Tài liệu đánh giá điều kiện hình thành và nguy cơ trượt lở đất trong bối cảnh biến đổi khí hậu ở tỉnh quảng nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI --- --- Nguyễn Thị Thu Hiền ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN HÌNH THÀNH VÀ NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Ở TỈNH QUẢNG NAM Chuyên ngành: Địa lý Tự nhiên Mã số: 62.44.02.17 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Mai Trọng Thông 2. PGS. TS Lại Vĩnh Cẩm HÀ NỘI – 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi, các số liệu, các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Thị Thu Hiền ii LỜI CẢM ƠN Luận án được thực hiện tại khoa Địa lý, trường Đại học Sư phạm Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Mai Trọng Thông và PGS.TS Lại Vĩnh Cẩm. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi hoàn thành luận án. Trong quá trình thực hiện luận án, tôi cũng đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các thầy cô, các nhà khoa học trong khoa Địa lý - trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Viện Địa lý, Viện Địa chất - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, khoa Địa lý - trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản - Bộ Tài nguyên và Môi trường.... Tôi xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp quý báu đó. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thị Kim Chương, TS Lại Huy Phương, PGS.TS Đặng Văn Bào, TS Nguyễn Thành Long, TS Đỗ Văn Thanh, TS Mai Thành Tân đã có những chỉ dẫn và giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Phòng Sau đại học, Ban Chủ nhiệm khoa Địa lý đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi cơ hội nghiên cứu và hoàn thiện luận án. Xin cảm ơn sự giúp đỡ, động viên, chia sẻ của các đồng nghiệp trong khoa Địa lý, bộ môn Địa lý Tự nhiên. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đối với sự giúp đỡ, động viên của gia đình, người thân và bạn bè trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận án Nguyễn Thị Thu Hiền iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... vii DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... viii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THN ............................................................................ ix MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ..........................................................................1 2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ........................................................2 2.1. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................................2 2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu ...........................................................................................3 3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ......................................................................................3 4. NGUỒN TƯ LIỆU ..................................................................................................4 5. LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ ...........................................................................................5 6. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN ..................................................................5 7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN .............................................................6 8. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN ................................................................................6 Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT Ở TỈNH QUẢNG NAM ............................................................7 1.1. Tổng quan về nghiên cứu trượt lở đất .............................................................7 1.1.1. Nghiên cứu trượt lở đất trên thế giới ..............................................................7 1.1.1.1. Phân tích khái niệm, cơ chế hoạt động, phân loại và xác định các nguyên nhân gây trượt lở đất...................................................................................................7 1.1.1.2. Đánh giá, phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở đất ........................................9 1.1.1.3. Ứng dụng công nghệ trong nghiên cứu........................................................13 1.1.1.4. Nghiên cứu mối quan hệ giữa trượt lở đất và mưa ......................................13 1.1.2. Nghiên cứu trượt lở đất ở Việt Nam..............................................................14 1.1.2.1. Điều tra, phân tích hiện trạng trượt lở đất ..................................................15 1.1.2.2. Phân tích các nguyên nhân của trượt lở đất ................................................16 1.1.2.3. Phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở đất .......................................................16 1.1.2.4. Ứng dụng công nghệ trong nghiên cứu........................................................17 1.1.2.5. Đề xuất các biện pháp phòng chống và giảm thiểu thiệt hại do trượt lở đất ...................................................................................................................................17 1.1.2.6. Nghiên cứu mối quan hệ giữa trượt lở đất và mưa ......................................18 iv 1.1.3. Nghiên cứu trượt lở đất tại tỉnh Quảng Nam ...............................................20 1.2. Cơ sở lý luận .....................................................................................................23 1.2.1. Khái niệm trượt lở đất ....................................................................................23 1.2.2. Phân loại trượt lở đất .....................................................................................23 1.2.