Đánh giá tình hình hoạt động động đất khu vực công trình thuỷ điện Sông Tranh 2 và đề xuất biện pháp phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại

Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam
HỘI KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐỊA VẬT LÝ VIỆT NAM
***






Báo cáo tổng kết
ĐỀ ÁN TƯ VẤN PHẢN BIỆN


ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH HOẠT ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT
KHU VỰC CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SÔNG
TRANH 2 VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP PHÒNG
TRÁNH GIẢM NHẸ THIỆT HẠI



Hội KHKT Địa Vật lý Việt Nam Chủ nhiệm đề án






PGS.TS.Cao Đình Triều

9782

Hà Nội, 2012




1
MỞ ĐẦU

Quá trình khảo sát, nghiên cứu tai biến địa chất phục vụ lựa chọn vị trí xây dựng đập
thủy điện, thiết kế xây dựng và vận hành an toàn đập được tiến hành theo ba giai đoạn sau:
1/ Giai đoạn 1 (giai đoạn lựa chọn vị trí xây dựng đập), phù hợp với giai đoạn đầu của Đề
án, sẽ bao gồm:
(1). Nghiên cứu động đất (kể cả
động đất lịch sử và cổ động đất). Thiết lập hệ mạng
trạm địa chấn (tốt nhất là theo hình thức truyền dữ liệu động đất về trạm trung tâm bằng vô
tuyến điện hoặc vệ tinh hay Internet).
(2). Thiết lập bản đồ kiến tạo và địa động lực của vùng hồ.
(3). Tiến hành khảo sát thực địa địa chất và địa mạ
o bước đầu tại khu vực hồ chứa và
lân cận nhằm nhận biết khả năng hoạt động của các cấu trúc địa chất.
Nghiên cứu tính chất lý hóa của đất đá, nghiên cứu đứt gãy liền kề và tính chất thuỷ
động học là những vấn đề cần được quan tâm đặc biệt trong giai đoạn này. Khi các đứt gãy
lớn chạy ngang qua vùng đập có biểu hiện hoạt động dị
ch chuyển mạnh trong hiện tại thì
nhất thiết phải nghĩ đến việc lựa chọn một vị trí khác thích hợp hơn thay thế cho vị trí ban
đầu.

2/ Giai đoạn 2: Đây là giai đoạn mà trước hết là tiếp tục các công việc giai đoạn một chưa

kết thúc trọn vẹn hoặc sau khi kết thúc giai đoạn một thấy cần tiếp tục bổ sung cho chi tiết
hơ
n hay nhận định rõ hơn về các đối tượng nghiên cứu. Tiến hành thêm một số nghiên cứu
về địa chất công trình. Các nhiệm vụ của giai đọan 2 thường được kết thúc trước khi lòng hồ
tích nước từ 1 đến 2 năm:
(1). Thực hiện thực địa địa chất và tân kiến tạo chi tiết khu vực hồ chứa và các vùng
lân cận.
(2). Tiến hành một số nghiên cứu khác như: (a). Nghiên cứu chi tiết về
hoạt động của
đứt gãy, dịch chuyển vỏ Trái đất trong tân kiến tạo và hiện đại; (b). Thiết lập hệ máy quan
trắc chuyển động hiện đại như đặt máy biến dạng, đo lặp thủy chuẩn hay GPS và (c). Các
nghiên cứu về mức độ ổn định của các khối đất đá có nguy cơ trượt lở gây cản trở dòng chảy
hoặc lấp hồ chứa.
(3). M
ột số nhiệm vụ hết sức cần thiết phải tiến hành là: đo để tìm mức độ lớn của
thành phần chính trạng thái ứng suất; áp suất lỗ rỗng; độ thẩm thấu; và nếu có điều kiện thì
tiến hành khoan phục vụ nghiên cứu vị trí và trạng thái dập vỡ của đới đứt gãy, các đới phá
huỷ, các mặt tiếp xúc đứt gãy và ranh giới phân lớp địa ch
ất.
(4). Vi phân vùng động đất (Gia tốc dao động nền, phổ phản ứng, ) khu vực đập và
nhà máy phục vụ thiết kế kháng chấn công trình.

3/ Giai đoạn 3: Đây là giai đoạn mang tính giám sát hoạt động an toàn đập thủy điện:
(1). Thiết lập một hệ máy ghi động đất cố định lâu dài phục vụ nghiên cứu biến động
môi trường sinh chấn và hoạt động động đất kích thích.
(2) Thiết l
ập hệ máy quan trắc chuyển động hiện đại như đặt máy biến dạng, máy đo
gia tốc nền, đo lặp thủy chuẩn hay GPS nhằm mục đích giám sát thay đổi trạng thái biến
dạng của đập và khu vực kề cận trong quá trình vận hành hồ chứa.

2
(3). Tiếp tục các nghiên cứu và giám sát các hiện tượng tai biến địa chất khác như:
Nứt – sụt đất, trượt – lở đất và lũ quyét có nguy cơ gây ảnh hưởng tới hoạt động an toàn của
đập thủy điện.

Khi tích nước ở độ cao nhất định sẽ gây ra hiện tượng ứng suất gia tăng tác động đến
lòng hồ, nước dâng cao làm thay đổi môi trường địa động lực theo chiề
u hướng gia tăng các
dạng tai biến này.


Hình 0.1: Vị trí của đập thủy điện Sông Tranh 2

Hiện tượng tăng độ hoạt động động đất tại các khu vực hồ chứa lớn sau khi tích nước
gọi là động đất kích thích, đã xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới. Nhiều trường hợp động đất đã
gây thiệt hại về người, tài sản và các công trình xây dựng. Những ví dụ điển hình về
động
đất hồ chứa (động đất kích thích) có thể kể đến là: tại hồ Kariba (Zambia), hồ Koyna (Ấn


3
Độ), v.v. … Đã xác định được rằng động đất kích thích mạnh có thể xảy ra ở những hồ chứa
lớn có độ sâu mực nước trên 80 m, dung tích lớn (Xấp xỉ 1 tỷ m
3
) trong điều kiện địa chất
thuận lợi như tồn tại đứt gãy sâu liên quan về mặt thuỷ văn với hồ chứa và ứng suất ở đó đã
tích luỹ đến mức tới hạn.

Công trình thuỷ điện Sông Tranh 2 có công suất thiết kế 190 MW (2x95MW), sản

lượng điện trung bình 679,6 triệu kWh/năm, là bậc thang thứ 2 nằm trên Sông Tranh. Công
trình chính thuộc địa phận xã Trà Đốc, Trà Tân, Huy
ện Bắc Trà My, tỉnh Quảng Nam. Dự
án do EVN làm chủ đầu tư (đại diện là Ban QLDA Thủy điện 3), tư vấn thiết kế chính là
Công ty CP Tư vấn xây dựng điện 1, tổng thầu thi công là Tổng công ty xây dựng Thủy lợi
4. Khởi công từ tháng 3 năm 2006, nhà máy bắt đầu hoạt động tháng 12 năm 2010. Công
trình thủy điện Sông Tranh 2 được xem là có quy mô lớn nhất khu vực miền Trung, hồ chứa
740 triệu mét khối n
ước, đập chính nằm ở cao trình 84 mét, cao 96 m, đập bê tông đầm lăn
dài 640 m, được chia thành các block rộng 20m ngăn cách nhau bằng các khe nhiệt (30 khe
nhiệt xuyên suất từ thượng lưu về phía hạ lưu). Mực nước dâng trung bình 175m, cao trình
đỉnh đập 180m, đỉnh đập rộng 8m, đáy đập rộng 75m. Thủy điện sông Tranh 2 có tổng vốn
đầu tư hơn 4.150 tỷ đồng.

Theo kết quả đánh giá thông số động đất thiết kế công trình thủ
y điện Sông Tranh 2
của Viện Vật lý Địa cầu (được trình bày trong báo cáo nghiên cứu khả thi) thì:
- Khu vực nhà máy thủy điện Sông Tranh 2 và lân cận là vùng có cấu trúc địa chất
khá phức tạp với hai pha kiến tạo chính: Pha thứ nhất thuộc giai đoạn đầu của Tân Kiến tạo;
Pha thứ 2 thuộc giai đoạn Neogen-Đệ tứ. Các hoạt động kiến tạo của hai pha này đã tạo ra
một mạng lướ
i đứt gãy hoạt động trong giai đoạn Tân kiến tạo.
- Động đất thiết kế (MDE) lấy bằng động đất cực đại (MCE) có khả năng ảnh hưởng
đến công trình có cấp độ mạnh Mmax = 5,5; ở độ sâu 10-15 km; gây chấn động cấp VII
(VIII?) (MSK-64) tại tuyến đập; amax = 150 cm/s². Động đất này có khả năng phát sinh trên
đứt gãy chính là Trà Bồng và Hưng Nhượng – Tà Vi cách tuyến đập 2 km.
- Động đất cơ sở vậ
n hành (OBE) lấy bằng động đất ứng với chu kỳ lặp lại 475 năm: I
= VI (VII?) (MSK-64), amax = 89 cm/s².

Báo cáo chưa đề cập tới việc tính toán ứng suất gia tăng tới lòng hồ và nguy cơ của
động đất kích thích và dự báo các tai biến địa động lực khác như trượt – lở đất, nứt – sụt đất
và lũ quét có thể ảnh hưởng tới đập thuỷ điện.

