Ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý lưu vực sông

ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA MÔI TRƯỜNG THÁNG 2 NĂM 2014 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1 Hình 1.1 Sông Bé nằm ở tỉnh Bình Dương 1.1 Đặt vấn đề: Sông Bé là một phụ lưu lớn của hệ thống sông Đồng Nai, với diện tích lưu vực 7.650 km 2 , nằm trên địa bàn các tỉnh Đắc Nông, Bình Phước, Bình Dương, Đồng Nai và một phần nhỏ ở thượng lưu thuộc Campuchia. Lưu vực sông Bé có nguồn nước dồi dào, với lưu lượng dòng chảy trung bình hàng năm trên lưu vực là 251,4 m 3 /s và tổng lượng nước mặt hàng năm trên lưu vực nhận được khoảng 7.929,45 triệu m 3 . Trong các phụ lưu của sông Đồng Nai, Sông Bé có hệ thống thủy điện-thủy lợi được thiết kế hoàn chỉnh nhất với bốn bậc thang: Thác Mơ, Cần Đơn, Soc Phu Miêng và Phước Hòa. Hệ thống thủy điện, thủy lợi này đã và đang cấp điện năng, nước tưới, nước sinh hoạt, nước cho công nghiệp, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế xã hội khu vực Ðông Nam Bộ. Trên lưu vực Sông Bé những năm gần đây đã xảy ra các hiện tượng tai biến địa chất như trượt lở đất (Bình Long, Phước Long, Bù Ðăng), lũ quét (Lộc Ninh, Bù Ðăng), nứt đất (Lộc Ninh, Bình Long, Phước long, Bù Ðăng), xói mòn bề mặt, xâm thực vách sông dưới đập, bồi tụ lòng hồ…Các tai biến này đang có nguy cơ làm giảm chất lượng môi trường sống cũng như chất lượng các công trình (hồ, đập). Để phục vụ cho công tác quản lý, giảm thiểu tác động môi trường cần thiết phải xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ rủi ro môi trường bằng các tài liệu điều tra thực tế và kỹ thuật tích hợp dữ liệu viễn thám. 1.2 Tổng quan về các nghiên cứu trong và ngoài nước trong lĩnh vực: 1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới: Những năm gần đây, viễn thám đã và đang đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực 2 quản lý tài nguyên nước (Bastiaansen, W. G., 1998). Các nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong lĩnh vực này xoay quanh một số vấn đề dò tìm, khai thác, ước tính trữ lượng nước ngầm (Tashpolat Tiyip et al., 2005), thành lập bản đồ khu tưới, tính toán nhu cầu nước cây trồng (Bao Yansong et al., 2006). Quá trình xử lý dữ liệu viễn thám thường được thực hiện trong GIS. Bên cạnh đó, viễn thám còn đƣợc tích hợp với các mô hình thủy văn trong vai trò cung cấp dữ liệu đầu vào như thực phủ, thổ nhưỡng, địa hình, khí tượng (Li Daofeng et al., 2005). Trên thế giới việc ứng dụng kỹ thuật viễn thám trong việc thành lập bản đồ nguy cơ rủi ro môi trường đã bắt đầu nghiên cứu, thực hiện cho một số khu vực Rumania, Italia 1.2.2 Nghiên cứu trong nước: Ứng dụng khoa học viễn thám vào các lĩnh vực nghiên cứu mới được áp dụng mạnh từ năm 2000 trở lại đây, bởi do thiếu điều kiện cơ sở vất chất và nguồn nhân lực. Trung tâm Khí tượng Thủy văn (KTTV) Quốc gia và Ngân hàng phát triển châu Á, Cơ quan thám hiểm Nhật Bản (JAXA) vừa khởi động dự án “Ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý lưu vực sông”. Hình 2.1 Vệ tinh trong khởi động dự án “Ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý lưu vực sông”. Các hoạt động sẽ được thực hiện tại dự án bao gồm: Hiện chỉnh số liệu mưa ở lưu vực sông đo qua vệ tinh; xây dựng hệ thống giao diện giữa số liệu mưa vệ tinh và hiện chỉnh dùng dự báo lũ; xây dựng GSWeb cảnh báo lũ; xây dựng mô hình chạy thử cảnh báo lũ qua tin nhắn và điện thoại di động; tăng cường năng lực công nghệ và xây dựng hướng dẫn chính sách, giám sát và đánh giá phương thức quản lý viễn thám… 3 Hình 2.2 Hội thảo khởi động dự án “Ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý lưu vực sông”. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu: Áp dụng viễn thám làm sáng tỏ đặc điểm môi trường địa chất lưu vực từ đó phân tích vùng nguy cơ rủi ro phục vụ công tác quản lý lãnh thổ. Chi tiết các mục tiêu cụ thể được đặt ra như sau: _ Tìm hiểu hiện trạng cân bằng nước lưu vực sông Bé, phương pháp xác định để phân tích nguy cơ rủi ro trên lưu vực sông bé. _ Thành lập bản đồ nguy cơ rủi ro từ các dữ liệu viễn thám. _ Ứng dụng có hiệu quả viễn thám kết hợp với GIS trong giám sát, điều tra môi trường địa chất lưu vực sông Bé; phòng tránh thiên tai. 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tài nguyên nước lưu vực sông Bé, các phương thức khai thác, sử dụng, quản lý và bảo vệ tài nguyên nước. 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong lưu vực sông Bé nằm trên địa phận các tỉnh Đắc Nông, Bình Phước, Bình Dương, Đồng Nai và một phần thuộc Campuchia. 4 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN CỦA LƯU VỰC SÔNG BÉ 2.1 Đặc điểm tự nhiên của lưu vực sông Bé: 2.1.1 Vị trí địa lý: Phạm vi lưu vực sông Bé trải dài trong khoảng tọa độ 11006’-12 0 22 ’ vĩ Bắc và 106 0 33 ’ – 107 0 31 ’ độ kinh Đông, thuộc địa phận các tỉnh Bình Phước, Bình Dương, Đồng Nai, Đắc Nông và một phần nhỏ trên đất Campuchia. Về ranh giới, phía Bắc giáp với các sông nhánh của lưu vực sông Mêkông thuộc Campuchia, phía Đông và Nam giáp lưu vực sông Đồng Nai, phía Tây giáp lưu vực sông Sài Gòn. Sơ đồ vị trí lưu vực sông Bé được thể hiện ở hình 2.1. Hình 2.1 Vị trí địa lý lưu vực sông Bé 2.1.2 Đặc điểm của lưu vực sông Bé: Lưu vực sông Bé nằm trên vùng chuyển tiếp từ địa hình núi cao, cao nguyên của phần cuối phía Nam dãy Trường Sơn xuống đồng bằng Nam Bộ nên địa hình biến đổi rất đa dạng và phức tạp. Trên lưu vực vừa có địa hình đồi núi lại vừa có địa hình trung du 5 dạng gò đồi úp bát và lượn sóng xen lẫn một ít đồng bằng nhỏ, hẹp và một số dạng lòng chảo (bàu trũng). Hình 2.2 Bản đồ địa hình lưu vực sông Bé 2.1.3 Đặc điểm khí hậu: Lưu vực sông Bé nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai mùa gió đông và hè. 2.1.3.1 Nhiệt độ không khí: Lưu vực sông Bé có nền nhiệt độ cao với nhiệt độ trung bình năm ở các nơi dao động trong khoảng 25,5 – 26,7 0 C và biến động nhiệt độ trung bình tháng lớn nhất và nhỏ nhất trong năm từ 20 – 40 0 C. Thời gian nóng nhất trong năm thường vào những tháng cuối mùa khô và đầu mùa mưa, từ tháng III - V, với khoảng 27 – 28 0 C, trong đó cao nhất là tháng IV. Thời gian lạnh nhất trong năm vào khoảng từ tháng XII - I, với 23 -25 0 C. Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối có thể lên đến 38,5 - 40,6 0 C nhưng nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối chỉ ở mức từ 13,7-14,3 0 C. 6 Hình 2.3 Bản đồ nhiệt độ trung bình năm lưu vực sông Bé 2.1.3.2 Độ ẩm không khí: Độ ẩm trung bình năm ở các nơi trên lƣu vực nằm trong khoảng 80 – 82 %. Độ ẩm lớn thường rơi vào các tháng trong mùa mưa (tháng VI - X đạt từ 80 – 90 %) và độ ẩm nhỏ vào các tháng mùa khô (tháng I - III đạt từ 70 – 75 %). 2.1.3.3 Mưa: Lượng mưa hàng năm trên lưu vực sông Bé vào loại lớn nhất trên toàn lưu vực hệ thống sông Đồng Nai, từ 2.200 - 2.600 mm, song lại phân bố không đều cả theo không gian và thời gian, mà nguyên nhân chính là do sự chi phối của chế độ gió mùa và yếu tố địa hình. 7 Hình 2.4. Bản đồ lượng mưa trung bình năm lưu vực sông Bé CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT CỦA LƯU VỰC SÔNG BÉ 3.1.Phân loại thạch học. Phân vùng nhận dạng các loại đá là một trong những ứng dụng quan trọng của viễn thám trong nghiên cứu môi trường địa chất. Các tư liệu để nghiên cứu, phân loại đá trong lưu vực là: - Ảnh radar tỷ lệ 1/500.000 và ảnh Landsat TM cho phép phân chia các loại đá chủ yếu phân bố trong lưu vực. 8 - Ảnh hàng không tỷ lệ 1/30.000 cho phép xác định ranh giới các loại đá và phân định chi tiết sự phân bố thạch học trong diện tích hẹp như trầm tích thung lung, sườn tích, lũ tích… Các dấu hiệu được sử dụng nhận dạng các loại đá trong quá trình giải đoán gồm: - Các yếu tố ảnh như: tone ảnh, kích thước, hình dạng, hoa văn ảnh, kiểu mẫu, vị trí, bóng đổ. - Các yếu tố địa kĩ thuật như kiểu dòng chảy, địa hình, đặc điểm mương xói. 3.1.1 Các đá trầm tích gắn kết. Ảnh Landsat TM kênh 5 và kênh 7: trên ảnh vệ tinh Landsat TM kênh 5 có bước sóng 1.55-0.75 µm ( hồng ngoại) và kênh 7 có bước sóng 2.08-2.35 µm (hồng ngoại trung), cả hai kênh có độ phân giải mặt đất là 30m. Đặc điểm phổ của hai kênh này cho phép nghiên cứu các bức xạ phát xạ của các thể đá khác nhau. Nhận dạng trên ảnh: - Có tone xám đen đến đen thẫm, kiến trúc thô nhám không đồng nhất, thường có dạng kéo dài dọc các thung lung lớn. - Mạng thuỷ văn phát triển trên đá trầm tích gắn kết có dạng vuông góc, gấp khúc bất thường. Hình 3.1. (a) kênh 5, (b) kênh 7 Landsat TM năm 1998 vùng Đồng Xoài. Ở đây quan sát thấy các tone xám trắng hoặc trắng dạng đốm phân bố rải rác có dạng đẳng thước hoặc dải hẹp kéo dài mà có thể dự đoán đó là phần sót lại của đá bazan. 