luận văn thạc sĩ ứng dụng công nghệ viễn thám và gis trong nghiên cứu tái hiện hệ thống lòng cổ sông đáy sông nhuệ đoạn chảy qua thành phố hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG KINH BẮC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU TÁI HIỆN HỆ THỐNG LỊNG CỔ SƠNG ĐÁY, SƠNG NHUỆ ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 z ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG KINH BẮC \\ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU TÁI HIỆN HỆ THỐNG LỊNG CỔ SƠNG ĐÁY, SÔNG NHUỆ ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám GIS Mã số: 60.44.76 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn: PGS TS Nguyễn Hiệu Hà Nội – 2012 i z MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: CƠ SỞ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM – GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI LỊNG SƠNG 1.1 Cơ sở viễn thám – GIS nghiên cứu địa lý 1.1.1 Cơ sở công nghệ viễn thám – GIS 1.1.2 Cơ sở phân tích, nhận dạng đối tượng ảnh viễn thám 1.1.3 Lựa chọn tư liệu ảnh viễn thám 10 1.1.4 Chiết xuất thông tin tiếp cận đa quy mô 11 1.2 Tổng quan biến đổi lịng sơng 12 1.2.1 Khái quát chung hoạt động địa mạo dịng chảy biến đổi lịng sơng 12 1.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới biến động lòng sông 20 1.2.3 Sản phẩm biến đổi lịng sơng 24 1.3 Tổng quan cơng trình nghiên cứu lịng sơng cổ thành phố Hà Nội 26 1.3.1 Thời kỳ trước năm 1954 27 1.3.2 Thời kỳ sau 1954 28 1.4 Cơ sở liệu phƣơng pháp nghiên cứu 30 1.4.1 Cơ sở liệu 30 1.4.2 Các phương pháp nghiên cứu 30 1.4.2.1 Phương pháp kết hợp nghiên cứu địa mạo công nghệ viễn thám - GIS đánh giá biến đổi lòng sông 30 1.4.2.2 Các phương pháp khác 33 iii z CHƢƠNG 2: CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI Q TRÌNH BIẾN ĐỔI LỊNG SƠNG TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI 34 2.1 Điều kiện địa chất, tân kiến tạo 34 2.1.1 Cấu trúc địa chất, tân kiến tạo 34 2.1.2 Thành phần vật chất cấu tạo đồng 38 2.2 Địa hình trình địa mạo 44 2.2.1 Khái quát địa hình khu vực 44 2.2.2 Đặc điểm kiểu nguồn gốc địa hình 47 2.3 Điều kiện khí hậu 53 2.3.1 Đặc trưng cổ khí hậu 53 2.3.2 Điều kiện khí hậu đại 59 2.4 Điều kiện thủy văn 60 2.5 Các hoạt động nhân sinh 62 CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG LỊNG CỔ SƠNG ĐÁY, SƠNG NHUỆ KHU VỰC TP HÀ NỘI - CÁC TAI BIẾN THIÊN NHIÊN LIÊN QUAN VÀ ĐỊNH HƢỚNG PHÒNG TRÁNH 65 3.1 Ứng dụng viễn thám GIS phân tích hệ thống lịng sơng cổ 65 3.1.1 Ứng dụng viễn thám phân tích hệ thống lịng sơng cổ 65 3.1.1.1 Ứng dụng ảnh viễn thám đa thời gian xác lập khu vực thấp trũng 65 3.1.1.2 Xử lý ảnh viễn thám xác lập khu vực có độ ẩm cao 68 3.1.1.3 Bước lọc nhờ liệu mây, bóng mây bóng núi 78 3.1.1.4 Bóc tách liệu dựa tài liệu địa mạo, trắc lượng hình thái 82 iv z 3.1.2 Tích hợp viễn thám GIS cho xác định hệ thống lịng sơng cổ 83 3.1.2.1 Lọc bổ sung liệu lịng sơng cổ đơn vị địa mạo 84 3.1.2.2 Lọc bổ sung liệu lịng sơng cổ yếu tố nhân sinh 86 3.1.2.3 Phân tích dấu lịng sơng qua tài liệu địa chất, lỗ khoan địa tầng 90 3.2 Đặc điểm hệ thống lịng cổ sơng Đáy, sơng Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội 93 3.2.1 Hệ thống lịng cổ sơng Đáy, sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội 93 3.2.2 Phân tích hệ thống lịng sơng cổ vùng có mức độ biến động cao 96 3.2.2.1 Hệ thống lịng sơng cổ khu vực phía tây thành phố Hà Nội 96 3.2.2.2 Hệ thống lịng sơng cổ khu vực Chương Mỹ, Hà Nội 98 3.3 Các tai biến thiên nhiên liên quan định hƣớng phòng tránh 100 KẾT LUẬN 