Không tìm thấy báo cáo giai đ
oạn thiết kế kỹ thuật lưu tại Viện Vật lý Địa cầu.

Sau khi đập Sông Tranh được tích nước vào tháng 12 năm 2010 và nhà máy đi vào
hoạt động thi bắt đầu xuất hiện hoạt động động đất. Từ đầu năm 2011 người dân thuộc
huyện Bắc Trà My bắt đầu nghe thấy những tiếng nổ trong lòng đất. Hiện tượng này gia tăng
trong tháng 11 năm 2011. Các nhà địa chấn Viện Vật lý
Địa cầu cho rằng đây là hoạt động
động đất hồ chứa (động đất kích thích) do ảnh hưởng của việc tích nước và biến động mực
nước hồ chứa trong thời gian qua. Trạm địa chấn Huế và Bình Định cũng đã ghi nhận được


4
một số trận động đất đã xảy ra trong khu vực công trình thủy điện này. Cấp độ mạnh tối đa
của động đất quan sát được đạt 3,4.

Hiện tượng rò nước qua thân đập được phát hiện vào tháng 3-4 năm 2012, cộng thêm
đó là việc xuất hiện động đất khá nhiều làm gây hoang mang trong dân chúng sống quanh
khu vực hồ chứa ST2. Cấp độ mạnh tối đa của trận động
đất quan sát được đạt 3,4 (3,8?).

Bắt đầu từ tháng 5 năm 2012 nhà máy thủy điện ST2 ngưng tích nước và cố gắng đưa
mực nước về cao trình 140m. Cuối tháng 8 và tháng 9 năm 2012 lại xuất hiện một đợt động
đất trong bối cảnh cao trình mực nước hồ ở 140m, cấp độ mạnh tối đa 4,2, máy gia tốc đặt
tại vai phía Nam của đập ghi được gia tốc dao động nền đạt 0,088g-c
ấp 7 MSK-64. Trận

động đất xảy ra vào lúc 10 giờ 57’ sáng ngày 23 tháng 9 năm 2012 có thể có cấp độ mạnh
4,1; máy gia tốc đặt tại vai phía Nam của đập ghi được gia tốc dao động nền đạt 0,091g-cấp
7 MSK-64 (4,8?).

Ngày 21 tháng 9 năm 2012 Chính phủ Việt Nam không đồng ý cho thủy điện Sông
Tranh 2 tích nước sau khi xử lý sự cố thấm.

Nếu xét tổng thể qua 3 đợt động đất tại ST2 thì xu thế rõ nét là cấp độ mạnh của độ
ng
đất lớn nhất có xu hướng tăng dần.


5

Hình 0.2: Bản Copy tóm tắt kết quả đánh giá thông số động đất thiết kế của Viện vật lý Địa
cầu năm 2003
Điều đáng lo ngại là động đất tuy chưa mạnh (chỉ ở mức cấp độ mạnh 4,2) song lại
gây ra tiếng nổ và có xu hướng gia tăng trong thời gian qua, đã gây hoang mang trong cộng
đồng dân cư thuộc huyện Bắc Trà My. Hơn nữa, hiện tượng nước b
ị rò rỉ qua thân đập (có
lúc lên tới trên 80m³/giây) phát hiện thấy vào những tháng đầu năm 2012 đã làm cho các nhà
khoa học lo ngại về tính an toàn của đập. Vì vậy, việc xem xét, đánh giá mức độ biến đổi của
môi trường sinh chấn tác động đến hoạt động động đất trong khu vực liên quan đến hồ chứa
là hết sức cần thiết. Hơn thế, cần tăng cường nhận thức cho cộng đồng dân cư
vùng hồ về
động đất kích thích, tránh sự hoang mang lo sợ của người dân và tăng ý thức tham gia tự
giác vào việc sử dụng, khai thác, bảo vệ môi trường của vùng hồ, đồng thời gúp cho các nhà
quản lý vận hành công trình một cách hợp lý nhằm hạn chế thấp nhất mức độ thiệt hại một
khi động đất xảy ra. Mục tiêu của đề án "Đánh giá tình hình hoạt động động đất khu vực
công trình thủy

điện Sông Tranh 2 và đề xuất biện pháp phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại" là:
1/ Đánh giá sự biến động của môi trường sinh chấn và nguy cơ gây ra động đất kích
thích khi hồ chứa hoạt động.
2/ Nâng cao nhận thức của cộng đồng về động đất kích thích liên quan đến sự hoạt
động của hồ chứa nhằm hạn chế thấp nhất về thiệt hại khi động đất kích thích xảy ra.


6

0.1. Thông tin chung của đề án

1- Tên đề án
"Đánh giá tình hình hoạt động động đất khu vực công trình thủy điện Sông Tranh 2
và đề xuất biện pháp phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại".

2- Quản lý đề án:
2.1. Đơn vị chủ quản: Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam
Địa chỉ: 53 Nguyễn Du – Hà Nội
Điện thoại: 043.8226435 Fax: 043.8227593
2.2. Đơn vị chủ trì thực hi
ện đề án : Hội Khoa học Kỹ thuật Địa vật lý Việt Nam
Địa chỉ: Nhà A8/18 đường Hoàng Quốc Việt - Cầu Giấy - Hà Nội
Điện thoaị: 043.7562802 Fax: 043.7912969
E-mail:

2.3. Chủ nhiệm đề án: PGS.TS. Cao Đình Triều
Điện thoại: 043.7912969 (CQ);
E-mail:
Địa chỉ cơ quan : Hội KHKT Địa vật lý Việt Nam
Nhà A8/18 đường Hoàng Quốc Việt-Cầu Giấy-Hà Nội

Địa chỉ nhà riêng: Nhà 42C/41-210 Đội Cấn, Ba Đình-Hà Nội

3- Thời gian thực hiện: 12 tháng (từ tháng 1/2012 đến tháng 12/2012)

4- Nội dung đề án:
1. Nghiên cứu môi trường sinh chấn vùng hồ Thuỷ điện Sông Tranh trước khi tích
nước
Mục tiêu : Nghiên cứu môi trường sinh chấn của khu vực đập thuỷ điện Sông Tranh
Kết quả :
Đặc trưng hoạt động và vùng nguồn phát sinh động đất khu vực đập thuỷ điện
Sông Tranh và lân cận.
Nhiệm vụ :
1. Xác định các hệ thống đứt gãy có biểu hiện hoạt động hiện đại
2. Xác định đặc trưng cấu trúc các mặt ranh giới cơ bản vỏ Trái đất
3. Đặc điểm của các đới đứt gãy (độ rộng, chiều dài, chế độ hoạt động…)
4. Nghiên cứu tính sinh chấn các hệ thống đứt gãy, xác định vùng nguồn phát sinh động đất.
2. Dự báo tác động có thể của việc tích nước h
ồ chứa đến biến đổi độ hoạt động động
đất, trượt lở đất, nứt sụt đất khu vực nghiên cứu
Mục tiêu
: Thu thập số liệu động đất, dự báo khả năng trượt lở đất, nứt sụt đất do động
đất kích thích gây ra.
Kết quả:
Xác định nguyên nhân gây động đất kích thích trong khu vực hồ chứa khi
tích nước.
Nhiệm vụ :
1. Điều tra thu thập số liệu động đất trong khu vực hồ thuỷ điện Sông Tranh.
2. Nghiên cứu độ hoạt động và các đặc trưng của động đất (động đất cực đại, tần suất,
chu kỳ lặp lại, v.v….) khu vực nghiên cứu.

7
3. Đánh giá đứt gãy có nguy cơ sinh chấn khi hồ chứa hoạt động và xác định trường
ứng suất gia tăng cho khu vực lòng hồ khi hồ chứa tích nước.
4. Mức độ biểu hiện hoạt động động đất, trượt lở đất, nứt sụt đất liên quan đến sự vận
hành của hồ chứa.

3. Đề xuất giải pháp giảm nhẹ thiệt hại khi động đất xả
y ra và nâng cao nhận thức
của cộng đồng dân cư về động đất kích thích.
Mục tiêu:
Đề ra các giải pháp phòng tránh sự rủi ro môi trường và tăng cường sự hiểu
biết của cộng đồng dân cư về động đất kích thích.
Kết quả:
Đưa ra các giải pháp điều tiết hồ chứa nhằm giảm thiểu thiệt hại cho công
trình khi động đất xảy ra. Tài liệu phổ biến khoa học về tai biến động đất kích thích, TLĐ,
NSĐ do hoạt động của hồ chứa.
Nhiệm vụ:
1. Đề xuất giải pháp phòng tránh rủi ro môi trường khi tich nước hồ chứa.
2. Biên tập tài liệu kết quả nghiên cứu về nguy cơ biến động môi trường sinh chấn
vùng đập thuỷ điện Sông Tranh sau khi đưa vào hoạt động.
3. Tổ chức hội thao, tuyên truyền , phổ biến kiến thức.

5- Dự kiến sản phẩm, địa chỉ bàn giao ứng dụng:
1/ Báo cáo khoa học, cơ sở dữ liệu.
2/ Tài liệu phổ biến kiến thức về động đất kích thích liên quan đến hoạt động của hồ
chứa Sông Tranh.

