Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá tai biến trượt lở đất và phân tích mối quan hệ với sử dụng đất khu vực sa pa tỉnh lào cai

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG NGUYÊN VŨ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ TAI BIẾN TRƯỢT LỞ ĐẤT VÀ PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ VỚI SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC SAPA - TỈNH LÀO CAI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG NGUYÊN VŨ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS ĐÁNH GIÁ TAI BIẾN TRƯỢT LỞ ĐẤT VÀ PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ VỚI SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC SAPA - TỈNH LÀO CAI Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám GIS Mã số: 60.44.76 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn: TS Vũ Kim Chi Hà Nội – 2013 MỤC LỤC Nội dung Trang Danh mục hình vẽ, ảnh, biểu bảng iv Mở đầu Chương TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VIỄN THÁM GIS TRONG ĐÁNH GIÁ TRƯỢT LỞ ĐẤT 1.1 Khái quát chung trượt lở 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Cơ chế phân loại trượt đất 1.1.3 Điều kiện xảy trượt lở đất nhân tố ảnh hưởng 1.2 Khái quát tình hình nghiên cứu trượt lở đất 13 1.2.1 Thế giới 13 1.2.2 Trong nước 15 1.3 Nghiên cứu địa mạo cảnh báo nguy trượt lở đất 16 1.4 Ứng dụng viễn thám nghiên cứu trượt lở đất 19 1.4.1 Các dạng tài liệu viễn thám nghiên cứu trượt lở đất 19 1.4.2 Phương pháp trộn ảnh đa phổ nghiên cứu trượt lở đất 20 1.4.3 Phân loại đa phổ ảnh vệ tinh 22 1.4.4 Ứng dụng viễn thám xác định trạng trượt lở đất 22 1.5 Công nghệ GIS nghiên cứu trượt lở đất 23 1.6 Các phương pháp nghiên cứu khác 25 1.6.1 Điều tra, khảo sát thực địa 25 1.6.2 Thu thập tổng hợp tài liệu 25 1.6.3 Phương pháp thống kê thuật toán Saaty 25 Chương PHÂN TÍCH CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TRƯỢT LỞ ĐẤT HUYỆN SA PA 27 2.1 Nhóm nhân tố tự nhiên 27 2.1.1 Đặc điểm địa chất 27 2.1.2 Địa hình trình địa mạo 31 2.1.3 Đặc điểm khí hậu 37 2.1.4 Đặc điểm mạng lưới thủy văn 40 2.1.5 Đặc điểm thổ nhưỡng 41 ii 2.1.6 Đặc điểm lớp phủ thực vật 44 2.2 Các hoạt động nhân sinh 44 Chương PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ NGUY CƠ TAI BIẾN TRƯỢT LỞ ĐẤT HUYỆN SA PA TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM - GIS KẾT HỢP MỐI QUAN HỆ VỚI SỬ DỤNG ĐẤT 46 3.1 Cơ sở liệu quy trình đánh giá trượt lở đất 46 3.1.1 Cơ sở liệu 46 3.1.2 Quy trình đánh giá 46 3.2 Phân tích trạng xác lập tiêu đánh giá tai biến trượt lở đất huyện Sa Pa 47 3.2.1 Xác định trạng trượt lở đất qua liệu thống kê khảo sát 47 3.2.2 Xác định trạng trượt lở sở tích hợp thực tế ứng dụng viễn thám 54 3.2.3 Đánh giá ảnh hưởng yếu tố thành phần tới trượt lở đất 58 3.2.4 Đánh giá trọng số cho nhân tố gây trượt lở đất 67 3.2.5 Xây dựng đồ nhạy cảm trượt lở đất khu vực huyện Sapa 68 3.2.6 Kiểm chứng kết đồ nhạy cảm trượt với trạng trượt lở 71 3.3 Phân tích mối quan hệ tai biến trượt lở đất với biến đổi sử dụng đất 73 3.3.1 Phân tích đồ trạng biến động sử dụng đất 73 3.3.2 Tích hợp độ nhạy cảm trượt lở đất tự nhiên với trạng sử dụng đất 76 Kết luận 82 Tài liệu tham