Nội dung

ĐẶC ĐIỂM LŨ BÙN ĐÁ VÀ GIẢI PHÁP CẤU TRÖC LINH HOẠT GIẢM NHẸ TAI BIẾN DO LŨ BÙN ĐÁ Ở VÙNG NÖI PHÍA BẮC VIỆT NAM NGUYỄN ĐỨC MẠNH, PHẠM THU TRANG* Characteristic of debris flow and solution for debris flow mitigation using flexible structure in the Northern mountains of Vietnam Abstract: The article analyzes the debris flow situation in the Northern mountains of Vietnam and introducing new construction solutions for debris flow mitigation using flexible structure by high strength steel net and stainless steel, orienting to apply this method of structure in our country in the near future. Keywords: Flexible structure, flexible debris flow barriers, natural disaster, debris flow 1. MỞ ĐẦU* Lũ ùn đá là d ng chảy tạm thời, thu c loại hình lũ quét đặc i t v i d ng nƣ c có m t lƣợng l n vật li u dạng hạt (tảng sắc hay tr n cạnh, dăm, cu i, sỏi, sạn, cát) và ùn đất hạt mịn ( i, sét) (t i 60 ), xảy ra đ t ng t, thời gian duy trì ngắn (từ 5-10 phút đến 8 – 12 giờ), có vận t c cũng nhƣ đ ng năng l n. Lũ ùn đá phát sinh từ thƣợng nguồn các su i đ d c l n, nơi đất đá ị s t trƣợt mạnh và chảy dồn về phía các cửa su i, vùng ảnh hƣởng tƣơng đ i r ng [2,3,5]. Lũ ùn đá l n từng xảy ra tại thị xã Lai Ch u cũ (1990), Mƣờng Lay (Đi n Biên, 1996), Du Tiến (Hà Giang, 2004) ... hay gần nhất 8/2017 tại Mƣờng La (Sơn La) và Mù Cang Chải (Yên Bái). Nhiều giải pháp c thể đƣợc triển khai nhằm giảm thiểu thi t hại do lũ ùn đá nhƣ tăng cƣờng trồng và ảo v rừng đầu nguồn, ph n d ng và khơi thông các d ng lũ, x y dựng các công trình ph ng ch ng trƣợt lở đất và lũ ùn đá, qui hoạch d n hợp lý… Song, đến nay thi t * Bộ môn Địa kỹ thuật, khoa Công trình, trường Đại học Giao thông Vận tải DĐ:0904679768 Email: ndmanhgco@gmail.com ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 hại do tai iến lũ ùn đá vẫn diễn ra hàng năm, tiêu iểu nhƣ trận lũ quét - lũ ùn đá 8/2017 tại Yên Bái, Sơn La và Lai Ch u đã làm chết và mất tích 45 ngƣời, 196 ngôi nhà ị cu n trôi, 177 ngôi nhà ị hƣ hỏng, 130 ha lúa ị vùi lấp hay cu n trôi, hàng trăm ha hoa màu ị thi t hại ...[Nguồn Ban chỉ đạo ph ng ch ng l t ão Trung Ƣơng - BCĐ PCLB TW]. Cấu trúc linh hoạt v i vật li u cấu thành từ thép cƣờng đ cao không gỉ, thiết kế dạng rào ngăn giữ giữ các vật li u rời ngay tại d ng su i khi lũ ùn đá xảy ra, đƣợc sử d ng hi u quả tại nhiều nƣ c Ch u Âu, Nhật Bản, Đài Loan … nhƣng chƣa đƣợc áp d ng ở Vi t Nam. Từ các ph n tích về đặc điểm và cơ chế điển hình lũ ùn đá, ài áo gi i thi u về khả năng sử d ng loại kết cấu rào chắn linh hoạt này nhằm giảm thiểu r i ro khi lũ ùn đá xảy ra tại vùng núi nƣ c ta. 2. THỰC TRẠNG TAI BIẾN LŨ QUÉT LŨ BÙN ĐÁ Ở VÙNG NÚI PHÍA BẮC VIỆT NAM Kết quả nghiên cứu c a Vi n