6- Các cán bộ tham gia đề án chủ chốt:
TT Họ và Tên Cơ quan công tác

1 2 3
1 PGS.TS. Cao Đình Triều Hội Khoa học Kỹ thuật địa vật lý
2 TS. Lê Văn Dũng Hội Khoa học Kỹ thuật địa vật lý
3 ThS Thái Anh Tuấn Hội Khoa học Kỹ thuật địa vật lý
4 ThS Phạm Nam Hưng Hội Khoa học Kỹ thuật địa vật lý
5 ThS Mai Xuân Bách Hội Khoa học Kỹ thuật địa vật lý
6 KS. Bùi Anh Nam Hội Khoa học Kỹ thuật địa vật lý
7 QTV. Nguyễn Văn Hưng Hội Khoa học Kỹ thuật địa vật lý
8 và các cộng tác viên

0.2. Cấu trúc của báo cáo

1. Mở đầu
2. Chương 1 (ĐỘNG ĐẤT KÍCH THÍCH HỒ CHỨA LÀ LOẠI HÌNH TAI BIẾN ĐỊA
CHẤT NHÂN SINH ĐẶC THÙ XẢY RA TẠI VÙNG HỒ SAU KHI TÍCH NƯỚC)
3. Chương 2 (ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤN KIẾN TẠO KHU VỰC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
SÔNG TRANH 2 VÀ KẾ CẬN)
4. Chương 3 (ĐỘNG ĐẤT KÍCH THÍCH CÓ THỂ XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH VẬN
HÀNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SÔNG TRANH 2 VÀ GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ GIẢ
M
THIỂU THIỆT HẠI)


8
5. Kết luận và kiến nghị
6. Tài liệu tham khảo

Đề án đã hoàn thiện một cách xuất sắc các mục tiêu và nội dung nghiên cứu được đề
ra.

Tập thể tác giả xin chân thành cám ơn lãnh đạo Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ
thuật Việt Nam, Hội Khoa học Kỹ thuật Địa vật lý Việt Nam đã tạo điều kiện và cung cấp
kinh phí kịp thời để Đề án được hoàn thành đ
úng tiến độ.


9
Chương I:

ĐỘNG ĐẤT KÍCH THÍCH HỒ CHỨA LÀ LOẠI HÌNH TAI BIẾN ĐỊA CHẤT
NHÂN SINH ĐẶC THÙ XẢY RA TẠI VÙNG HỒ SAU KHI TÍCH NƯỚC

1.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TAI BIẾN ĐỊA CHẤT

1.1.1. Tai biến tự nhiên.
Tai biến tự nhiên là quá trình nguy hiểm xảy ra trong tự nhiên và gây tổn hại đến môi
trường tự nhiên và con người. Nói đến tính gây hại và tính an toàn trong khái niệm tai biến
tự nhiên là nói đến tác động xấu đến tính mạng và tài sản của con người. Ở đâu chưa có con
người ở đấy chỉ có quá trình tự nhiên. Khi các tai biến vượt quá ngưỡng an toàn (đối với con
người) thì nó sẽ
trở thành thiên tai hoặc sự cố môi trường. Tai biến tự nhiên bao giờ cũng là
một quá trình tác động trên một diện tích rộng lớn và khoảng thời gian lâu dài hơn sự cố môi
trường.
1.1.2. Tai biến địa chất.
Tai biến địa chất là một bộ phận của tai biến tự nhiên, xảy ra trong lớp vỏ ngoài của
trái đất gây nhiều tổn thất cho sự sống của con người. Theo Sở Địa Chấ
t Hoa Kỳ (Sống và
hoạt động của con người, 1996), tai biến địa chất là: “Một điều kiện, một quá trình địa chất
gây nguy hiểm, đe doạ sức khoẻ con người, tài sản công dân, hay kinh tế một cộng đồng”.
Chỉ những tai biến nào do điều kiện hay quá trình địa chất gây ra mới gọi là tai biến địa chất.

Động đất, sóng thần, Trượt – lở đất, nứt – sụt
đất và lũ quét là các loại hình tai biến
địa chất nguy hiểm nhất, được đặc biệt quan tâm, vì vậy chúng thường được gọi là dạng tai
biến địa chất đặc thù.

1.1.3. Rủi ro (risk).
Rủi ro (risk) là định lượng giá thiệt hại của tai biến (hazard) thông qua xác suất xảy ra
sự cố. Smith (1996) định nghĩa: “Rủi ro là sự phơi bày các giá trị (tài sản, tính mạng) của
con người trước tai biến và thường coi là tổ hợp gi
ữa xác suất xảy ra sự cố và mất mát” và
“Do đó, chúng ta có thể xác định tai biến (hazard) là nguyên nhân, là sự đe doạ tiềm tàng
đến tính mạng và tài sản của con người, còn rủi ro (risk) là hậu quả dự báo về các thiệt hại
một khi sự cố xảy ra do một quá trình tai biến nào đó”. Sở Địa Chất Hoa Kỳ tính rủi ro bằng
phương trình rủi ro: R = f(Pc * Cv). Trong đó: - R: Rủi ro tính bằng tiền; - Pc: Xác suất xảy
ra sự cố
trong thời gian 1 năm; - Cv: Thiệt hại do sự cố gây ra.

1.1.4. Phân loại tai biến địa chất
Có nhiều cách phân loại tai biến địa chất, phụ thuộc vào mục đích sử dụng:
- Phân loại theo nguồn gốc: Tai biến tự nhiên; Tai biến nhân sinh; và Tai biến hỗn
hợp. Cách phân loại này chỉ phù hợp cho việc đơn giản các thông tin tai biến, dễ hiểu, phù
hợp với đa số công chúng.
- Phân loại theo cơ chế vậ
n hành: Loại xảy ra đột ngột, nhanh, dữ dội và kết thúc
nhanh chóng (Phun núi lửa, động đất, sóng thần, lũ quét …), thường gọi là tai biến cấp diễn;
Loại xảy ra từ từ, chậm chạp, không quan sát được, dai dẳng, trường kỳ (sự dâng lên của


10

mực nước biển, sự suy thoái của đất do bóc mòn, rửa trôi, sự thiếu hụt iốt trong môi
trường…) hay còn gọi là tai biến trường diễn. Cách phân loại này phù hợp với việc ứng xử
tai biến, giảm thiểu thiệt hại do tai biến gây ra.
- Phân loại theo động lực vận hành gồm: Tai biến địa động lực (bao gồm địa động lực
nội sinh, ngoại sinh, và nhân sinh); Tai biến sinh địa hoá liên quan đến sự tích luỹ
ngoài
ngưỡng sinh thái của các nguyên tố hay hợp chất trong môi trường có ảnh hưởng xấu đến
sức khoẻ cộng đồng. Tai biến này bao giờ cũng là tai biến trường diễn. Sự tích luỹ các chất
gây hại trong môi trường được gọi là quá trình ô nhiễm môi trường địa chất. Đó có thể là
quá trình ô nhiễm tự nhiên hay nhân tạo.

1.1.5. Các nhân tố tai biến địa chất
1. Nhân tố nội sinh: a/ Cấu trúc mảng của thạ
ch quyển và vận động của các mảng; b/
Những hình thái cơ bản của địa hình hiện đại; c/ Các dấu hiệu của vận động nâng trồi và sụp
hạ hiện đại do hoạt động đứt gãy.

2. Nhân tố ngoại sinh: a/ Hoạt động phong hóa; b/ Hoạt động trọng lực; c/ Hoạt động
rửa trôi và bóc mòn; d/ Hoạt động của dòng chảy; e/ Hoạt động hang động trong đá vôi
(karster); f/ Hoạt
động của gió (phong thành); g/ Hoạt động của nước dưới đất; và h/ Hoạt
động của biển.

3. Nhân tố nhân sinh:
a/ Hoạt động khai thác tài nguyên nước làm ô nhiễm nước và làm gia tăng các hoạt
động phá huỷ của dòng chảy.
b/ Khi sông bị nắn thẳng ra, chúng lại cố uốn cong trở lại bằng cách tấn công các đê,
đập nhân tạo. Vì vậy, trước khi tiến hành làm các công trình, khi thiết kế cần cố gắng duy trì
hoặc mô phỏng tối
đa điều kiện tự nhiên. Theo tổng kết thì các dự án nắn dòng tốn kém

nhiều hơn là lợi ích thu được. Kênh, mương không tính toán cẩn thận sẽ gây ra các hiện
tượng bồi xói.
c/ Đặc biệt phải nói đến việc xây dựng đập và hồ nhân tạo gây ra các hậu quả: bồi
tích lòng hồ: làm hồ cạn dần; xói mòn phía hạ lưu: nước qua đập trở nên trong hơn, làm sức
xói mòn của nước tăng lên, gây xói lở, b
ồi bãi phía hạ lưu đập. Thay đổi mực nước ngầm:
mực nước ngầm dâng cao ở phía thượng lưu đập, trong khi lại bị hạ thấp ở phía hạ lưu, làm
ở thượng lưu hiện tượng trượt đất xảy ra nhiều hơn đồng thời cũng làm gia tăng ngập lụt
vùng thượng lưu. Trượt lở xảy ra khi mặt thoáng hồ càng rộng, vùng xói lở sẽ phát triển.
Vùng tr
ượt lở thường là vùng đối diện với hướng gió mạnh và thường xuyên. Sự dao động
mực nước hồ sẽ làm thay đổi áp suất lực nước lỗ rỗng trong đất đá. Vào mùa khô, khi mực
nước hạ thấp, đất đá bị mất lực chống đỡ gây ra chuyển động trượt lở. Kết quả, bên trên đới
dao động mặt nước, vùng trượt lở được hình thành. Mực thuỷ t
ĩnh dâng cao, mở rộng vùng
bị thấm, làm gia tăng hàm lượng nước trong đất đá, làm tăng lực trượt. Nếu mực thuỷ tĩnh
chạm đến các tầng sét phân cách mặt lớp, có thể xuất hiện trượt quy mô lớn do điều kiện thế
nằm đất đá không thuận tiện.
d/ Vỡ đập hoặc vô hiệu hoá đập do nhiều nguyên nhân mà thiết kế chưa tính đến,
hoặc lỗi c
ủa quá trình thi công. Và thường gây ra hậu quả rất nghiêm trọng, đặc biệt là với
các đập nằm gần khu dân cư, đô thị. Việc xả lũ vào mùa mưa gây ngập lụt vùng hạ lưu.


