Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám xây dựng bản đồ tiềm năng lũ quét tỉnh Sơn La

Sơn La là tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam thường xuyên xảy ra lũ quét. Lũ quét được hình thành do tác động tổng hợp của nhiều nhân tố như độ dốc địa hình, hiện trạng sử dụng đất, loại đất, độ che phủ rừng kết hợp với mưa lớn gây ra nhiều thiệt hại về người và tài sản.

HNUE JOURNAL OF SCIENCE DOI: 10.18173/2354-1067.2019-0053 Social Sciences, 2019, Volume 64, Issue 8, pp 120-132 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS VÀ VIỄN THÁM XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TIỀM NĂNG LŨ QUÉT TỈNH SƠN LA Kiều Văn Hoan1, Nguyễn Hà Trang2, Nguyễn Phương Thúy1 Nguyễn Hữu Thanh1 Khoa Địa lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Trường Trung học Cơ sở Ngơ Sĩ Liên, Tóm tắt Sơn La tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam thường xuyên xảy lũ quét Lũ quét hình thành tác động tổng hợp nhiều nhân tố độ dốc địa hình, trạng sử dụng đất, loại đất, độ che phủ rừng kết hợp với mưa lớn gây nhiều thiệt hại người tài sản Hiện hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) viễn thám sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực có cảnh báo thiên tai Trong nghiên cứu tác giả sử dụng công nghệ GIS viễn thám để xây dựng đồ tiềm lũ quét tỉnh Sơn La sở phân tích tác động nhân tố độ dốc, trạng sử dụng đất, đất, độ tàn che rừng theo mô hình đánh giá tiềm lũ quét (Flash Flood Potential Index – FFPI) Từ kết thu xác định khu vực có nguy cao xảy lũ quét nhằm chủ động phòng chống, giảm thiểu thiệt hại thiên tai Từ khóa: Lũ quét, GIS viễn thám, ảnh vệ tinh Landsat, số tiềm lũ quét FFPI, số độ tàn che rừng Mở đầu Lũ quét thiên tai xuất hầu khắp nước giới có Việt Nam Lũ quét hình thành tổng hợp nhân tố gây nên như: đặc điểm địa hình, địa mạo, lượng mưa, lớp phủ thực vật, kết cấu đất… Thêm vào đó, với việc diện tích rừng đầu nguồn bị suy giảm biến đổi khí hậu làm cho lũ quét xảy thường xuyên khó dự báo Trong điều kiện ¾ diện tích đồi núi, khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, lũ quét thiên tai nghiêm trọng xảy vùng đồi núi Việt Nam Các trận lũ quét trôi nhà cửa, tài sản, làm nhiều người thiệt mạng gián đoạn hoạt động sản xuất ghi nhận tỉnh miền núi như: Lai Châu, Sơn La, n Bái, Hòa Bình,… Trước tình hình đó, cơng tác dự báo, phòng chống lũ quét cần tiến hành xác, khẩn trương để giảm thiểu tối đa thiệt hại Sơn La tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam có độ cao, độ dốc địa hình lớn kết hợp với mật độ sông suối dày đặc suy giảm tài nguyên rừng làm cho tình hình lũ quét diễn biến phức tạp Trong Ngày nhận bài: 1/4/2019 Ngày sửa bài: 9/7/2019 Ngày nhận đăng: 21/7/2019 Tác giả liên hệ: Kiều Văn Hoan Địa e-mail: kieuvanhoan@hnue.edu.vn 120 Ứng dụng công nghệ GIS viễn thám xây dựng đồ tiềm lũ quét tỉnh Sơn La năm vừa qua, địa bàn Sơn La ghi nhận nhiều trận lũ qt có quy mơ lớn, gây nhiều thiệt hại người tài sản [1, 2] Hệ thống thơng tin địa lí viễn thám công cụ mạnh việc xây dựng đánh giá tác động tai biến thiên nhiên có lũ quét Những nghiên cứu lũ quét dựa vào công nghệ GIS viễn thám theo mơ hình FFPI nghiên cứu tác giả Gregory E Smith (2010) [3], Jeffrey Zogg (2013) [4]; Roxana Tincu (2018) [5] sử dụng liệu độ dốc, loại đất, loại hình sử dụng đất, loại đất, lớp phủ thực vật nhằm xây dựng đồ tiềm lũ quét hỗ trợ cho công tác dự báo có tính chất định lượng (khơng gian, diện tích) khu vực nghiên cứu Nghiên cứu số tàn che tác giả M.V.K Sivakumar, P.S Roy, K Harmsen, and S.K Saha [2, 6, 11] sử dụng toán cảnh báo cháy rừng dựa số mối quan hệ điều kiện rừng số AVI (Advanced Vegetation