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

Sự thiếu hiểu biết cũng như các hoạt động quy hoạch không phù hợp với sự phân bố của các lòng sông cổ, cũng như đới biến động của chúng, có thể dẫn tới những hậu quả đáng tiếc, như sụt l

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẶNG KINH BẮC

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẶNG KINH BẮC

\\

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

Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và GIS

Mã số: 60.44.76

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Hiệu

Hà Nội – 2012

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM – GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI LÒNG SÔNG 4

1.1 Cơ sở viễn thám – GIS trong nghiên cứu địa lý 4

1.1.1 Cơ sở công nghệ viễn thám – GIS 4

1.1.2 Cơ sở phân tích, nhận dạng đối tượng trên ảnh viễn thám 5

1.1.3 Lựa chọn tư liệu ảnh viễn thám 10

1.1.4 Chiết xuất thông tin bằng tiếp cận đa quy mô 11

1.2 Tổng quan về biến đổi lòng sông 12

1.2.1 Khái quát chung về hoạt động địa mạo của dòng chảy và biến đổi lòng sông 12

1.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới biến động lòng sông 20

1.2.3 Sản phẩm của biến đổi lòng sông 24

1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu lòng sông cổ tại 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 dữ liệu và các phương pháp nghiên cứu 30

1.4.1 Cơ sở dữ liệu 30

1.4.2 Các phương pháp nghiên cứu 30

1.4.2.1 Phương pháp kết hợp nghiên cứu địa mạo và công nghệ viễn thám - GIS trong đánh giá biến đổi lòng sông 30

1.4.2.2 Các phương pháp khác 33

CHƯƠNG 2: CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI

LÒNG SÔNG 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 bằng 38

2.2 Địa hình và quá trình địa mạo 44

2.2.1 Khái quát địa hình khu vực 44

2.2.2 Đặc điểm các 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 hiện đại 59

2.4 Điều kiện thủy văn 60

2.5 Các hoạt động nhân sinh 62

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG LÒNG CỔ SÔNG ĐÁY, SÔNG NHUỆ KHU VỰC TP HÀ NỘI - CÁC TAI BIẾN THIÊN NHIÊN LIÊN QUAN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÒNG TRÁNH 65

3.1 Ứng dụng viễn thám và GIS trong phân tích hệ thống lòng sông cổ 65

3.1.1 Ứng dụng viễn thám trong phân tích hệ thống lòng sông cổ 65

3.1.1.1 Ứng dụng ảnh viễn thám đa thời gian xác lập các khu vực thấp trũng 65

3.1.1.2 Xử lý ảnh viễn thám xác lập các khu vực có độ ẩm cao 68

3.1.1.3 Bước lọc nhờ dữ liệu mây, bóng mây và bóng núi 78

3.1.1.4 Bóc tách dữ liệu dựa trên tài liệu địa mạo, trắc lượng hình thái 82

3.1.2 Tích hợp viễn thám và GIS cho xác định hệ thống lòng sông cổ 83

3.1.2.1 Lọc và bổ sung dữ liệu lòng sông cổ bằng các đơn vị địa mạo 84

3.1.2.2 Lọc và bổ sung dữ liệu lòng sông cổ bằng các yếu tố nhân sinh 86

3.1.2.3 Phân tích dấu hiện lòng sông qua tài liệu địa chất, lỗ khoan địa tầng 90

3.2 Đặc điểm hệ thống lòng cổ sông Đáy, sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội 93

3.2.1 Hệ thống lòng cổ sông Đáy, sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội 93

3.2.2 Phân tích hệ thống lòng sông cổ tại những vùng có mức độ biến động cao 96

3.2.2.1 Hệ thống lòng sông cổ khu vực phía tây thành phố Hà Nội 96

3.2.2.2 Hệ thống lòng sông cổ khu vực Chương Mỹ, Hà Nội 98

3.3 Các tai biến thiên nhiên liên quan và định hướng phòng tránh 100

KẾT LUẬN 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

DANH MỤC HÌNH HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám 4

Hình 1.2: Phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên chính 6

Hình 1.3: Đồ thị phản xạ phổ của một số loại nước 7

Hình 1.4: Phản xạ phổ của một số loại đất 7

Hình 1.5: Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng trong đô thị 8

Hình 1.6: Sơ đồ cấu tạo đồng bằng bãi bồi (a); đê thiên nhiên (b) 16

Hình 1.7: Hình thái thung lũng sông vùng đồng bằng 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 lòng nhờ quá trình uốn khúc lòng sông 19

Hình 1.10: Dòng sông cắt đứt cổ khúc uốn và hình thành hồ móng ngựa 19

Hình 1.11: Cấu tạo của một bãi bồi hoàn chỉnh (theo N.I.Macaveiev) 25

Hình 1.12: Sơ đồ minh họa các tầng trầm tích của bãi bồi 25

Hình 1.13: Gờ cao ven lòng (đê thiên nhiên) 26

Hình 1.14: Dấu vết các các dải trũng và các gờ cao ven lòng trên ảnh viễn thám 31

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống đứt gãy kiến tạo trên bản đồ đẳng đáy trầm tích Kainozoi và các 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 sông Hồng được đắp trên dải gờ cao ven lòng 51

Hình 2.5: Bãi bồi thấp (trái) và cao (phải) dọc sông Đáy 51

Hình 2.6: Khối núi karst sót tại Quốc Oai 51

Hình 2.7: Thềm cấu tạo bởi trầm tích hệ tầng Vĩnh Phúc tại Xuân Đỉnh với bề mặt khá phẳng 51

Hình 2.8: Dao động mực nước đại dương theo các tác giả 54

Hình 2.10: Sơ đồ tiến trình dao động mực nước biển Việt Nam trong Holocen 57

Hình 3.1: Ảnh vệ tinh Landsat thu nhận trong nhiều năm khu vực Hà Nội 66

Hình 3.2:Biểu đồ phản xạ phổ các đối tượng trên ảnh Landsat 1989 68

Hình 3.3:Sơ đồ các bước xử lý ảnh viễn thám để tách lớp thông tin các hồ sót và lòng sông cổ 69

Hình 3.4:Biểu đồ phản xạ phổ các đối tượng trên ảnh Landsat 1996 (Mùa khô) 70

Hình 3.5:Biểu đồ phản xạ phổ các đối tượng trên ảnh Landsat 2000 (Mùa khô) 70

Hình 3.6:Biểu đồ phản xạ phổ các đối tượng trên ảnh Landsat 2009 (Mùa khô) 70

Hình 3.7:Kênh 5 của ảnh vệ tinh Landsat chưa xử lý (A) so sánh với ảnh đã lọc (B) 72

Hình 3.8:Sơ đồ các đối tượng có độ ẩm cao trên 7 thời kỳ ảnh sau khi xử lý 73

Hình 3.9:Sơ đồ các đối tượng có độ ẩm cao và sự biến đổi mặt hồ được tổng hợp qua thời kỳ thu nhận ảnh sau khi đã xử lý 74

Hình 3.10:Tuyến lát cắt so sánh lòng sông phân tích lòng sông trên 2 thời gian thu nhận ảnh vào mùa mưa (năm 1989) và mùa khô (2007) 75

Hình 3.11:Lát cắt lòng sông cổ qua sản phẩm phân tích ảnh mùa khô năm 2007 (tuyến A – A’) 75

Hình 3.12:Lát cắt lòng sông cổ qua sản phẩm phân tích ảnh mùa mưa năm 1989 (tuyến B – B’) 75

Hình 3.13: Bản đồ hành chính Hà Nội năm 1980 và năm 1991 77

Hình 3.14: Bản đồ hành chính Hà Nội năm 2010 77

Hình 3.15:Sơ đồ các đối tượng có độ ẩm cao được lọc những ảnh hưởng của mây, bóng mây và bóng núi 80

Hình 3.16:Sơ đồ các đối tượng dải trũng, lòng hồ so sánh với bản đồ ngập năm 2008 81

Hình 3.17:Sơ đồ các đối tượng dải trũng, lòng hồ được lọc qua yếu tố địa mạo 82

Hình 3.18:Sơ đồ các bước xử lý, tích hợp các lớp thông tin, bóc tách lòng sông cổ 83 Hình 3.19: Nhận biết các lòng sông cổ dựa trên sự phân bố các hồ sót, dải trũng kéo

dài với lớp than bùn (ví dụ tại khu vực xã Mễ Trì) 85

Hình 3.20: Lòng sông cổ không bị ngập nước tại phía tây bắc Canh 85

Hình 3.21: Nhận biết các lòng sông cổ dựa trên sự phân bố các gờ cao ven lòng là các dải sáng màu chạy dọc các dải trũng và hồ móng ngựa (tại khu vực cửa sông Đáy (a) và phía nam Quốc Oai (b)) 86

Hình 3.22: Các thửa ruộng được phân bố uốn khúc đúng theo hướng chảy của sông Hồng thuộc phía tây sông Nhuệ 87

Hình 3.23: Ảnh Landsat năm 1989 khu vực phía nam sông Đáy thể hiện rõ sự phân bố các thửa ruộng phân bố theo tính chất uốn khúc lòng sông 88

Hình 3.24: Sơ đồ các đối tượng dải trũng, lòng hồ được lọc qua các yếu tố nhân sinh 89

Hình 3.25: Bản đồ địa mạo và 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 lòng sông cổ dựa trên yếu tố trầm tích (a) Bản đồ địa hình khu vực Nhân Chính; (b) Mặt cắt trầm tích tại điểm có lỗ khoan LK; (c) Ảnh khu vực có mặt cắt là lớp cát sạn tướng lòng sông 91

Hình 3.28: Tầng trầm tích sét than tại hồ Đống Đa và dấu vết cây đang hoá than 91

