TỔNG QUAN CHUNG 5
1 1 Tổng quan về tai biến môi trường tự nhiên
1 1 1 Khái niệm chung về tai biến môi trường
Theo định nghĩa của Chiến lược quốc tế về giảm thiểu thảm họa của Liên Hợp Quốc, tai biến được xem là một sự kiện hoặc hiện tượng tự nhiên, cũng như hoạt động của con người, có khả năng gây ra thiệt hại nghiêm trọng Những tai biến này có thể dẫn đến thương vong, hủy hoại tài sản, gây ra đổ vỡ kinh tế - xã hội, hoặc làm suy thoái môi trường Mỗi biến cố đều có xác suất xảy ra trong một khoảng thời gian, tại một khu vực cụ thể và với cường độ nhất định.
Tai biến môi trường là các hiện tượng, điều kiện hoặc quá trình trong tự nhiên và xã hội có khả năng gây hại cho sức khỏe, tính mạng con người và tài sản kinh tế, văn hóa-xã hội của cộng đồng Những tai biến này không chỉ đe dọa an toàn cá nhân mà còn có nguy cơ làm mất ổn định hệ thống môi trường tự nhiên, văn hóa-xã hội và môi trường nhân sinh, ảnh hưởng đến một bộ phận hoặc toàn bộ cộng đồng.
Tai biến môi trường là những hiện tượng gây hại xảy ra trong hệ thống môi trường, phản ánh tính chất nhiễu loạn và bất ổn định của nó Những tai biến này rất đa dạng và xuất phát từ cả điều kiện tự nhiên lẫn hoạt động của con người.
Tai biến môi trường tự nhiên là hiện tượng phá vỡ nghiêm trọng chức năng của một cộng đồng hoặc xã hội, dẫn đến những thiệt hại lớn về người, tài sản, kinh tế và môi trường Những tổn thất này vượt quá khả năng ứng phó của cộng đồng hoặc xã hội bị ảnh hưởng.
Tai biến được hiểu là xác suất xảy ra của một sự kiện trong tương lai Mặc dù thời điểm, địa điểm và mức độ của tai biến không thể xác định chính xác, nhưng có thể nhận diện những khu vực có nguy cơ cao hơn so với những nơi khác.
Xác suất xảy ra tai biến môi trường tự nhiên trong một khoảng thời gian nhất định, thường là một năm, cho thấy khả năng xuất hiện của một biến cố trong năm tiếp theo Nếu không xác định thời gian, giá trị xác suất sẽ trở nên vô nghĩa.
Lũ lụt thường xảy ra ở các khu vực đồng bằng cửa sông, trong khi trượt lở đất thường xuất hiện trên những sườn dốc Đặc điểm cụ thể của từng khu vực sẽ ảnh hưởng đến các điều kiện dẫn đến tai biến thiên nhiên.
Cường độ hay quy mô của tai biến là yếu tố quyết định đến khả năng gây thương vong và thiệt hại Để gây ra tác động nghiêm trọng, tai biến cần đạt đến một mức độ cường độ nhất định Cường độ có thể được đo lường thông qua năng lượng giải phóng từ các hiện tượng tự nhiên như động đất hoặc phun trào núi lửa, thể tích nước trong các trận lũ, hoặc kích thước và tốc độ của các khối trượt lở.
Một sự cực đoạn trong hệ thống Trái đất, bao gồm thạch quyển, thủy quyển, sinh quyển và khí quyển, có thể gây ra những điều kiện bất thường, dẫn đến cái chết hoặc tổn thương cho con người, cũng như phá hủy hoặc làm hư hại tài sản như tòa nhà, hệ thống truyền thông, đất nông nghiệp, rừng và môi trường tự nhiên.
Tổng thể các lĩnh vực liên quan đến tai biến rất đa dạng và phong phú, hiện chưa có tài liệu nào đề cập một cách đầy đủ Các tai biến thường gặp có thể được phân loại thành ba nhóm riêng biệt.