Địa chất và nhiều nhà khoa học đã khẳng định [4,10], lũ quét trong đó có lũ ùn đá đã và xảy ra nhiều lần ở tất cả các tỉnh miền núi nƣ c ta, đặc i t là 15 vùng núi phía Bắc. Phổ iến và đƣợc ghi nhận thƣờng xuyên từ những năm 1950 t i nay nhƣ tại Lai Ch u, Đi n Biên, Sơn La, Lào Cai, Yên Bái, Hòa Bình, Tuyên Quang, Hà Giang, Thái Nguyên … [1,4]. Đến nay chƣa có th ng kê m t cách đầy đ , nhƣng chỉ trong khoảng 15 năm (1990 – 2005), lũ quét, lũ ùn đá đã làm chết và mất tích hơn 965 ngƣời, ị thƣơng hơn 628 ngƣời, g y thi t hại 13.280 ngôi nhà và 197 879 ha lúa và hoa màu [2,4]. Bản đồ ph n vùng nguy cơ lũ ùn đá tỷ l 1/250.000 và 1/500 000 (Hình 1) [10] cho thấy, mức đ nguy cơ đƣợc ph n thành 5 cấp đ : Vùng nguy cơ xảy ra lũ ùn đá rất cao nhƣ Mƣờng Lay (Đi n Biên), Sìn Hồ và Phong Thổ (Lai Ch u), Xín Mần và Hoàng Xu Phì (Hà Giang), Bát Xát, Sa Pa và Cam Đƣờng (Lào Cai), Tú L , Trạm Tấu, Mù Cang Chải (Yên Bái), Bắc Yên, Mƣờng La (Sơn La); Vùng nguy cơ cao ph n r ng khắp gồm dọc dải Hoàng Liên Sơn, T y Bắc các tỉnh Lai Ch u (Mƣờng T , Tuần Giao, thị xã Lai Ch u), T y và Đông các tỉnh Hà Giang, m t s khu vực thu c Bắc Kạn, Cao Bằng, Yên Bái, Sơn La, Quảng Ninh, Thái Nguyên, H a Bình; Vùng nguy cơ tƣơng đ i cao ch yếu tại phần phía T y, tỉnh Lai Ch u, Sơn La, phía Đông Hà Giang và m t s nơi tại Cao Bằng, Lạng Sơn, Lào Cai, Yên Bái, H a Bình hay thành ph Đi n Biên Ph , khu vực Đi n Biên Đông; Các vùng có nguy cơ thấp và rất thấp tập trung ch yếu ở vùng đồi núi khu vực Đông Bắc Bắc B và đơn lẻ tại các khu vực đồi núi thấp ở T y Bắc. Trận lũ quét – lũ ùn đá lịch sử xảy ra 4/8/2017 vừa qua tại Mƣờng La (Sơn La) và Mù Cang Chải (Yên Bái) đều thu c vùng nguy cơ rất cao về lũ ùn đá nhƣ ản đồ ph n vùng đã thể hi n. Hình 1. Bản đồ phân vùng ngu cơ lũ bùn đá các t nh mi n núi phía Bắc tỷ lệ 1/500000 Chủ bi n Vũ Cao Minh, 2004 [10] 16 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 Th ng kê lũ quét và lũ ùn đá cho thấy, từ 1958 t i nay, tất cả các tỉnh miền núi phía Bắc đều đƣợc ghi nhận đã từng xảy ra v i mức đ khác nhau. Trong đó, có t i 9 tỉnh thƣờng xuyên ghi nhận có lũ quét và lũ ùn đá xảy ra v i qui mô và thi t hại l n (Bảng 1). Bảng 1. Lũ quét, lũ bùn đá điển hình ở một số tỉnh vùng núi phía Bắc [4, BCĐ PCLB TW] Địa phƣơng Thời gian xảy ra 1 Lai Ch u và Đi n Biên 1958, 1975, 1976, 1977, 1990, 1991, 1992, 1994, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2010, 2013, 2014, 2015, 2016, 2017 2 Sơn La 1991, 1994, 1994, 1995, 1996, 1997, 1999, 2008, 2009, 2010, 2013, 2014, 2015, 2017 3 Lào Cai 1969, 1988, 1992, 1993, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2008, 2012, 2013, 2015, 2016, 2017 4 Yên Bái 1977, 1988, 1992, 1995, 1997, 