Hình 3.29: Bản đồ hệ thống lòng sông cổ khu vực thành phố Hà Nội 94

Hình 3.30: Hệ thống máng xói tại khu vực Đông Anh, Hà Nội 95

Hình 3.31: Hệ thống lòng sông cổ khu vực phía tây thành phố Hà Nội 96

Hình 3.32: Địa hình trũng thấp tại khu vực huyện Chương Mỹ, Hà Nội 99

Hình 3.33: Di tích chùa Trăm Gian tại khu vực núi tuổi Triat thuộc hệ tầng Viên Nam 99

Hình 3.34: Các công trình xây dựng ngay trên các lòng sông cổ tại xã Quốc Oai 102

Hình 3.35:Sụt lún các công trình xây dựng trên lòng sông cổ tại xã Quốc Oai (12/2008) 102

Hình 3.36: Các vị trí ngập sâu nhất hầu hết đều trùng với những nơi có lòng sông cổ 102

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Ứng dụng chính của các kênh phổ của Landsat ETM 10

Bảng 1.2: Phân loại các kiểu lòng sông aluvi trên cơ sở tải lượng trầm tích 22

Bảng 2.1: Đặc trưng nhiệt độ và lượng mưa bình quân của Hà Nội 59

Bảng 2.2: Đặc trưng hình thái một số sông chính của hệ thống sông Hồng 61

Bảng 3.1: Các loạt ảnh được sử dụng trong phân tích khu vực Hà Nội 65

Bảng 3.2: Kết hợp các kênh ảnh làm tăng sự phân biệt của các đối tượng có độ ẩm cao với các đối tượng khác 71

Bảng 3.3: Mối quan hệ giữa những vùng sụt lún mạnh với lòng sông cổ 101

MỞ ĐẦU

Sông Đáy, sông Nhuệ là những dòng sông có vai trò hết sức quan trọng đối với thủ đô Hà Nội Ngoài chức năng thoát lũ hiện nay, chúng sẽ phải “gánh vác” những trọng trách mới cho sự phát triển phồn thịnh của thủ đô trong tương lai, trở thành những trục cảnh quan, hành lang xanh, điều hoà không khí và môi trường của thủ đô

Hà Nội, hay tạo cảnh quan môi trường cho các đô thị sinh thái bên sông v.v Chính bởi vậy, sự hiểu biết về những con sông này, đặc biệt về sự hình thành và phát triển của chúng trong quá khứ cũng như hiện nay là hết sức cấp thiết

Quá trình hình thành và phát triển của sông Đáy, sông Nhuệ đã diễn ra từ hàng nghìn năm Trong suốt quá trình phát triển, chúng đã tạo nên các đới biến động rộng lớn, đồng thời cũng để lại những dấu ấn của mình trên địa hình như hồ móng ngựa, dải trũng hay các gờ cao ven lòng với những đặc trưng riêng về hình dạng, kích thước Các dấu vết này, một phần còn tồn tại cho đến ngày nay, còn phần lớn đã bị các hoạt động phát triển kinh tế, đặc biệt là quá trình đô thị hoá, không còn nhận ra được nữa hay biến mất trên thực địa Điều đáng quan tâm là, gắn liền với những dấu vết đó còn tiềm ẩn những vấn đề liên quan tới các tầng đất yếu hay các trục thoát lũ trên vùng đồng bằng…, có ảnh hưởng trực tiếp và quan trọng đến quá trình quy hoạch và phát triển đô thị Sự thiếu hiểu biết cũng như các hoạt động quy hoạch không phù hợp với sự phân

bố của các lòng sông cổ, cũng như đới biến động của chúng, có thể dẫn tới những hậu quả đáng tiếc, như sụt lún nền móng công trình, gây ngập úng cục bộ…

Nhiều công trình nghiên cứu đề cập tới hệ thống sông ở Hà Nội đã được công

bố, nhưng cho đến nay chưa có nhiều đề tài chuyên sâu nghiên cứu, xác lập lại hệ thống lòng cổ và đới hoạt động của hai con sông này Nhận thức được tầm quan trọng

của vấn đề, học viên đã lựa chọn đề tài: “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” làm luận văn thạc sĩ của mình

Mục tiêu của đề tài

Tái hiện được hệ thống lòng cổ của sông Đáy, sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội, góp phần giảm nhẹ các thiệt hại do những tai biến thiên nhiên liên quan với biến động lòng sông (ngập úng, sụt lún đất, ) gây ra trên cơ sở ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý

Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu của đề tài

Để đạt được mục tiêu trên, báo cáo giải quyết các nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu sau:

- Thu thập và tổng hợp tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội liên quan đến khu vực nghiên cứu;

- Tổng quan cơ sở lý luận và thực tiễn của việc ứng dụng công nghệ viễn thám

và GIS trong nghiên cứu biến động lòng sông;

- Phân tích các nhân tố ảnh hưởng tới biến động lòng sông;

- Phân tích dấu hiệu nhận biết các lòng sông cổ trên ảnh vệ tinh;

- Xác lập (tái hiện) hệ thống lòng sông cổ trên cơ sở tích hợp thông tin địa chất, địa mạo với sự hỗ trợ của công nghệ viễn thám và GIS;

- Đề xuất một số giải pháp phòng tránh, giảm thiểu tai biến thiên nhiên liên quan tới các lòng cổ và sự biến động lòng sông khu vực thành phố Hà Nội

Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài tài là khu vực nằm trong phạm vi thành phố Hà

Nội (hình 1), tập trung vào các khu vực xuất hiện hệ thống lòng cổ sông Đáy và sông

Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội (tập trung phân tích cho khu vực phía nam sông Hồng)

- Phạm vi khoa học: Nghiên cứu biến động lòng sông Đáy - sông Nhuệ từ sau

biển tiến Flandrian đến hiện đại (từ Holocen muộn đến nay)

- Khả năng ứng dụng trong thực tiễn: Trên cơ sở nghiên cứu, tái hiện hệ thống

lòng sông cổ khu vực thành phố Hà Nội, học viên phân tích và xác lập các mối liên hệ

giữa lòng sông cổ với các tai biến thiên nhiên như ngập lụt; độ ổn định của nền móng công trình kém, làm cơ sở tài liệu quan trọng cho công tác quy hoạch, phát triển đô thị trong tương lai

Hình 1: Khu vực nghiên cứu

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM – GIS

TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔILÒNG SÔNG 1.1 Cơ sở viễn thám – GIS trong nghiên cứu địa lý

1.1.1 Cơ sở công nghệ viễn thám - GIS

Viễn thám (Remote sensing) được định nghĩa bằng nhiều cách khác nhau, nhưng nói chung đều thống nhất là khoa học và công nghệ thu thập thông tin của vật thể mà không tiếp xúc trực tiếp với vật thể đó Định nghĩa sau đây có thể coi là tiêu biểu:

“Viễn thám là khoa học và công nghệ mà theo đó các đặc tính đối tượng quan tâm được nhận diện, đo đạc, phân tích các tính chất mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng” Đối tượng trong định nghĩa này có thể hiểu là một đối tượng cụ thể, một vùng hay một hiện tượng

Viễn thám điện từ là khoa học và công nghệ sử dụng sóng điện từ để chuyển tải thông tin từ vật cần nghiên cứu tới thiết bị thu nhận thông tin cũng như công nghệ xử

lý để các thông tin thu nhận có ý nghĩa

Các thiết bị dùng để thu nhận sóng điện từ bộ cảm được gọi là vật mang (platform) Máy bay và vệ tinh là những vật mang thông dụng trong kỹ thuật viễn thám

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám

Tín hiệu điện từ thu nhận từ đối tượng nghiên cứu mang theo thông tin về đối tượng Các thiết bị viễn thám thu nhận xử lý các thông tin nàytừ thông tin phổ, tiếp tục tiến hành nhận biết, xác định được các đối tượng [35]

1.1.2 Cơ sở phân tích, nhận dạng đối tượng trên ảnh viễn thám

Thông tin trên ảnh viễn thám có được về các đối tượng nhờ vào quá trình “chụp ảnh” vệ tinh mà thực chất là quá trình thu nhận năng lượng sóng điện từ phản xạ hoặc phát xạ từ vật thể Thông tin có được về đối tượng trong quá trình này chính là nhờ sự khác biệt của phản ứng với sóng điện từ của các đối tượng khác nhau (phản xạ, hấp thụ hay phân tách sóng điện từ)

Năng lượng sóng phản xạ từ đối tượng bao gồm hai phần:

- Năng lượng phản xạ trực tiếp từ bề mặt đối tượng

- Năng lượng tán xạ bởi cấu trúc bề mặt đối tượng

Năng lượng phản xạ trực tiếp không phụ thuộc vào bản chất của đối tượng mà chỉ phụ thuộc vào đặc tính bề mặt: độ gồ ghề, hướng, của đối tượng

Năng lượng tán xạ là kết quả của một quá trình tương tác giữa bức xạ với bề dày của đối tượng mà bức xạ đó có khả năng xuyên tới Năng lượng này phụ thuộc vào cấu trúc, bản chất và trạng thái của đối tượng Đây là nguồn năng lượng mang thông tin giúp ta có thể nhận biết được các đối tượng và trạng thái của chúng

Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ bằng các cách thức khác nhau và các đặc trưng này thường được gọi là đặc trưng phổ Phổ phản xạ là thông tin quan trọng nhất mà viễn thám thu được về các đối tượng Đối với mỗi vật trong tự nhiên có đặc tính phản xạ phổ điện từ khác nhau trên các bước sóng khác nhau Dựa vào đặc điểm phổ phản xạ có thể phân tích, so sánh và nhận diện các đối tượng trên bề mặt Các đối tượng chủ yếu trên mặt đất bao gồm: lớp phủ thực vật, nước, đất hay cát, đá công trình xây dựng Mỗi loại này có phản xạ khác nhau với sóng điện từ tại các bước sóng khác nhau

