>> StructDesignPro

structdesignpro · Site Admin

TÍNH BỀN VỮNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT THÀNH PHỐ HÀ NỘI VÀ SỰ THAY ĐỔI CỦA NÓ TRONG QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA
TRẦN VĂN HOÀNG, BÙI THỊ BẢO ANH
Phân viện Hải dương học Hà Nội
Viện KH & CN VN, Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

Tóm tắt: Môi trường địa chất là phần trên cùng của thạch quyển với các tính chất cơ bản như tính biến dạng, tính bất đồng nhất, tính đối xứng, tính tự điều chỉnh, tính bền vững vv…

Dựa trên cơ sở các yếu tố hợp thành, vùng thành phố Hà Nội được chia thành ba phụ vùng I, II, III tương ứng với môi trường địa chất có tính bền vững cao, trung bình và thấp. Bằng các số liệu cụ thể về mức độ hạ thấp mực nước dưới đất trong những năm gần đây và tốc độ lún mặt đất từ vài ba milimet/năm đến 35-40 milimet/năm ở các phụ vùng I, II, III, tập thể tác giả nêu lên các giai đoạn biến đổi khác nhau của tính bền vững trong môi trường địa chất liên quan đến các hoạt động nhân sinh ở các phụ vùng nói trên.

MỞ ĐẦU

Quá trình đô thị hóa ở thành phố Hà Nội đã vượt quá tầm kiểm soát của các cơ quan chức năng của thành phố. Bên cạnh những mặt tích cực như thúc đẩy tốc độ tăng trưởng kinh tế, tăng thêm nhiều diện tính nhà ở, cải thiện cơ sở hạ tầng, tạo thêm nhiều việc làm cho người lao động, quá trình ấy còn làm giảm tính bền vững của môi trường địa chất, gây lún mặt đất, biến dạng, lún nứt nhiều công trình, làm suy giảm trữ lượng và chất lượng nước dưới đất vv...

I. MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT VÀ NHỮNG TÍNH CHẤT CỦA NÓ

Khái niệm về môi trường địa chất vừa trừu tượng vừa cụ thể và phạm vi của nó rộng rãi, bao gồm cả xã hội và tự nhiên. Bởi vậy, ở nước ta có rất nhiều cơ quan quan tâm đến vấn đề môi trường tồn tại trong các trung tâm nghiên cứu quốc gia, trong các viện và trung tâm chuyên ngành, trong các trường đại học và các cơ sở sản xuất. Dưới đây, tập thể tác giả đề cập đến những nhận thức mới nhất về môi trường địa chất, vấn đề còn đang tranh cãi cả về nội dung thuật ngữ và phạm vi mà nó bao gồm.

Môi trường địa chất, theo nhiều công trình nghiên cứu [4, 5, 6, 9], là phần trên cùng của thạch quyển bao gồm địa hình, nước dưới đất và các trường địa vật lý tác dụng tương hỗ với các yếu tố cảnh quan, với môi trường sống của con người và chịu ảnh hưởng của các hoạt động nhân sinh. Môi trường địa chất là một hệ thống phức tạp theo thứ bậc với nhiều mối quan hệ thuận và nghịch cả bên trong lẫn bên ngoài. Động lực của môi trường địa chất được xác định bởi tập hợp các quá trình xảy ra ở tất cả các mức độ từ nguyên tử, phân tử đến miền, vùng lãnh thổ và hành tinh, trong đó các quá trình xảy ra ở các vùng lãnh thổ có nhiều ý nghĩa thực tiễn hơn cả.

Môi trường địa chất là một thực thể tồn tại với những tính chất vốn có của nó như tính biến dạng, tính bất đồng nhất (bao gồm cả tính bất đẳng hướng), tính đối xứng, tính tổ chức (sự tồn tại cấu trúc thứ bậc), trong đó có cả tính tự tổ chức và tính tự điều chỉnh.

Tính tự tổ chức được hiểu là sự liên tục của các hiện tượng trong hệ thống tự nhiên được quy định bởi các cấu trúc bên trong và bên ngoài và dẫn đến sự xuất hiện tính nguyên vẹn duy nhất về chức năng và diện mạo của hệ thống [2].

Tính tự điều chỉnh là khả năng của hệ thống đối với quá trình phục hồi các tính chất bên trong và cấu trúc của chúng do ảnh hưởng của các tác động ngoài. Cơ sở của tính tự điều chỉnh là cơ chế của các mối liên kết ngược âm tính, tức là khi xuất hiện tác động ngoài lên hệ thống, sự cân bằng có xu thế ngả về phía làm suy giảm hiệu quả của các tác động tương hỗ. Tự điều chỉnh là tính vốn có của môi trường địa chất [2, 7, 8].