11
e/ Động đất kích thích: Ngay từ năm 1931, các nhà khoa học đã phát hiện ra hồ nhân
tạo có khả năng gây động đất. 0,3% các hồ sâu trên 10m, 10% các hồ sâu trên 90m, và 21%
các hồ sâu trên 140m có thể gây động đất. Nguyên nhân là trọng lượng khối nước làm oằn
gãy khối đá nền gây lún: Độ sâu lún đáy có thể lên đến 1,5 – 2m. Sự dịch chuyển thẳng đứng
của nền là nguyên nhân kích thích sự tái hoạt động của các đứt gãy trong vùng, tăng hoạt

động thấm ngang do gia tă
ng thấm ngang, đặc biệt là ở các đới nứt nẻ, nước lỗ rỗng trong
đất đá gia tăng làm tăng khả năng thấm lọc do vậy giảm độ ma sát của các mặt chỉnh hợp,
hoặc mặt trượt đã có. Kết quả là làm giảm độ cứng chắc và thay đổi hệ số đàn hồi của đá,
làm biến động lực căng có trước, dẫn đến s
ự dịch chuyển khối đá theo mặt trượt kiến tạo.

1.2. NỨT - SỤT ĐẤT

1.2.1. Khái niệm
a/ Nứt đất được hiểu đơn giản là hiện tượng nứt vỡ vỏ Trái đất (vỏ thạch quyển) và
chủ yếu do hoạt động kiến tạo gây nên.
b/ Sụt đất là hiện tượng một bộ phận của vỏ Trái đất bị nứt tách và hạ lún th
ấp hơn so
với xung quanh.

Tai biến nứt – sụt đất thể hiện, bộc lộ rất rõ trên bề mặt Trái đất thông qua sự ảnh
hưởng của chúng đối với các công trình dân sinh và tự nhiên, chẳng hạn: Nứt – Sụt đồi, nứt
núi, nứt đồng ruộng, dẫn đến làm mất nước, phá hoại các công trình xây dựng trên đó, đặc
biệt các khe nứt góp phần hình thành, khống chế các khối trượt lớ
n, các hố sụt đất lớn Nứt
– Sụt đê, nứt đập phá hủy các công trình thủy lợi, thủy điện Nứt – Sụt đường giao thông
(các quốc lộ, tỉnh lộ ), phá hủy các công trình giao thông, làm ách tắc giao thông nghiêm
trọng. Nứt – sụt các công trình xây dựng dân sinh như: nhà cửa, các công trình công cộng
khác gây tổn thất về tài sản lớn.
Nứt – sụt đất là hiện tượng làm nứt vỡ vỏ trái đất do những chuyển độ
ng kiến tạo
hiện đại từ từ, mà chủ yếu là chuyển động trượt từ từ sinh ra, làm ảnh hưởng xấu đến sự
phát triển kinh tế, xã hội và môi trường.
1.2.2. Nguyên nhân nứt – sụt đất

1. Hai nguyên nhân chủ yếu của nứt – sụt đất gồm:
- Nứt – sụt đất do hoạt động kiến tạo của vỏ Trái đất tạo ra, người ta thường gọi là các
đứt gãy hay các đớ
i đứt gãy. Đây là nguyên nhân chủ yếu để phát sinh và hình thành nứt đất.
Nứt đất được sinh ra bởi nguyên nhân này thường kéo dài và trên diện rộng và diễn ra từ từ
theo thời gian.
- Nứt – sụt đất gián tiếp do con người gây ra, như khai thác khoáng sản dưới lòng đất,
khai thác nước ngầm, khai thác gỗ đốt phá rừng làm nương rẫy, làm đường giao thông, đắp
đập thuỷ điện, thuỷ lợi, . . . Những hoạt động đó của con người
đã gián tiếp gây ra nứt đất,
sụt lún đất ở một số vùng nào đó. Động đất cũng không nằm ngoài những nguyên nhân để
gây ra hiện tượng nứt đất. Tuỳ theo vào độ mạnh của động đất mà điện tích vùng ảnh hưởng
lớn hay nhỏ.

2. Nứt vỡ vỏ trái đất gồm hai loại chính:
- Khe nứt là nứt vỡ không có dịch chuyển của các khối đá ở hai bên khe nứ
t.


12
- Đứt gãy là nứt vỡ có dịch chuyển của các khối đất đá ở hai bên đứt gãy.
Nói về đứt gãy người ta còn thường phân biệt “đới đứt gãy’. Đó là một đới có chiều
rộng, chiều dài và độ sâu lớn, trong đó bao gồm nhiều đứt gãy lớn, nhỏ khác nhau và đất đá
bị biến đổi phức tạp.

Nứt – sụt đất là hiện tượng phổ biến, phát triển t
ừ xa xưa cùng với sự biến đổi của vỏ
Trái đất, là một dạng tai biến tự nhiên do hiện tượng nứt đất sinh ra và phát triển trong thời
gian hiện nay. Tuy nhiên, tuỳ theo yêu cầu thực tiễn và điều kiện nghiên cứu đòi hỏi nghiên
cứu nứt đất phát sinh từ thời gian khác nhau. Trong điều kiện cụ thể nước ta, tai biến nứt –

sụt đất được hiểu là hiện tượ
ng nứt đất phát sinh từ trước và hiện nay đang phát triển mạnh
mẽ (khi nói về khe nứt, hố sụt, đứt gãy, đới đứt gãy được hiểu là nói về chúng trong phạm
trù nứt – sụt đất).



Hình 1.1: Con đường bị nứt toạc sau động đất ngày 26 tháng 12 năm 2004 ở thị trấn
Pariaman của tỉnh Tây Sumatra, Indonesia.
Ảnh: Reuters.

1.2.3. Các sự cố do hiểm hoạ nứt – sụt đất
Ở nước ta tai biến nứt – sụt đất đã ảnh hưởng rất xấu đến sự phát triển kinh tế, xã hội
và môi trường.
- Làm nứt – sụt đồi núi, đồng ruộng, hồ - đập dẫn
đến sự mất nước, phá hoại các công
trình giao thông và các công trình xây dựng, . . .


13
- Làm nứt – sụt nhiều nhà cửa, chủ yếu hiện nay là các nhà một hoặc hai tầng và một
số công trình liên quan như sân, vườn, tường bao, . .
- Một đới rộng dọc đường 18A từ Phả Lai đi Đông Triều, Uông Bí hầu như nhà nào
trong các làng cũng đều bị nứt vỡ ở các mức độ khác nhau, nhiều nhà không sử dụng được
nữa phải phá đi làm lại mà vẫn không khỏi bị nứt vỡ
.
- Nhiều nhà cửa, ruộng vườn ở các làng ven rìa Tây đồng bằng Bắc Bộ thuộc các tỉnh
như: Hà Tây, Hà Nam, Ninh Bình cũng bị nứt vỡ.
- Khu vực giữa đông bắc Bắc Bộ; ở Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Trị, Bình Định, Dak
Lak, Dak Nông, Lâm Đồng. . . nhiều nơi nhà cửa ruộng vườn đồi núi cũng bị nứt tương tự.

- Làm nứt nhiều đoạn đường giao thông các cấp khác khau.
- Làm nứ
t nhiều đoạn bờ sông, đê sông, đê, kè biển như hệ thống đê sông Hồng, sông
Mã, sông Cả, . . . đê biển Thái Bình, Nam định, . . . có những đoạn đê bị nứt vỡ liên tục
trong năm. Đó cũng là một trong những nguyên nhân gây sạt lở đường bờ ở các vùng ven
sông, biển và gây lũ quét, lũ bùn đá ở các tỉnh miền núi.
- Làm nứt các đập thuỷ lợi, thuỷ điện, m
ương máng, kênh dẫn nước, . . . như đập thuỷ
điện Thác Bà, đập thuỷ lợi Trà Bồng.
- Gây lo sợ, hoang mang trong dân chúng, kích thích phát triển mê tín dị đoan, ảnh
hưởng đến tinh thần tư tưởng sản xuất, an ninh xã hội và an ninh chính trị. Ở Chí Linh ( Hải
Dương), đang đêm dân kéo nhau bỏ chạy vì sợ trời làm sụt đất giết hại dân làng. Tại Đak
Lây (Đak Nông), dân làng cúng lễ linh đình, thậm chí phạt vạ nhữ
ng người có nhà bị nứt, vì
bị nghi là có tội nên Trời mới phạt cả dân làng.