Hình 1.2 Phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên chính

Đây là hình biểu diễn đường cong phản xạ phổ của các loại lớp phủ mặt đất (thực vật, đất và nước), chúng có tính chất khái quát việc phản xạ phổ của ba loại lớp phủ chủ yếu Trên thực tế, các loại thực vật, đất và nước khác nhau sẽ có các đường cong phản xạ phổ khác nhau Sự khác nhau này chủ yếu được thể hiện ở độ lớn của phần trăm phản xạ, song hình dạng tương đối của đường cong ít khi có sự thay đổi

Thực vật: phản xạ phổ cao nhất ở bước sóng màu lục (0.5-0.6μm) (tương ứng với dải sóng màu lục-Green) trong vùng nhìn thấy và có màu xanh lục Khi diệp lục tố giảm đi, thực vật chuyển sang khả năng phản xạ ánh sáng màu đỏ trội hơn, dẫn đến lá cây có màu vàng (do tổ hợp màu Green và Red) hoặc màu đỏ hẳn Các đặc trưng phản

xạ phổ của thực vật nổi bật nhất ở vùng hồng ngoại gần (0,7-1.4μm), là vùng bước sóng

mà thực vật có phản xạ cao nhất Mức độ phản xạ của thực vật phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau, có thể kể đến là lượng chlorophyll (diệp lục), độ dày tán lá và cấu trúc tán lá

Nước: có phản xạ chủ yếu nằm trong vùng nhìn thấy (0.4-0.7μm) và phản xạ mạnh

ở dải sóng lam (0.4-0.5μm) và lục (0.5-0.6μm) Giá trị phản xạ của một đối tượng nước phụ thuộc chủ yếu vào độ đục của nó Nước trong có giá trị phản xạ rất khác nước đục, nước càng đục có độ phản xạ càng cao

Hình 1.3 Đồ thị phản xạ phổ của một số loại nước

Ðất: có phần trăm phản xạ tăng dần theo chiều tăng của chiều dài bước sóng Phần trăm phản xạ của đất chủ yếu phụ thuộc vào độ ẩm và màu của đất Đất khô, đường cong phổ phản xạ của đất khô tương đối đơn giản, ít có những cực đại và cực tiểu một cách rõ ràng, lý do chính là các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất phổ của đất khá phức tạp và không rõ ràng như ở thực vật Tuy nhiên quy luật chung là giá trị phổ phản xạ của đất tăng dần về phía sóng có bước sóng dài Các cực trị hấp thụ phổ do hơi nước cũng diễn ra ở vùng 1.4; 1.9 và 2.7μm

Hình 1.4 Phản xạ phổ của một số loại đất

Cùng với các đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên cơ bản, Root và Mille vào năm 1971 nghiên cứu và đưa ra các đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng chính trong đô thị như bê tông, ván lợp, nhựa đường và đất trống Các đặc trưng này là thông tin quan trọng giúp quá trình giải đoán các đối tượng đô thị

Hình 1.5 Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng trong đô thị

(Nguồn: “Root và Mille 1971”)

Phổ phản xạ là thông tin quan trọng nhất mà viễn thám thu được về các đối tượng Dựa vào đặc điểm phổ phản xạ (cường độ, dạng đường cong ở các dải sóng khác nhau) có thể phân tích, so sánh và nhận diện các đối tượng trên bề mặt Thông tin

về phổ là thông tin đầu tiên, là tiền đề cho các phương pháp phân tích ảnh trong viễn thám

Các đối tượng khác nhau trong cùng một nhóm đối tượng sẽ có dạng đường cong phổ phản xạ chung, tương đối giống nhau, song sẽ khác nhau về các chi tiết nhỏ trên đường cong hoặc khác nhau về độ lớn giá trị cường độ phản xạ Khi tính chất của đối tượng thay đổi thì đường cong phổ phản xạ cũng bị biến đổi theo Một loại sai biệt nữa là sự sai biệt có tính chất cục bộ khi cấu trúc của đối tượng khác nhau trong không gian (ví dụ lúa được cấy và lúa được sạ), hoặc cấu trúc đó khác nhau theo hướng của nguồn sáng (ví dụ các dãy cây trồng hướng Bắc Nam sẽ có ảnh khác với cũng các dãy

đó được trồng hướng Đông – Tây)

Các thông số quan trọng nhất đặc trưng cho khả năng thông tin cung cấp của một ảnh vệ tinh là độ phân giải của nó Có ba loại độ phân giải: độ phân giải không gian, độ phân giải phổ và độ phân giải thời gian

Độ phân giải không gian

Độ phân giải không gian của một ảnh vệ tinh, do đặc tính của đầu thu, phụ thuộc vào hai thông số FOV (Field of view-trường/góc nhìn) và IFOV (instantaneous field of view - trường/góc nhìn tức thì) được thiết kế sẵn Thông số FOV cho ta thấy được phạm vi không gian mà đầu thu có thể thu nhận được sóng điện từ từ đối tượng Rõ ràng là với góc nhìn càng lớn (FOV càng lớn) thì ảnh thu được càng rộng, và với cùng một góc nhìn, vệ tinh nào có độ cao lớn hơn sẽ có khoảng thu ảnh lớn hơn Còn với IFOV của đầu thu đặc trưng cho phạm vi không gian Tổng hợp giá trị bức xạ của các đối tượng trong một góc IFOV được thu nhận cùng một lúc và mang một giá trị, được ghi nhận như một điểm ảnh Trong ảnh số, một điểm ảnh được gọi là một pixel và giá trị kích thước pixel đặc trưng cho khả năng phân giải không gian của ảnh Góc IFOV càng nhỏ thì khả năng phân biệt các đối tượng trong không gian càng lớn, nghĩa là giá trị pixel càng nhỏ và phạm vi “chụp” ảnh càng hẹp

Ý nghĩa quan trọng nhất của độ phân giải không gian là cho ta biết các đối tượng nhỏ nhất mà có thể phân biệt được trên ảnh

Độ phân giải phổ

Không phải toàn bộ giải sóng điện từ được sử dụng trong việc thu nhận ảnh viễn thám Tuỳ thuộc vào mục đích thu thập thông tin, mỗi loại đầu thu được thiết kế để có thể thu nhận sóng điện từ trong một số khoảng bước sóng nhất định Độ rộng hẹp của khoảng bước sóng này là độ phân giải phổ của ảnh, khoảng bước sóng càng hẹp thì tính chất phản xạ phổ của đối tượng càng đồng nhất Các khoảng bước sóng này được gọi là các kênh ảnh

Bức xạ phổ (bao gồm cả phản xạ, tán xạ và bức xạ riêng) của một đối tượng thay đổi theo bước sóng điện từ Như vậy, ảnh chụp đối tượng trên các kênh khác nhau sẽ khác nhau và điều này có nghĩa là ảnh được thu trên càng nhiều kênh thì càng có nhiều

thông tin về đối tượng được thu thập Số lượng kênh ảnh được gọi là độ phân giải phổ

Độ phân giải phổ càng cao (càng nhiều kênh ảnh) thì thông tin thu thập từ đối tượng càng nhiều và giá thành càng lớn Thông thường, các vệ tinh đa phổ thường có số kênh ảnh từ khoảng 3 đến 10 kênh Hiện nay, trong viễn thám đa phổ, các loại vệ tinh viễn thám có khả năng thu được rất nhiều kênh ảnh (trên 30 kênh) gọi là các vệ tinh siêu phổ (hyperspectral satellite) đang được phát triển

Độ phân giải thời gian

Vệ tinh viễn thám chuyển động trên quĩ đạo và chụp ảnh khu vực theo một chu

kì Khoảng thời gian lặp giữa các lần chụp được gọi là độ phân giải thời gian của vệ tinh, khoảng thời gian này càng nhỏ thì thông tin thu thập (hay ảnh chụp) càng nhiều [35]

Tóm lại, thông tin trên ảnh viễn thám quang học là phản xạ phổ của các đối tượng trên mặt đất, bao gồm lớp phủ thực vật, nước và đất trống được ghi nhận thành từng pixel ảnh có độ phân giải không gian xác định, trên nhiều kênh phổ xác định và vào một thời gian xác định

1.1.3 Lựa chọn tư liệu ảnh viễn thám

Khả năng nhận biết đối tượng trên ảnh vệ tinh phụ thuộc vào độ phân giải không gian của ảnh Ta có thể chia ra thành 4 mức dữ liệu ảnh viễn thám bao gồm: dữ liệu có

độ phân giải thấp như ảnh NOAA…, dữ liệu có độ phân giải trung bình như ảnh Landsat MSS (80m)…, dữ liệu có độ phân giải cao như Landsat TM (30m, 15m), SPOT (20m, 10m), Aster (15m) và ảnh có độ phân giải siêu cao như IKONOS (1-5m), ảnh Quickbird (0,6m) Đối với ảnh Landsat MSS thì ảnh ETM có độ phân giải không gian cao hơn, độ phân giải phổ cũng cao hơn (ảnh Landsat ETM có 7 kênh phổ, còn ảnh Landsat MSS có 4 kênh phổ)

Bảng 1.1 Ứng dụng chính của các kênh phổ của Landsat ETM

Kênh Bước sóng (µm) Vị trí kênh phổ Các ứng dụng chính

- Có ích đối với lập bản đồ đường bờ

vì kênh này có khả năng cho phản xạ khác nhau rất rõ đối tượng nước với

đất

- Có khả năng phân biệt rõ đất- thực vật nên thuận tiện thành lập bản đồ kiểu rừng và các đối tượng văn hóa

