HỆ THỐNG CÀNH BẶO SÚM SẠT LỚ MÁI 1ẠLUY ĐƯỪNG ố Tô GÚP PHÀN BẢO VỆ MÔI TRƯƠNG THONG QUÁ THÌNH KHAI THÁC
Th.s ĐẶNG QUANG TUÂN Khoa Công trình/Trường Sỹ quan Công binh
PGS.TS HOÀNG QUOC LONG Viện Kỹ thuật CTĐB/Học viện Kỹ thuật Quân sự
TS TRẤN THỊ THU TRANG
Viện Kỹ thuật CTĐB/Học viện Kỹ thuật Quân sự
TÚM TẮT
Sạt lở đất đá mái dốc, mái ta luy đường ô tô hiện nay trên các tuyến đường miền núi đang là một bài toán lớn trong quá trình khai thác các tuyến đường này. Ngoài việc sạt lở đất làm mất ổn định, hư hỏng kết cấu nền mặt đường làm giảm tuổi thọ và khả năng khai thác thì nó còn gây nên các vấn đề về môi trường. Hiện nay chúng ta đang thực hiện việc giảm thiểu thiệt hại do sạt lở đất một cách thụ động mà chưa thực sự chủ động. Một trong những giải pháp chủ động hiện nay là thiết lập một hệ thống cảnh báo sớm sạt lở. Nội dung bài báo giới thiệu hệ thống cảnh báo sớm cho sạt lở đất mái dốc taluy đường ô tô để bảo đảm khai thác và góp phần giảm thiểu những vấn đề về môi trường.
Từ khóa: Môi trường, cảnh báo sớm, sạt lở đất, mái ta luy, đường miền núi.
ABSTRACT
Today, landslides and talus slopes of mountainous roads during the exploitation process are a big problem that needs to be solved.
Besides, landslides of the talus roof not only destabilize and damage the pavement structure but also reduce the service life, exploitability and cause negative problems for the environment. So far, the mitigation of harmful effects of landslides on the slopes of mountainous roads has been done passively without any proactive measures being proposed.
Currently, one of the proactive solutions is established by the landslide early warning system. This paper introduces the initial steps of setting up an early warning system for landslides on the slopes of mountainous roads to ensure exploitation and minimize harm to the environment.
Keywords: Environment, early warning, landslides, talus slopes, mountainous roads.
1. ĐẶTVẤN DÈ
Biến đổi khí hậu (BĐKH) ngậy càng diễn biến phức tạp đã khiến cho lượng mưa ngày càng cực đoan, không theo quy luật, triệt tiêu các yếu tố kháng trượt ở vùng đồi núi dốc, chia cắt mạnh. Điều này đã gây nên những “tai biến” về địa chất dẫn đến nhiều sự cố sạt lở đất liên tiếp, gây nên các thiệt hại nặng nề ở các khu vực miền núi ở Bắc Bộ và Trung Bộ trong những năm
vừa qua. Nhiều vụ sạt lở đã xảy ra trên các tuyến đường giao thông đang khai thác gây nên các hậu quả nặng nề.
Ngoài việc gây nên sự mất mát về con người, sạt lở đất ở các mái taluy còn làm hư hỏng nhiều công trình hạ tầng, nhà ở..một mặt khác sạt lở đất mái taluy cũng gây nên những ảnh hưởng xấu đến môi trường: bùn đất vùi lấp ruộng vườn, làm bần nguồn nước, phá
hủy rừng cây,... Với mức độ gia tăng và diễn biến khó lường của BĐKH hiện nay thì trong tương lai có thể xảy ra nhiều vụ sạt lở đất mái dốc gây các hậu quả nghiêm trọng [1].
Các nhà khoa học cũng đang đưa ra nhiều giải pháp nhằm hạn chế thiệt hại của sạt lở mái dốc taluy và làm giảm nguy cơ tác động đến công trình, con người. Một trong những giải pháp chủ động là xây dựng hệ thống cảnh báo sớm sạt lở đất của các mái dốc taluy tại các vùng núi co nguy cơ cao.