1.3. TRƯỢT – LỞ ĐẤT

1.3.1. Khái niệm
Trượt - lở đất là các chuyển động ảnh hưởng tới các taluy và các sườn dốc tự nhiên.
Chúng có thể gây nên những thiệt hại nghiêm trọng cho nhà cửa và các công trình xây dựng
và đôi khi gây nên cả những thiệt hại về người. Chúng xảy ra một cách bất ngờ sau một hoặc
nhiều sự
kiện tự nhiên: Mưa lớn; Thoát nước; Động đất; Thay đổi đặc trưng cơ học, hoặc do
hậu quả ít nhiều trực tiếp của các hoạt động của con người, như việc đào đất, xây dựng, hoặc
phá rừng.
Trượt đất được hiểu là một dạng chuyển động nhanh xuống dưới theo sườn dốc của
khối đất đá ít kết dính.
L
ở đất là chuyển động nhanh của đất đá ít kết dính (tảng, cuội, sạn, cát, bột) xuống

dưới sườn dốc.
Trên thực tế rất khó phân định trượt và lở đất. Nên dùng chung khái niệm trượt - lở
đất. Ngoài ra, nó cũng thường được sử dụng như một chuyên từ tổng hợp cho bất kỳ một
dạng chuyển động nào theo sườn dốc của vật liệu đấ
t đá. Những quá trình này được phân
định một cách rạch ròi: đổ lở, trượt lở, trượt dòng. Về bản chất, trượt lở được coi như một
quá trình di chuyển xuôi dốc của vật liệu đất đá. Quá trình này được bắt đầu khi thế cân bằng
động của sườn dốc địa hình bị phá vỡ. Tiếp theo xảy ra các quá trình chuyển động đất đá là
việc hình thành các khối trượt với nh
ững dạng hình thái và cấu trúc đặc trưng.




14





Hình 1.2: Những dạng chuyển động của đất đá


Hình 1.3: Sơ đồ cấu tạo khối trượt
Trượt dòng đất đá
(Flowage)
Trượt lở
(Sliding)
Đổ lở (Sập lở)

Nứt- sụt
(Subsidence)



15





Hình 1.4: Sơ đồ các dạng trượt lở ( Landslide type ) và đổ lở


16
Khối trượt là khối đất đá đã hoặc đang trượt về phía dưới sườn dốc, mái dốc do ảnh
hưởng của trọng lực, áp lực thuỷ động, lực địa chấn và một số lực khác (hay nói cách khác,
là sự dịch chuyển của khối đất đá khi mất ổn định xuống dưới sườn dốc). Khối trượt có các
thành phần cơ bản gồ
m : Vách trượt chính và các vách trượt phụ, đỉnh khối trượt, thân khối
trượt, mặt trượt, chân khối trượt. Các khối trượt được xác định theo quy mô, kích thước cũng
như độ sâu khác nhau tuỳ theo các cách thức đánh giá của các ngành chuyên môn. Nhìn
chung, kích thước khối trượt thường được đánh giá một cách định tính: nhỏ, trung bình, lớn
và rất lớn.
Đổ lở (hay hiện tượng sụt nhào và lở đất) là sự tách đứt, rơi, lăn, dị
ch chuyển nhanh
và đột ngột của những tảng, khối đất đá xuống phía dưới sườn dốc dưới tác động của trọng
lực.

Thông thường người ta nhận thấy rằng các tai biến trượt lở nghiêm trọng thường xảy ra

trong những khối đất đá không đồng nhất theo hai dạng sau: hoặc mặt trượt có thể là bề mặt
phân lớp, phân tập đất đá khác nhau (yếu t
ố cấu trúc- thạch học-địa tầng); hoặc có thể là các
mặt phá huỷ –dập vỡ đất đá của các đới nứt nẻ mạnh rất phát triển trong các đới đứt gãy kiến
tạo (yếu tố nội động lực). Ngoài ra những khối trượt lở quy mô lớn thường đi kèm hiện tượng
xuất lộ nước mặt và gần mặt.
Quá trình trượt lở thường trả
i qua 3 giai đoạn chính:
- Giai đoạn chuẩn bị khi một khối đất đá trên sườn đang ở trạng thái ổn định bắt đầu có dấu
hiệu mất cân bằng, biến dạng (xuất hiện các vết nứt, cây cối bị nghiêng )
- Giai đoạn tạo khối trượt thực thụ, khi độ ổn định của đất đá bị mất đột ngột.
- Giai đo
ạn ổn định: khi thế cân bằng mới của khối đất đá bị trượt được khôi phục lại.
Giai đoạn chuẩn bị trượt có thể kéo dài nếu không có những tác động đột biến và
thường thể hiện bởi sự hình thành các vết nứt trên bề mặt địa hình sườn dốc. Quá trình trượt
thực thụ có thể dài ngắn khác nhau và rất không đồng đều về tốc độ d
ịch chuyển . Giai đoạn
ổn định mới của khối trượt thường kèm theo sự cải tạo và biến đổi địa hình khu vực trượt (
tạo vách trượt ở phần cao và tích tụ vật liệu ở phần chân).

1.3.2. Nhận dạng trượt - lở đất
1. Các kiểu bất ổn định khác nhau trong trượt - lở đất
Nói trượt - lở đất là nói tới mọi biểu hiện dịch chuy
ển khối địa chất dưới tác động của
trọng lực và tác động liên hợp của các yếu tố thường xuyên và các yếu tố phát động. Vấn đề
liên quan tới việc phân tích các yếu tố này chủ yếu có tính nhất thời, vì quan sát mà người ta
tiến hành là trong thời gian ngắn và thời điểm chính xác của hiện tượng trượt lở mới nhất,
khó mà hiểu được các thành phần (khối lượng, thể tích, vậ
n tốc, các yếu tố bất ổn định,…)
khống chế chuyển động.

2. Phân loại trượt - lở đất
Phân loại trượt - lở đất là cơ sở phân tích các bất ổn định được xác định bởi các tiêu
chuẩn nhận biết dựa trên: hình thái; động lực; động học ; …của các chuyển động.
3. Các tiêu chuẩn nhận biết
- Các đặc trưng vật lý và cơ học của các vậ
t liệu không ổn định: tỷ trọng (γ), độ rỗng
(n), chỉ số chân không (e), độ chứa nước (w), độ bền đối với sự trượt, mođun đàn hồi,…


17
- Trạng thái nghiêng và hình thái của sườn dốc: Độ nghiêng của sườn dốc của vật liệu
(cát) bụi (không cố kết) là ổn định về lý thuyết, nếu góc nghiêng không vượt quá góc ma sát
trong (hoặc góc sườn nghiêng tự nhiên)
- Bề mặt phá hủy phân chia phần đất chịu một dịch chuyển khác không và phần đất
không dịch chuyển. Người ta gặp kiểu phá huỷ này trong đất tơi xốp (sét băng hà, sét hồ
hoặc sét biến ch
ất, sét vôi, các vật liệu tương đối cố kết).
- Hoặc mặt phá hủy là vùng có độ dày thay đổi ở đó người ta phân biệt được khối đất
đá chịu những dịch chuyển có biên độ nhỏ hoặc lớn. Vùng này ngăn cách khối đất đá không
bị dịch chuyển với khối đất đá bị dịch chuyển.

1.3.3. Nguyên nhân và sự hình thành của trượt - lở đất
1. Sự r
ơi, sự sụp đổ và sự bấp bênh
Sự rơi của các khối là những chuyển động trong thời gian ngắn trong môi trường đá
bị phá huỷ và nứt nẻ. Người ta cho rằng những dịch chuyển của các khối nói chung gây bởi
sự có mặt của các bất liên tục, mà sự bền vững và sự phát triển của nó phụ thuộc và sự thay
đổi của các thành tạo, của khe nứt, của ho
ạt động địa chấn… Sự sụp đổ là sự rơi bất ngờ của
các khối đá lớn. Sự sụp đổ được biểu hiện bởi những sụp đổ của các vách đá thành nhiều

khối. Hình 1.5, 1.6 là những hình ảnh miêu tả sự rơi, sự sụp đổ và sự bấp bênh.

2. Trượt - lở đất
Trượt vòng quanh được tạo ra nói chung trong vùng đất đồi khi trong vùng đ
á đồng
nhất, ở đó không có các bất liên tục địa chất tồn tại đủ lâu hoặc khe nứt là đủ lớn để tạo nên
một mặt trượt. Để tính toán sự ổn định, người ta xem bề mặt trượt vòng quanh như một cung
tròn và chuyển động được xem như sự quay của một khối xung quanh tâm vòng tròn.
Sự trượt phẳng đôi khi có thể được xem như sự sụp đổ, vì chúng nh
ờ đến các khối đá
trượt trên các chỗ nối phân lớp của chúng. Các bất liên tục tạo điều kiện cho sự trượt xảy ra
dọc theo một sườn nghiêng theo hướng dốc và tạo nên các mặt trượt có thể.