A Những tai biến tự nhiên (những hoạt động địa chất và sinh học)
1 Địa chất Động đất, phun trào núi lửa, trượt lở đất, tuyết lở
2 Không khí Lốc xoáy, vòi rồng, mưa đá, băng và tuyết
3 Thủy văn Lũ sông, lũ ven biển, hạn hán, xói lở bờ sông
4 Sinh học Dịch bệnh, cháy rừng
B Những tai biến do các hoạt động kỹ thuật (tai nạn là chủ yếu)
1 Tai nạn giao thong Rơi máy bay, đâm tàu hỏa, chìm tàu
2 Thiệt hại về công nghiệp Các vụ nổ và hỏa hoạn, phát tán chất độc hoặc vật liệu phóng xạ
3 Những công trình công cộng và thiết bị không an toàn
4 Những vật liệu nguy hiểm Kho tàng, giao thông, sử dụng sai mục đích
C Tai biến do bối cảnh (thay đổi toàn cầu)
1 Biến đổi khí hậu Mực nước biển dâng, thay đổi tần suất của những biến cố cực đoan
2 Tàn phá môi trường Phá rừng, hoang mạc hóa, mất mát nguồn tài nguyên thiên nhiên
3 Áp lực đất đai Đô thị hóa với tốc độ cao, sự tập trung các phương tiện thiết yếu
4 Siêu tai biến Những biến đổi thảm khốc trên Trái đất, tác động của những vật thể ở gần Trái đất
Bảng 1 1 Phân loại các tai biến
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiện tượng trượt lở và lũ quét/lũ bùn đá là hai dạng tai biến tự nhiên thường xuyên xảy ra và gây thiệt hại lớn về người và tài sản trong vùng nghiên cứu Do đó, luận văn sẽ tập trung chủ yếu vào phân tích các dạng tai biến này.
Theo quy định của Thủ tướng Chính phủ ngày 13/01/2020, trượt lở đất là hiện tượng đất, đá bị sạt, trượt do tác động của mưa, lũ hoặc dòng chảy Đây là dạng chuyển động khối tại các vùng đất dốc, xảy ra khi trọng lực vượt qua sức kháng cắt của đất đá Trượt lở được coi là quá trình sắp xếp lại của môi trường, là một trong những yếu tố tai biến tự nhiên tiềm ẩn ở khu vực có độ dốc lớn và năng lượng địa hình cao Nhiều yếu tố tự nhiên như điều kiện địa chất, đứt gãy, động đất, lượng mưa, nước ngầm, độ dốc và tính chất cơ lý của đất đá bề mặt đều ảnh hưởng đến trượt lở Mặc dù trọng lực là nguyên nhân chính, nhưng các yếu tố khác, bao gồm cả tác động của con người, cũng có thể làm thay đổi trạng thái ổn định của độ dốc Thông thường, các điều kiện dưới bề mặt tạo ra sự dễ bị tổn thương của khu vực đất dốc, và trượt lở thường cần một kích hoạt như lượng mưa lớn hoặc động đất để xảy ra.
1 1 1 3 Hiện tượng lũ quét/lũ bùn đá
Theo quy định về dự báo thiên tai, lũ quét là hiện tượng xảy ra bất ngờ trên sườn dốc và các sông suối nhỏ miền núi Lũ quét có dòng chảy xiết, thường kèm theo bùn đá, với tốc độ lên nhanh và xuống nhanh, gây ra sức tàn phá lớn.
Lũ quét và lũ bùn đá là hiện tượng nguy hiểm xảy ra do sự tập trung nhanh chóng của lượng mưa lớn ở vùng đồi núi Những trận lũ này có tốc độ rất cao, thường xảy ra bất ngờ, đặc biệt là vào ban đêm, và có thể xuất hiện ngay cả khi mưa nhỏ Lũ ống và lũ quét thường duy trì trong thời gian ngắn nhưng có sức tàn phá lớn, mang theo nhiều bùn cát và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và đời sống con người.
1 1 2 Tổng quan về tình hình tai biến môi trường tự nhiên
1 1 2 1 Tình hình tai biến môi rường tự nhiên trên thế giới
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, lũ quét (flash flood) đã trở thành hiện tượng đáng chú ý ở vùng nhiệt đới, đặc biệt là tại Việt Nam Đây là loại thiên tai xảy ra chủ yếu ở vùng núi và trung du, thường xuất hiện trên các lưu vực nhỏ, với cường độ mưa lớn trong thời gian ngắn Lũ quét có khả năng gây ra thiệt hại nặng nề do nước lũ cuốn theo bùn, đá và thực vật Sự hình thành của lũ quét phụ thuộc vào đặc tính mưa, điều kiện khí hậu, địa hình, hoạt động của con người và khả năng tiêu thoát lũ của lưu vực.
