Luận án: Ảnh hưởng của mưa đến trượt lở đất và bản đồ tai biến huyện Khánh Vĩnh, Khánh Hòa

Nghiên cứu xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sạt lở đất. Mục tiêu là thành lập bản đồ dự báo tai biến trượt lở đất. Khu vực khảo sát là huyện Khánh Vĩnh, Khánh Hòa. Đây là khu vực thường xuyên chịu ảnh hưởng của mưa lớn, gây ra nhiều vụ sạt lở đất. Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích cơ chế thủy văn và địa chất. Ứng dụng công nghệ GIS cũng được tập trung để xây dựng mô hình dự báo chính xác. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng cho các nhà quy hoạch và quản lý. Điều này hỗ trợ phòng tránh và giảm nhẹ rủi ro sạt trượt hiệu quả.

Lượng mưa cực đoan là yếu tố kích hoạt chính gây ra sạt trượt đất. Mưa lớn làm đất bão hòa nước, khiến áp lực nước lỗ rỗng tăng đáng kể. Điều này làm giảm sút nhanh chóng sức chống cắt của đất, dẫn đến giảm tính ổn định tổng thể của mái dốc. Sạt trượt đất thường xảy ra sau các đợt mưa kéo dài. Độ thấm của đất cũng đóng vai trò quan trọng. Đất có độ thấm thấp giữ nước lâu hơn, làm tăng nguy cơ đất đá trượt. Việc phân tích mối quan hệ giữa lượng mưa và phản ứng của đất là rất cần thiết, giúp hiểu rõ hơn về hiện tượng địa chất này.

Nền tảng của nghiên cứu là lý thuyết thấm nước hai chiều. Lý thuyết này mô tả cách nước di chuyển trong lòng đất, đặc biệt quan trọng khi xem xét tác động của lượng mưa cực đoan. Cùng với đó, tiêu chuẩn phá hủy Mohr-Coulomb mở rộng được áp dụng để đánh giá độ bền của đất. Tiêu chuẩn này tính đến môi trường đất không bão hòa. Khi nước mưa thấm vào, áp lực nước lỗ rỗng âm thay đổi, ảnh hưởng trực tiếp đến sức chống cắt của đất. Sự giảm sức chống cắt làm tăng nguy cơ sạt lở đất. Mô hình cũng tính đến các yếu tố địa chất công trình, đảm bảo đánh giá toàn diện về ổn định của mái dốc.

Một mô hình số ghép đôi được phát triển, kết hợp phân tích thấm và ổn định mái dốc. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được dùng trong phân tích thấm, với kết quả là sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng âm. Dữ liệu này sau đó được đưa vào phân tích ổn định bằng phương pháp cân bằng giới hạn Morgenster-Price. Mô hình này giúp xác định mối quan hệ quan trọng giữa hệ số an toàn mái dốc và cường độ mưa. Các yếu tố khác cũng được xem xét, bao gồm hệ số thấm của đất, góc dốc và chiều cao mái dốc. Phân tích này cho thấy hệ số thấm đóng vai trò then chốt, quyết định mức độ ổn định của mái dốc. Nguy cơ trượt mái dốc được lượng hóa thông qua mô hình này.

Kết quả phân tích chỉ ra mối liên hệ chặt chẽ. Hệ số an toàn mái dốc thay đổi đáng kể theo cường độ mưa. Khi thời gian mưa kéo dài hơn năm ngày, sự ổn định giảm rõ rệt. Đặc biệt, nếu mái dốc cấu tạo từ đất có hệ số thấm nhỏ, hệ số an toàn thay đổi nhiều. Ngược lại, đất có hệ số thấm lớn ít bị ảnh hưởng hơn. Hệ số an toàn giảm dần khi cường độ mưa tăng, cường độ mưa càng lớn, nguy cơ sạt trượt càng cao. Ngưỡng cường độ mưa gây phá hủy mái dốc phụ thuộc vào thời gian mưa. Ví dụ, với cường độ 10 mm/h, mái dốc mất ổn định sau hơn năm ngày. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc theo dõi lượng mưa cực đoan để đánh giá sớm nguy cơ đất đá trượt.