- Dải sóng này thiết kế nhằm đo giá trị phản xạ cao nhất của ánh sáng màu lục, do đó rất có ích cho việc phân biệt

và đánh giá sức khỏe của thực vật

5 1.55-1.75 Hồng ngoại

giữa

- Cho biết chỉ thị độ ẩm của thực vật,

độ ẩm của đất, và có thể dựa vào đó phân biệt vùng tuyết và mây

1.1.4 Chiết xuất thông tin bằng tiếp cận đa quy mô

Để chiết xuất thông tin từ ảnh viễn thám, có nhiều cách tiếp cận khác nhau, có thể chia ra làm hai cách chính là giải đoán ảnh bằng mắt thường và xử lý ảnh số

a Giải đoán bằng mắt thường

Giải đoán bằng mắt thường là phương pháp khoanh định các vật thể cũng như xác định trạng thái của chúng nhờ phân biệt các đặc tính yếu tố ảnh (độ sáng, kiến trúc, kiểu mẫu, hình dạng, kích thước, bóng, vị trí, màu) và các yếu tố địa kỹ thuật Cơ sở để giải đoán bằng mắt là các chuẩn giải đoán và khóa giải đoán Phương pháp này có thể khai thác các tri thức chuyên gia và kinh nghiệm của người giải đoán, đồng thời phân

tích được các thông tin phân bố không gian một cách dễ dàng Kết quả giải đoán phụ thuộc rất nhiều vào khả năng của người phân tích Tất nhiên, hạn chế của giải đoán bằng mắt là không nhận biết được hết các đặc tính phổ của đối tượng, nguyên nhân do khả năng phân biệt sự khác biệt về phổ của mắt người hạn chế (12-14 mức)

Như vậy, trong giải đoán bằng mắt phải nắm bắt và phân biệt được các dấu hiệu giải đoán, công việc đó đòi hỏi người giải đoán phải có kiến thức chuyên môn vững để

có thể kết hợp tốt các kiến thức trong quá trình giải đoán ảnh và chỉ có vậy mới có thể đưa ra kết quả chính xác

b Phương pháp xử lý ảnh số

Xử lý ảnh số là phương pháp phân tích tư liệu viễn thám dạng hình ảnh số Ưu thế của phương pháp xử lý số là có thể phân tích được tín hiệu phổ rất chi tiết (256 mức hoặc hơn) Với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng, có thể tách chiết rất nhiều thông tin phổ của đối tượng, từ đó có thể nhận biết các đối tượng một cách tự động Tất nhiên, quá trình xử lý số cần có sự kết hợp nhuần nhuyễn với kiến thức chuyên môn của người phân tích, hoặc người lập trình các chương trình tính toán Ưu điểm nổi bật là thời gian xử lý ngắn, việc phân loại đối tượng được tiến hành nhanh chóng trên phạm vi rộng mà không cần nhiều công đi thực địa, công việc thực hiện hoàn toàn dựa vào cấp độ xám của pixel nên kết quả thu được khách quan không phụ thuộc chủ quan của người giải đoán Nhược điểm cơ bản của phương pháp xử lý số

là không tận dụng được tri thức và kinh nghiệm của con người Đồng thời do xử lý số chỉ thuần túy dựa vào đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng nên còn có sự nhầm lẫn cho việc phân tích thông tin của một số đối tượng Do vậy, phương pháp này cần có sự

bổ sung, kiểm chứng dữ liệu bằng GIS và thực tế ngoài thực địa

1.2 Tổng quan về biến đổi lòng sông

1.2.1 Khái quát chung về hoạt động địa mạo dòng chảy và biến đổi lòng sông

Hoạt động địa mạo dòng chảy rất không ổn định trong không gian và thời gian

và bao giờ cũng đồng thời tồn tại hai quá trình đối ngược nhau là quá trình xâm thực và tích tụ Hai quá trình này đều đồng thời tồn tại trong hoạt động của cùng một dòng

sông, thậm chí ngay trong cùng một mặt cắt ngang của nó, như người ta thường nói

“con sông bên lở (xâm thực ngang), bên bồi (tích tụ)” Tuy vậy, vẫn có thể phân biệt trong trắc diện dọc của nó những đoạn mà tại đó một trong hai quá trình này chiếm ưu thế Lý thuyết về hoạt động địa mạo dòng chảy đã được đề cập khá đầy đủ trong giáo trình Địa mạo đại cương của GS Đào Đình Bắc và một số tác giả khác [6] Dưới đây là những nét cơ bản nhất về hoạt động này

Hoạt động xâm thực và tích tụ của dòng chảy được thực hiện do chúng có động

năng hay còn gọi là hoạt lực, được tính bằng công thức:

F=mv 2 /2

F: là động năng của dòng nước; m: khối lượng nước; v: tốc độ dòng chảy

Hoạt lực của dòng nước biến đổi liên tục trong không gian và thời gian do khối lượng nước tham gia dòng chảy (m) luôn thay đổi, tốc độ đáy dòng, độ sâu dòng và tốc

độ của dòng cũng thay đổi trong mặt cắt dọc và mặt cắt ngang của nó Mặt khác khối lượng dòng rắn cũng thay đổi liên tục do nhiều nguyên nhân khác nhau Tất cả những

sự không ổn định đó trong từng thông số của dòng chảy chính là nguyên nhân khiến cho có sự xen kẽ giữa hoạt động xâm thực với bồi tụ ngay trong cùng một mặt cắt ngang của dòng chảy

Một trong hai quá trình xâm thực hay tích tụ sẽ xảy ra là tùy thuộc vào tương quan giữa động năng của dòng chảy (khả năng vận tải) và khối lượng dòng rắn Mặt khác,

cả hai quá trình xâm thực và tích tụ đều luôn luôn đồng thời xảy ra tại mỗi khúc sông Nguyên nhân là do bản thân dòng sông không phải là một dòng chảy đồng nhất: bên cạnh chuyển động tiến là chủ yếu còn có sự vận động của nước theo chiều ngang từ bờ này sang bờ kia, nghĩa là dòng sông là một dòng chảy rối Trong lát cắt ngang của dòng sông, tốc độ phân bố không đồng đều: dòng nước chảy mạnh nhất tại vị trí đường trục Tại mỗi khúc uốn, đường trục nằm ép về phía bờ lõm Ở đây đồng thời với dòng chảy tiến còn có dòng nước đi xuống khá mạnh, gây tác dụng bào mòn bờ và đáy Dưới đáy, dòng đi xuống đó tiếp tục vận chuyển về phía bờ lồi đối diện, đồng thời vẫn tiếp tục nằm trong dòng chảy tiến chung Sau khi đạt tới bờ lồi đối diện nó chảy ngược lên mặt nước

rồi lại theo bề mặt dòng chảy tiến về bờ bên kia (bờ lõm) Cả trong trường hợp này nữa

nó cũng vẫn liên tục nằm trong dòng tiến chung Kết quả là khi chảy dưới đáy cũng như trên bề mặt, dòng ngang đều chịu ảnh hưởng của dòng tiến nên khi chuyển động

từ bờ này sang bờ bên kia nó cũng đã chuyển động được một đoạn xuôi dòng Vì vậy

mà dòng nước có dạng dòng chảy kiểu xoắn thừng

Trong phạm vi từng khúc uốn, lòng sông có trắc diện ngang không đối xứng: bờ lõm bị xâm thực mạnh nên sâu và dốc hơn, bờ lồi được bồi đắp nên thoải hơn Tại bờ lõm, dòng sông chảy xiết hơn, do đó mà hiện tượng xâm thực bờ và xâm thực đáy ở đây đều xảy ra mạnh Ngược lại, ở phía bờ đối diện - bờ lồi - tốc độ dòng chảy yếu hơn nên xảy ra quá trình tích tụ Mặt khác, tác dụng của dòng hoàn lưu ngang ở đây có thể thấy rất rõ ràng: ở phía bờ lõm nó đi xuống, tăng cường thêm sự xâm thực bờ và đáy, rồi vận động trên mặt đáy sang phía bờ lồi đối diện, đồng thời cuốn theo những sản phẩm vừa xâm thực đó để bồi đắp cho bờ lồi (dòng đi lên) Kết quả là bờ lõm ngày càng bị khoét sâu, giật lùi lại, còn bờ lồi ngày càng được bồi đắp, tiến vào lòng sông

Sự chuyển dịch theo chiều ngang như vậy của lòng sông xảy ra đặc biệt mạnh

mẽ và chủ yếu vào thời kì nước lũ, tức là quá trình này mang tính chất đột biến Bờ lồi

do đó cũng được bồi đắp và tiến vào lòng sông một cách đột biến - mỗi trận lũ hay mùa

lũ lại bồi đắp thêm, khiến cho bờ lồi tiến vào lòng sông một đoạn nhỏ Kết quả là tạo ra bãi cạn ven lòng sông với nhiều bậc nhỏ được bao phủ bằng một lớp phù sa mỏng, hình

thành một bề mặt bậc thang nghiêng mà tác giả E Chaput gọi là bậc thềm đa sinh

Do đặc điểm cấu trúc địa chất, hình thái địa hình và đặc điểm của dòng chảy lỏng, ngay từ lúc mới hình thành, các dòng sông đã rất quanh co, có nhiều khúc uốn