1998, 2000, 2001, 2002, 2003, 2005, 2008, 2015, 2016, 2017 5 Hà Giang 1989, 1993, 1995, 1996, 1997, 1998, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2008, 2010, 2012, 2014, 2015, 2017 6 Tuyên Quang 1989, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2006 7 Thái Nguyên 1969, 1973, 1978, 1986, 1990, 1996, 1997, 2001, 2002, 2016 8 Bắc Kạn 1997, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2006, 2009, 2010, 2014 TT 3. ĐẶC ĐIỂM VÀ CƠ CHẾ LŨ BÙN ĐÁ Ở VÙNG NÚI PHÍA BẮC VIỆT NAM Lũ quét và lũ ùn đá là quá trình phức tạp, chịu nhiều yếu t tác đ ng, xảy ra ở vùng núi, khó tiếp cận nên vi c nghiên cứu chúng ằng định lƣợng chi tiết thƣờng gặp khó khăn. Tại Vi t Nam, lũ ùn đá lần đầu đƣợc đề cặp trong các nghiên cứu c a Vi n Địa chất thu c Vi n Hàn l m Khoa học và Công ngh Vi t Nam từ những năm 1996 -1997 [4,5], sau đó là nhiều công trình nghiên cứu khác c a Vũ Cao Minh, Nguyễn Trọng Yêm, Cao Đăng Dƣ, Trần Văn Tƣ, Nguyễn Qu c Thành, Lê Thị Nghinh … Phần l n các nghiên cứu đều th ng nhất lũ quét ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 khác i t v i lũ ùn đá, thậm chí cho rằng lũ ùn đá chỉ là m t kiểu c a lũ quét. Để thành tạo d ng lũ ùn phải tồn tại hai điều ki n: (1) Hàm lƣợng vật chất rắn l n; (2) D ng nƣ c có t c đ đ l n lôi kéo vật li u rắn vào d ng chuyển đ ng (Seko A.I., 1980; Nguyễn Trọng Yêm, 1999; Cao Đăng Dƣ, 2000)[3]) Lũ quét và lũ ùn đá thƣờng phát sinh sau những đợt mƣa l n kéo dài liên t c và kết thúc ằng m t trận mƣa cƣờng đ cao vƣợt tr i ở những nơi thung lũng có địa hình d c l n, những khu vực đồi núi l p ph thực vật ít, các thành tạo đất đá v n rời và ị phong hoá mạnh. Tác nh n trực tiếp g y lũ ùn đá là trƣợt lở, đ ng đất khi 17 mƣa l n… v i phƣơng thức phá h y điển hình là cu n trôi, đập vỡ và vùi lấp [4,5]. Lũ ùn đá phát sinh ch yếu trên các su i có đ d c l ng l n (20-26o), ngắn, sƣờn thung lũng có đ d c l n và lƣu vực hứng nƣ c nhỏ. Chẳng hạn nhƣ tại khu vực Mƣờng Lay (Đi n Biên), 18 su i đã phát sinh lũ ùn đá đều có chiều dài dƣ i 7km, phổ iến là 2 - 4km, đ d c l ng đều >20o. Hay khu vực Bát Xát (Lào Cai), Nậm Cóng (Sìn Hồ, Lai Châu), Tân Nam (Hà Giang), Mù Cang Chải, Tú L (Yên Bái), các su i đã từng phát sinh lũ ùn đá cũng đều có đ dài từ 3-10km v i đ d c l ng t i gần 30o [4]. V i đ d c l ng su i l n và lƣu vực hứng nƣ c nhỏ, d ng lũ có mật đ ùn đá cao (10 – 60 %) và đ ng năng rất cao, có thể dễ dàng đập vỡ công trình x y dựng nhƣ nhà cửa, cầu, c ng … và cu n chúng đi hàng trăm mét. Khi gặp các chi lƣu l n hơn v i t c đ nhỏ, đ ng năng d ng lũ ùn đá giảm đ t ng t, tạo nên m t kiểu trầm tích l c địa nhất định - lũ tích, thƣờng hợp thành các nón phóng vật và l p ph lũ tích ở các cửa sông miền núi hay