2. SẠT 10 ĐẤT TRÊN CÁC TUYẾN ĐƯƯNG MIỀN NÚI VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐÉN MỦI TRƯƯNG
2.1. Sạt lở mái taluy đường ô tô [2],[3]'
Trong những năm vừa qua chúng ta liên tiếp nhận những tin không vui về thiệt hại gây ra cho hệ thống giao thông do sạt lở đất. Đặc biệt về mùa mưa ở các vùng núi các tỉnh phía Bắc và bắc miền Trung, việc sạt lở đất gây ra cho hệ thống giao thông có xu hướng gia tăng dù Chính phủ, Bộ GTVT đã có nhiều cố gắng trong việc hạn chế vấn đề này. Các nhà khoa học cũng đã có nhiều các nghiên cứu về vấn đề này và cũng đã cho thấy một số nguyên nhân chính:
+ Sự gia tăng lượng mưa cục bộ tại một số vị trí trong một thời gian mưa kéo dài hơn bình thường gây nên. Thông thường mái dốc taluy nằm ở trạng thái ổn định tương đối. Do tác động dần dần của sự phong hóa (nước làm mềm đất) hay kiến tạo (khe nứt phát triển) thì
38 số 7 năm 2021 I
MÔI TRƯỜNG GIAO THÔNG VẬN TẢI #z###
liên kết của mái dốc vào khối chính của đồi, núi không thắng được trọng lực, dẫn đến sạt lở đất, đá.
+ Mưa sẽ tạo nên dòng chảy mặt, thấm vào nền đất, làm tăng trọng lượng và làm giảm cường độ của nền đường (lực dính và góc nội ma sát của đất giảm khi độ ẩm tăng lên), xuất hiện các dòng thấm trong khối đất nên gây nên hiện tượng trượt đất từ sườn đồi xuống đường và trượt mái taluy của đường. Sự xuất hiện của đợt mưa lớn, kéo dài
và tập trung sinh ra lũ lụt có thể gây ra hư hỏng cho các công trình cầu đường [2].
+ Sự gia tăng của lượng mưa vượt quá năng lực thoát nước của công trình đường bộ (đặc biệt ở những điểm thiết kế châm chước về yếu tố thuỷ văn), tạo nguy cơ bị ngập và xói lở nền đường.
+ Tác động do yêu tố con người gây nên như công trình do con người tạo ra, nhất là ở vùng rừng
núi, đầu nguồn các con sông, đều ảnh hưởng hoặc ít hay nhiều nhiều đến môi trường, trong đó có cả việc tác động đến đặc tính hóa-lý của các tầng địa chất ở một khu vực cụ thể.
+ Diện tích rừng nguyên sinh bị thu hẹp do chặt phá rừng đầu nguồn, được thay bằng rừng trồng ở vị trí khác khiến khả năng giữ nước bị thay đổi, taluy mái dốc đồi, núi được xẻ cao làm mất thế cân bằng
Sạt lờ mái taluy tại Điện Biên Sạt lở mái taluy tại miền Trung
Sạt lở taluy tại vùng núi Nghệ An Sạt lở taluy tại vùng núi phía Bắc Hình 1. Một số hình ảnh sạt lở mái taluy đường ô tô gần đây (nguồn: Internet)
Sạt lở mái ta luy vùi lấp khu trồng trọt Sạt lở kéo theo bùn đất Hình 2. Ảnh hưởng của sạt lở mái taluy đến chất thải (nguồn: Internet)
I số 7 năm 2021
©WiMs
39yên Bái (nguồn: Internet)
Hình 3. Sạt lở đất mái taluy làm chia cắt giao thông Hình 4. Sạt lở đất mái taluy gây thiệt hại tính mạng tại (nguồn: Internet)
ổn định của mái dốc được tạo ra qua hàng triệu năm.
2.2. Tác động của sạt lở mái taluy đến môi trường
Trong bối cảnh BĐKH diễn biến phức tạp như hiện nay việc sạt lở mái dốc do mưa là khó tránh khỏi trên các tuyến đường miền núi.
Như đã nói ở trên thì sạt lở mái dốc taluy ngoài việc gây hư hỏng công trình đường nó còn có những tác động nhất định đến môi trường.
Ảnh hưởng đến môi trường là đánh giá qua mức độ tác động của các nguồn ô nhiễm đến các yếu tố tài nguyên và môi trường. Một số yếu tố cần xem xét trong quá trình xây dựng và khai thác đường tác động đến môi trường do sạt lở latuy:
- Nguồn gây tác động có liên quan đến chất thải khi sạt lở mái taluy:
khi sạt lở mái taluy một lượng lớn đất, đá sẽ vùi lấp tuyến đường và các khu vực lân cận tùy theo mức độ sạt lở. Đối với các địa hình vùng núi việc sạt lở đất đá mái dốc ta luy sẽ vùi lấp các khu trồng trọt, các khu rừng trồng, các khu vực chăn nuôi sinh sống của bà con gây nên ô nhiễm môi trường về chất thải rắn. Ngoài ra lượng bùn đất theo dòng nước, suối làm bẩn nguồn nước ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống của bà con dân tộc vùng núi cao nơi sử dụng nguồn nước suối trong sinh hoạt.