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 v z DANH MỤC HÌNH HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh viễn thám Hình 1.2: Phản xạ phổ đối tượng tự nhiên Hình 1.3: Đồ thị phản xạ phổ số loại nước Hình 1.4: Phản xạ phổ số loại đất Hình 1.5: Đặc tính phản xạ phổ đối tượng đô thị Hình 1.6: Sơ đồ cấu tạo đồng bãi bồi (a); đê thiên nhiên (b) 16 Hình 1.7: Hình thái thung lũng sơng vùng đồng 17 Hình 1.8: Quá trình hình thành khúc uốn thứ sinh từ khúc uốn nguyên thủy P-P 18 Hình 1.9: Các kiểu biến đổi lịng nhờ q trình uốn khúc lịng sơng 19 Hình 1.10: Dịng sơng cắt đứt cổ khúc uốn hình thành hồ móng ngựa 19 Hình 1.11: Cấu tạo bãi bồi hoàn chỉnh (theo N.I.Macaveiev) 25 Hình 1.12: Sơ đồ minh họa tầng trầm tích bãi bồi 25 Hình 1.13: Gờ cao ven lòng (đê thiên nhiên) 26 Hình 1.14: Dấu vết các dải trũng gờ cao ven lòng ảnh viễn thám 31 Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống đứt gãy kiến tạo đồ đẳng đáy trầm tích Kainozoi khối kiến trúc miền võng Hà Nội 36 Hình 2.2: Sơ đồ đẳng trầm tích Đệ tứ khu vực thành phố Hà Nội cũ 37 Hình 2.3: Bản đồ địa chất thành phố Hà Nội 39 Hình 2.4: Đê sơng Hồng đắp dải gờ cao ven lòng 51 Hình 2.5: Bãi bồi thấp (trái) cao (phải) dọc sông Đáy 51 Hình 2.6: Khối núi karst sót Quốc Oai 51 Hình 2.7: Thềm cấu tạo trầm tích hệ tầng Vĩnh Phúc Xuân Đỉnh với bề mặt phẳng 51 Hình 2.8: Dao động mực nước đại dương theo tác giả 54 Hình 2.9: Dao động mực biển Nam Trung Quốc từ Pleistocen muộn tới 54 vi z Hình 2.10: Sơ đồ tiến trình dao động mực nước biển Việt Nam Holocen 57 Hình 3.1: Ảnh vệ tinh Landsat thu nhận nhiều năm khu vực Hà Nội 66 Hình 3.2:Biểu đồ phản xạ phổ đối tượng ảnh Landsat 1989 68 Hình 3.3:Sơ đồ bước xử lý ảnh viễn thám để tách lớp thơng tin hồ sót lịng sông cổ 69 Hình 3.4:Biểu đồ phản xạ phổ đối tượng ảnh Landsat 1996 (Mùa khơ) 70 Hình 3.5:Biểu đồ phản xạ phổ đối tượng ảnh Landsat 2000 (Mùa khơ) 70 Hình 3.6:Biểu đồ phản xạ phổ đối tượng ảnh Landsat 2009 (Mùa khô) 70 Hình 3.7:Kênh ảnh vệ tinh Landsat chưa xử lý (A) so sánh với ảnh lọc (B) 72 Hình 3.8:Sơ đồ đối tượng có độ ẩm cao thời kỳ ảnh sau xử lý 73 Hình 3.9:Sơ đồ đối tượng có độ ẩm cao biến đổi mặt hồ tổng hợp qua thời kỳ thu nhận ảnh sau xử lý 74 Hình 3.10:Tuyến lát cắt so sánh lịng sơng phân tích lịng sơng thời gian thu nhận ảnh vào mùa mưa (năm 1989) mùa khô (2007) 75 Hình 3.11:Lát cắt lịng sơng cổ qua sản phẩm phân tích ảnh mùa khơ năm 2007 (tuyến A – A’) 75 Hình 3.12:Lát cắt lịng sơng cổ qua sản phẩm phân tích ảnh mùa mưa năm 1989 (tuyến B – B’) 75 Hình 3.13: Bản đồ hành Hà Nội năm 1980 năm 1991 77 Hình 3.14: Bản đồ hành Hà Nội năm 2010 77 Hình 3.15:Sơ đồ đối tượng có độ ẩm cao lọc ảnh hưởng mây, bóng mây bóng núi 80 Hình 3.16:Sơ đồ đối tượng dải trũng, lịng hồ so sánh với đồ ngập năm 2008 81 Hình 3.17:Sơ đồ đối tượng dải trũng, lịng hồ lọc qua yếu tố địa mạo 82 Hình 3.18:Sơ đồ bước xử lý, tích hợp lớp thơng tin, bóc tách lịng sơng cổ 83 Hình 3.19: Nhận biết lịng sơng cổ dựa phân bố hồ sót, dải trũng kéo vii z luan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noi dài với lớp than bùn (ví dụ khu vực xã Mễ Trì) 85 Hình 3.20: Lịng sơng cổ khơng bị ngập nước phía tây bắc Canh 85 Hình 3.21: Nhận biết lịng sơng cổ dựa phân bố gờ cao ven lòng dải sáng màu chạy dọc dải trũng hồ móng ngựa (tại khu vực cửa sơng Đáy (a) phía nam Quốc Oai (b)) 86 Hình 3.22: Các ruộng phân bố uốn khúc theo hướng chảy sông Hồng thuộc phía tây sơng Nhuệ 87 Hình 3.23: Ảnh Landsat năm 1989 khu vực phía nam sơng Đáy thể rõ phân bố ruộng phân bố theo tính chất uốn khúc lịng