cửa su i r ng hàng trăm mét, có thể cao t i hàng ch c mét [2,4,5]. Ví d tại khu vực Mƣờng Lay, nơi đƣợc đánh giá có nguy cơ lũ quét và lũ ùn đá rất cao [2,10]. Sƣờn núi phía Đông thung lũng Nậm Lay, có đ cao từ 700m đến 1000m, d c 25-35o, kéo dài liên t c t i 35km. Cấu tạo địa chất là các phiến sét, đá vôi ị phong hóa dập vỡ mạnh thu c h tầng Pa Ham và Nậm Cô. Trong đợt mƣa lũ kéo dài ngày 17-18/8/1996, lũ ùn đá tạo thành nhiều đợt l n nhỏ, xen kẽ dạng sóng. Trận lũ ùn đá này kéo dài khoảng gần 12 giờ [2,10]. Vật li u đất đá cho d ng lũ ch yếu xuất phát từ các vị trí trƣợt lở dọc sông su i cung cấp. Các kh i đất đá cu n theo d ng lũ có hình dạng gần đẳng thƣ c. Kích cỡ các tảng đá khi đó lên t i 3-5m (tại cửa su i Huổi L ng, Huổi Phán, Huổi Ló… khu vực thị trấn Mƣờng Lay, kh i lƣợng 18 t i 100-200 tấn [2]. Các yếu t trực tiếp và gián tiếp làm phát sinh phát triển lũ ùn đá là do tác đ ng c a d ng chảy tạm thời trên sƣờn d c mà trực tiếp do mƣa v i lƣu lƣợng l n, cƣờng đ đặc i t cao tập trung trong vài giờ trên di n tích hẹp c a sƣờn lũng từ vài ch c đến vài trăm km2 [2,4,5]. Phong hóa đất đá làm iến đổi tính chất cơ lý đất đá, thay đổi cấu tạo tầng ph theo hƣ ng dễ ị xói m n và rửa trôi (tăng mức đ nứt nẻ, đ rỗng, đ thấm nƣ c, giảm lực liên kết, giảm sức kháng cắt…). Đất mềm rời có ề dày tầng ph càng l n, có đ thấm cao, đ nứt nẻ, đ rỗng l n thì càng dễ làm phát sinh các quá trình dịch chuyển sƣờn d c, trong đó có lũ ùn đá. Đặc điểm địa hình, địa mạo, định hƣ ng không gian và đ cao c a địa hình, đ d c sƣờn d c, mức đ chia cắt ngang và l p ph thực vật là những điều ki n có tác đ ng thúc đ y hoặc hạn chế thành tạo quá trình sƣờn d c và lũ ùn đá [5]. Hoạt đ ng n ng t n kiến tạo vừa tác đ ng làm tăng đ cao và góc d c sƣờn d c, c n làm tăng đ ng năng d ng chảy mặt, do đó làm tăng đ ng lực quá trình lũ ùn đá. Các tác đ ng khác c a con ngƣời nhƣ đ t hay phá rừng, x y dựng các th y đi n tùy ti n, khai thác khoáng sản, canh tác tự phát trên sƣờn d c, và các hoạt đ ng kinh tế khác làm mất c n ằng tự nhiên trong các lƣu vực … tạo nguồn vật li u cho d ng lũ quét, lũ ùn đá, thậm chí c n tạo nguồn nƣ c cho d ng chảy lũ. Các quá trình địa đ ng lực khác trên ề mặt sƣờn d c nhƣ s t lở đất đá, trƣợt đất đá, đ ng đất, núi lửa… cũng là những tác nh n g y nên lũ ùn đá. Kết quả nghiên cứu trận lũ quét – lũ ùn đá trong đợt mƣa lũ l n ngày 3/8/2017 chỉ r , nguồn phát sinh có s t trƣợt đất tại sƣờn d c v i tầng ph dày và đất đá ở rời, nơi xảy ra là thung lũng hẹp có đ d c l n, sức tàn phá l n và sản ph m tích t đất đá đa thành phần (hình 2). ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 a) Sơ đồ chung lũ ùn đá b) Mô hình tổng thể lũ ùn đá c) Nguồn cấp vật li u rời rạc d) Đƣờng đi qua d ng lũ ùn đá e) Khu vực tích t vật li u rời rạc Hình 2. Sơ đồ và hình ảnh trận lũ bùn đá tại Mường La, Sơn La 8/2017 [9,10] 4. SỬ DỤNG HỆ THỐNG LƢỚI THÉP CƢỜNG ĐỘ CAO KHÔNG GỈ PHÒNG TRÁNH THIỆT HẠI DO LŨ BÙN ĐÁ Để ph ng tránh lũ ùn đá nhằm giảm nhẹ thi t hại, ngoài các giải pháp về quản lý và sử d ng đất nông nghi p cũng nhƣ đất rừng, hay ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 phân vùng và điều chỉnh quy hoạch các nơi trồng, nơi cần ảo v rừng và loại rừng, các giải pháp công trình hi n áp d ng ở nƣ c ta ao gồm: Cải thi n điều ki n d ng chảy trong l ng dẫn c a các lƣu vực nguy cơ lũ ùn đá ằng cách tăng đ d c l ng dẫn hay kênh hóa lòng 19 c a chúng; ph n d ng lũ theo kênh dẫn ra sông chính l n; x y dựng các h th ng giám sát cảnh áo nguy cơ lũ ùn đá s m; hay x y dựng công trình ph ng ch ng s t trƣợt đất tại các khu vực đầu nguồn ...[2,4]. Giải pháp cấu trúc linh hoạt ph ng ch ng lũ bùn đá ằng h th ng lƣ i thép cƣờng đ cao không gỉ đã và đang đƣợc sử d ng hi u quả tại nhiều nƣ c ch u Âu, Nhật Bản, Mar c, Brazil [7,8,9]… H th ng này có thể di chuyển linh hoạt, đƣợc cấu tạo từ các hợp phần chính gồm lƣ i thép đ ền kéo đứt t i thiểu 1770MPa [6] có l p ảo v ch ng ăn m n đặc i t v i mắt lƣ i dạng kim cƣơng (mắt lƣ i 83x143mm, sợi thép 3mm) hoặc dạng v ng lƣ i (ring net, a) Lƣ i dạng vòng đƣờng kính v ng khác nhau), kết hợp v ng hãm, v ng kết n i di đ ng trên cáp trợ giúp phần đỉnh lƣ i, neo cáp dạng xoắn c, c t thép có thể di đ ng (Hình 3,4,5)… Hình 3. Sơ đồ hệ thống rào chắn linh hoạt ng n lũ bùn đá bằng lưới thép cường độ cao [6,7] b) Vòng hãm c) Vòng kết n i di đ ng Hình 4. Một số hợp phần trong hệ thống kết cấu linh hoạt ng n chặn dòng lũ bùn đá [7,8,9] Hình 5. Hiệu quả ng n giữ v n đá sau khi lũ bùn đá bằng kết cấu linh hoạt [7,8] 20 Nguyên lý hoạt đ ng c a cấu trúc linh hoạt (rào chắn linh hoạt ngăn lũ ùn đá) là có thể hấp th năng lƣợng l n c a các mảnh v n đá chảy xô vào rào ngăn giữ v i lực tác đ ng nhỏ nhờ sự iến dạng l n c a h th ng lƣ i thép cƣờng đ cao và các phận cấu thành [7,8]. Cấu trúc linh hoạt sử d ng ph ng tránh lũ ùn đá có thể thiết kế tự do theo loại hình thù phù hợp v i đặc điểm hoạt đ ng vật li u ngăn giữ, thực tế vị trí trí và m c đích ảo v . Chiều cao h tƣờng rào này có thể t i hàng ch c mét, chiều dài mỗi rào có thể t i 25m. Kết quả nghiên cứu và áp d ng r ng rãi tại Nhật Bản [9] cho thấy, kết cấu linh hoạt này không chỉ là giải pháp tạm thời sử d ng để ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 ph ng tránh lũ ùn đá, mà c n có thể phát triển và hoàn thi n theo tiêu chu n công trình c định l u dài. Chúng có nhiều ƣu điểm nổi ật nhƣ dễ dàng thi công th công ởi các hợp