Đó là những khúc uốn nguyên thủy hay còn gọi là khúc uốn sơn văn Như vậy, tính chất

quanh co, uốn khúc là một đặc điểm tất yếu của bất kì dòng sông nào Trong quá trình tiến hóa tiếp sau đó, các khúc uốn nguyên thủy được dòng sông gia công và làm biến dạng liên tục để tạo ra những khúc uốn thứ sinh theo những quy luật nhất định Các khúc uốn thứ sinh nằm kẹp giữa hai cửa sông phụ lưu liên tiếp nhau có dạng những cánh cung trơn tru, với độ cong và kích thước tương đồng nhau, lặp đi lặp lại một cách

chu kì Sự thành tạo hệ thống những khúc uốn thứ sinh như vậy cũng là một quy luật tất yếu trong quá trình phát triển lòng sông Quá trình xê dịch khúc uốn theo chiều nằm ngang xảy ra mạnh mẽ và có ý nghĩa hình thái rất to lớn đối với thung lũng sông Xu hướng chuyển dịch khúc uốn như vậy đặc trưng cho mọi dòng chảy mà không bị rằng buộc bởi tính chất của nham thạch cấu thành sườn Điều khác nhau chỉ là ở tốc độ của quá trình: nếu bờ dốc đứng và đất đá cứng chắc hoặc khả năng thoát nước theo các khe rãnh diễn ra mạnh thì quá trình này sẽ diễn ra chậm hơn so với những trường hợp khác Hiện tượng dòng sông uốn khúc, sự phát triển của hệ thống các khúc uốn thứ sinh đóng vai trò quyết định trong việc thành tạo các bãi bồi phù sa rộng lớn

Biến động lòng sông ở vùng đồng bằng

Sự hình thành và biến đổi lòng sông gắn liền với sự phát triển của đồng bằng bãi bồi ở vùng đồng bằng gắn liền với quá trình thành tạo những dạng địa hình đặc trưng nơi đây, như các đê cát tự nhiên, lòng sông cổ hay những bãi bồi rộng lớn,… Mỗi đối tượng địa hình này đều có những đặc trưng riêng giúp chúng ta có thể nhận biết chúng trên bề mặt đồng bằng [9]

Đồng bằng bãi bồi (floodplain)

Đồng bằng bãi bồicó nguồn gốc phát sinh là đồng bằng tích tụ sông, hình thành

ở những bãi bồi sông phát triển mở rộng Chúng thường phát triển trong đáy các thung lũng có biểu hiện võng hạ tương đối hoặc tuyệt đối hoặc ở những nơi cắt nhau của các đứt gãy kiến tạo Lũ lụt liên quan mật thiết với sự hình thành đồng bằng này Đồng bằng bãi bồi được cấu tạo bởi trầm tích nguồn gốc sông là chủ yếu, ngoài ra còn có một phần nhỏ là trầm tích do gió, hay trầm tích nguồn gốc sông – biển ở khu vực ven

bờ Trên nền đồng bằng này, dòng sông uốn khúc và thành tạo các dạng địa hình đặc trưng của nó (bãi bồi, hồ móng ngựa…) (Hình 1.6) Vào mùa lũ, nước sông tràn bờ, tích tụ những vật liệu thô nhất ở ngay mép sông để hình thành các đê tự nhiên, càng về phía xa bờ sông thì kích thước hạt càng nhỏ dần Những dải đất nằm xa bờ sông ở chân các bậc thềm thường là bãi lầy do chúng cấu tạo bởi bồi tích hạt mịn giàu hữu cơ, mực nước ngầm cao và thực vật sình lầy

Hình 1.6: Sơ đồ cấu tạo đồng bằng bãi bồi (a); đê thiên nhiên (b) [9]

Như vậy, đồng bằng bãi bồi (floodplain) thông thường được hiểu là vùng đất nằm kề bên và bao chứa các con sông, chịu ảnh hưởng của lũ lụt theo định kỳ Nhiều tác giả không chuyên địa mạo còn gọi đồng bằng này là “đồng bằng lũ lụt” Vật liệu tạo nên nó chủ yếu là phù sa sông lắng đọng mỗi khi bị nước lũ tràn ngập

Đối với các sông đồng bằng hạ lưu, do các đặc trưng về độ dốc dòng chảy, đặc điểm cấu trúc kiến tạo và ảnh hưởng tương tác sông - biển, hình thái đồng bằng có những nét riêng, đáng chú ý nhất ở đây là sự phân nhánh của dòng chảy (Hình 1.7)

Thung lũng sông vùng đồng bằng hạ lưu phần nhiều là có bãi bồi phát triển hoàn thiện Đặc điểm của dạng thung lũng này là 1 Bờ thung lũng rất thoải và đáy có đường phân biệt rõ rệt; 2 Lòng sông không có những bậc thay đổi đột ngột, độ dốc bình quân nhỏ; 3 Dòng sông chảy qua vùng đồng bằng đất bồi, do cấu tạo địa chất không đồng nhất và điều kiện thuỷ lực thay đổi nên đã hình thành nhiều hình thức lòng sông khác nhau

Vertical accretion deposits: Trầm tích

nhỏ dần theo chiều thẳng đứng

Bank: bờ

Meander: khúc uốn Oxbow: móng ngựa Swale: miền đất thấp Natural levee: đê thiên

nhiên

Back swamp: dải trũng

dưới chân sườn

Hình 1.7: Hình thái thung lũng sông vùng đồng bằng

Trong quá trình phát triển và hoàn thiện của các thung lũng, các bãi bồi rộng lớn

ở đáy thung lũng liên tục được hình thành, các quá trình dòng chảy cũng tiếp tục được diễn ra, tạo nên các dấu vết của khúc uốn lòng sông cổ, các gờ cao ven lòng, hồ móng ngựa,… Để hiểu rõ hơn về lòng sông cổ thì nhất thiết phải hiểu rõ quá trình hình thành

và phát triển của một khúc uốn lòng sông

Quá trình hình thành thung lũng bãi bồi và biến đổi lòng sông

Để hình thành được thung lũng bãi bồi, với những khúc uốn thứ sinh mềm mại

có tính quy luật, dòng sông đã phải trải qua một quá trình phát triển lâu dài Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh được rằng trong quá trình tiến hóa đó, hoạt động uốn khúc của dòng sông giữ vai trò chủ yếu, thậm chí quyết định Chính hiện tượng uốn khúc và sự di chuyển của từng khúc uốn cũng như của cả hệ thống khúc uốn là công cụ để mở rộng thung lũng và tạo ra bãi bồi Quá trình uốn khúc lòng sông và hình thành thung lũng bãi bồi được thể hiện qua hình 1.8

Do đường trục động lực của dòng sông luôn luôn bị lệch về phía bờ lõm và dòng sông vừa chảy tiến, vừa thực hiện vòng hoàn lưu ngang, nên thực chất nó là một dòng chảy phức tạp Chính vì vậy, tác dụng địa mạo của nó đối với hai bờ không giống nhau:

bờ lõm bao giờ cũng bị xâm thực mạnh, càng ngày càng lùi dần, bờ lồi được bồi đắp phù

sa, tiến dần vào phía lòng sông, tạo thành bãi cát ven lòng Hiệu quả tổng hợp là lòng sông càng ngày càng bị chuyển dịch về phía bờ lõm và do đó dần dần trở nên cong hơn

Hình 1.8: Quá trình hình thành khúc uốn thứ sinh từ khúc uốn nguyên thủy P-P

A Bãi cát ven lòng sông; B Khối sót trong khúc uốn; K-K Đai khúc uốn

Phân tích quá trình địa mạo tạo thung lũng trên cho thấy sự uốn khúc và di chuyển theo chiều ngang của lòng sông là một hiện tượng tất yếu Song, dòng sông không thể uốn khúc và chuyển dịch ngang đến vô tận Người ta nhận thấy có sự phụ thuộc giữa độ cong, chiều rộng của khúc uốn và chiều rộng của dải uốn khúc đối với lưu lượng, tốc độ và chiều rộng của dòng sông Độ cong của khúc uốn được tính bằng

giá trị nghịch đảo của bán kính khúc uốn (r), tức là 1/r Chiều rộng của đai uốn khúc bằng hai lần bán kính khúc uốn Bán kính khúc uốn tỉ lệ thuận với chiều rộng (b) lòng

sông r = f(b), còn chiều rộng lòng sông thì phụ thuộc trực tiếp vào lưu lượng Các khúc uốn làm cho chiều dài của lòng sông (l) tăng so với chiều dài thung lũng (L) Tỉ lệ l/L

là hệ số uốn khúc của dòng sông Ở các sông đồng bằng hệ số này thường đạt giá trị 1,3

- 1,6, đôi khi tới 2,0, còn ở miền núi trung bình là 1,2 - 1,3

Các sông nhỏ có độ uốn khúc lớn hơn, nhưng chiều rộng của dải uốn khúc (gọi

là đai uốn khúc, K - K trong hình 1.8, là dải đất kẹp giữa 2 tiếp tuyến với đỉnh các khúc

uốn) lại nhỏ hơn so với các dòng sông lớn Ngoài hiện tượng cả hệ thống khúc uốn chuyển dịch về phía hạ lưu, nó còn có thể bị ép về một phía bờ thung lũng, và lùi xa dần bờ kia Thông thường sự chuyển dịch ngang này của toàn bộ hệ thống khúc uốn xảy ra theo định luật Berơ - Babinê, tức là ở bắc bán cầu - về phía bờ phải, ở nam bán cầu - về phía bờ trái

Hình 1.9: Các kiểu biến đổi lòng nhờ quá

trình uốn khúc lòng sông

Hình 1.10: Dòng sông cắt đứt cổ khúc uốn và

hình thành hồ móng ngựa (William K Tong, 2002)