Hình 1.5: Sự sụp đổ của một khối đá chìa ra



18


Hình 1.6: Trượt đá trên một phiến đá nghiêng tương ứng với một khớp nối trầm tích

3. Sự sụt lún và sự sụp đổ
Sự sụt lún được đặc trưng bởi sự lún xuống của địa hình mà không có phá hủy biểu
kiến. Người ta gặp sự sụt lún ở các vùng mỏ ở đó có phá huỷ dưới sâu của các hầm khai
thác. Sự sụp đổ thườ
ng gặp trong các vùng đá vôi, ở đó có các hang carster, nhưng cũng gặp
ở trên các vùng rỗng nhân tạo (đường hầm, hầm mỏ… hoặc ở đó có mặt thạch cao (hòa

tan)…

4. Sự rão
Sự rão của đất là chuyển động rất mờ nhạt. Nó xảy ra rất chậm, không có mặt phá hủy
rõ ràng (trừ giai đoạn cuối cùng, giai đoạn phá huỷ) không có sự biến đổi biểu kiến của điề
u
kiện cơ học hay thủy văn.




Hình 1.7: Sơ đồ chung của cơ chế rão

5. Sự trương phồng và sự co rút
Thuật ngữ đất phồng liên quan chặt chẽ với bản chất sét của đất và sự chứa nước của
nó. Khi sét khô gặp nước nó bị trương phồng lên.
1.3.4. Cơ chế của trượt - lở sườn lưu vực
Trượt - lở
trên sườn là sự chuyển dịch của vật chất trên sườn lưu vực (mass
mouvement). Khi dòng chảy có xu hướng đào sâu xuống dưới (cutting down) vào trong đá
cứng sẽ tạo nên các dạng thung lũng canion với các vách cao và dốc phụ thuộc vào lực liên
Khum
á vôi
Á
p
lc
sé
t
Rão

19
kết của đá. Tuy vậy, trạng thái bền vững này cũng có giới hạn. Theo Culmann (Carson dẫn)
thì độ cao tới hạn của vách thung lũng Hc có thể tính được như sau:
Hc= 2c/γ . sini/(sin(i-a)(sina-cosatanφ) (1.1)
Trong đó c-lực liên kết của đá, γ - tổng trọng lượng khối của đá, i-độ dốc sườn lưu vực,
φ- góc ma sát trong và a- góc giữa mặt phá huỷ tiềm năng với mặt ngang.
Phương trình trên cho thấ
y nếu sườn thoải thì độ cao tới hạn Hc không lớn. Nếu thung
lũng bị đào cắt xuống sâu thì góc ổn định tới hạn sẽ nhỏ. Mặt khác nếu góc i cao và mặt phá
huỷ cũng có độ nghiêng a lớn (a= 1/2 (i-φ)) thì chỉ cần cắt xuống một độ sâu không lớn
cũng đủ để có thể gây ra trượt. Trong điều kiện cắt thẳng đứng i=π/2, φ=0 thì
Hc = 4c/γ (1.2)
Trường hợp có sự xuất hiện các vết nứt mở (tension crack) trên sườn trước khi đạt Hc
(H’
c
) tới độ sâu Z ta có H’
c
= Hc-Z. Tuy nhiên độ sâu nứt nẻ cũng có giới hạn Zo và được
tính như sau:
Zo=2(c/γ) tan (π/4 +φ/2) (1.3)
Như vậy trong trường hợp cực điểm khi Z=Zo thì
H’
c
= 2(c/γ) tan (π/4 + φ/2) = Zo (1.4)
Công thức thực nghiệm của Terzaghi (1943) cho Z= 1/2 H’
c
. Như vây điều kiện cho sự
cân bằng khi i=φ còn nếu dòng chảy tiếp tục đào sâu xuống thì sẽ xảy ra trượt vật chất như
mô hình trên và tạo một sườn mới với a= (i-φ)/2 (nếu i=π thì a=π/4+φ/2).

Trong môi trường các đá kém liên kết, sự cân bằng giới hạn giữa lực cắt trượt và biến
dạng cắt trượt dọc theo mặt trượt song song với s
ườn có thể biểu diễn:
T= lzγcosisini, S= lzγcos
2
itanφ (1.5)
với l- chiều dài sườn dốc, i-góc dốc, z khoảng cách đứng từ mặt sườn đến mặt trượt.
Trong điều kiện đạt tới ổn định giới hạn thì tani=tanφ. Như vậy trong một thung lũng có
sườn dạng chữ V và đá vây quanh bở rời sườn ổn định tới hạn dưới góc i=φ. Nếu lòng thung
lũng tiếp tục bị đào sâu mộ
t khoảng nhỏ z trong khoảng thời gian từ t
1
-t
2
thì mặt trượt tiềm
năng sẽ cắt xuống đáy thung lũng dưới góc i>φ, góc này nhỏ dần cho tới khi đạt mức cân
bằng mới với i=φ. Việc xác định φ cho các loại đá khác nhau là việc không dễ dàng. Một số
thực nghiệm cho thấy: φ phụ thuộc vào sự nén chặt (parking) của đất đá, ví dụ đối với cát, có
φ dao động trong khoảng 45-50
o
(nếu chặt) và 30-35
o
(nếu không chặt xít). Khó khăn hơn
nữa là việc xác định φ cho một tập hợp các mảnh đá với các mảnh lớn. Một thí nghiệm đối
với các vật liệu kích thước 10 cm cho thấy giá trị φ đạt tới 65
o
(ở trạng thái nén chặt) và
trong khoảng 35
o
(ở trạng thái rời). Điều này là rất quan trọng cho việc xác định quá trình

trượt lở sườn trên các loại đất đá khác nhau, đặc biệt trong điều kiện phát triển mạnh vỏ
phong hoá (vật chất mềm yếu, bở rời có diện phân bố và chiều sâu lớn). Strahler thống kê
các độ dốc sườn phía Tây Nam Hoa Kỳ nhận thấy rằng, sườn dốc 43-45
o
thuộc về các sườn
có độ nén chặt cao và xuất hiện khi dòng sông suối cắt xuống dưới nhanh, sườn dốc 38
o
chủ
yếu là các sườn talus nơi quá trình cắt xuống đã đến đáy dưới góc “nghỉ” (repose) (φ của các
đá vụn ở trạng thái bở rời). Quá trình này sẽ tiếp diễn cho đến đạt trạng thái cân bằng mới
(steady state).
Cần lưu ý rằng các quá trình sườn cũng tác động lớn vào độ dốc, hình thái, gradient…
tổng hợp của các quá trình đó là xói mòn.


20
Theo Kirby, tốc độ xói mòn (vận chuyển vật liệu) S phụ thuộc vào dòng mặt và các yếu
tố hình thái sườn.
S= (0,001+ 0,02QOF
2
)s (1.6)
và liên tục trên sườn dốc theo chiều dốc nhất x đến khoảng tới hạn uo (uo = (224/R).e
hc/ro

với R-lượng mưa trung bình năm) biểu diễn bằng công thức:
S =(0,001/uo
2
){uo
2
+[∫

0
x
Ωφ(ia/s)dx/ Ω]
2
}.s (1.7)
với Ω- chiều rộng mặt cắt liên tục qua các khoảng đường đồng mức sườn dốc có quan
hệ với diện tích lưu vực trong một đường đồng mức trên một đơn vị chiều dài đường đồng
mức a với khoảng cách x tính từ đường đỉnh bằng biểu thức:
a=(∫
0
x
Ωdx)/ Ω (1.8)
Trường hợp khi các đường đồng mức song song thì Ω = hằng số và a=x và với φ là hàm
mũ thì tốc độ tải vật liệu (xói mòn ) có dạng:
S=(0,001/uo
2
){uo
2
+[∫
0
x
ei
/Kro. x/s
dx]
2
}.s (1.9)
Mặt khác Kirby cũng chỉ ra rằng sự ổn định sườn dốc có thể xác định bằng 2 kiểu mô
hình: thứ nhất, cho rằng tốc độ hạ thấp sườn là bất biến ở mọi điểm và thứ hai, tốc độ xói
mòn tỷ lệ thuận với độ cao vượt trên điểm cơ sở trong khi luôn coi rằng hàm thuỷ văn sườn
φ là một hàm mũ.

Trong mô hình kiểu 1 thì
∂y/∂t =T là một hằng số chỉ tốc độ cắt xuống dưới (y là độ cao,
khoảng t là thời gian phá huỷ sườn) khi đó biểu thức (III.8) sẽ có dạng:
S= (0,001/uo
2
){uo
2
+[∫
0
x
Ωφ(ia/s)dx/ Ω]
2
}.s =aT (1.10)
Khi này (nếu các đường đồng mức có sự uốn cong rõ rệt) hàm φ(ia/s) với ia/s=z sẽ có
dạng:
φ(z) = 500Tuo/i(1000Tz/i - 1)
1/2
(dz/da) (1.11)
Giải phương trình này (với(30) và đặt: i/1000TuT = p
2
(uT = Kro/i = khoảng cách tới
hạn của dòng trong đất) ta được:
erf[(z/uT - p
2
)
1/2
] = (4/π)
1/2
pep
2

.a/uo (1.12)
Nó phản ánh mối quan hệ không thứ nguyên giữa z/uT = ia/ suT và a/uo với thông số
độc nhất p, hơn nữa nó còn phản ánh quan hệ giữa suT/uo= (a/uo)/ (ia/ suT) và x/uo