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình phát sinh trượt lở đất .....................28 1.2.3.1. Các yếu tố địa chất .......................................................................................28 1.2.3.2. Các yếu tố địa mạo .......................................................................................29 1.2.3.3. Các yếu tố khí hậu - thủy văn .......................................................................30 1.2.3.4. Lớp phủ thực vật ..........................................................................................31 1.2.3.5. Các yếu tố nhân sinh ....................................................................................31 1.2.4. Mối quan hệ giữa trượt lở đất và biến đổi khí hậu ......................................32 1.2.4.1. Biến đổi khí hậu ...........................................................................................32 1.2.4.2. Mối quan hệ giữa trượt lở đất và biến đổi khí hậu ......................................32 1.3. Các quan điểm nghiên cứu ..............................................................................37 1.3.1. Quan điểm tổng hợp .......................................................................................37 1.3.2. Quan điểm hệ thống .......................................................................................38 1.3.3. Quan điểm lãnh thổ........................................................................................39 1.3.4. Quan điểm kế thừa - phát sinh ......................................................................40 1.4. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................40 1.4.1. Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu ................................40 1.4.2. Phương pháp bản đồ và hệ thông tin địa lý (GIS) ........................................41 1.4.3. Phương pháp chuyên gia ...............................................................................41 1.4.4. Phương pháp thực địa ...................................................................................42 1.4.5. Phương pháp phân tích thống kê khí hậu ....................................................43 1.4.6. Phương pháp đánh giá nguy cơ trượt lở đất.................................................43 1.4.7. Phương pháp tiếp cận hệ thống và phân tích hệ thống ...............................48 Chương 2: ĐẶC ĐIỂM CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÁT SINH TRƯỢT LỞ ĐẤT Ở TỈNH QUẢNG NAM ..........................................................51 2.1. Các nhân tố tự nhiên ........................................................................................51 2.1.1. Vị trí địa lý ......................................................................................................51 2.1.2. Địa chất ...........................................................................................................51 2.1.2.1. Các thành tạo địa chất .................................................................................51 2.1.2.2. Đứt gãy kiến tạo ...........................................................................................57 2.1.3. Địa hình - địa mạo .........................................................................................59 v 2.1.4. Khí hậu ...........................................................................................................63 2.1.4.1. Chế độ nhiệt .................................................................................................63 2.1.4.2. Mưa và chế độ mưa ......................................................................................64 2.1.4.3. Các hiện tượng khí hậu cực đoan liên quan đến trượt lở đất ......................66 2.1.5. Thủy văn .........................................................................................................69 2.1.5.1. Hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia ................................................................69 2.1.5.2. Sông Tam Kỳ ................................................................................................71 2.1.6. Vỏ phong hóa .................................................................................................72 2.1.7. Lớp phủ thực vật ............................................................................................74 2.2. Các nhân tố kinh tế - xã hội.............................................................................75 2.2.1. Khái