- Nguồn gây tác động không liên quan đến chất thải: Việc sạt lở đất làm chia cắt giao thông ảnh hưởng
trực tiếp đến đi lại, ngoài ra còn anh hưởng lớn đến việc canh tác, trồng rừng của nhân dân dán tiếp gây ảnh hưởng đến công tác bảo vệ môi trường.
- Tác động môi trường trong giai đoạn khai thác công trình đường:
trong quá trình khai thác đường một nhân tố mà chúng ta cũng chủ quan, chưa làm tốt gây nên sạt lở là công tác khơi thông hệ thống thoát nước, sửa chữa ngay nhưng hư hỏng nhỏ các công trình thoát nước để không làm mất ổn định mái taluy. Trong quá trình khai thác việc sạt lở mái taluy bất người có thể gây nên sự mất mát về người, tai nạn giao thông trong khai thác.
- Dự báo những rủi ro về sự cố môi trường do sạt lở mái taluy gây ra:
Trong tương lai với sự phức tạp của BĐKH và do những tác nhân của con người (phá rừng đầu nguồn, xây dựng thủy điện,..) sẽ tiếp tục gây nên những sạt lở mái taluy các tuyến đường vùng núi và đây cũng là những sự cố, rủi ro trong tương lai mà chúng ta phải gánh chịu. Từ đó, các sự cố với môi trường cũng không thể tránh khỏi dưới tác động của sạt lở mái taluy đường ô tô.
3. HỆ THỐNG CẢNH BÁOS0MSẠT LỬ MÁI ĨALUY ĐƯỜNG 0 TÔ GÓP PHẦN BẢO VỆ MÔI TRUONG.
Như đã nói ở phần trên việc sạt lở mái taluy đường miền núi là một trong những mối đe dọa lớn đối với
con người, gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới cơ sở hạ tầng, môi trường, tài sản và tính mạng nhân dân ở mức độ nghiêm trọng, cần thiết có những giải pháp phòng ngừa.
Trong bối cảnh BĐKH hiện nay, sạt lở đất nói chung và sạt lở mái taluy đường ô tô nói riêng cũng là một trong những mối quan tâm lớn của Chính phủ, Bộ GTVT trong việc đưa ra các cảnh báo và biện pháp khắc phục. Để giải thiểu các tác động của sạt lở mái taluy đường ô tô đến môi trường chúng ta cần có những giải pháp phòng chống chủ động. Các nhà khoa học cũng đã có nhiều nghiên cứu xây dựng các giải pháp phòng chống sạt lở mái taluy đường ô tô, tuy nhiên một trong những giải pháp phòng chống chủ động là xây dựng các hệ thống cảnh báo sớm.
3.1. Đặc điểm các yếu tố ảnh hưởng đến sạt lở mái taluy đường ô tô [3]
Trong đánh giá sạt lở mái taluy đường ô tô thi các yếu tố ảnh hưởng đến sạt lở là:
- Đặc điểm địa hình: Độ dốc địa hình là một trong những yếu tố có vai trò quyết định tới sự hình thành và phát triển trượt lở
- Đặc điểm thạch học: Ảnh hưởng của điều kiện địa chất, kiến tạo được coi là một yếu tố cơ bản gây ra quá trình trượt lở, đặc biệt thành phần thạch học là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự ổn định của mái dốc. Các
SỐ 7 năm 2021 I 40
MÔI TRƯỜNG GIAO THÔNG VẬN TẢI ###
thành tạo, cấu tạo địa chất và tính chất cơ lý hóa của các lớp đất đá khác nhau thì có độ bền khác nhau; các đá có độ bền thấp dễ có xu hướng phong hoá thành các vật liệu kém bền vững
- Đặc điểm kiến tạo: ảnh hưởng cấu trúc địa chất và kiến tạo đến sạt lở là vận động kiến tạo, đặc biệt là vận động tân kiến tạo và kiến tạo hiện đại, các đứt gẫy hoạt động.
- Ảnh hưởng của vỏ phong hóa và tính chất cơ lý đất đá: khi các đất đá cấu tạo nên mái dốc bị phong hóa thì các đất đá bị phong hóa làm cho các tính chất cơ lý của đất đá bị thay đổi, dẫn đến đất đá không còn bền vững.