Trong quá trình hoạt động của lòng sông, khúc uốn của dòng sông ngày càng cong, dần dần hai đầu khúc uốn thắt lại, gọi là cổ khúc uốn Về mùa lũ, dòng sông có thể chọc thủng cổ khúc uốn, biến khu đất ở giữa thành đảo sót (hình 1.10) Ở chỗ cổ khúc uốn vừa bị cắt đứt, xuất hiện đoạn lòng sông mới thẳng và dốc hơn Vì vậy, đáy của nó bị xâm thực mạnh hơn, nhiều nước chảy qua hơn so với lòng sông cũ Dần dần,

nó trở thành lòng sông chính, còn lòng sông cũ bị bồi lấp dần, thậm chí bị lấp kín hai đầu rồi trở thành lòng sông chết gọi là hồ móng ngựa - oxbow lake (hoặc hồ vai cày, hồ ách trâu) Các hồ này cũng có khi bị cạn nước dần dần và trở thành đầm lầy

Trong quá trình phát triển, vì đường trục động lực của dòng nước thường ở sát

Mở rộng bờ Tịnh tiến

Mỏm đôi Cắt cổ khúc uốn

Cắt kiểu dốc lao

cho sông phát triển theo hướng ngang và theo cả hướng dọc Điều này thấy rõ ở những thung lũng sông rộng, hầu như nơi nào cũng có vết tích Với đặc điểm như vậy giúp cho quá trình giải đoán ảnh viễn thám trở nên dễ dàng hơn

1.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới biến động lòng sông

Biến động lòng sông liên quan chặt chẽ với động lực của dòng chảy và còn chịu tác động của nhiều yếu tố khác như địa chất, địa mạo, thuỷ văn… Sự thay đổi của các yếu tố này tại các vùng có điều kiện tự nhiên khác nhau sẽ tạo nên những đặc trưng biến động cho các thung lũng khác nhau

a Chế độ thủy văn

Trong các đặc điểm về chế độ thuỷ văn của các sông có ảnh hưởng đến sự phát

triển của các quá trình biến đổi lòng sông, cần phải xét đến chế độ mực nước, sự thay đổi lưu lượng (khối lượng nước) của sông và tốc độ dòng chảy của sông Vì sự biến đổi tốc độ chảy có liên quan với đặc điểm chế độ thuỷ văn của sông và với độ nghiêng dọc hiện có của đáy thung lũng trên một đoạn nào đó Chế độ của các sông phụ thuộc chủ yếu vào các điều kiện cung cấp của chúng Đối với các lưu vực sông, phương trình cân bằng nước có dạng:

x + q = y + z  u

Trong đó : x - lượng mưa khí quyển; q - lượng ngưng tụ; y- lượng nước chảy của sông; z- tổng lượng bốc hơi từ lục địa và các mực nước; u - lượng tích đọng (+)

và hao hụt (-) độ ẩm trong đất đá của lưu vực sông

Khi đánh giá và dự báo sự phát triển của các quá trình xói lở, người ta so sánh tốc độ dòng chảy hiện tại hoặc có thể có của sông trong các mùa nước lớn và mùa lũ với tốc độ cho phép (không gây rửa xói) đối với đất đá tạo nên đoạn nào đó của bờ và lòng sông Nếu tốc độ hiện có hoặc có thể có lớn hơn tốc độ cho phép đối với đất đá được xét đến (vth>vcp), thì tác dụng xói lở và sập đổ bờ và lòng sông là không tránh được

b Điều kiện địa mạo

Theo các nguyên lý địa mạo thì hoạt động biến động lòng sông (xói lở và bồi tụ) đều liên quan chặt chẽ với cơ sở xâm thực Khi cơ sở xâm thực hạ thấp thì động năng của dòng nước sẽ tăng lên và xâm thực sâu chiếm ưu thế; khi cơ sở xâm thực được nâng lên thì động năng của dòng nước giảm, khả năng tích tụ sẽ chiếm ưu thế Nguyên nhân nâng cao hay hạ thấp mức cơ sở xâm thực có thể do nội sinh (nâng hạ kiến tạo) hoặc do ngoại sinh (sự thay đổi khí hậu, sự thay đổi mực nước đại dương, v.v )

Các hoạt động xâm thực sâu, xâm thực ngang hay uốn khúc của dòng sông, cuối cùng, đều nhằm đạt đến trạng thái cân bằng động Cũng giống như các hệ tự nhiên khác, hệ địa mạo dòng chảy cũng là một hệ mở có cấu trúc khá phức tạp Các phản ứng trong hệ đều nhằm đạt đến trạng thái cân bằng động Trong đó, giới hạn điều kiện cân bằng của lòng sông nói chung và phần hạ lưu nói riêng được xác định bởi biểu thức sau:

Độ dốc của đáy sông là một nhân tố quan trọng nhất, có ý nghĩa quyết định đối với sự biến đổi lòng sông Tuy nhiên việc xác định độ dốc của đáy sông lại khó hơn nhiều so với việc đo lưu lượng nước và bùn cát Mặt khác, công việc này hầu như không được nghiên cứu thường xuyên, nếu không muốn nói còn chưa được chú ý nhiều lắm ở nước ta Từ trước đến nay, việc xác định độ dốc lòng sông mới chỉ được thực

phần đồng bằng mọi người đều cho rằng đáy sông nằm ngang và hầu như không thay đổi Thực tế không phải như vậy, đáy sông ở phần đồng bằng cũng có độ nghiêng của

nó và luôn thay đổi phụ thuộc vào cả các nhân tố động lực sông lẫn động lực biển Theo các kết quả thực nghiệm trong phòng, khi có sự nâng lên của mực nước (hạ thấp mực cơ sở xâm thực; giảm độ dốc lòng sông) thì sự phát triển của nhánh sông chính mới và sự không hoạt động (chết) của các dòng cũ xảy ra khá nhanh chóng chứ không phải từ từ Sự thay đổi như vậy chính là do sự hoạt động tích cực của xâm thực ngang

c Cấu trúc địa chất - tân kiến tạo

Các đặc điểm cấu trúc địa chất khu vực và điạ phương của thung lũng sông có

ảnh hưởng đặc biệt to lớn đối với sự phát triển quá trình biến động lòng sông tại đó Ví

dụ ở những vùng karst phát triển rộng rãi, đất đá bị vỡ vụn nứt nẻ do kiến tạo, trong lưu vực của sông hay gặp đất đá bở rời dễ thấm nước thì dòng chảy trên mặt gặp trở ngại

và sông có lưu lượng nhỏ nhất do khối lượng nước rất lớn bị tiêu hao vì thấm xuống nước và mất hút vào các hang hốc Trong các yếu tố địa chất có ảnh hưởng đến sự phát triển của các quá trình và hiện tượng xói lở thì thành phần và trạng thái của đất đá tạo nên lòng và hai bờ sông có ý nghĩa rất quan trọng (bảng 1.2)

Bảng 1.2: Phân loại các kiểu lòng sông aluvi trên cơ sở tải lượng trầm tích [9]

Kiểu lòng

sông

Lƣợng bùn sét (%)

Vật liệu lăn theo đáy (%)

Cách ứng xử của lòng sông

thừa vật liệu

Xói lở thiếu hụt vật liệu

Xói lở đáy làm sâu lòng

Vởt liệu

hỗn hợp 5 -20 3-11

10<F<40 Tích tụ 1,3 <P<2

độ nghiêng trung bình

tích tụ theo bờ sau đó là đáy

Xói lở đáy sau

Xói lở bờ mở rộng lòng sông

Trong đó: F = W/d tb hoặc W/d max ; W: chiều rộng lòng sông, d tb : độ sâu trung bình, d max : độ sâu cực đại; P = l/L; l: chiều dài thực của một cặp khúc uốn kề nhau; L: chiều dài thẳng giữa chúng; P: hệ số uốn khúc

Vận động tân kiến tạo có ảnh hưởng lớn đối với địa hình thung lũng và mạng

lưới sông suối Do dòng sông có khả năng tự điều chỉnh nhạy bén hoạt động của mình cho phù hợp với trạng thái độ dốc của đáy và vị trí gốc xói mòn theo xu thế chung là tạo cho mình dòng chảy trơn tru (nhằm cân bằng trắc diện dọc), nên mọi sự biến dạng mặt đất do vận động tân kiến tạo gây nên trong thung lũng sông đều được phản ánh trong địa hình của nó, đặc biệt là trong địa hình bãi bồi và các bậc thềm sông

Khi có vận động tân kiến tạo hoạt động tạo ra nếp lồi chắn ngang dòng sông thì

có thể xảy ra hai trường hợp Trường hợp thứ nhất: tốc độ nâng lên không quá lớn, dòng chảy đủ sức khắc phục hậu quả nâng lên, giữ cho trắc diện dọc của lòng không đổi Trong trường hợp thứ hai, dòng sông hoặc không đủ khả năng cắt ngang hoàn toàn nếp lồi, hoặc do tốc độ nâng lên quá nhanh mà lòng sông bị ứ đọng rồi phần thượng nguồn có thể biến thành hồ hoặc chảy sang thung lũng bên cạnh; phần kể từ nếp lồi về phía cửa sông trở thành sông cụt, v.v Ở trường hợp thứ nhất, ngoài việc làm các bậc thềm biến dạng, còn có sự biến đổi khác nữa về hình thái: trắc diện ngang của thung lũng tại chỗ có nếp lồi bị thu hẹp lại đột ngột, hai vách dốc đứng khác hẳn so với những đoạn sát trên và dưới nếp lồi Nhiều khi các nếp lồi tân kiến tạo có thể phát triển nhanh và nếu có điều kiện nham thạch ở hai bờ sông dễ bị phá hủy, dòng sông có thể bị cưỡng bức chia làm hai nhánh, gọi là hiện tượng sông phân nhánh cưỡng bức