quát đặc điểm kinh tế - xã hội ..............................................................75 2.2.2. Các hoạt động phát triển kinh tế ảnh hưởng đến phát sinh tai biến trượt lở đất ..............................................................................................................................76 2.2.2.1. Hoạt động sản xuất nông-lâm nghiệp ..........................................................76 2.2.2.2. Hoạt động khai thác khoáng sản..................................................................77 2.2.2.3. Phát triển thủy điện ......................................................................................78 2.2.2.4. Xây dựng cơ sở hạ tầng ................................................................................80 Chương 3: ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT Ở TỈNH QUẢNG NAM ...................................................................................................................................82 3.1. Hiện trạng trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam ...................................................82 3.1.1. Khái quát chung .............................................................................................82 3.1.2. Hiện trạng trượt lở đất ...................................................................................84 3.2. Đánh giá nguy cơ trượt lở đất theo các nhân tố phát sinh .............................90 3.2.1. Nhóm các nhân tố địa mạo động lực ............................................................90 3.2.1.1. Thành phần thạch học ..................................................................................90 3.2.1.2. Mật độ đứt gãy .............................................................................................91 3.2.1.3. Vỏ phong hóa ...............................................................................................92 3.2.1.4. Độ dốc ..........................................................................................................93 3.2.1.5. Độ phân cắt sâu ...........................................................................................95 3.2.2. Nhóm các nhân tố thủy văn động lực ...........................................................95 3.2.2.1. Lượng mưa mùa thu .....................................................................................95 3.2.2.2. Mật độ sông suối ..........................................................................................97 3.2.3. Nhóm các yếu tố nhân sinh ...........................................................................98 3.2.3.1. Hiện trạng sử dụng đất ................................................................................98 vi 3.2.3.2. Khoảng cách đến đường giao thông ..........................................................100 3.3. Đánh giá nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam .........................................101 3.3.1. Xác định trọng số các nhân tố gây trượt lở đất ..........................................101 3.3.2. Thành lập bản đồ nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam ..........................106 3.3.3. Đánh giá mô hình ........................................................................................110 3.3.4. Xác định các khu vực có nguy cơ trượt lở cao và rất cao ..........................112 Chương 4: CẢNH BÁO NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Ở TỈNH QUẢNG NAM ..................................................115 4.1. Biến đổi mưa ở tỉnh Quảng Nam ..................................................................115 4.1.1. Biến đổi lượng mưa năm và lượng mưa mùa thu ......................................115 4.1.2. Xu thế biến đổi của mưa ..............................................................................118 4.1.2.1. Xu thế biến đổi của lượng mưa trung bình năm ........................................118 4.1.2.2. Xu thế biến đổi của lượng mưa mùa thu ....................................................121 4.2. Mối quan hệ giữa trượt lở đất và mưa ở tỉnh Quảng Nam ........................124 4.2.1. Trượt lở đất do mưa .....................................................................................124 4.2.2. Mối quan hệ giữa trượt lở đất và mưa ........................................................125 4.2.3. Xác định ngưỡng mưa gây trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam ......................127 4.3. Cảnh báo nguy cơ trượt lở đất theo kịch bản biến đổi khí hậu .................136 4.3.1. Kịch bản biến đổi mưa của tỉnh Quảng Nam .............................................136 4.3.2. Thành lập bản đồ cảnh báo nguy cơ trượt lở đất theo kịch bản BĐKH ...140 4.4. Đề xuất giải pháp phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại do trượt lở đất và biện pháp giảm nhẹ nguy cơ trượt lở đất do biến đổi khí hậu ..................................142 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHN ..............................................................................148 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ..............................................................................150 