.
Thực tế cho thấy với các sườn có p thấp ứng với giá trị cao của hằng số uT = Kro/i dạng
sườn biến đổi theo độ cao và gradient chứ không phải hình dạng tương đối bởi độ dốc sườn
max bị giảm đi. Về phía đường đỉnh giá trị p tăng cao lên do xói mòn làm giảm gradient
sườn cực đại. Sự phân dị đó phản ánh rõ rệt tác động của dòng sát mặt.
Kiểu cân bằ
ng sườn thứ hai được gọi là kiểu"đặc thù" vì nó đặc trưng cho tập hợp các
quá trình sườn tác động trên sườn (bên trên điểm cơ sở-basal point). Trong trường hợp xét
thì phương trình liên tục có dạng:
∂y/∂t = -m.y (khác với ∂y/∂t = T = hằng số) (1.13)
Xét trường hợp đơn giản nhất với độ cao y là không đổi khi sườn thẳng và trên đó chỉ có
các quá trình xói mòn chậm (creep)- chủ yếu là bóc tách hạt bởi mưa rơi (
φ≡0), tại đường
đỉnh x=0, y= y
0
và tại y=0 (điểm cơ sở) x=x
1
ta có :
Y = y
0
[1 – (x/x
1
)
2
] (1.14)
Chính xác hơn sẽ là y = yo

cos(πx/2x
1
) (1.15)


21
Trong trường hợp dòng sát mặt có thể coi là không đáng kể (ứng với (φ≡1) và các
đường đồng mức sườn song song (a=x) thì theo cách xấp xỉ 1 (cắt xuống dưới là hằng số)
cùng các điều kiện biên như trên ta có:
y = y
0
[1 - log(1+x
2
/uo
2
)/log(1+x
1
2/uo
2
)] (1.16)
Đó là phân tích sườn dạng lồi-lõm với một điểm uốn tại x=uo giống như đã tiến hành
trong mô hình kiểu 1 ở trên. Xấp xỉ thứ hai có thể tiến hành bằng cách phối hợp như sau:
y = y
0
[1-1/2 log(1+x
2
/uo
2
)/log(1+x

1
2
/uo
2
)- 1/4 log
2
[1 + x
2
/uo
2
) + log(1+x
2
/uo
2
) - (tan
-1
x/uo)

2
] / [1/4log
2
(1+x
1
2
/uo
2
)+log(1 + x
1
2
/uo

2
)- (tan
-1
x/uo)
2
] (1.17)

Có thể nhận thấy rằng khoảng cách đến điểm uốn tăng lên về phía uo đối với các sườn
rất dài. Mặt khác các tính toán trên chỉ đúng tương đối khi φ là bất biến.
Khó khăn trong các tính toán đó đối với các điều kiện cụ thể của nước ta nói chung cũng
như khu vực đang xét là xác định các thông số i, hc, K, kể cả các thông số liên quan đến
lượng mưa, dòng chảy. Tuy nhiên có th
ể thấy rõ các mối quan hệ khăng khít giữa các yếu tố
của địa hình, các hoạt động trên sườn dốc đối với sự hình thành các dòng chảy theo các cơ
chế khác nhau và cùng với chúng là quá trình xói mòn là những vấn đề có liên quan trực tiếp
đến sự hình thành trượt - lở trên sườn.
Trên cơ sở các lý thuyết nêu trên và điều kiện thực tế của khu vực có thể nhận thấy các
yếu tố tác động cũng như
nguyên nhân gây trượt - lở sườn nói chung, sườn lưu vực nói riêng
chính là các yếu tố tác động làm thay đổi trạng thái ổn định của sườn. Có thể nhận thấy các
nguyên nhân đó như sau:
- Nhóm các nguyên nhân tác động trực tiếp gây trượt lở thường là các yếu tố tác nhân
ngoại động lực.
- Nhóm các nguyên nhân gián tiếp và tiềm ẩn là những yếu tố tạo nên động lực cho
các quá trình trượt lở.
Các yếu tố hợp thành nhóm nguyên nhân trực tiế
p bao gồm :
- Các yếu tố khí tượng- thuỷ văn: chế độ mưa hàng năm, sự phân bố lượng mưa theo diện
tích; cường độ mưa, chế độ dòng chảy mặt, dòng ngầm khu vực
- Yếu tố nhân sinh: hoạt động kinh tế-xã hội của con người : xây dựng dân dụng, xây

dựng cầu cống, đường xá, các công trình thuỷ điện, thuỷ lợi lớn, hoạt động khai khoáng tài
nguyên, canh tác,v.v….
- Tai biến n
ội động lực: hoạt động động đất, núi lửa…
Nhóm các nguyên nhân gián tiếp và tiềm ẩn bao gồm:
- Các yếu tố địa lý- địa mạo: độ cao, độ phân cắt địa hình, độ dốc sườn, độ che phủ
rừng…
- Các yếu tố địa chất: thành phần và mức độ phong hoá đá gốc; thành phần và độ dày của
vỏ phong hoá; thế nằm của đá, tính chất cơ lý của lớp
đất phủ
- Hoạt động tân kiến tạo khu vực nghiên cứu.

Trong thực tế, phần lớn các vụ trượt lở xảy ra chỉ do một số nguyên nhân chủ yếu có
tính quyết định thường là các yếu tố khí tượng thuỷ văn (mưa, lũ lớn) hoặc tác động nhân
sinh (công trình đường xá, cầu cống, thuỷ điện…). Tuy nhiên các yếu tố địa hình địa mạo và
địa chất là sự chuẩ
n bị cả về không gian và thời gian cho việc xảy ra hay không xảy ra trượt
lở ở nơi này hay khác: ví dụ trượt lở thường xảy ra mạnh mẽ và nghiêm trọng ở những vị trí


22
thuận lợi như vùng núi cao, sườn dốc, đất yếu, đá vụn nát… Mặt khác các hoạt động ngoại
sinh có mức độ biểu hiện mạnh yếu còn phụ thuộc (tỷ lệ thuận) vào mức độ hoạt động của
các quá trình nội sinh (Địa động lực nội sinh). Trên cơ sở các nhận thức đó có thể xác định
các tiêu chí cho việc dự báo hiểm hoạ trượt lở cho các khu vực nghiên c
ứu dựa trên các yếu
tố nói trên, cụ thể là:
- Chế độ mưa (mưa năm, mưa tháng lớn nhất, …)
- Chế độ dòng chảy mặt, gần mặt, ngầm
- Địa hình và độ dốc sườn (gradient sườn), mức độ phân cắt sâu.

- Độ che phủ rừng.
- Thành phần đá gốc và vỏ phong hoá.
- Sử dụng đất, hoạt động nhân sinh
- Độ nứt nẻ, dập vỡ củ
a đá gốc (hoạt động đứt gãy)
- Hoạt động động đất.
- Biểu hiện hoạt tính tân kiến tạo-hiện đại.
Trong các tiểu chí nêu trên có thể xử dụng tiêu chí về xói mòn đất như một chỉ tiêu
có tính tổng hợp bao trùm nhiều yếu tố về chế độ mưa, thuỷ văn, địa hình-địa mạo, địa lý
cảnh quan và một số yếu tố địa chất-thạ
ch học. Dưới đây trình bày đặc điểm của khu vực
nghiên cứu theo các tiêu chí nêu trên trên cơ sở tổng hợp phân tích các tài liệu hiện có, đặc
biệt là các kết quả nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học cho các giải pháp phòng tránh lũ lụt, lũ
quét và các dạng tai biến vùng Bắc Trung bộ do các nhà khoa học Viện KH-CNVN (trong đó
có sự tham gia của chúng tôi) tiến hành trong những năm gần đây. Trong các tiêu chí trên, 2
tiêu chí về khí tượng thuỷ văn có thể coi là các tác nhân kích ho
ạt cho quá trình trượt - lở
(tức điều kiện cần), các tiêu chí còn lại thuộc về các nhân tố chuẩn bị điều kiện cho trượt - lở
(điều kiện đủ); chúng cũng là các yếu tố cấu thành “mặt đệm”. Như vậy việc dự báo nguy cơ
trượt - lở đất chính là đánh giá các tác nhân hợp thành điều kiện đủ- mức độ sẵn sàng chuẩn
bị cho xả
y ra trượt - lở khi các điều kiện cần xảy ra. Hoạt động động đất là tác nhân có tính
tức thời, có độ lớn và chu kỳ lặp lại không ổn định trong không - thời gian nên được đánh giá
riêng, không đưa vào yếu tố dự báo.