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2 1 1 Phương pháp tiếp cận trong nghiên cứu tai biến môi trường
Các tai biến môi trường là kết quả của sự tương tác phức tạp giữa các yếu tố tự nhiên và hoạt động của con người, đặc biệt tại những khu vực có hoạt động khoáng sản Để đánh giá đúng đắn nguy cơ xảy ra tai biến, cần dựa vào chất lượng dữ liệu định tính và định lượng, điều này cũng liên quan đến thời gian và kinh phí Một phương pháp hiệu quả để giảm thiểu thời gian và chi phí nghiên cứu là phân tích dữ liệu lịch sử nhằm xác định các yếu tố gây ra tai biến Ngoài ra, việc ứng dụng công nghệ viễn thám, GIS, thống kê và mô hình hóa sẽ giúp phân tích dữ liệu không gian và dự báo nguy cơ tai biến trong tương lai một cách chính xác hơn.
Các tai biến môi trường là kết quả của nhiều nhân tố tác động khác nhau, mỗi nhân tố ảnh hưởng đến quy trình này với quy mô và cường độ riêng Ba cách tiếp cận phổ biến để hiểu rõ hơn về tai biến môi trường bao gồm kế thừa, phát sinh và tổng hợp.
Hình 2 1 Sơ đồ nguyên tắc tiếp cận nghiên cứu thực hiện trong luận án
Phương pháp tiếp cận kế thừa dựa trên nguyên tắc rằng sự phát triển trong tương lai của các tai biến nhất định sẽ tuân theo những quy luật đã được xác định trong quá khứ.
Phương pháp tiếp cận phát sinh cho rằng sự phát triển của các dạng tai biến trong tương lai phụ thuộc vào tác động tổng hợp của các nhân tố ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển của chúng.
Phương pháp tiếp cận tổng hợp tích hợp cả tiếp cận thừa kế và phát sinh, mang lại sự ưu việt và độ chính xác cao hơn trong công tác dự báo Để đạt được chất lượng dự báo tốt nhất, cần ứng dụng triệt để cả hai cách tiếp cận này và liên kết chúng một cách hữu cơ Sự liên kết chặt chẽ giữa hai phương pháp sẽ nâng cao khả năng dự báo.
Các tiếp cận kế thừa trong luận án được phân tích dựa trên tài liệu thu thập và kết quả khảo sát hiện trạng tại khu vực Việc đánh giá nguy cơ xảy ra tai biến được thực hiện theo Hướng dẫn kỹ thuật của Ủy ban Hỗn hợp về đánh giá tai biến môi trường JTC1 năm 2009 và Báo cáo đánh giá lần thứ 5 của Ủy ban Liên chính phủ về biến đổi khí hậu IPCC năm 2014 Sơ đồ thực hiện cụ thể được mô tả chi tiết trong tài liệu.
Trong phân tích tai biến môi trường, việc xác định nguyên nhân xảy ra tai biến được thực hiện thông qua phương pháp tiếp cận phát sinh Các nguyên nhân này được phân loại thành hai nhóm chính: yếu tố tự nhiên và yếu tố nhân sinh, như đã thể hiện trong hình minh họa.
Các yếu tố ảnh hưởng đến nguy cơ xảy ra tai biến được chia thành hai loại: yếu tố nền và yếu tố kích thích Yếu tố nền là các điều kiện môi trường hiện có trong khu vực, tồn tại dù có xảy ra tai biến hay không, và có thể gây ra tai biến một cách từ từ theo thời gian Trong khi đó, yếu tố kích thích là những yếu tố đột ngột xuất hiện, làm xáo trộn các điều kiện tự nhiên và thúc đẩy hoạt động xảy ra nhanh hơn Tại Việt Nam, các yếu tố tự nhiên kích thích thường là lượng mưa lớn và kéo dài, cùng với các hoạt động nhân sinh như làm đường và khai thác khoáng sản.
2 1 2 Sử dụng các mô hình địa không gian trong đánh giá tai biến môi trường
Việc phân vùng dự báo tai biến môi trường tự nhiên đã trở nên dễ dàng và đáng tin cậy hơn nhờ vào công nghệ thông tin và dữ liệu lớn Nội dung chính của phân vùng tai biến là xác định các khu vực có mức độ nguy cơ khác nhau Các mô hình địa không gian, dựa trên công nghệ GIS và viễn thám, đã được tận dụng tối đa để đánh giá tai biến môi trường và hỗ trợ trong quản lý tài nguyên và môi trường.