sơng 88 Hình 3.24: Sơ đồ đối tượng dải trũng, lòng hồ lọc qua yếu tố nhân sinh 89 Hình 3.25: Bản đồ địa mạo ảnh Landsat khu vực huyện Hoài Đức, Đan Phượng, Từ Liêm 90 Hình 3.26: Mặt cắt địa chất đệ tứ theo tuyến khoan từ Nhổn đến Đông Anh 91 Hình 3.27: Nhận biết lịng sơng cổ dựa yếu tố trầm tích (a) Bản đồ địa hình khu vực Nhân Chính; (b) Mặt cắt trầm tích điểm có lỗ khoan LK; (c) Ảnh khu vực có mặt cắt lớp cát sạn tướng lịng sơng 91 Hình 3.28: Tầng trầm tích sét than hồ Đống Đa dấu vết hoá than 91 Hình 3.29: Bản đồ hệ thống lịng sơng cổ khu vực thành phố Hà Nội 94 Hình 3.30: Hệ thống máng xói khu vực Đông Anh, Hà Nội 95 Hình 3.31: Hệ thống lịng sơng cổ khu vực phía tây thành phố Hà Nội 96 Hình 3.32: Địa hình trũng thấp khu vực huyện Chương Mỹ, Hà Nội 99 Hình 3.33: Di tích chùa Trăm Gian khu vực núi tuổi Triat thuộc hệ tầng Viên Nam 99 Hình 3.34: Các cơng trình xây dựng lịng sơng cổ xã Quốc Oai 102 Hình 3.35:Sụt lún cơng trình xây dựng lịng sơng cổ xã Quốc Oai (12/2008) 102 Hình 3.36: Các vị trí ngập sâu hầu hết trùng với nơi có lịng sơng cổ 102 viii z luan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noi luan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Ứng dụng kênh phổ Landsat ETM 10 Bảng 1.2: Phân loại kiểu lòng sơng aluvi sở tải lượng trầm tích 22 Bảng 2.1: Đặc trưng nhiệt độ lượng mưa bình quân Hà Nội 59 Bảng 2.2: Đặc trưng hình thái số sơng hệ thống sơng Hồng 61 Bảng 3.1: Các loạt ảnh sử dụng phân tích khu vực Hà Nội 65 Bảng 3.2: Kết hợp kênh ảnh làm tăng phân biệt đối tượng có độ ẩm cao với đối tượng khác 71 Bảng 3.3: Mối quan hệ vùng sụt lún mạnh với lịng sơng cổ 101 ix z luan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noi luan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noi MỞ ĐẦU Sông Đáy, sơng Nhuệ dịng sơng có vai trị quan trọng thủ Hà Nội Ngồi chức thoát lũ nay, chúng phải “gánh vác” trọng trách cho phát triển phồn thịnh thủ đô tương lai, trở thành trục cảnh quan, hành lang xanh, điều hồ khơng khí môi trường thủ đô Hà Nội, hay tạo cảnh quan môi trường cho đô thị sinh thái bên sơng v.v Chính vậy, hiểu biết sơng này, đặc biệt hình thành phát triển chúng khứ cấp thiết Quá trình hình thành phát triển sông Đáy, sông Nhuệ diễn từ hàng nghìn năm Trong suốt trình phát triển, chúng tạo nên đới biến động rộng lớn, đồng thời để lại dấu ấn địa hồ móng ngựa, dải trũng hay gờ cao ven lòng với đặc trưng riêng hình dạng, kích thước Các dấu vết này, phần tồn ngày nay, phần lớn bị hoạt động phát triển kinh tế, đặc biệt q trình thị hố, khơng cịn nhận hay biến thực địa Điều đáng quan tâm là, gắn liền với dấu vết cịn tiềm ẩn vấn đề liên quan tới tầng đất yếu hay trục lũ vùng đồng bằng…, có ảnh hưởng trực tiếp quan trọng đến trình quy hoạch phát triển đô thị Sự thiếu hiểu biết hoạt động quy hoạch không phù hợp với phân bố lịng sơng cổ, đới biến động chúng, dẫn tới hậu đáng tiếc, sụt lún móng cơng trình, gây ngập úng cục bộ… Nhiều cơng trình nghiên cứu đề cập tới hệ thống sông Hà Nội cơng bố, chưa có nhiều đề tài chuyên sâu nghiên cứu, xác lập lại hệ thống lòng cổ đới hoạt động hai sông Nhận thức tầm quan trọng vấn đề, học viên lựa chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ viễn thám GIS nghiên cứu tái hệ thống lịng cổ sơng Đáy, sơng Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội” làm luận văn thạc sĩ z luan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noiluan.van.thac.si.ung.dung.cong.nghe.vien.tham.va.gis.trong.nghien.cuu.tai.hien.he.thong.long.co.song.day.song.nhue.doan.chay.qua.thanh.pho.ha.noi