các yếu tố về cấu trúc và tính chất của MTĐC cần nhưng chưa đủ để phát sinh tai biến đó. Như vậy yếu tố điều kiện của môt tai biến không thể chỉ có một mà một tổ hợp các yếu tố. Tuy nhiên không phải vai trò của tất cả các yếu tố đều như nhau.

Nguyên nhân của tai biến bao giờ cũng là một quá trình khác phát triển ở môi trường bên ngoài, hoặc bên trong môi trường địa chất, tương tác với các yếu tố điều kiện của tai biến đó. Nguyên nhân của một tai biến thường không chỉ có một, mà là một số, trong đó vai trò của các nguyên nhân cũng không phải như nhau. Ví dụ, nguyên nhân trượt lở có thể do quá trình mưa lớn liên tục, có thể do quá trình vận động của dòng ngầm  hoặc cũng có thể do quá trình cắt xén mái dốc.

Để dự báo  tai biến địa chất thì tổ hợp toàn bộ các yếu tố về điều kiện, nguyên nhân và đặc điểm phát triển của tai biến địa chất có quan hệ phụ thuộc tương hỗ lẫn nhau. Tổ hợp các yếu tố đó được xem xét,  đánh giá từ góc độ phân tích hệ thống được gọi là “ Hệ thống các yếu tố tai biến địa chất”. Cách tiếp cận như vậy cho phép phân tích, đánh giá vai trò của từng yếu tố cũng như  dự báo tổng hợp  (cả định tính và định lượng)  khả năng phát sinh tai biến địa chất trên một vùng lãnh thổ.

Các yếu tố theo theo khả năng quyết định bản chất, đặc điểm phát triển tai biến được phân chia thành 3 nhóm:

- Các yếu tố quyết định đặc điểm nguồn gốc và cường độ phát triển của tai biến. Đây là các yếu tố không biến động theo thời gian vật lý. Thuộc nhóm này bao gồm các yếu tố cấu trúc địa chất ( kiến tạo, địa tầng, thạch học) và địa mạo.

- Các yếu tố quyết định xu thế phát triển của tai biến. Đây là các yếu tố biến đổi chậm. Thuộc nhóm này bao gồm các yếu tố: chuyển động kiến tạo hiện đại (đứng và ngang); điều kiện khí hậu,  biến đổi mực nước biển; điều kiện nhiệt độ và độ ẩm; điều kiện địa chất thuỷ văn; thảm thực vật và đất trồng...

- Các yếu tố quyết định chế độ phát triển tai biến. Đây là các yếu tố biến động nhanh. Nhóm yếu tố này bao gồm: khí tượng (lượng mưa, nhiệt độ, gió,..); thuỷ văn (lưu lượng nước sông, mực nước biển, sóng hồ, sóng biển,….); địa chấn; dòng nước mặt; độ ẩm của đất; mực nước ngầm; độ bền và biến dạng của đất đá và các hoạt độn kinh tế của con người.

Phân loại như trên mặc dù là rất sơ bộ nhưng nó cho phép xác định cấu trúc cấp bậc của các yếu tố trong hệ thống phức tạp các yếu tố hình thành và phát triển tai biến, xác định sơ bộ vai trò của từng yếu tố và là cơ sở để soạn thảo các phương pháp dự báo tai biến cho các khu vực rộng như thị xã Bắc Kạn

Hiện nay có  nhiều phương pháp nghiên cứu và đánh giá, dự báo trượt lở khác nhau được công bố ở Việt Nam cũng như trên thế giới như: Phương pháp thành lập bản đồ địa mạo trực tiếp, phương pháp phân tích sự xuất hiện trượt lở;  phương pháp kinh nghiệm, các phương pháp thống kê và các phương pháp nghiên cứu trượt lở dựa trên cơ sở phân tích các đặc tính cơ học của mô hình trượt lở đất. Công cụ để giải bài toán dự báo trượt lở trong nhiều phương pháp kể trên là GIS (Hệ thống Thông tin Địa lý). Với các thế mạnh trong lưu trữ, chuyển đổi các dạng dữ liệu khác nhau, phân tích không  gian và hiển thị bản đồ, GIS đã được ứng dụng rất nhiều để đánh giá và xây dựng các mô hình dự báo trượt lở.

Trong báo cáo này chúng tôi thực hiện xây dựng 3 mô hình dự báo trượt lở phổ biến gồm Mô hình SINMAP, Mô hình Chỉ số Thống kê và Mô hình tính thể tích khối trượt.

- SINMAP là một công cụ đặc biệt tính độ ổn định sườn dốc trong phần mềm ArcGIS. 