Tính bền vững của môi trường địa chất được hiểu là khả năng bảo tồn thành phần, cấu trúc và trạng thái của nó dưới ảnh hưởng của các tác động bên ngoài hoặc thay đổi trong giới hạn không gây tổn hại đến chức năng của hệ thống tự nhiên – kĩ thuật, hoặc không gây ra các hậu quả về mặt sinh thái [1, 4, 9]. Các tiêu chuẩn cơ bản để đánh giá tính bền vững là các tham số và các chỉ tiêu về thành phần, cấu trúc và trạng thái của môi trường địa chất dưới ảnh hưởng của các tác động nhân sinh dẫn đến sự xuất hiện và hoạt hóa các quá trình địa chất nguy hiểm.

Các yếu tố xác định tính bền vững của môi trường địa chất bao gồm cấu tạo địa chất, địa hình, trạng thái địa động lực, điều kiện địa chất thuỷ văn, bao gồm cả các lớp ngăn bảo vệ tầng nước dưới đất và các yếu tố thể hiện tính chất của môi trường. Ngoài ra, để đánh giá tính bền vững của môi trường địa chất theo thời gian các yếu tố nhân sinh đóng vai trò quan trọng.

II. TÍNH BỀN VỮNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT VÙNG HÀ NỘI

Các yếu tố tự nhiên tạo thành môi trường địa chất vùng Hà Nội như cấu tạo địa chất, địa mạo, trạng thái địa động lực, điều kiện địa chất thủy văn vv... rất đa dạng và phức tạp. Thêm vào đấy, các tác động nhân sinh như quá trình đô thị hóa, việc xây dựng mạng lưới giao thông, thủy lợi, các cơ sở công nghiệp, du lịch, dịch vụ vv... đã gây ảnh hưởng mạnh mẽ đến chính môi trường địa chất và tính bền vững của nó.

Trên cơ sở các kết quả khảo sát và quan trắc trong nhiều năm qua cùng với những tư liệu đã có trước đó, tập thể tác giả phân chia vùng Hà Nội thành những đơn vị nhỏ hơn về mặt diện tích, nhưng đồng nhất hơn về tính bền vững của môi trường địa chất. Đó là các phụ vùng I, II và III.

- Phụ vùng I với môi trường địa chất có tính bền vững cao bao gồm toàn bộ diện tích huyện Sóc Sơn, huyện Đông Anh và phần phía bắc sông Đuống của huyện Gia Lâm.

- Phụ vùng II với môi trường địa chất có tính bền vững trung bình bao gồm phần phía nam sông Đuống của huyện Gia Lâm và toàn bộ diện tích quận Tây Hồ.

- Phụ vùng III với môi trường địa chất có tính bền vững thấp bao gồm diện tích các quận Ba Đình, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Hoàn Kiếm, Cầu Giấy, Hoàng Mai, Thanh Xuân, huyện Thanh Trì và huyện Từ Liêm.

Phụ vùng I đặc trưng bởi cấu tạo địa chất đơn giản, trong mặt cắt địa chất vắng mặt các thành tạo đất yếu. Đặc tính xây dựng của đất cao, ví dụ các lớp sét có độ ẩm tự nhiên thấp, khối lượng riêng cao, khối lượng thể tích cao, khối lượng cốt đất cao, góc ma sát trong lớn, độ rỗng thấp (Hình1). Các tầng nước dưới đất đều có lớp sét bảo vệ. Địa hình tương đối bằng phẳng, thỉnh thoảng bị phân cắt bởi các đồi gò có độ cao 15-20 m. ảnh hưởng của các tác động nhân sinh cho đến giờ biểu hiện không mạnh mẽ bởi vì quá trình đô thị hóa vừa mới bắt đầu, không có các khu công nghiệp tập trung, mật độ dân số chưa cao.
yếu như sét dẻo chảy với độ ẩm tự nhiên lớn, khối lượng riêng giảm chỉ có 2,64-2,69 g/cm3, khối lượng thể tích chỉ còn 1,04-1,43 g/cm3, độ rỗng xấp xỉ 50% và hệ số rỗng xấp xỉ bằng 1 (Hình 2). Địa hình thấp bị phân cắt bởi hệ thống đê và sông ngòi. ảnh hưởng của các hoạt động nhân sinh đã biểu hiện rõ nét như quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh, đã xuất hiện những khu công nghiệp tập trung, việc khai thác và sử dụng nước dưới đất đã làm cho mực nước dưới đất hạ thấp vv...