Các mô hình địa không gian ngày càng được nâng cao nhờ vào sự phát triển của các phương pháp dự báo, tính toán thống kê và phân tích dữ liệu lớn Các hệ phương pháp đánh giá và phân vùng tai biến cũng trở nên đa dạng hơn, bao gồm các phương pháp đo vẽ trực tiếp như địa mạo và phân tích tài liệu viễn thám, các phương pháp kinh nghiệm dựa trên kiến thức chuyên gia như AHP, và các phương pháp chỉ số như mô hình thống kê Bayes và phân tích cặp Bên cạnh đó, các phương pháp toán thống kê như xác suất, hồi quy đa biến, hồi quy logic, cùng với trí tuệ nhân tạo như mạng nơron thần kinh và thuật toán di truyền cũng được áp dụng Cuối cùng, các phương pháp dựa trên đặc tính địa kỹ thuật như mô hình SINMAP, SHALSTAB và TRIGRS, cùng với các phương pháp số như FEM, DEM, DDA, Flow, đã đóng góp vào sự phát triển này.
R, lý thuyết phân tích khối…)
Các yếu tố ảnh hưởng đến nguy cơ tai biến bao gồm điều kiện địa hình như độ cao, độ dốc và hướng sườn; đặc điểm địa chất nền như thạch học và cấu trúc; cùng với các yếu tố tự nhiên và nhân sinh như lượng mưa, lớp phủ và hiện trạng sử dụng đất Nghiên cứu tai biến thường sử dụng phương pháp định tính dựa trên kiến thức chuyên gia như phân tích địa mạo và ảnh máy bay, kết hợp với các phương pháp toán thống kê như CF, LSI và LR, tất cả được thực hiện trên nền tảng GIS.
2 1 3 Cơ sở lựa chọn các phương pháp nghiên cứu
Việc chọn phương pháp phân tích tai biến phụ thuộc vào nguồn dữ liệu và đặc điểm hiện tượng trong khu vực nghiên cứu Các phương pháp định tính như đo vẽ trực tiếp và phương pháp chuyên gia đơn giản, thích hợp cho những khu vực thiếu số liệu chi tiết, nhưng phụ thuộc vào kỹ năng của chuyên gia Ngược lại, các mô hình phân tích chỉ số và toán thống kê yêu cầu dữ liệu chi tiết hơn, cho phép phân tích nhiều thông số và mang lại kết quả khách quan, thường được sử dụng trong nghiên cứu tai biến địa chất cho các khu vực có nguy cơ trung bình và lớn Cuối cùng, các phương pháp dựa trên mô hình địa kỹ thuật cho kết quả tính toán chính xác dưới dạng hệ số an toàn, nhưng thường yêu cầu dữ liệu chi tiết và tốn thời gian, chi phí cho từng khu vực cụ thể.
Chi tiết (> 1:5 000) Đo vẽ trực tiếp Không tốt Trung bình Tốt Tốt
Các phương pháp kinh nghiệm Tốt Tốt Trung bình Trung bình
Các phương pháp phân tích chỉ số Trung bình Tốt Tốt Trung bình
Các phương pháp thống kê Không tốt Tốt Tốt Trung bình
Các phương pháp mô hình hóa Không tốt Không tốt Trung bình Tốt
Mối quan hệ giữa khả năng ứng dụng của các phương pháp phân tích tai biến được xác định bởi tỷ lệ nghiên cứu Dữ liệu này được tổng hợp và trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 2 1 Khả năng ứng dụng các phương pháp phân tích tai biến
Tùy thuộc vào độ chi tiết của dữ liệu thu thập, cần lựa chọn phương pháp thích hợp để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố liên quan đến các hiện tượng tai biến Quá trình tích hợp thông tin sẽ giúp xác định các vùng hội tụ của các yếu tố gây ra tai biến.
Luận án sử dụng phối hợp nhiều phương pháp nghiên cứu, bao gồm phương pháp kinh nghiệm (SMCE/AHP), đo vẽ trực tiếp, phân tích chỉ số (mFFPI), các phương pháp thống kê (WoE, CF, LR, ANN, SVM, DT) và phương pháp mô hình hóa (Flow-R) để đánh giá và phân tích các dạng tai biến cụ thể Cấu trúc nguồn dữ liệu và các phương pháp áp dụng được trình bày chi tiết trong hình minh họa.
Hình 2 5 Cấu trúc dữ liệu và hệ phương pháp phân tích sử dụng trong luận án
2 2 1 Phương pháp phân tích ảnh viễn thám và GIS
2 2 1 1 Dữ liệu ảnh viễn thám