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................151 PHỤ LỤC ............................................................................................................ PL-1 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu viết tắt Chữ viết tắt AHP (Analytic Hierarchy Process): Quy trình phân tích thứ bậc BĐKH Biến đổi khí hậu ĐB-TN đông bắc -tây nam DEM Mô hình số độ cao GIS (Geography Information System): Hệ thông tin địa lý IPCC (Intergovernmental Panel on climate change): Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu LSI (Landslide Susceptibility Index): Chỉ số nhạy cảm trượt lở đất NCS Nghiên cứu sinh RCP4.5 Kịch bản biến đổi khí hậu trung bình RCP8.5 Kịch bản biến đổi khí hậu cao SINMAP (Stability Index Mapping): Bản đồ chỉ số ổn định sườn dốc SNML Số ngày mưa lớn SNMRL Số ngày mưa rất lớn TB-ĐN tây bắc - đông nam TBNN Trung bình nhiều năm TBTN Trung bình thập niên viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Hệ thống phân loại trượt lở theo Varnes (1978, 1984).............................24 Bảng 1.2: Phân loại trượt lở theo kích thước khối trượt ...........................................27 Bảng 1.3: Những thay đổi trực tiếp và sự ổn định sườn dốc tiềm tàng phản ứng với biến đổi khí hậu .........................................................................................................34 Bảng 1.4: So sánh cặp đôi các yếu tố gây trượt lở ....................................................46 Bảng 1.5: Chỉ số nhất quán ngẫu nhiên ....................................................................47 Bảng 2.1: Nhiệt độ trung bình tại Quảng Nam .........................................................63 Bảng 2.2: Một số đặc trưng mưa ở Quảng Nam .......................................................64 Bảng 2.3: Thống kê số lượng các cơn bão, áp thấp nhiệt đới ...................................66 Bảng 2.4: Một số đặc trưng mưa lớn ở Quảng Nam .................................................68 Bảng 2.5: Đặc trưng hình thái các sông thuộc tỉnh Quảng Nam ..............................71 Bảng 3.1: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố thành phần thạch học .............................................................................................................................91 Bảng 3.2: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất nhân tố mật độ đứt gãy ............92 Bảng 3.3: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố vỏ phong hóa .........93 Bảng 3.4: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố độ dốc ....................94 Bảng 3.5: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố phân cắt sâu ...........95 Bảng 3.6: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố lượng mưa mùa thu ......................................................................................................................96 Bảng 3.7: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố mật độ sông suối ...97 Bảng 3.8: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố sử dụng đất ............99 Bảng 3.9: Phân cấp mức độ nhạy cảm trượt lở đất của nhân tố khoảng cách đến đường giao thông.....................................................................................................101 Bảng 3.10: Tổng hợp ý kiến chuyên gia so sánh từng cặp nhân tố.........................102 Bảng 3.11: Ma trận tương quan giữa các nhân tố phát sinh trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam .............................................................................................................104 Bảng 3.12: Ma trận xác định trọng số Wi các nhân tố ............................................105 Bảng 3.13: Các thông số tính tỉ số nhất quán..........................................................106 Bảng 3.14: Tổng hợp giá trị trọng số các lớp và trọng số các nhân tố gây trượt lở107 Bảng 3.15: Phân cấp nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam ...................................109 Bảng 3.16: Quan hệ giữa các cấp nguy cơ với hiện trạng trượt lở đất ...................111 Bảng 4.1: Độ lệch chuẩn của lượng mưa trung bình tháng, năm và mùa thu (S(x); mm) .........................................................................................................................116 x Hình 3.3: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo mật độ đứt gãy............................... 91a Hình 3.4: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo vỏ phong hóa................................. 92a Hình 3.5: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo độ dốc............................................ 94a Hình 3.6: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo mật độ phân cắt sâu....................... 95a Hình 3.7: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo lượng mưa mùa thu........................ 96a Hình 3.8: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo mật độ sông suối........................... 97a Hình 3.9: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo hiện trạng sử dụng đất................... 99a Hình 3.10: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất theo khoảng cách đến đường giao thông................................................................................................................... 