3.1.2 Các đá aluvi cổ. 9 Các trầm tích gắn kết yếu có tuổi Neogen-Pleistocen mà trước đây người Pháp gọi là các aluvi cổ được nhận biết khá rõ. Nhận dạng trên ảnh: Tone ảnh xám trắng đến trắng . kiến trúc mịn vừa khá đồng nhất, mạng dòng chảy thưa , thung lung thường mở rộng, đặc biệt trên vùng phát triển trầm tích này thường có hệ thống hồ, bầu trũng. Tại các vùng có tone trắng đồng nhất phân bố thành mảng rộng cho phép dự đoán các trầm tích có bề dày lớn, địa hình bằng phẳng ít phân cắt. Ở những nơi tone ảnh xám nhạt, kéo dài theo thung lung có thể dự đoán lớp phủ aluvi mỏng, hoặc lộ các lớp đá gốc là trầm tích gắn kết. Hình 3.4. Cuộn sỏi aluvi cổ cấu tạo thềm cao 90m ở Tân Hoà Đồng Phú. 3.1.3 Đá bazan trẻ Nhận dạng trên ảnh TM kênh 5, kênh 7: Dạng khối, có tone xám đen, kiến trúc mịn đều, mạng dòng chảy dạng toả tia, đáy thung lũng hẹp. Hệ thống hồ và đập cũng thường được xây dựng trên dạng địa hình này. Các khối này có ranh giới với các thể địa chất khác rất rõ ràng. Trên ảnh radar : Các vòm bazan có tone trắng xám, kiến trúc mịn vừa. 10 [...]... toán các chỉ số của lưu vực - Chồng xếp các lớp dữ liệu, phân tích và thành lập bản đồ nguy cơ rủi ro 4.3.1 Tích hợp dữ liệu viễn thám và hê thống thông tin địa lý Các kết quả đầu ra của công nghệ viễn thám chưa thỏa mãn yêu cầu người dùng nếu các kết quả này chỉ hiển thị trên màn hình hoặc in ra trên giấy VD: Bản đồ lớp phủ thực vật lưu vực Sông Bé được thành lập từ tư liệu viễn thám sẽ không có đủ... Ảnh Radar khu vực nghiên cứu tỷ lệ 1/150.000 - Bản đồ địa hình Gauss tỷ lệ 1/25.000, Bản đồ UTM tỉ lệ 1: 50000 - Bản đồ địa chất, địa mạo, thổ nhưỡng có trong lưu vực Tỉ lệ 1:50000-1:100000 - Tài liệu liên quan tới môi trường lưu vực Sông Bé ( địa chất, địa mạo, thủy văn, thổ nhưỡng, thực vật, ) 4.2.2 Mô hình số độ cao lưu vực Sông Bé Mô hình DEM Mô hình DEM thể hiện độ cao lưu vực, sử dụng để phân... hiện mật độ lưới sông trên lưu vực Mật độ lưới sông quyết định thời gian tập trung nước mưa trên lưu vực, mật độ sông lớn sẽ có lưới sông dày và có lưu lượng lũ lớn về mùa mưa và cạn về mùa khô Bản đồ phân cắt ngang ( xem hình 4.1) là một trong những bản đồ sử dụng trong xác định nguy cơ rủi ro môi trường, thành lập bản đồ trên cơ sở phân loại và cho điểm bản đồ mật độ phân cắt ( trong chương III)... là: - Trong cấu trúc raster - Chưa có độ khái quát cao đối với lưu vực có diện tích lớn - Khó khăn trong các tính toán về tọa độ, kích thước ( diện tích, chiều dài) Do vậy cần thưc hiện vector hòa bản đồ "nguy cơ rủi ro môi trường" Xem hình 4.8 Bản đồ nguy cơ rủi ro môi trường lưu vực sông Bé đã phản ánh các mức rủi ro khác nhau ( trong bảng 4.11) Bảng 4.11 Các mức rủi ro môi trường trên lưu vực Sông. .. tích và tổng hợp liên kết dữ liệu trong viễn thám và hệ thống thông tin địa lý nhằm tao ra các sản phẩm co ý nghĩa hơn trong thực tế, chứa đựng nhiều thông tin và cho phép thực hiện các mô hình tính toán 25 kết hợp Cụ thể phương pháp đó là: - Thành lập các loại bản đồ thành phần dựa trên cơ sở giải toán và xử lý tư liệu viễn thám ( ảnh Landsat, radar, máy bay) - Ứng dụng kỹ thuật HTTTĐL phân tích các... các lớp đá Jura cứng chắc - Phổ biến mạng sông suối dạng cành cây (Xem hình 3.2.10) và dạng góc vuông (Xem hình 3.2.11) - Các dải bãi bồn ven sông thường xuyên ngập lụt - Sạt lở, trượt lở bờ sông - Các dòng chảy thường xuyên bị ô nhiễm trầm tích Hình 3.2.10 Mạng sông suối dạng cành cây 21 Hình 3.2.11 Mạng sông suối dạng góc vuông CHƯƠNG 4: PHÂN VÙNG NGUY CƠ RỦI RO MÔI TRƯỜNG LƯU VỰC SÔNG BÉ 4.1 Nguyên... là hiện tượng lũ quét đã xảy ra một số vị trí trong lưu vực trượt lở và xói mòn mạnh Nó liên quan mật thiết với bản đồ phân cắt sâu nhưng nó có ý nghĩa chỉ ra nguy cơ tại từng vị trí trên lưu vực Bản đồ độ dốc địa hình ( xem hình 4.3) thành lập bằng phương pháp phân loại theo lớp bản đồ độ dốc 31 4.4.3.5 Chỉ số thạch học Chế độ nước của sông ngòi trong lưu vực phần lớn do nước ngầm khống chế, nước ngầm... vực, sử dụng để phân tích các chỉ số hình thái lưu vực ( xem chương 3) Cao trình lưu vực ảnh hưởng gián tiếp tới lượng nước và nhiệt độ của nó Lượng mưa tăng tỉ lệ thuận với cao trình, theo tính toán trung bình tăng độ cao 100m thì lượng mưa tăng 246mm và nhiệt độ giảm 0.50C [3] 23 Hình 4.1 Mô hình số độ cao lưu vực Sông Bé 4.2.4 Kết quả phân tích ảnh viễn thám 4.2.4.1 Bản đồ Thạch học giải đoán ảnh 24... pháp thành lập Trong bài tiểu luận này phương pháp được sử dụng để thành lập bản đồ là liên kết giữa dữ liệu viễn thám với dữ liệu vector và raster của HTTĐL Các dữ liệu viễn thám và thông tin địa lý được phân loại theo định nghĩa toán học, theo chủng loại và từ đó đưa ra các mô hình kết hợp Bản chất của việc liên kết dữ liệu thông qua PPTH và chồng xếp dữ liệu Phương pháp thành lập bản đồ trong luận văn... liên quan chặt chẽ tới đặc điểm địa chất lưu vực, các nham thạch chưa nước nhiều sẽ giảm dòng nước trên mặt [3] 32 Hình 4.4.3 Bản đồ độ dốc 4.4.3.6 Chỉ số lớp phủ thực vât Thực vật phủ trên lưu vực giữ một vai trò quan trọng trong việc hình thành dòng chảy, thảm thực vật rất phụ thuộc khí hậu, cấu tạo thổ nhưỡng và đặc biệt là những tác 33 động của con người Tác dụng lớp phủ thực vật lên cấu tạo thổ nhưỡng . Cơ quan thám hiểm Nhật Bản (JAXA) vừa khởi động dự án Ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý lưu vực sông . Hình 2.1 Vệ tinh trong khởi động dự án Ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý lưu. lực công nghệ và xây dựng hướng dẫn chính sách, giám sát và đánh giá phương thức quản lý viễn thám 3 Hình 2.2 Hội thảo khởi động dự án Ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý lưu vực sông . 1.3. phía Bắc giáp với các sông nhánh của lưu vực sông Mêkông thuộc Campuchia, phía Đông và Nam giáp lưu vực sông Đồng Nai, phía Tây giáp lưu vực sông Sài Gòn. Sơ đồ vị trí lưu vực sông Bé được thể hiện