Index), BI (Bare Soil), SI (Shadow Index) tính tốn từ ảnh viễn thám Nghiên cứu nhóm tác giả dựa mơ hình tính tốn số tiềm lũ quét FFPI Greg Smith (2010) có điều chỉnh phù hợp với điều kiện thực tế khu vực nghiên cứu Việt Nam, kết hợp với số tàn che (Forest Canopy DensityFCD) để xây dựng đồ tiềm lũ quét đảm bảo độ tin cậy xác sở tham khảo qui hoạch, phân bố dân cư góp phần giảm thiểu thiệt hại người tải sản, sử dụng hợp lí bảo vệ tài nguyên [6, 7, 8, 11] Nội dung nghiên cứu 2.1 Dữ liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Dữ liệu Để xây dựng đồ tiềm lũ quét tỉnh Sơn La nghiên cứu sử dụng liệu mô hình số độ cao, loại đất trạng sử dụng đất, ảnh vệ tinh Landsat OLI ghép ảnh 127-045, 127 – 046, 128 – 045 128 – 046[9] Ảnh vệ tinh Landsat sau thu thập hiệu chỉnh phổ, hiệu chỉnh hình học cắt theo phạm vi khu vực nghiên cứu Bảng Các nguồn liệu sử dụng nghiên cứu STT Tên liệu Mơ hình số độ cao DEM [10] Tài nguyên đất tỉnh Sơn La tỉ lệ 1:100 000 Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Sơn La năm 2015 tỉ lệ 1:100 000 Ảnh vệ tinh Landsat OLI độ phân giải 30m ngày 30-05-2015 2.2 Phương pháp nghiên cứu FFPI mơ hình định lượng xác định nguy phát sinh lũ quét sở dựa vào đặc tính vốn có địa bàn nghiên cứu độ dốc, kết cấu đất, loại hình sử dụng đất, độ tàn che thực vật Dưới quy trình xây dựng mơ hình FFPI (Hình 1) Để xây dựng đồ tiềm lũ quét tỉnh Sơn La tác giả tiến hành thu thập liệu sử dụng phương pháp GIS viễn thám để xử lí ảnh vệ tinh phân cấp FFPI 121 Kiều Văn Hoan, Nguyễn Hà Trang, Nguyễn Phương Thúy Nguyễn Hữu Thanh cho nhân tố thành phần: độ dốc, loại đất, trạng sử dụng đất, độ tàn che rừng Mỗi lớp liệu gán giá trị FFPI từ đến 10, giá trị nhỏ 1, giá trị lớn 10 Mỗi thành phần gắn vào mô hình có trọng số chồng xếp để đồ tiềm lũ quét Giá trị nhỏ tương ứng với khu vực chịu ảnh hưởng giá trị lớn 10 tương ứng với khu vực có tiềm xảy lũ qt cao Dựa mơ hình Greg Smith, tác giả lựa chọn công thức để áp dụng vào địa bàn nghiên cứu tỉnh Sơn La đây, nhân tố độ dốc có trọng số 1.5, nhân tố lại có trọng số Cơng thức[2,4,5] : FFPI = 1.5( M )  L  S  V 4.5 Trong đó: M = Độ dốc; L = Hiện trạng sử dụng đất; S = Loại đất; V = Độ che phủ rừng 4.5 = Tổng trọng số độ dốc có trọng số 1.5 Dữ liệu mơ hình số độ cao DEM Dữ liệu độ dốc Dữ liệu loại đất Dữ liệu trạng sử dụng đất Dữ liệu độ tàn che FFPI Bản đồ phân cấp độ dốc FFPI Bản đồ phân cấp loại đất FFPI Bản đồ phân cấp trạng sử dụng đất FFPI Bản đồ phân cấp độ tàn che Chồng xếp Phân cấp FFPI Bản đồ phân cấp tiềm lũ quét Ảnh vệ tinh Landsat Hình Quy trình xây dựng mơ hình FFPI[2] 2.2 Kết nghiên cứu thảo luận 2.2.1 Khu vực nghiên cứu Sơn La tỉnh miền núi nằm phía tây bắc Việt Nam, địa hình chủ yếu đồi núi, độ dốc lớn, mưa tập trung theo mùa, mùa mưa có tổng lượng mưa lớn kết hợp với ảnh hưởng bão áp thấp nhiệt đới; mật độ sông suối dày đặc, độ dốc lớn; diện tích rừng bị suy giảm số khu vực Các đặc điểm tự nhiên làm cho Sơn La thường xuyên xảy lũ quét Bên cạnh đó, kinh tế - xã hội tỉnh Sơn La có bước phát triển rõ rệt, nhiên kinh tế phụ thuộc nhiều vào nơng 122 Ứng dụng công nghệ GIS viễn thám xây dựng đồ tiềm lũ quét tỉnh Sơn La nghiệp, đời sống nhân dân nhiều khu vực khó khăn, sở hạ tầng nhiều hạn chế Chính vậy, điều kiện xảy lũ quét gây thiệt hại lớn 2.2.2 Kết thảo luận 2.2.2.1 Xây dựng đồ phân cấp FFPI cho nhân tố độ dốc Trong nghiên cứu độ dốc sử dụng theo đơn vị % mức độ FFPI cao độ dốc lớn Bản đồ phân cấp FFPI theo độ dốc thể Hình Bảng Phân cấp FFPI theo độ dốc (%) [2, 4] Độ dốc 90 - 100 >100 FFPI 10 Độ dốc 40-50 FFPI 80-90 30-40 70-80 20-30 60-70 10- 20 50-60 70%, chủ yếu đất trống, đất chưa sử dụng, núi đá với độ tàn che rừng thấp