100a Hình 3.11: Bản đồ nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam.................................. 109a Hình 4.1: Xu thế tuyến tính của lượng mưa trung bình năm tại các trạm.......... 120 Hình 4.2: Chuẩn sai lượng mưa mùa thu các thời kì so với TBNN................... 122 Hình 4.3: Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa lượng mưa trung bình năm và khối lượng đất đá trượt lở................................................................................... Hình 4.4: Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa lượng mưa trung mùa thu và khối lượng đất đá trượt lở................................................................................... 126 126 Hình 4.5: Quan hệ giữa lượng mưa ngày và lượng mưa 3 ngày trước đó.......... 132 Hình 4.6: Quan hệ giữa lượng mưa ngày và lượng mưa 5 ngày trước đó.......... 132 Hình 4.7: Quan hệ giữa lượng mưa ngày và lượng mưa 7 ngày trước đó.......... 132 Hình 4.8: Quan hệ giữa lượng mưa ngày và lượng mưa 10 ngày trước đó........ 133 Hình 4.9: Quan hệ giữa lượng mưa ngày và lượng mưa 15 ngày trước đó........ 133 Hình 4.10: Quan hệ giữa lượng mưa ngày và lượng mưa 30 ngày trước đó...... 133 Hình 4.11: Ngưỡng mưa gây trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam............................ 135 Hình 4.12: Biến đổi của lượng mưa trung bình năm theo kịch bản RCP4.5...... 137 Hình 4.13: Biến đổi của lượng mưa trung bình năm theo kịch bản RCP8.5...... 137 Hình 4.14: Biến đổi của lượng mưa mùa thu theo kịch bản RCP4.5................. 138 Hình 4.15: Biến đổi của lượng mưa mùa thu theo kịch bản RCP8.5................. 138 Hình 4.16: Bản đồ cảnh báo nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam năm 2025.. 141a Hình 4.17: Bản đồ cảnh báo nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam năm 2050.. 141b 1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trượt lở đất được xem là một trong những tai biến tự nhiên phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới [56]. Trên phạm vi toàn cầu, trượt lở đất gây thiệt hại hàng tỉ đô la và khiến hàng nghìn người chết và bị thương mỗi năm. Trung tâm nghiên cứu trượt lở đất quốc tế của Trường đại học Durham (Anh) ghi nhận trong năm 2007 trên thế giới có 395 vụ trượt lở đất lớn, làm chết 3017 người, trong đó châu Á là khu vực có số lượng trượt lở lớn nhất và bị thiệt hại nặng nề nhất, chiếm 82,5% số vụ trượt lở nghiêm trọng và 75,9% số người chết [80]. Việt Nam là một trong số các quốc gia thường xuyên xảy ra tai biến trượt lở đất và chịu nhiều tổn thất về người, cơ sở vật chất và môi trường do trượt lở đất gây ra. Thống kê trong 10 năm (1996-2005), bình quân mỗi năm thiên tai (trong đó có trượt lở đất) ở nước ta đã làm chết và mất tích gần 750 người, giá trị thiệt hại về tài sản ước tính hơn 400.000 tỷ đồng (theo giá trị năm 2006) [13]. Chỉ tính riêng trong năm 2007 trượt lở đất đã làm 130 người chết. Ở Việt Nam, tai biến trượt lở đất thường xảy ra vào mùa mưa lũ và tại các khu vực thuộc vùng núi Tây Bắc, Đông Bắc và vùng đồi núi các tỉnh miền Trung. Trong những năm gần đây, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, trượt lở đất cũng có những diễn biến phức tạp, khó lường. Tỉnh Quảng Nam nằm ở trung tâm khu vực miền Trung, có vị trí rất quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng ở khu vực miền Trung và Tây Nguyên. Là vùng đất có hai di sản thế giới và giàu truyền thống cách mạng, có địa hình đa dạng từ đồng bằng, trung du đến miền núi và khí hậu nhiệt đới ẩm, Quảng Nam có nhiều điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế xã hội. Tuy nhiên, bên cạnh những thuận lợi, địa hình với hơn 70% diện tích là đồi núi, độ dốc lớn và khí hậu phân hóa thành hai mùa mưa và mùa khô sâu sắc rất dễ phát sinh, phát triển các tai biến tự nhiên, trong đó có trượt lở đất. Mặt khác, trong một vài thập kỉ gần đây, để đáp ứng 2 yêu cầu của công cuộc đổi mới, hệ thống cơ sở hạ tầng địa phương đã có sự phát triển vượt bậc. Nhiều tuyến đường giao thông được làm mới, sửa chữa nâng cấp; các dự án thủy điện được xây dựng và vận hành; nhiều mỏ khoáng sản được mở rộng khai thác... Tuy nhiên hoạt động kinh tế - công trình của con người ngày càng gia tăng, làm cho môi trường tự nhiên bị biến đổi mạnh mẽ, thúc đẩy sự phát sinh, phát triển các quá trình sườn, gây nguy cơ gia tăng trượt lở đất. Thực tiễn cho thấy, trượt lở đất ở Quảng Nam diễn ra hàng năm với quy mô khác nhau, gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Trượt lở đã khiến cho hàng ngàn mét khối đất đá đổ xuống vùi lấp ruộng vườn, phá hủy nhà cửa, công trình như vụ trượt đất ở xã Phước Công và Phước Chánh huyện Phước Sơn năm 1999; vụ lở núi khu vực sông Nước Vin thuộc thôn 1, xã Trà Giác, huyện Bắc Trà My năm 2009. Trượt lở xảy ra nghiêm trọng đã vùi lấp và làm hư hỏng nặng nhiều đoạn đường trên đường Hồ Chí Minh, quốc lộ 14E, 14D, 40B, tỉnh lộ 604, gây ách tắc giao thông. Trong những năm gần đây, tai biến trượt lở đất ở Quảng Nam đang có xu hướng gia tăng với quy mô ngày càng lớn do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu làm phát sinh các trận mưa kéo dài với cường độ lớn. Xuất phát từ thực tế đó, việc nghiên cứu đánh giá các nhân tố hình thành và phát sinh trượt lở đất, xác định các khu vực có nguy cơ trượt lở khác nhau để từ đó có các giải pháp phòng tránh và giảm thiểu thiệt hại là rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Vì vậy, NCS đã chọn đề tài "Đánh giá điều kiện hình thành và nguy cơ trượt lở đất trong bối cảnh biến đổi khí hậu ở tỉnh Quảng Nam" để thực hiện luận án tiến sĩ chuyên ngành Địa lý tự nhiên. 