phần c a chúng có kh i lƣợng nhẹ; công tác đào đất tại công trƣờng rất hạn chế; thi công nhanh và không yêu cầu nhiều thiết ị máy móc l n; chi phí rẻ và không cần vận chuyển nhiều vật li u. Đặc điểm đặc thù lũ ùn đá ở vùng núi Vi t Nam nhƣ đã trình ày, khi mà đ d c d ng phổ iến 20-30 đ , các vật li u v n đá nhiều thành phần cùng v i hữu cơ, rác nhiều cơ hạt khác nhau… là thích hợp khi sử d ng loại kết cấu linh hoạt này nhằm giảm thiểu r i ro do lũ ùn đá tàn phá hàng năm. Vi c sử d ng có thể đ c lập m t hoặc nhiều loại lƣ i có mắt khác nhau để ttois ƣu khả năng ngăn giữ vật li u d ng lũ ùn đá đƣợc lựa chọn theo thực tế vị trí c thể. 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Lũ ùn đá là m t loại hình tai iến tự nhiên đặc thù, xảy ra nhanh và đ t ng t, gắn liền v i mƣa cƣờng đ đặc i t l n hoặc mƣa l n kéo dài, sức tàn phá kh c li t và xuất hi n phổ iến ở vùng núi các tỉnh phía Bắc nƣ c ta. Cấu trúc linh hoạt ph ng tránh tai iến lũ ùn đá là giải pháp công trình có nhiều ƣu điểm để áp d ng tại Vi t Nam trong thời gian t i, đặc i t v i khu vực vùng núi phía Bắc. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Thanh Hà. “Quan h giữa đặc điểm địa mạo và trƣợt lở đất tại tỉnh Lào Cai”. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN - Các Khoa học Trái đất và Môi trƣờng. Vol. 3, pp. 35–44, 2013. 2. Vũ Cao Minh. “Nghiên cứu đánh giá tổng hợp các loại hình tai iến địa chất trên lãnh thổ Vi t Nam và các giải pháp ph ng ch ng”. Đề tài đ c lập cấp nhà nƣ c, 2005. 3. Nguyễn Đăng Túc. “Nhận định ƣ c đầu về đặc điểm lũ quét lũ ùn đá ở T y Nguyên”. Tạp chí Các khoa học về Trái đất. Vol. 37(2), pp. 118–126, 2015. 4. Nguyễn Trọng Yêm. “Nghiên cứu đánh giá trƣợt lở, lũ quét-lũ ùn đá m t s vùng nguy hiểm miền núi Bắc B , kiến nghị các giải pháp ph ng tránh, giảm nhẹ thiên tai”. Đề tài nghiên cứu cấp nhà nƣ c - KC-08-01BS, 2006. 5. A. Armanini and M. Michiue. Recent Developments on Debris Flows. Springer, 1997. 6. European Technical Approval ETA 09/0262. 16/0, 2014. 7. Geobrugg –Swiss. Flexible ring net barriers for debris flow protection: The economic solution. 2012. 8. Geobrugg –Swiss. Flexible shallow landslide barriers: Cost-effective protection against natural hazards. 2012. 9. TOA Grout Kogyo Co., LTD. Toa’s Technology for Disaster Prevention using Flexible Structure. Workshop “Technology for Natural Disaster Mitigation”. Hanoi, 6th Dec. 2017. 10. Tran Quoc Cuong, Vu Cao Minh, Nguyen Quoc Thanh. Study flash flood – debris flood in Vietnam: Achievements and limitations. Workshop “Technology for Natural Disaster Mitigation”. Hanoi, 6th Dec. 2017. Người phản biện: PGS.TS TRẦN VĂN TƢ ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 21