- Ảnh hưởng thảm thực vật đến trượt lả. Trên địa bàn miền núi, lớp phủ thực vật rất phong phú về mặt chủng loại. Đặc tính của chúng phụ thuộc vào từng vùng địa hình. Mặc dù vậy, qua thực tế dọc các tuyến đường giao thông nhận thấy đối tượng có thể có ảnh hưởng nhiều nhất đối với hiện tượng trượt lở là rừng, cây trên lớp phủ mái taluy.
- Ảnh hường của các yếu tố khí tượng, thủy văn và nước ngầm:
Ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng bao gồm nhiệt độ, mưa, bão... tác động phát sinh tai biến sạt lở. Trong đó, yếu tố lượng mưa là quan trọng nhất. Yếu tố địa chất thủy văn tác động phát sinh sạt lở thể hiện ở mức độ chứa nước ngầm và động thái biến động nước ngầm. Trong đó, mức độ chứa nước ngầm đóng vai trò nhất định.
- Ảnh hưởng của hoạt động nhân sinh: Việc xây dựng các công trình trên sườn đồi, sườn núi làm tăng tải trọng trên các mái dốc, làm thay đổi chế độ thủy văn trên mái dốc và do đó làm suy giảm tính ổn định của mái dốc. Xây dựng hồ và đập thủy điện làm thay đổi chế độ thủy văn trên các con sông. Khai thác khoáng sản gây ô nhiễm môi trường, tàn phá rừng, hủy hoại bề mặt địa hình, phá hủy cảnh quan thiên nhiên, hình thành các moong với vách dốc tiềm ẩn nguy cơ sạt lớn.
3.2. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm sạt lở mái taluy đường ô tô Từ những yếu tố ảnh hưởng đến sạt lở mái taluy đường ô tô cho thấy việc cần thiết xây dựng một biện pháp phòng chống chủ động, một giải pháp có hiệu quả hiện nay là xây dựng hệ thống cành báo sớm sạt lở mái taluy. Tuy nhiên, do tính phức tạp của kỹ thuật và công nghệ cảnh báo sớm, không nhiều quốc gia trên thế giới đã triển khai hệ thống cảnh báo sớm cho loại tai biến này [5]. Những năm gần đây, do được thừa hưởng những tiến bộ về công nghệ nên các hệ thống cảnh báo sớm sạt đất đá đã có hiệu quả cao hơn và giá thành giảm, đáp ứng được yêu cầu phòng tránh và giảm thiểu thiệt hại do tai biến địa chất đặc biệt với sạt lở ta luy đường miền núi.
Với những ưu thế đặc thù, các hệ thống cảnh báo sớm cần được xây dựng từ cấp địa phương đến cấp Quốc gia nhằm phòng ngừa các thiệt hại do sạt lở mái taluy đường miền núi gây ra góp phần bảo vệ môi trường.
ở cấp quốc gia và địa phương có rất nhiều mô hình khác nhau về hệ thống cảnh báo sớm tai biến lũ quét và trượt đất đá được xây
Hình 5. Hệ thống cảnh báo sớm theo thời gian thực [5]
dựng. Việc lựa chọn các thông số và thiết bị phù hợp để tiến hành quan trắc, từ đó đưa ra các cảnh báo sớm nguy cơ tai biến trượt đất đá có vai trò cực kỳ quan trọng.
Cho đến nay, trên Thế giới, trong rất nhiều trường hợp, ngay cả khi đã tiến hành các khảo sát địa chất, địa kỹ thuật chi tiết, nếu không có công tác quan trắc rất khó đưa ra đánh giá chính xác về thời điểm phát sinh tai biến trượt đất đá [3], [4].
Qua các nghiên cứu đã công bố và tình hình thực tế cho thấy các thông số quan trắc chính phục vụ xây dựng hệ thống cảnh báo sớm như sau:
- Nhiệt độ: là một trong số những đại lượng có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất vật chất. Bởi vậy trong nghiên cứu quan trắc đo yếu tố nhiệt độ là rất cần thiết.
- Lượng mưa: là đại lượng thể hiện mức độ mưa nhiều hay ít. Lượng mưa tại một khu vực nào đó được đo bằng các máy đo lượng mưa đặt tại một số điểm ngẫu nhiên, xa khu vực có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.