- Mô hình Chỉ số Thống kê cho phép xác định giá trị trọng số của mỗi lớp trong từng thông số tác nhân gây trượt qua phép tính tỉ lệ giữa mật độ trượt lở của từng lớp với mật độ trượt lở trên toàn vùng. 

- Thể tích khối trượt đặc trưng cho cường độ phát triển tai biến trượt lở. 

 

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU:. 4

PHẦN 1. DỰ BÁO NGUY CƠ TRƯỢT LỞ KHU VỰC THỊ XÃ BẮC KẠN..

GIỚI THIỆU CHUNG.. 6

1.           MÔ HÌNH SINMAP.. 9

1.1.     Cơ sở phương pháp. 9

1.2.     Kết quả tính toán dự báo. 13

1.2.2.    Các thông số đưa vào tính toán trong mô hình SINMAP. 13

1.2.2.    Các bản đồ thành phần và bản đồ kết quả phân loại ổn định sườn. 16

1.3.     Kết luận và kiến nghi 19

2.           MÔ HÌNH CHỈ SỐ THỐNG KÊ TÍCH HỢP ĐA BIẾN.. 20

2.1.     Cơ sở phương pháp luận: 21

2.2.     Quy trình áp dụng Mô hình Chỉ số Thống kê dự báo khả năng trượt lở  trong ArcGIS: 23

2.3.     Các bản đồ tác nhân gây trượt lở thị xã Bắc Kạn: 24

2.4.     Ứng dụng phương pháp Chỉ số Thống kê tính mật độ trượt lở cho từng lớp của mỗi bản đồ tác nhân. 26

2.4.1.    Lưới tính toán cơ sở. 26

2.4.2.    Bản đồ Hiện trạng trượt lở. 26

2.4.3.    Bản đồ Địa chất thạch học: 27

2.4.4.    Bản đồ Địa mạo: 28

2.4.5.    Bản đồ Vỏ phong hóa: 29

2.4.6.    Bản đồ  Địa chất Công trình: 30

2.4.7.    Bản đồ  phân bố lượng mưa: 31

2.4.8.    Bản đồ  Hiện trạng Sử dụng đất: 32

2.4.9.    Bản đồ  Mật độ Lineament: 34

2.4.10.  Bản đồ  Mật độ Nứt nẻ: 35

2.4.11.  Bản đồ  Góc lệch đá, Góc lệch nứt nẻ 1 và Góc lệch nứt nẻ 2: 36

2.4.12.  Bản đồ  Mô hình số độ cao (DEM) 39

2.4.13.  Bản đồ độ dốc (SLOPE) 41

2.4.14.  Bản đồ hướng dốc (ASPECT) 43

2.4.15.  Bản đồ mật độ phân cắt ngang: 45

2.4.16.  Bản đồ phân cắt sâu. 46

2.4.17.  Bản đồ Kiến tạo (Phân bố Ứng suất cắt): 47

2.5.     Bản đồ phân vùng khả năng trượt lở thị xã Bắc Kạn: 48

2.5.1.    Bản đồ nguy cơ trượt lở: 48

2.5.2.    Bản đồ phân vùng nguy cơ trượt lở thị xã Bắc Kạn: 52

2.6.     Một số nhận xét và kết luận. 56

2.6.1     Quan hệ giữa khả năng trượt lở với các nhân tố gây trượt 56

2.6.2     Kết luận và kiến nghi 57

3.           DỰ BÁO ĐỊNH LƯỢNG CƯỜNG ĐỘ PHÁT TRIỂN TRƯỢT LỞ (THỂ TÍCH KHỐI TRƯỢT)  58

3.1.     Cơ sở phương pháp: 58

3.2.     Kết quả đánh giá dự báo thể tích trượt lở thị xã Bắc Kạn. 59

3.2.1     Xác định tỷ trọng các tham số phát triển tai biến trượt lở. 59

3.2.2.    Xây dựng hàm hồi quy xác định thể tích khối trượt 62

3.2.3.    Thành lập bản đồ dự báo quy mô thể tích khối trượt: 65

3.2.4.    Kết luận và kiến nghi 70

PHỤ LỤC 1. 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 79

 

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1.1. Sơ đồ thể hiện dữ liệu đầu vào và kết quả đầu ra của Sinmap