Hệ số thấm có vai trò cực kỳ quan trọng đối với ổn định mái dốc. Đất có hệ số thấm thấp giữ nước lâu hơn, dẫn đến sự tích tụ áp lực nước lỗ rỗng. Áp lực này làm giảm đáng kể sức chống cắt của đất, do đó mái dốc dễ bị mất ổn định. Đặc điểm địa chất công trình của khu vực cũng ảnh hưởng lớn. Cấu trúc đất, loại đá, và sự phân bố của chúng quyết định khả năng thấm nước. Các biến động đất đai trong quá khứ cũng là chỉ dấu cho thấy khu vực có thể dễ bị sạt lở đất hơn. Việc hiểu rõ những đặc điểm này là cần thiết để dự đoán hành vi của mái dốc dưới tác động của mưa.

Các phương pháp xác suất thống kê được sử dụng, bao gồm tỷ số tần suất (FR), chỉ số thống kê (SI), trọng số chứng cứ (WoE) và hồi quy logistic (LR). Những phương pháp này được tích hợp với phần mềm GIS (Ilwis mã nguồn mở). Chúng giúp phân tích mối quan hệ không gian giữa các yếu tố ảnh hưởng và phân bố điểm sạt lở đất. Dữ liệu từ 52 điểm trượt lở đã xảy ra được thu thập và dùng để lập bản đồ phân bố không gian. Sau đó, bản đồ trọng số của từng yếu tố ảnh hưởng được tạo ra, dựa trên mối liên hệ không gian đã phân tích. Đây là cơ sở vững chắc để xây dựng bản đồ dự báo nguy cơ sạt trượt.

Nghiên cứu đã thu thập 52 điểm sạt trượt đất đã xảy ra, cung cấp cơ sở dữ liệu thực tế. Các yếu tố ảnh hưởng đến sạt lở đất được xác định, với tổng cộng 11 yếu tố được xem xét. Bao gồm cao độ, góc dốc, hướng dốc, và chỉ số ẩm ướt địa hình. Độ uốn cong bề mặt mái dốc cũng được tính đến. Các yếu tố địa chất như thạch học và khoảng cách đến đứt gãy cũng quan trọng. Khoảng cách đến đường giao thông và sông suối được phân tích. Chỉ số thực vật và lượng mưa lớn nhất năm cũng là yếu tố then chốt. Các yếu tố này thể hiện đặc điểm địa mạo và thảm phủ thực vật, được sử dụng để xây dựng các bản đồ dự báo nguy cơ sạt trượt.

Thông qua phân tích BMA, tám yếu tố liên quan đến sạt lở đất được xác định. Chúng bao gồm cao độ, khoảng cách đến đường giao thông, lượng mưa lớn nhất năm, và góc dốc. Các yếu tố địa chất như thạch học và khoảng cách đến đứt gãy cũng quan trọng. Khoảng cách đến sông suối và hướng dốc hoàn thiện danh sách này. Trong số đó, bốn yếu tố được coi là quan trọng nhất: cao độ, khoảng cách đến đường giao thông, lượng mưa lớn nhất năm, và góc dốc. Những yếu tố này phản ánh rõ nét đặc điểm địa mạo và tác động của con người, đóng vai trò quyết định trong việc gây ra hiện tượng địa chất sạt trượt.

Bản đồ dự báo tai biến trượt lở được thành lập. Nó được chuẩn hóa và chia thành năm phân vùng rủi ro, bao gồm các mức độ: rất thấp, thấp, trung bình, cao và rất cao. Để kiểm chứng, đường cong Success rate và Prediction rate được sử dụng. Giá trị diện tích dưới đường cong (AUC) là thông số định lượng để kiểm chứng các phương pháp. Kết quả cho thấy các phương pháp có độ phù hợp và độ chính xác cao, với giá trị AUC đạt từ 0.8 đến 0.9. Điều này khẳng định tính hiệu quả của các mô hình dự báo. Nó cung cấp cơ sở đáng tin cậy để triển khai các biện pháp giảm nhẹ rủi ro và quản lý biến động đất đai.