Phụ vùng III đặc trưng bởi cấu tạo địa chất rất phức tạp, trong mặt cắt địa chất tồn tại nhiều lớp đất yếu với bề dày, thành phần trầm tích và tính chất vật lý và cơ học khác nhau (Hình 3) và thay đổi không theo quy luật từ nơi này đến nơi khác. Địa hình thấp, trũng, bị hệ thống sông, kênh, hồ, ao phân cách. Ảnh hưởng của các tác động nhân sinh mạnh mẽ và biểu hiện rõ ràng do quá trình đô thị hóa diễn ra rất nhanh, tập trung nhiều khu công nghiệp, mật độ dân số cao, chất thải rắn và lỏng với số lượng lớn tăng lên hàng ngày, việc khai thác và sử dụng quá mức đã làm suy giảm trữ lượng và chất lượng nước dưới đất gây lún mặt đất.

III. SỰ THAY ĐỔI TÍNH BỀN VỮNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT VÙNG HÀ NỘI

Quá trình đô thị hóa ở thành phố Hà Nội đã tác động mạnh và làm thay đổi chính môi trường địa chất và tính bền vững của nó. Điều đó trước tiên được thể hiện qua sự suy giảm về chất lượng và cạn kiệt về trữ lượng tài nguyên nước dưới đất. Theo các tài liệu thu thập được thì cách đây 15-20 năm về trước mực nước dưới đất của tầng Qp (tầng nước đang được khai thác để sử dụng) còn nằm sát mặt đất, đặc biệt ở vùng ngoại thành. Còn hiện tại mực nước của tầng Qp đã hạ thấp một cách mạnh mẽ và rõ nét, ví dụ mực nước dưới đất ở vùng Mai Dịch (phía bắc thành phố) ngày 28/1/1997 là 21,50 m cách mặt đất thì ngày 16/5/2004 đã tụt xuống 27,30 m cách mặt đất; còn ở vùng Hạ Đình, ngày 11/9/1997 mực nước dưới đất ở độ sâu 24,14 m cách mặt đất thì ngày 9/6/2004 mực nước dưới đất ở đó đã tụt xuống 34,49 m cách mặt đất. Còn ở Pháp Vân (phía nam thành phố) ngày 10/1/1997 mực nước dưới đất ở độ sâu là 18,15 m cách mặt đất thì ngày 8/6/2004 mực nước dưới đất đã tụt xuống 22,30 m cách mặt đất. Ở vùng Lương Yên (gần Sông Hồng), ngày 27/5/1997 mực nước dưới đất ở độ sâu là 17,50 m cách mặt đất, đến ngày 8/6/2004 mực nước dưới đất đã tụt xuống 19,23 m cách mặt đất. Ở vùng Thành Công (trung tâm thành phố), ngày 18/2/1996 mực nước dưới đất ở độ sâu là 14,12 m cách mặt đất, đến ngày 9/6/2004 mực nước dưới đất đã tụt xuống 19,45 m cách mặt đất. Những quan trắc liên tục và có hệ thống ở các vùng Gia Lâm và Đông Anh trong 6 tháng đầu năm 2003 cũng cho thấy những biểu hiện hạ thấp mực nước dưới đất ở hai vùng đó. Hiện tại trên toàn thành phố Hà Nội đã hình thành phễu hạ thấp mực nước dưới đất mà tâm phễu ở phía nam là các nhà máy nước Hạ Đình, Pháp Vân và Tương Mai, còn tâm phễu ở phía bắc là các nhà máy nước Ngô Sĩ Liên, Ngọc Hà và Mai Dịch. Và hiện tượng đó đã gây không ít khó khăn cho việc cung cấp nước ở khu vực Hà Nội.
Tiếp theo, hiện tượng lún mặt đất xảy ra như một hậu quả tất yếu của quá trình khai thác nước dưới đất. Đến nay hiện tượng lún mặt đất ở vùng Hà Nội đã được nghiên cứu một cách có hệ thống và theo đó ở những nơi vắng mặt các thành tạo đất yếu như các

vùng Ngọc Hà, Mai Dịch, Bắc Thăng Long, Vân Trì, Đông Anh thì mức độ lún mặt đất do khai thác nước dưới đất là không đáng kể. Kết quả quan trắc lún từ cuối năm 1997 đến cuối năm 2003 được thể hiện ở bảng 1.