Hình 1.2. Sơ đồ ổn định mái dốc

Hình 1.3. Sơ đồ mái dốc chiếu bằng và chiếu đứng

Hình 1.4. Các cơ sở dữ liệu cần thiết để thành lập bản đồ

Hình 1.5. Các thông số đầu vào để tính toán trong mô hình

Hình 1.6. Mô hình số độ cao DEM khu vực thị xã Bắc Kạn

Hình 1.7. Sơ đồ phân bố trượt lở khu vực thị xã Bắc Kạn

Hình 1.8. Bản đồ độ dốc địa hình

Hình 1.9. Bản đồ hướng dòng chảy

Hình 1.10. Bản đồ diện tích lưu vực

Hình 1.11. Bản đồ mức độ ổn định trượt lở thị xã Bắc Kạn theo SINMAP

Hình 1.12. Biểu đồ diện tích vùng theo mức độ ổn định trượt

Hình 1.13. Biểu đồ phần trăm diện tích vùng theo mức độ ổn định trượt

Hình 2.1:  Mô hình Phân tích thống kê của Van Westen (1997)

Hình 2.2: Quy trình áp dụng Mô hình Chỉ số Thống kê             xây dựng Bản đồ Nguy cơ Trượt lở

Hình 2.3: Các tác nhân gây trượt lở Thị xã Bắc Kạn

Hình 2.4: Bản đồ hiện trạng trượt lở thị xã Bắc Kạn

Hình 2.5: Bản đồ địa chất thạch học và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.6: Bản đồ địa mạo và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.7: Bản đồ vỏ phong hóa và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.8: Bản đồ sườn ĐCCT và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.9: Bản đồ nội suy lượng mưa và đường đẳng lượng mưa tỉnh Bắc Kạn

Hình 2.10: Bản đồ phân bố lượng mưa và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.11: Bản đồ Hiện trạng Sử dụng đất và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.12: Bản đồ Mật độ Lineament và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.13: Bản đồ Mật độ Nứt nẻ và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.14: Bản đồ Góc lệch đá và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.15: Bản đồ Góc lệch nứt nẻ 1 và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.16: Bản đồ Góc lệch nứt nẻ 2 và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.17: Phân loại DEM đã hiệu chỉnh

Hình 2.18: Độ cao địa hình và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.19: Phân loại độ dốc theo tham khảo chuyên gia

Hình 2.20: Độ dốc địa hình và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.21: Hướng dốc địa hình và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.22: Mật độ dòng chảy (Phân cắt ngang địa hình)

Hình 2.23: Mật độ Phân cắt ngang địa hình và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.24: Phân cắt sâu địa hình và giá trị trọng số tương ứng

Hình 2.25: Bản đồ Raster thể hiện chỉ số nguy cơ trượt lở

Hình 2.26: Các phương pháp phân loại phổ biến trong phần mềm GIS

Hình 2.27: Bản đồ Phân vùng Nguy cơ Trượt lở thị xã Bắc Kạn

Hình 2.28: Đồ thị so sánh tương đối Mức bảo đảm dự báo trượt (%)  với các thông số khác (số điểm trượt và vùng nguy cơ trượt lở)

Hình 3.1: Phương trình hồi quy tuyến tính giữa V và h

Hình 3.2: Bản đồ dòng chảy tích lũy

Hình 3.3. Bản đồ độ dốc theo phần trăm

Hình 3.4. Bản đồ  chiều dài sườn dốc

Hình 3.5. Bản đồ chiều cao mái dốc

Hình 3.6. Bản đồ dự báo quy mô thể tích các khối trượt

Hình 3.7. Bản đồ dự báo quy mô thể tích các khối trượt phóng đại diện

BẢNG

Bảng 1.1. Phân loại mức độ ổn định sườn theo SI

Bảng 1.2. Phân loại mức độ ổn định sườn theo SI thực tế

Bảng 2.1. Phân lớp địa chất thạch học và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.2. Phân lớp bề mặt địa mạo và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.3. Phân lớp vỏ phong hóa và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.4. Phân loại sườn ĐCCT và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.5 . Lượng mưa trung bình 10 năm ở các trạm khí tượng tỉnh Bắc Kạn

Bảng 2.6. Phân bố mưa và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.7. Phân loại sử dụng đất và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.8. Mật độ Lineament và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.9. Phân lớp Mật độ Nứt nẻ và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.10. Phân lớp Góc lệch đá và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.11. Phân lớp Góc lệch Nứt nẻ 1 và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.12. Phân lớp Góc lệch Nứt nẻ 2 và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.13. Phân lớp theo độ cao địa hình và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.14. Phân loại độ dốc địa hình và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.15. Phân loại hướng dốc địa hình và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.16. Mật độ phân cắt ngang địa hình và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.17. Phân cắt sâu địa hình và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.18. Bảng 2.18. Phân bố Ứng suất cắt và giá trị trọng số tương ứng

Bảng 2.19: Xác định  nguy cơ trượt lở theo trọng số

Bảng 2.20. Tính Mức bảo đảm dự báo trượt (%)