1.4. LŨ QUÉT
1.4.1. Khái niệm
Lũ lớn trên sông diễn biến chậm và thường xảy ra trên diện rộng và kéo dài thì lũ
quét là một hiện tượng thiên tai có tính chất và đặc điểm khác biệ
t là: diễn biến nhanh; mang

tính bất thần và khốc liệt; mỗi trận xảy ra trên một diện hẹp và phạm vi tác động cũng hẹp
hơn lũ sông. Lũ quét xảy ra bất ngờ, nhanh, có sức tàn phá lớn ở các lưu vực nhỏ miền núi,
gây tổn thất nghiêm trọng về người, của cải và môi trường sinh thái.
Cho đến nay vẫn chưa có định nghĩa thống nhất về lũ quét. Sau đây là một trong
những ý kiến chung của các chuyên gia đã nghiên cứu về vấn đề này:
“Lũ quét là hiện tượng lũ bùn đá, lũ lớn được hình thành từ mưa, xảy ra cực nhanh,
có sức tàn phá rất lớn”.
Nói cách khác, lũ quét là hiện tượng tự nhiên, chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố như:
mưa với cường độ lớn trên địa hình đặc biệt, nơi có độ dốc lưu vực trên 20
0
– 30
0
, nhất là ở
nơi có độ che phủ của thảm thực vật thưa do lớp phủ thực vật bị tàn phá mạnh, độ ổn định


23
của lớp đất mặt lưu vực kém, tạo điều kiện tập trung hình thành dòng chảy dồn vào các sông
suối thuận lợi, làm cho lượng nước tích tụ ngày càng nhanh và tạo ra thế năng rất lớn.
“Lũ quét thường là những trận lũ lớn, xảy ra bất ngờ, tồn tại trong một thời gian
ngắn (lên nhanh, xuống nhanh), dòng chảy xiết có hàm lượng chất rắn cao và có sức tàn
phá lớn”.
1.4.2. Nguyên nhân gây l
ũ quét
a/ Lũ gây ra do mưa địa phương, tập trung lớn ở các lưu vực tự nhiên (hầu như chưa
có tác động của con người).
b/ Lũ gây ra do mưa lớn trên các lưu vực đã chịu tác động mạnh của các hoạt động
kinh tế của con người làm mất ổn định hay phá vỡ cân bằng sinh thái lưu vực (thay đổi lớp
phủ, chế độ dòng chảy, lượng trữ hay các đặc tính l
ưu vực…).

c/ Lũ gây ra do tháo, vỡ thình lình một lượng nước tích do vỡ đập chắn hay các đập
giữ nước, các đập băng
Lũ quét thường gây hoạ cho các sông nhỏ và vừa nhưng ít đối với sông lớn. Kết quả
điều tra các lưu vực đã xảy ra lũ quét cho thấy lũ quét có chu kỳ xuất hiện khoảng 30 năm
một lần. Tuy nhiên có nhiều nơi lũ quét đã xảy ra liên tiếp do nhữ
ng lưu vực này môi trường
bị suy thoái mạnh mẽ. Lũ quét là vấn đề phức tạp, đa dạng và mang tính địa phương sâu sắc.
Sự xuất hiện của lũ quét thường chỉ trong vài ba giờ sau khi có mưa với cường độ
lớn. Sự hình thành lũ quét có liên quan mật thiết với cường độ mưa, điều kiện khí hậu, đặc
điểm địa hình, các hoạt động của con ngườ
i cũng như điều kiện tiêu thoát lũ của lưu vực.

1.4.3. Sự khác nhau giữa lũ quét với lũ thông thường
Khác với lũ thông thường, lũ quét là một dạng lũ lớn chứa nhiều vật chất rắn, xảy ra
bất ngờ trong thời gian ngắn trên các lưu vực nhỏ, địa hình dốc, lưu tốc cao nên có sức tàn
phá lớn.
Lũ quét chuyển động rất nhanh, tập trung g
ần như tức thời, đỉnh lũ thường xuất hiện
chỉ từ 3h đến 4h sau khi bắt đầu mưa, thường chỉ bằng 1/2 hoặc 1/3 thời gian truyền lũ thông
thường. Vì vậy mà thường khó có thể sử dụng các phương pháp thông dụng hiện có trong
tính toán dự báo thuỷ văn để dự báo hoặc cảnh báo lũ quét.
Do lũ quét thường xuất hiện rất nhanh và chỉ diễn biến trong thời gian ngắ
n nên thời
gian dự kiến của dự báo hoặc cảnh báo lũ quét cũng rất ngắn, thậm chí không thể dự báo
được. Vì vậy, để giảm nhẹ thiệt hại cần có một hệ thống truyền tin cảnh báo nhanh cho cộng
đồng và kế hoạch phản ứng linh hoạt, cơ động của cộng đồng khi lũ quét xảy ra.

1.4.4. Các dạng lũ quét
Dựa vào hình thức, quy mô phát triển và các vậ
t chất mang theo trong dòng chảy lũ

mà lũ quét được phân ra các lọai chính sau:
a/ Lũ quét sườn dốc (Sweeping flood, flash flood: lũ xảy ra với tốc độ lớn và ngắn,
quét đi mọi chướng ngại vật trên đường nó đi qua).
b/ Lũ bùn đá (Mudflow: lũ có mang nhiều bùn, đá trong dòng lũ).
c/ Lũ nghẽn dòng (Debris flood: Lũ mang nhiều rác, cành cây, đất đá, cuội sỏi).
d/ Sự cố hồ chứa nước nhân tạo
Các dạng lũ quét thường gây thiệ
t hại ở nước ta là lũ quét sườn dốc, lũ bùn đá và lũ
nghẽn dòng.


24
1.4.5. Đặc điểm của lũ quét
a) Loại lũ quét sườn dốc
Lũ quét sườn dốc thường phát sinh do mưa lớn trên khu vực có độ dốc lớn, độ che
phủ thảm thực vật thấp là nhân tố tạo ra dòng chảy mặt sườn dốc lớn, tích tụ nước nhanh về
các suối tạo nên dòng lũ quét ở phía hạ lưu. Dạng lũ quét này thường xảy ra ở các lưu vự
c
nhỏ hình nan quạt. Khi có mưa lớn trên lưu vực, từng nhánh suối tập trung nhanh đổ về dòng
chính gây ra lũ quét trên dòng chính.

b) Loại lũ quét bùn đá
Lũ bùn đá là một dạng đặc biệt của lũ quét, có sức tàn phá huỷ diệt ghê gớm. Hầu hết
những dòng bùn đá thường bắt nguồn từ sự trượt lở đất gây ra bởi nhiều nhân tố như nước
mưa, động
đất, xói mòn, trượt ngầm, nước ngầm, Những mảnh vụn (đất, đá) do trượt đất
cuốn đi hoà với nước sông, suối trở thành dòng bùn. Tốc độ lớn nhất trung bình của dòng
bùn thường là từ một vài m/s đến vài chục m/s tuỳ thuộc vào độ dốc lòng dẫn, thường bao
gồm một khối lượng lớn những vật bị cuốn trôi. Nói chung dòng bùn có mật độ cao, khối
lượng dòng bùn có thể từ

1,1 - 1,2 tấn/m³ và có khi cao hơn nữa. Đó là trường hợp dòng bùn
mật độ lớn cuốn theo nhiều tảng đá, có khả năng va đập, cuốn trôi các công trình kiến trúc,
cầu cống, kết cấu thép, móng công trình, những tảng đá khổng lồ nghĩa là tất cả mọi vật
cản, mọi chướng ngại trên đường nó đi qua.

Trong những năm gần đây liên tiếp xảy ra lũ bùn đá ở nước ta.
Điển hình là trận lũ
quét xảy ra ở Thị xã Lai Châu năm 1996. Trong 2 ngày 17, 18 tháng 8 năm 1996 lũ bùn đá
đã huỷ diệt gần hết thị trấn Mường lay và một số vùng dân cư trong huyện, làm 54 người
chết, 13 công sở, trường học, cửa hàng cùng hàng trăm nhà dân và ruộng vườn quanh thị
trấn đã bị đất đá vùi kín. Nhiều tảng đá đường kính 4-5m từ hai bên sườn núi trôi ra chắn
ngang suối, vùi kín cả cánh đồng lúa, nhiề
u đoạn đường giao thông chính bị tắc nghẽn.

c) Loại lũ quét nghẽn dòng
Một loại hình lũ quét xảy ra cũng khá phổ biến nữa ở miền núi nước ta có thể gọi là
lũ quét nghẽn dòng. Lũ quét nghẽn dòng là loại hình lũ miền núi thường phát sinh từ các khu
vực có nhiều trượt lở ven sông, suối. Đó là các khu vực đang có biến dạng mạnh, sông suối
đào xẻ lòng dữ dội, mặ
t cắt hẹp thường có dạng chữ V, sườn núi rất dốc. Sau khi mưa lớn
kéo dài, dòng suối đột nhiên bị tắc nghẽn, nước sông suối dâng cao ngập một vùng rộng lớn
thường là các vùng lòng chảo, những thung lũng. Thời gian lũ lên với tốc độ lớn nhỏ khác
nhau và thời gian ngâm lũ cũng kéo dài khác nhau tuỳ thuộc điều kiện địa lý của vùng thung
lũng rộng hay hẹp và điều kiện có m
ưa lớn kéo dài hay ngắn. Một trong những khu lòng
chảo lớn đã bị tác động bởi lũ quét nghẽn dòng là thị xã Sơn La, dải phía bắc huyện Phong
Thổ hay khu đồi ven đường Lai Châu - Mường Lay, khu vực xã Nam Cường thuộc tỉnh Bắc
Cạn, A Lưới (tỉnh Quảng Trị), Nam Đông (Huế), Trường Sơn (Quảng Bình) v v
Nguyên nhân chính gây ra lũ quét nghẽn dòng là phía hạ lưu của vùng lòng chảo có
lòng sông, suối bị thu hẹp. Dòng chảy bị co th

ắt dễ dàng bị tắc nghẽn do đất đá trượt lở và
cây cối lấp tắc đường thoát lũ, tạo thành con đập tạm đột ngột chắn ngang dòng suối. Khi
dòng lũ tích tụ đến mức đập chắn bị mất ổn định và vỡ, lượng nước tích lại trong vùng lòng
chảo khi bị nghẽn dòng được giải phóng đột ngột tạo thành sóng lũ lớn cho phía hạ lưu.