2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá nguy cơ trượt lở đất và cảnh báo nguy cơ trượt lở đất trong bối cảnh biến đổi khí hậu tại tỉnh Quảng Nam. - Đề xuất các giải pháp phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại do trượt lở đất gây ra tại tỉnh Quảng Nam. 3 2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục tiêu nêu trên, đề tài đã thực hiện các nhiệm vụ sau đây: - Tổng quan các vấn đề về trượt lở đất, các hướng nghiên cứu trượt lở đất và các công trình liên quan đến đề tài. Xác định cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu của đề tài. - Phân tích đặc điểm các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình phát sinh trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam - Trên cơ sở phân tích hiện trạng trượt lở đất, luận án đã phân tích, đánh giá vai trò của từng nhân tố tác động đến sự phát sinh trượt lở đất, bao gồm: thành phần thạch học, mật độ đứt gãy, vỏ phong hóa, độ dốc, mật độ phân cắt sâu, lượng mưa mùa thu, mật độ sông suối, hiện trạng sử dụng đất và khoảng cách đến đường giao thông. - Thành lập bản đồ nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam, tỉ lệ 1/100.000. - Luận án phân tích mối quan hệ giữa trượt lở đất và mưa, trên cơ sở đó xác định ngưỡng mưa đối với trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam, cảnh báo nguy cơ trượt lở đất năm 2025 và 2050 theo kịch bản biến đổi khí hậu và thành lập bản đồ cảnh báo nguy cơ trượt lở đất vào năm 2025 và 2050, tỉ lệ 1/100.000 - Đề xuất, khuyến nghị các giải pháp phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại do trượt lở đất gây ra. 3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đề tài tập trung nghiên cứu trượt lở đất ở khu vực đồi núi thuộc phần đất liền bao gồm cả trượt lở tự nhiên và trượt lở do yếu tố con người (taluy giao thông, khai thác khoáng sản, ...). Luận án không nghiên cứu các hiện tượng sạt lở bờ sông, bờ biển. 4 Nguy cơ trượt lở đất được đánh giá trên phương diện địa lí tổng hợp. Các nhân tố hình thành trượt lở đất bao gồm các yếu tố địa mạo động lực, thủy văn động lực và yếu tố nhân sinh. Trong luận án này, quá trình hình thành trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam được đánh giá dựa trên 9 nhân tố, bao gồm: thành phần thạch học, mật độ đứt gãy, vỏ phong hóa, độ dốc, mật độ phân cắt sâu, lượng mưa mùa thu, mật độ sông suối, hiện trạng sử dụng đất và khoảng cách đến đường giao thông. Biến đổi khí hậu với những biểu hiện chính là sự gia tăng nhiệt độ, sự thay đổi lượng mưa và mực nước biển dâng. Trong luận án này, trượt lở đất mới chỉ được xem xét trong mối quan hệ với sự biến đổi của mưa. 4. NGUỒN TƯ LIỆU Luận án được hoàn thành trên cơ sở nguồn tài liệu sau: - Các đề tài NCKH cấp cơ sở do NCS chủ trì liên quan trực tiếp đến các nội dung của luận án: “Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc nghiên cứu điều kiện hình thành trượt lở đất và nguy cơ trượt lở đất dưới tác động của biến đổi khí hậu ở tỉnh Quảng Nam” (SPHN- 10-603- NCS - đã nghiệm thu); "Phân tích các nhân tố hình thành trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam" (SPHN 13 - 263 - đã nghiệm thu) - Đề tài dự án hợp tác Việt Nam – Đan Mạch “Đánh giá những tác động của biến đổi khí hậu đến điều kiện tự nhiên, môi trường và phát triển kinh tế - xã hội ở Trung Trung Bộ Việt Nam” (P1- 08 Vie) (2009-2012) của Viện Địa lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, PGS TS. Mai Trọng Thông làm chủ nhiệm. - Tài liệu khảo sát thực địa của nhóm nghiên cứu chuyên đề "Mô hình hóa mối quan hệ giữa biến đổi khí hậu và trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam" dự án (P1- 08 Vie) trong đó NCS là một thành viên của đoàn khảo sát. - Các tài liệu thu thập và tổng hợp: + Các tài liệu nghiên cứu về trượt lở đất trên thế giới và Việt Nam 5 + Các tài liệu nghiên cứu về địa mạo, địa chất, khí hậu, thủy văn, vỏ phong hóa, lớp phủ thực vật, kinh tế xã hội hiện có về khu vực nghiên cứu. + Các công trình và tài liệu nghiên cứu về trượt lở đất đã công bố liên quan đến khu vực nghiên cứu. + Số liệu khí tượng bao gồm nhiệt độ, lượng mưa ngày giai đoạn 19812015 của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu. + Các số liệu về thiệt hại do thiên tai từ năm 1981 đến 2007 của tỉnh Quảng Nam. + Hệ thống các bản đồ khu vực nghiên cứu ở dạng số: bản đồ địa hình tỉ lệ 1/50.000; bản đồ địa chất tỉ lệ 1/200.000; bản đồ thủy văn tỉ lệ 1/100.000; bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015 tỉ lệ 1/100.000; bản đồ mạng lưới đường giao thông tỉ lệ 1/100.000, bản đồ quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020 tỉ lệ 1/100.000. 5. LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ Luận điểm 1: Trượt lở đất ở Quảng Nam là hệ quả tương tác giữa các nhân tố bề mặt đệm (các nhân tố tự nhiên và hoạt động KT-XH của con người) với xung lượng mưa lớn. Phân tích hiện trạng trượt lở đất, đánh giá tổng hợp các nhân tố gây nguy cơ trượt lở đất là cơ sở cho việc dự báo nguy cơ trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam với lượng mưa tăng do tác động của biến đổi khí hậu là hướng tiếp cận nghiên cứu của đề tài luận án. Luận điểm 2: Sự gia tăng của lượng mưa mùa thu do tác động của biến đổi khí hậu ảnh hưởng lớn đến quá trình phát sinh, phát triển trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam. 6. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN - Trên quan điểm coi lượng mưa là nhân tố quan trọng, ảnh hưởng lớn đến quá trình phát sinh trượt lở đất, luận án đã làm sáng tỏ mối quan hệ giữa 6 mưa và trượt lở đất, đồng thời đã xác định được ngưỡng mưa gây trượt lở đất trên địa bàn nghiên cứu. - Luận án đã thành lập bản đồ cảnh báo nguy cơ trượt lở đất tỉ lệ 1/100.000 tại tỉnh Quảng Nam năm 2025 và 2050 theo sự biến đổi của lượng mưa mùa thu được dự tính theo kịch bản BĐKH cho Việt Nam năm 2015 của Bộ Tài Nguyên và Môi trường với giả định các nhân tố phát sinh trượt lở khác không thay đổi. 7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN - Các kết quả nghiên cứu của đề tài đã góp phần làm phong phú lý luận và cách tiếp cận phân tích hệ thống và tổng hợp các yếu tố tự nhiên, kinh tế xã hội trong mối liên hệ với trượt lở đất trên một đơn vị lãnh thổ. - Trên cơ sở bản đồ đánh giá nguy cơ trượt lở đất, vai trò của các nhân tố trong việc hình thành trượt lở đất được xác định, từ đó khuyến nghị địa phương có kế hoạch khai thác và sử dụng hợp lí lãnh thổ nhằm phòng tránh và giảm nhẹ thiệt hại. - Việc xác định được ngưỡng mưa đối với trượt lở đất giúp cho địa phương theo dõi mưa nhằm cảnh báo sớm trượt lở đất. 8. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, luận án gồm 4 chương: Chương 1: Cơ sở lý luận và phương pháp đánh giá nguy cơ trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam. Chương 2: Đặc điểm các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát sinh trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam. Chương 3: Đánh giá nguy cơ trượt lở đất ở tỉnh Quảng Nam. Chương 4: Cảnh báo nguy cơ trượt lở đất trong bối cảnh biến đổi khí hậu ở tỉnh Quảng Nam. 7 Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT Ở TỈNH QUẢNG NAM 1.1. Tổng quan về nghiên cứu trượt lở đất 1.1.1. Nghiên cứu trượt lở đất trên thế giới Trượt lở đất xảy ra ở vùng núi từ thời xa xưa. Trượt lở đất thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu từ thế kỉ 19 bắt đầu với mô tả của Endlich (1876) về vụ trượt lở ở Slumgullion, một trong những vụ trượt lở nổi tiếng nhất nước Mĩ [78]. Trượt lở đất ở Slumgullion khá phức tạp bao gồm khối trượt hoạt động hiện tại di chuyển trên vết trượt cổ. Tiếp theo Endlich, đã có nhiều nhà khoa học Mĩ, Anh, Italia, Pháp ... quan tâm đến trượt lở đất. Những nghiên cứu mang tính định hướng, có ảnh hưởng lớn, phát triển từ nửa sau thế kỉ 20. Từ thập niên 90 của thế kỉ 20, tai biến trượt lở đất xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới với tần suất và mức độ ngày càng lớn, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Vì thế năm 1989, Liên Hợp Quốc công bố thập niên 1990-2000 là Thập niên Quốc tế giảm thiểu tai biến thiên nhiên. Thực tế đòi hỏi công tác nghiên cứu điều tra về trượt lở đất được tiến hành thường xuyên hơn, rộng khắp hơn với sự tham gia của nhiều chuyên gia, nhóm và trung tâm nghiên cứu lớn. Từ cuối thế kỉ 20 cho đến nay, nhiều công trình, ấn phẩm được công bố liên quan đến tai biến trượt lở đất trên thế giới với nhiều lĩnh vực khác nhau: 1.1.1.1. Phân tích khái niệm, cơ chế hoạt động, phân loại và xác định các nguyên nhân gây trượt lở đất Khái niệm trượt lở đất (landslide) được Varnes (1984), Crozier (1986), Cruden (1991), Cruden and Varnes (1996), Soeters and Van Westen (1996), Crozier (2005), phân tích rõ và xác định là sự di chuyển của đất đá xuống chân sườn dốc [99], [55], [60], [59], [89]. Liên quan đến tai biến trượt lở đất, 8 các tác giả cũng làm rõ các khái niệm "rủi ro do trượt lở", "tổn thương do trượt lở" [99], [56], trong đó tổn thương tính đến những thiệt hại về người và tài sản gây ra do trượt lở. Trượt lở đất bao gồm nhiều kiểu loại khác nhau. Ngay từ năm 1978 Varnes đã đưa ra một bảng phân loại trượt lở đất và sau này được chính tác giả hoàn thiện [99], [59]. Công trình này được thảo luận tại Hội địa chất công trình quốc tế (IAEG) về trượt lở (1990), sau đó được xuất bản trong cuốn thuật ngữ trượt lở ở nhiều thứ tiếng và được sử dụng rộng rãi. Hệ thống phân loại trượt lở theo Varnes (1978 và 1984) làm nổi bật được kiểu dịch chuyển và kiểu vật chất. Trong thực tế, bất kỳ khối trượt nào cũng được phân loại và mô tả bằng hai cụm từ vật