Khi có nếp lõm tân kiến tạo trong đáy thung lũng, cũng quan sát thấy những biến đổi về hình thái Ở đây có thể có hai khả năng: Nếu quá trình này diễn ra nhanh chóng, phần thượng nguồn có thể biến thành hồ Trong trường hợp thứ hai, tốc độ giáng xuống từ từ, dòng sông đủ khả năng tích tụ đền bù, lấp đầy hố lõm, khiến cho bề

dày aluvi dày một cách dị thường và đáy thung lũng mở rộng thành đồng bằng phù sa

thung lũng Tại những chỗ đang có vận động nâng lên, nhất là trong điều kiện đồng

bằng tích tụ, dòng sông đang uốn khúc mạnh trở nên thẳng một cách không bình

thường; ngược lại, khi có vận động giáng xuống - độ uốn khúc cao đến mức không bình thường so với xung quanh

Trên đây là một số nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến dòng chảy sông ngòi Việc tách riêng từng nhân tố chỉ là để xem xét những ảnh hưởng của chúng theo chiều hướng nào Các yếu tố của môi trường địa lý có thể tác động riêng rẽ như trên nhưng đồng thời chúng cũng phối hợp thành một tổng thể tự nhiên hoặc một hệ địa sinh thái

để tác động đến động lực dòng chảy sông ngòi

1.2.3 Sản phẩm của biến đổi lòng sông

Quá trình biến đổi lòng sông để lại một số sản phẩm đặc trưng, thông qua đó có thể cho phép chúng ta khôi phục được diễn biến của chúng trong quá khứ Các sản phẩm quan trọng nhất chính là bãi bồi (bao gồm cả hình thái địa hình và cấu tạo vật chất), các bộ phận chi tiết của bãi bồi là hồ móng ngựa, gờ cao ven lòng

Theo lát cắt ngang vuông góc với thung lũng, cấu trúc bề mặt bãi bồi thể hiện tính chất ít nhiều đối xứng và gồm những bộ phận: Bãi cát ven lòng sông, dải bãi bồi cao có dạng gợn sóng, (đây là những đê cát ven lòng sông), phần bãi bồi trung tâm trũng (có dạng lõm, cao dần về hai phía, có dạng đường tanvec), phần bãi bồi chân bậc thềm (là dải bãi bồi cao thứ hai - những đê cát ven bờ cổ, hình thành ở chỗ bờ lồi xưa kia của lòng sông, nay đã bị dòng sông bỏ rơi) và dãi trũng nằm giữa bãi bồi cao và chân bậc thềm (là di tích của lòng sông cũ đã bị bùn cát lầy hoá, ngập nước) Tuy nhiên mặt cắt bãi bồi không phải bao giờ cũng đầy đủ các thành tạo trên

1 Bờ không còn bị ngập về mùa lũ;

2 Đoạn bờ bãi bồi bị xâm thực;

3 Đoạn bờ bãi bồi tích tụ;

4 Ranh giới nham tướng aluvi; 5.Bãi bồi trung tâm;

6.Bãi bồi chân bậc thềm;

7 Bãi bồi ven lòng sông;

8.Hướng dòng chảy chính trong lòng sông;

9 Hướng dòng chảy khi có lũ

Hình 1.11.: Cấu tạo của một bãi bồi hoàn chỉnh (theo N.I.Macaveiev)

Hình 1.12: Sơ đồ minh họa các tầng trầm tích của bãi bồi

Trong hầu hết trường hợp có thể quan sát thấy hai mực bãi bồi dọc theo lòng sông là: bãi bồi cao - chỉ bị nước lũ tràn ngập vài năm một lần, hoặc thậm chí, mấy chục năm một lần; bãi bồi thấp - bị nước lũ tràn ngập hằng năm và bao giờ cũng hẹp hơn bãi bồi cao Bề mặt bãi bồi thấp thường xuyên bị dòng sông tái trầm tích, nên có tuổi trẻ hơn aluvi của bãi bồi cao

b Đê cát ven lòng sông

Bãi cát ven lòng sông có dạng bán nguyệt, phát triển ở phần lồi của bờ sông Cứ mỗi mùa lũ nó lại được bồi thêm một bậc nhỏ hình lưỡi liềm lấn sâu vào lòng sông Các đê cát ven bờ được tạo thành sau mỗi kì nước lũ (tức là những bậc nhỏ được nhắc

tới ở trên) bắt đầu chồng phủ lên nhau Do vậy mà các đê cát ở vị trí đó mỗi năm một cao thêm và có thể đạt tới độ cao của nước lũ lớn nhất Những đê cát ven lòng sông có

vị trí và độ cao như vậy được gọi là đê thiên nhiên Khi đê cát ven lòng sông đã tương đối cao thì quá trình bồi đắp tiếp theo tăng tốc độ khá nhanh, bởi vì khi nước lũ tràn qua đê cát, tốc độ dòng chảy bị giảm đi rất đột ngột Tại đây, trước hết tích tụ những hạt vụn cỡ lớn nhất Quá trình này lại được thúc đẩy thêm do lớp thực vật bắt đầu phát triển mạnh ở đây làm cản trở dòng chảy và tăng cường độ tích tụ

Hình 1.13: Gờ cao ven lòng (đê thiên nhiên) và hồ móng ngựa

c Hồ móng ngựa: là các hồ sót lại sau hiện tượng cắt cổ khúc uốn của quá trình

uốn khúc lòng sông Ở chỗ cổ khúc uốn vừa bị cắt đứt, xuất hiện đoạn lòng sông mới thẳng và dốc hơn, vì vậy, đáy của nó bị xâm thực mạnh hơn, nhiều nước chảy qua hơn

so với lòng sông cũ Dần dần, nó trở thành lòng sông chính, còn lòng sông cũ bị bồi lấp dần, thậm chí bị lấp kín hai đầu rồi trở thành lòng sông chết gọi là hồ móng ngựa

1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu lòng sông cổ tại thành phố Hà Nội

Do vị trí địa lý và tiềm năng to lớn, đồng bằng châu thổ sông Hồng nói chung và khu vực Hà Nội nói riêng là nơi được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học từ lâu đời Tuy nhiên, việc nghiên cứu thực sự khoa học và hệ thống chỉ vào đầu thế kỷ

XX Có thể nói cho tới thời điểm này, đồng bằng Sông Hồng là một trong những nơi

Trước mùa lũ

Trước mùa lũ

Sau nhiều mùa lũ

được nghiên cứu kỹ nhất cả nước Với vị thế của sông Đáy, sông Nhuệ trong quá khứ cũng như hiện nay, đây đều là những con sông quan trọng, được sự chú ý của nhiều nhà khoa học và các nhà quản lý, quy hoạch thủ đô Hà Nội Ngay từ thời Lý Công Uẩn, ông đã chọn khu vực nội thành Hà Nội làm kinh đô với sự hội tụ đủ các điều kiện về tự nhiên, con người tại nơi đây Hoàng thành Thăng Long được chọn làm kinh đô nằm ở ngã ba sông Tô – Nhị, “tiện hướng nhìn sông, tựa núi, địa thế rộng mà bằng, đất đai cao mà thoáng” (theo “Chiếu rời đô” của Lý Công Uẩn, năm 1010) Qua đó, chúng ta cũng có thể nhận thấy sự chú ý tới điều kiện tự nhiên, sông nước nơi đây đã được chú ý

từ lâu đời Để nhận rõ được đặc điểm và xu hướng biến động của các dòng sông, cần phải phân tích các tài liệu chung về khoa học Trái đất như địa chất, địa mạo, khí hậu, thủy văn,… [7]

Xét theo tiến trình của lịch sử, có thể chia thành hai thơì kỳ nghiên cứu với quy

mô và tính chất khác hẳn nhau: thời kỳ trước và thời kỳ sau năm 1954

1.3.1 Thời kỳ trước năm 1954

Trước năm 1954, công việc nghiên cứu trong khu vực đều do người Pháp tiến hành, các nghiên cứu mới chỉ ở các bước sơ bộ Khu vực nghiên cứu là một phần của đồng bằng châu thổ sông Hồng rộng lớn, các công trình nghiên cứu về địa chất - địa lý chỉ tập trung vào các thực thể của đồng bằng sông Hồng trong bối cảnh nghiên cứu địa

lý, địa chất khu vực Đông Dương Các kết quả mới chỉ được đề cập tới trong công trình

đo vẽ bản đồ địa chất 1 : 500 000 của Dusault L (1930), công trình của Fromaget J và công trình của Gourou P

Vào năm 1926, Chassigneat đã nghiên cứu, đưa ra nhận định về sự chìm lún của châu thổ ở phía bắc và nâng lên ở phía nam sau đó, quan điểm này được Formage ủng

hộ do ông đã tìm được chứng cứ về sự vắng mặt của các bậc thềm aluvi cao do chuyển động lún chìm ở khu vực phía Bắc đồng bằng Đặc biệt thời gian này các nhà địa chất Pháp đã phân chia một cách khái quát và sơ bộ các thành tạo aluvi cổ và hiện đại của đồng bằng châu thổ sông Hồng trên bản đồ địa chất toàn Đông Dương tỷ lệ 1:500.000 Đến năm 1936 Gvurov với tác phẩm "Những người nông dân châu thổ Bắc Bộ" của

mình đã bước đầu đánh giá được đặc điểm địa mạo, tân kiến tạo tương đối chi tiết và bước đầu phân định được ranh giới của vùng đồng bằng cho dù là chưa thật hợp lý vì ông chỉ dựa vào bản đồ địa chất Đông Dương tỷ lệ nhỏ 1:500.000, đường đồng mức 25m trên bản đồ địa hình và các đặc tính canh tác phát triển nông nghiệp của người dân

mà chưa chú ý tới sự tồn tại của các bậc thềm sông cổ ở cao hơn

Mặc dù còn ở mức độ sơ bộ, song có thể nói các công trình nghiên cứu của người Pháp về khu vực đồng bằng Sông Hồng là cơ sở ban đầu giúp cho chúng ta phát triển nghiên cứu sau này