- Áp lực nước lỗ rỗng trong đất:
là áp lực của nước ngầm tồn tại trong các lỗ rỗng hay các kẽ hở
I Số 7 năm 2021 41
của các hạt của đất hoặc đá. Áp lực nước lỗ rỗng bên dưới mực nước ngầm được xác định bằng các piezometer. Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng theo phương thẳng đứng trong tầng chứa nước về tổng thể có thể xem như gần giống với áp lực thủy tĩnh. Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng (Piezometer) là quá trình theo dõi sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình thi công nhằm cảnh báo những rủi ro có thể xảy ra do áp lực nước lỗ rỗng tăng gây ra sự giảm cường độ của đất.
- Dịch chuyển đất, đá trên mái dốc:
Để đo mức độ dịch chuyển của đất, đá trên mái dốc sử dụng hệ thống đo chuyển vị ngang - Inclinometers được sử dụng để theo dõi dịch chuyển và biến dạng dưới bề mặt.
Các ứng dụng điển hình bao gồm:
Phát hiện vùng chuyển vị và xác định xem liệu chuyển vị là không đổi, tăng dần, hoặc đáp ứng với các biện pháp đo đạc quan trắc.
Xác định, theo dõi sự ổn định của các mái đắp, các mái dốc trong và sau khi tích nước.
Trên cơ sở các số liệu từ các thông số quan trắc, các nhà khoa học đã có đề xuất một hệ thống cảnh báo sớm sạt lở đất và áp dụng tốt cho
Distance
Figure 1. Diagram of the proposed system,
Hình 6. Cấu trúc hệ thống cảnh báo sớm theo thời gian thực sạt lở mái ta luy đường ô tô (hình 5).
Hệ thống báo gồm: trung tâm số liệu, trạm đo mưa, camera quan sát, cảm biến chấn động, cảm biến căng kế và thiết bị đo độ cao mực nước bằng sóng radar (Radar water level meter). Công nghệ ứng dụng hệ thống quan trắc hoạt động liên tục 24/24 và được vận hành dễ dàng. Cảm biến kết hợp với nền tảng thông tin quan trắc được tích hợp sẵn với hệ thống dự báo sạt lở. Do đó, người dùng có thể truy xuất dữ liệu từ máy tính hoặc cập nhật dữ liệu qua mạng di động kết nối Internet. Dữ liệu sau khi phân tích, xử lý sẽ đưa ra ngưỡng cảnh báo thiên tai gửi về các cơ quan quản lý nhằm chủ động hơn trong việc phát hiện sớm nguy cơ, rủi ro, giúp giảm nhẹ thiệt hại về tài sản, con người, bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường.
Một mô hình cảnh báo sớm sạt lở mái dốc taluy đường ô tô đã được áp dụng tại Việt Nam (hình 6) [3].
Nhận xét chung: Sạt lở mái taluy đường miền núi gây nên những hậu quả không nhỏ đối với môi trường. Có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến sạt lở mái taluy, chúng ta cần có giải pháp phòng chống
chủ động. Với sự phát triển của khoa học công nghệ xây dựng hệ thống cảnh báo sớm sạt lở mái taluy theo thời gian thực là một giải pháp hữu hiệu hiện nay.
4. KÉT LUẬN
+ Trong bối cảnh BĐKH hiện nay các tuyến đường miền núi có nguy cơ sạt lở mái taluy một cách nghiêm trọng. Điều này có các tác động mạnh đến môi trường.
+ Sạt lở mái taluy đường ô tô ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, cần thiết có giải pháp chủ động phòng chống sạt lở mái taluy.
+ Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ, của cuộc CMCN 4.0 chúng ta hoàn toàn có thể xây dựng được các hệ thống cảnh báo sớm sạt lở mái taluy nhằm giảm thiểu thiệt hại và góp phần bảo vệ môi trường.■
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bộ TN&MT (2016), Kịch bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam.
2. Trịnh Minh Thụ và Nguyễn Uyên (2014), Cường độ chống cắt của đất trong các bài toán kỹ thuật, NXB Xây dựng.
3. Đỗ Minh Đức (2020), Nghiên cứu dự báo nguy cơ tai biến trượt lở mái dốc dọc các tuyến giao thông trọng điểm miền núi tỉnh Quảng Nam và đề xuất giải pháp ứng phó, Đề tài độc lập cấp Quốc gia, ĐHQG Hà Nội.
4. UNDP (2013), Rà soát mô hình hệ thống cảnh báo sớm và thiết kế chi tiết hệ thống cảnh báo sớm tổng hợp đa thảm họa, Viện KHKTTV & MT, Hà Nội 2013.
5. http://www.wmo.int
Số 7 năm 2021 I