Bảng 1. Mức độ lún mặt đất hàng năm
ở vùng Mai Dịch

Năm

Mức độ lún mặt đất (mm)

1998

1,47

1999

3,37

2000

4,30

2001

1,13

2002

1,31

2003

2,87

Ở những nơi có mặt cắt địa chất phức tạp, chứa các thành tạo đất yếu với bề dày lớn như các khu Thành Công, Giảng Võ, Ngọc Khánh, Nguyễn Khuyến, Ngô Sĩ Liên, Ga Hà Nội thì mức độ lún mặt đất do khai thác nước dưới đất lớn và có thể gây tổn hại cho công trình. Bảng 2 thể hiện kết quả quan trắc thực nghiệm tại trạm đo lún Thành Công từ cuối năm 1997 đến cuối năm 2003.

Bảng 2. Mức độ lún mặt đất hàng năm
ở vùng Thành Công

Năm

Mức độ lún mặt đất (mm)

1998

35,17

1999

38,80

2000

4437

2001

37,03

2002

35,97

2003

40,88

Phần lớn diện tích còn lại bao gồm những nơi có mặt cắt địa chất phức tạp, chứa các lớp đất yếu nhưng bề dày không lớn như các vùng Hạ Đình, Pháp Vân, Tương Mai, Lương Yên, Gia Lâm vv… khi mực nước dưới đất bị hạ thấp, mặt đất bị lún với một tốc độ đáng lo ngại. Kết quả quan trắc lún từ cuối năm 1997 đến cuối năm 2003 ở hai địa điểm được trình bày ở bảng 3 và bảng 4.

Bảng 3. Mức độ lún mặt đất hàng năm
ở vùng Hạ Đình

Năm

Mức độ lún mặt đất (mm)

1998

18,89

1999

17,80

2000

20,18

2001

16,37

2002

17,42

2003

17,63

Bảng 4. Mức độ lún mặt đất hàng năm
ở vùng Pháp Vân

Năm

Mức độ lún mặt đất (mm)

1998

22,63

1999

19,97

2000

19,51

2001

15,54

2002

17,49

2003

17,58

Theo quy luật biến đổi tính bền vững của môi trường địa chất [1, 3, 4, 9] toàn bộ diện tích thành phố Hà Nội đang ở trong giới hạn biến dạng đàn hồi, tức là hệ số bền vững của môi trường k>1. Tuy nhiên, một số diện tích ở vào giai đoạn đầu, một số diện tích ở vào giai đoạn giữa và một số diện tích khác ở vào giai đoạn cận cuối của quá trình biến dạng đàn hồi. Nói cách khác, tương ứng với các giai đoạn biến dạng nói trên là các phụ vùng I với môi trường địa chất có tính bền vững cao, phụ vùng II với môi trường địa chất có tính bền vững trung bình và phụ vùng III với môi trường địa chất có tính bền vững thấp.

VĂN LIỆU

1. Emelyanova T.Ya., Storova P.A., 1999. O prinsipakh i metodike raionirovaniya territorii po ustoitchivosti geologitcheskoi sredy k tekhnogennomu vozdeistviyu (na primere Tomskogo priobya). Geoekologiya, 2. Moskva.

2. Geoekologiya, 1991. Problemy i reshenie. Tez. dokl. i soobsh. Vsesoyuz. nauko-tekhn. Konf., 1, Obshie Problemy. Moskva, 210 str.

3. Koff G.L., Kozhevina L.S., Zhigalin A.D., 1997. Obshie printsipy otsenki ustoitchivosti gorodskoi ekosistemy. Geoekologiya, 4 (1997). Moskva.

4. Mamaev Yu. A., Kurinov M.V., 1998. Voprosy metodologiya v otsenke ustoitchivosti territorii. Geoekologiya, 5 (1998). Moskva.

5. Osipov V.I., 1993. Geoekologiya – mezhdisiplinaya nauka ob ekologitcheskikh problemakh geospher. Geoekologiya, 1 (1993). Moskva.

6. Ostrovski V.N., 1997. Ob izutchenii dinamiki geologitcheskoi sredy. Geoekologiya, 3 (1997). Moskva.

7. Pashkin E.M., 1992. Sinertchetika geosistem: Novyi podkhod b inzhenernoi geologii. Inzhenernaya geologiya, 6 (1992). Moskva.

8. Pashkin E.M., 1992. Porodnye konstruktsii i ikh rol v formirovanii ustoitchivosti gornykh vyrabotok. Inzhenernaya geologiya, 1 (1992). Moskva.

9. Trần Văn Hoàng, Bùi Thị Bảo Anh, 2002. Những nguyên tắc cơ bản để đánh giá mức độ bền vững của môi trường địa chất trong quá trình đô thị hoá (ví dụ ở thành phố Hà Nội). Tạp chí Địa chất, A/269 : 39-43. Hà Nội.

_________________
Mời bạn đến với bách khoa toàn thư về kết cấu:.
http://vi.ketcau.wikia.com