1.3.2 Thời kỳ sau 1954

Từ sau năm 1954, đồng bằng Sông Hồng được nghiên cứu ngày càng tỷ mỷ chi tiết, ban đầu là do các chuyên gia Liên Xô cũ và sau đó là các cán bộ Việt Nam thực hiện Các bản đồ địa chất và khoáng sản khu vực lần lượt được đo vẽ ở tỷ lệ 1:200000 rồi ở tỷ lệ 1: 50 000 Đi kèm với nó là các bản đồ địa mạo, địa chất thuỷ văn, địa chất công trình tỷ lệ tương ứng lần lượt ra đời

Về mặt địa tầng các trầm tích trẻ bở rời Đệ tứ mà các tác giả người Pháp đã nêu

ra ở giai đoạn trước thì đến giai đoạn này lại được xem xét và phân chia một cách chi tiết hơn Điều này có thể thấy trong các công trình của Golovenok V.K và Lê Văn Chân, Nguyễn Đức Tâm [1968], Hoàng Ngọc Kỷ [1973], Vũ Đình Chỉnh (1977), Trần Nghi [2004], Ngô Quang Toàn [1989] v.v Bằng hàng loạt các phương pháp tiếp cận hiện đại, khối lượng, thành phần, nguồn gốc và tuổi của các thể địa chất trong khu vực ngày một rõ ràng hơn, bức tranh tiến hoá địa chất trong khu vực ngày càng chi tiết cụ thể hơn Tuy nhiên số liệu phân tích tuổi tuyệt đối không có nhiều làm hạn chế bớt phần nào các kết quả nghiên cứu nói trên

Khu vực cũng đã được nghiên cứu dưới góc độ các chuyên ngành địa chất khác như : kiến tạo, địa chấn, địa vật lý, địa hoá, trầm tích v.v Sự tái hoạt động của đứt gãy sâu Sông Hồng trong Kainozoi đã thu hút khá nhiều học giả trong và ngoài nước thuộc nhiều chuyên sâu địa chất khác nhau tới quan tâm nghiên cứu Dần dần ngày càng có nhiều công trình nghiên cứu chuyên sâu về khu vực Bên cạnh đó cũng xuất

hiện ngày càng nhiều công trình có tính chất ứng dụng góp phần vào việc khai thác, bảo vệ tài nguyên, sử dụng lãnh thổ, phát triển khu vực

Về mặt địa mạo, khu vực đồng bằng Sông Hồng cũng đã được nhiều người quan tâm nghiên cứu Đồng hành với các loạt bản đồ địa chất, các loạt bản đồ địa mạo được

ra đời ở tỷ lệ 1:200 000 và 1:50 000 Xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu khác như : của Huỳnh Ngọc Hương và Nguyễn Đức Chính (1960), Lê Bá Thảo (1964), Đỗ Tuyết (1968), Nguyễn Đức Tâm (1976, 1981), Đào Đình Bắc, Nguyễn Vi Dân (1988), Vũ Văn Phái (2006,) v.v

Trong thời gian gần đây xuất hiện ngày càng nhiều công trình nghiên cứu chuyên đề mang tính ứng dụng cho khu vực nhằm giải quyết các vấn đề bức xúc của thực tiễn như: các vấn đề sử dụng đất, xây đào thuỷ lợi, quản lý lãnh thổ, các vấn đề về xói lở đường bờ, bồi lấp luồng lạch giao thông thuỷ, tìm kiếm khoáng sản trong khu vực

Đối với nghiên cứu biến động lòng sông, các báo cáo đã được công bố trước đây chủ yếu tập trung vào sông Hồng và sông Đáy Đặc biệt với nghiên cứu biến động và khôi phục hệ thống lòng cổ Hồng, các nhà khoa học như GS Trần Nghi, PGS Đặng Văn Bào, đoàn địa chất Hà Nội (2003) về quá trình biến đổi dòng sông Hồng trong giai đoạn Holocen muộn … hay những báo cáo về nghiên cứu biến động lòng sông của Nguyễn Thị Hoàng Anh về sông Hồng trong giai đoạn Holocen và Pleistocen (2009) và rất nhiều các báo cáo khác Tuy nhiên các báo cáo chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu lòng

cổ tại các con sông Hồng và sông Đáy

Nghiên cứu, khôi phục lòng cổ sông Đáy và đới biến động của con sông này hiện nay vẫn chưa được rõ ràng Bên cạnh đó, hệ thống lòng cổ và đới biến động của sông Nhuệ vẫn còn là một câu hỏi của nhiều nhà khoa học cũng như các nhà sử học trong công tác tìm kiếm khảo cổ,… bởi đây là khu vực bị quá trình đô thị hóa làm biến mất nhiều dấu tích của quá trình biến đổi dòng sông Đồng thời, các báo cáo đều chỉ dựa trên các chỉ tiêu còn hiện hữu trên ảnh để giải đoán các yếu tố lòng cổ hay các yếu

tố đơn lẻ, chưa có sự kết hợp nhiều chỉ tiêu để khôi phục một cách chính xác các lòng

1.4 Cơ sở dữ liệu và các phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Cơ sở dữ liệu

Các tài liệu bản đồ, ảnh khu vực Hà Nội trong báo cáo bao gồm:

- Ảnh Landsat gồm 7 kênh, độ phân giải 30m, chụp vào các năm 1989, 1994,

1996, 1999, 2000, 2005, 2007, 2009 được hiệu chỉnh về hệ toạ độ UTM, lưới chiếu WGS84, múi 48N

- Bản đồ địa hình được thành lập vào

+ Năm 1971, tỷ lệ 1: 50 000, nắn chỉnh về hệ toạ độ HN72

+ Năm 2007, tỷ lệ 1: 25 000 và 1: 50 000, nắn chỉnh về hệ toạ độ VN2000

- Bản đồ ảnh năm 1873 do người Pháp thành lập, tỷ lệ 1: 12 500

- Các bản đồ liên quan bao gồm: bản đồ hành chính các năm 1980, 1991 và

2008, bản đồ địa chất, bản đồ địa mạo, bản đồ ngập lụt, hệ thống đê, sử dụng đất, phân

bố dân cư… của thành phố Hà Nội mới

1.4.2 Các phương pháp nghiên cứu

1.4.2.1 Phương pháp kết hợp nghiên cứu địa mạo và công nghệ viễn thám - GIS trong đánh giá biến đổi lòng sông

Công nghệ viễn thám và GIS đang ngày càng phát triển và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau, trong đó có khoa học địa mạo Các ảnh viễn thám trở thành nguồn tài liệu quý giá, mang lại độ chính xác và hiệu quả cao trong công tác nghiên cứu, đo vẽ địa hình

Đối với nghiên cứu lòng sông cổ, thông qua các phép phân tích, xử lý ảnh, có thể làm nổi rõ được các đối tượng, như các dải trũng ngập nước, hồ móng ngựa…, giúp các nhà địa mạo có được những thông tin ban đầu về sự phân bố của hệ thống các lòng sông cổ Tuy nhiên, theo nguyên lý, ảnh viễn thám chỉ giúp nhận biết hay tách được thông tin về các đối tượng hiện nay còn đang tồn tại và hiển thị rõ ràng Việc giải đoán cũng gặp khó khăn bởi các dải đất trũng thấp thường dễ bị lẫn với các đối tượng có biểu hiện tương tự do yếu tố sử dụng đất Việc nhận biết các lòng cổ càng khó khăn

hơn khi chúng bị các yếu tố nhân sinh che lấp Để giải quyết vấn đề, cần phải có sự kết hợp của các thông tin địa mạo và trầm tích để kiểm chứng và tái hiện lại được chúng

Ảnh 1.14: Dấu vết các các dải trũng và các gờ cao ven lòng trên ảnh viễn thám

Việc xác định các lòng sông cổ dựa trên tư liệu ảnh viễn thám và GIS được thực hiện trên cơ sở sự hiểu biết về phổ phản xạ của các đối tượng trên ảnh, đặc biệt là phổ phản xạ của nước và các vùng đất có độ ẩm cao,…:

- Đối với các bề mặt tích tụ aluvi hiện đại, các khu vực như bãi bồi giữa sông, bãi bồi thấp hay các tích tụ aluvi - đầm hồ có những dấu hiệu nhận biết rõ ràng trên ảnh Các bãi nổi cao giữa sông thường nằm giữa, dọc theo lòng sông, là bề mặt thay đổi thường xuyên, có tôn ảnh sáng bởi vật liệu của bãi chủ yếu là cát, khả năng phản xạ tốt Các tích tụ aluvi - đầm hồ thường xuất hiện ngoài đê, thường có tôn màu xám đen

do tích tụ này thực chất là những dải trũng, dấu vết để lại do hoạt động của sông và đang được lầy hoá bởi các vật liệu mịn, vật liệu hữu cơ…

- Đối với các bề mặt tích tụ cổ, chúng đã bị biến đổi nhiều bởi các quá trình địa mạo, cũng thường là nơi tập trung dân cư, vườn tược… nên rất dễ bị nhầm lẫn Trên ảnh là những ô vuông nhỏ, sáng màu xen kẽ các chẫm sẫm màu, rất khó phân biệt với các yếu tố lòng sông cổ, trừ khi phân tích thêm các yếu tố về hình thái và trầm tích… Bên cạnh đó, các tích tụ đầm hồ cổ có tuổi Holocen cũng thường được tìm thấy tại những khu vực trong đê Đây là dấu hiệu của những lòng sông hay những lạch cũ mà nay ở dạng đầm lầy hoá Bề mặt kéo dài dạng dải và tôn ảnh xám đen