liệu và kiểu dịch chuyển. Theo hệ thống phân loại này, kiểu dịch chuyển bao gồm: đổ, rơi, lật, trượt, chảy ngang, chảy dòng, hỗn hợp và được kết hợp với các loại vật liệu là đá, đất hạt thô, đất hạt mịn [98], [99]. Trong nghiên cứu trượt lở, ngoài việc phân loại chúng theo các dạng còn phải nghiên cứu các quá trình phát sinh và xảy ra trượt lở để có được các giải pháp phù hợp. Theo Varnes (1978) định nghĩa: "Quá trình trượt lở bao gồm chuỗi các sự kiện liên tục từ nguyên nhân hình thành tới tác động”. Trong một vài trường hợp, có thể kinh tế hơn khi tránh những tác động của quá trình trượt lở so với việc cải tạo nó, loại bỏ các nguyên nhân hình thành. Trượt lở nói chung là phức tạp cả về nguyên nhân gây trượt, cơ chế tác động, kiểu di chuyển và loại vật liệu … Nguyên nhân gây trượt lở đất có thể phân chia thành bốn nhóm chính sau [59]: - Các nguyên nhân địa kỹ thuật: sự có mặt của vật liệu yếu, vật liệu nhạy cảm, vật liệu bị phong hóa, vật liệu chịu ứng suất cắt, vật liệu bị nứt nẻ, tách giãn, tồn tại các khối không liên tục với các yếu tố bất lợi (khối phân lớp, phân phiến …), các cấu trúc không liên tục với các yếu tố bất lợi (đứt gãy, bất 9 chỉnh hợp, đới cà nát…), vật liệu có khả năng thấm lớn, hỗn hợp vật liệu bất lợi (các vật liệu cứng, chặt phân bố trên nền các vật liệu mềm dẻo hơn). - Các nguyên nhân hình thái địa mạo: Sự có mặt của hoạt động kiến tạo hay sự nâng lên của núi lửa, xói lở lòng sông tới chân mái dốc, hoạt động của sóng tới chân mái dốc, xói lở các mép bên mái dốc, xói ngầm (do hòa tan, vận chuyển dòng ngầm …), tăng tải trọng lên mái dốc do các tích đọng vật liệu, hủy hoại thảm thực vật (cháy rừng, hạn hán). - Các nguyên nhân vật lý: Mưa lớn, các quá trình kết tủa hóa học, khả năng kéo vật chất đi xuống dưới tác động của lũ lụt và thủy triều, động đất, hoạt động núi lửa, sự co ngót và giãn nở của vật liệu dưới tác động của thời tiết. - Các nguyên nhân nhân sinh: khai đào hố móng hay làm mất chân mái dốc (làm đường), chất tải lên mái dốc, hoạt động làm tăng khả năng kéo vật chất đi xuống như xây dựng hồ chứa, hoạt động tạo chấn động nhân tạo (nổ mìn), sự thoát nước từ các hoạt động kinh tế [59]. Việc xác định rõ các nguyên nhân gây trượt lở đối với từng khu vực cụ thể có ý nghĩa rất lớn trong việc khoanh vùng dự báo nguy cơ trượt lở. 1.1.1.2. Đánh giá, phân vùng dự báo nguy cơ trượt lở đất Nghiên cứu cơ chế hoạt động, nguyên nhân hình thành các khối trượt lở đất sẽ giảm đi giá trị nếu không có nghiên cứu phân vùng dự báo. Dựa trên nguyên tắc "quá khứ và hiện tại là chìa khóa tới tương lai" [99], các nghiên cứu xác định nguy cơ tai biến trong tương lai theo các điều kiện về địa chất, địa mạo, khí hậu thủy văn giả định như trong quá khứ và hiện tại. Mục đích chính của các nghiên cứu này là thành lập bản đồ nguy cơ trượt lở đất hoặc phân vùng ổn định sườn dốc với các mức độ cao thấp phân bố trong không gian. Do có rất nhiều thuộc tính và các yếu tố liên quan nên việc xây dựng loại bản đồ này có nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau, từ định tính cho đến định lượng: 10 a) Phân tích sự phân bố của các điểm trượt lở Phân tích sự phân bố các điểm trượt lở là một cách tiếp cận trực tiếp đối với phân vùng nhạy cảm trượt lở đất. Phương pháp này chỉ ra sự phân bố trượt lở trên bản đồ thông qua việc phân tích ảnh hàng không, thực địa hoặc các dữ liệu trượt lở trong quá khứ. Các bản đồ hiện trạng trượt lở, trong nhiều trường hợp, là cơ sở cho các tiếp cận phân vùng khác. Bản đồ hiện trạng thể hiện sự phân bố trượt lở trong không gian theo dạng vùng, dạng điểm hoặc mật độ trượt lở. Phương pháp này trình bày được mật độ trượt lở một cách định lượng, tuy nhiên lại không thể hiện được mối quan hệ giữa trượt lở đất và các yếu tố nguyên nhân gây ra trượt lở. Phương pháp phân tích sự phân bố trượt lở rất tốn kém về thời gian, công sức và tiền của và bản đồ được thành lập theo phương pháp này cũng không cung cấp thông tin gì về mức độ nhạy cảm trượt lở trong tương lai [89]. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp này phải kể đến công trình của Cruden (1988) [61], và Chau. K.T, và nnk (2004) [52]. b) Phân tích địa mạo Phân tích địa mạo được xem là phương pháp thành lập bản đồ trực tiếp, cách tiếp cận trực tiếp, định tính chủ yếu dựa trên khả năng, kinh nghiệm của các nhà địa mạo. Theo cách này, phân vùng tai biến trượt lở được các nhà địa mạo tiến hành trực tiếp ngoài thực địa, dựa trên kinh nghiệm của họ về đối tượng, về vùng nghiên cứu và các điều kiện tương tự khác mà không đưa ra được nguyên tắc đánh giá. Bản đồ nhạy cảm trượt lở được xây dựng trực tiếp từ bản đồ địa mạo chi tiết. Người thành lập bản đồ sẽ quy định một cách chủ quan một giá trị ổn định sườn mang tính định lượng, hoặc một nhóm tai biến trượt lở cho mỗi một polygon trên bản đồ dựa vào kết quả giải đoán ảnh máy bay, hoặc dựa trên các quan sát ngoài thực địa, hay dựa theo kinh nghiệm của chính người chuyên gia đó. Việc nhận dạng hình thái địa mạo đối với các khu vực địa hình có tiềm năng không ổn định thường dựa chủ yếu vào các kết quả quan sát các điểm trượt đã biết. Phân tích địa mạo là một phương pháp khá linh