khảo 83 iii DANH MỤC HÌNH VẼ Tên hình vẽ STT Trang Hình Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu Hình 1.1 Phân loại trượt đất (theo Varnes, 1978) Hình 1.2 Các phận khối trượt Hình 1.3 Sơ đồ biểu diễn lực tác động lên khối trượt Hình 1.4 Mơ hình quan niệm ứng dụng nghiên cứu địa mạo GIS nghiên cứu cảnh báo tai biến trượt lở đất 17 Hình 1.5 Ảnh Multi Pan khu vực trung tâm huyện Sapa 21 Hình 1.6 Các ảnh sau merge: A Principal Component, B.IHS, C Brovey Transform, D HPF 21 Hình 2.1 Bản đồ địa chất huyện Sa Pa (được số hoá biên tập từ đồ địa chất tỷ lệ 1:200000 tỉnh Lào Cai) 27 Hình 2.2 Sơ đồ phân tầng độ cao 33 10 Hình 2.3 Sơ đồ phân tầng độ dốc 33 11 Hình 2.4 Sơ đồ chia cắt ngang 33 12 Hình 2.5 Sơ đồ chia cắt sâu 33 13 Hình 2.6 Bản đồ địa mạo khu vực Sa Pa 35 14 Hình 2.7 Bản đồ lượng mưa trung bình năm 40 15 Hình 2.8 Bản đồ đất huyện Sa Pa 43 16 Hình 3.1 Quy trình đánh giá trượt lở đất mối quan hệ với sử dụng đất huyện Sa Pa 47 17 Hình 3.2 Ảnh Landsat TM năm 2009 (trái) SOPT năm 2010 (phải) 54 18 Hình 3.3 Bình đồ khu vực trượt lở cầu Móng Sến - Sa Pa Mặt cắt khối trượt cầu Móng Sến - Sa Pa 55 19 Hình 3.4 So sánh vết trượt cầu Mống Sến ảnh VT (trái) thực tế (phải) 55 20 Hình 3.5 Bản đồ trạng trượt lở đất khu vực Sapa 57 21 Hình 3.6 Thang đánh giá trọng số lớp thông tin TLĐ 58 22 Hình 3.7 Dạng địa hình thay đổi sườn dốc 59 23 Hình 3.8 Hình thai sườn lồi ( Convexity) lõm (Concavity) 59 24 Hình 3.9 Dạng địa hinh nhận dạng theo độ cong 59 iv 25 Hình 3.10 Độ cong (General Curvature) 59 26 Hình 3.11 Bản đồ phân cấp ảnh hưởng độ cong địa hình đến trượt lở đất 61 27 Hình 3.12 Bản đồ phân cấp ảnh hưởng độ dốc đến trượt lở đất 61 28 Hình 3.13 Bản đồ phân cấp ảnh hưởng phân cắt ngang đến trượt lở đất 61 29 Hình 3.14 Bản đồ phân cấp ảnh hưởng chia cắt sâu đến trượt lở đất 61 30 Hình 3.15 Bản đồ phân cấp ảnh hưởng thạch học đến trượt lở đất 64 31 Hình 3.16 Bản đồ phân cấp ảnh hưởng vỏ phong hóa đến trượt lở đất 64 32 Hình 3.17 Bản đồ phân cấp ảnh hưởng đứt gãy đến trượt lở đất 64 33 Hình 3.18 Bản đồ phân cấp ảnh hưởng lượng mưa đến trượt lở đất 64 34 Hình 3.19 Bản đồ nhạy cảm trượt lở đất khu vực Sa Pa, tỉnh Lào Cai 69 35 Hình 3.20 Biểu đồ so sánh kết xác định trạng độ nhạy cảm trượt lở đất 71 36 Hình 3.21 Bản đồ tích hợp trạng trượt lở với độ nhạy cảm trượt lở đất khu vực Sapa 72 37 Hình 3.22 Bản đồ trạng sử dụng đất khu vực Sapa năm 1999 74 38 Hình 3.23 Bản đồ trạng sử dụng đất khu vực Sapa năm 2010 74 39 Hình 3.24 Tỷ lệ loại hình sử dụng đất năm 1999 2010 74 40 Hình 3.25 Bản đồ biến động sử dụng đất khu vực Sapa giai đoạn 1999 – 2010 75 41 Hình 3.26 Biểu đồ kiểu biến động sử dụng đất khu vực Sapa 76 42 Hình 3.27 Bản đồ nhạy cảm trượt lở đất liên quan với trạng sử dụng đất khu vực Sapa năm 1999 43 Hình 3.28 Bản đồ nhạy cảm trượt lở đất liên quan với trạng sử dụng đất khu vực Sapa năm 2010 77 44 Hình 3.29 Biểu đồ tỷ lệ cấp trượt lở đất liên quan đến trạng sử dụng đất năm 1999 (trái) năm 2010 (phải) 80 45 Hình 3.30 Biểu đồ tỷ lệ mức độ nhạy cảm trượt lở loại đất bụi năm 1999 (trái) năm 2010 (phải) 80 v 78 DANH MỤC ẢNH Nội dung ảnh Trang Ảnh 3.1 Khối trượt lở phía đơng bãi đá cổ Sa Pa cắt ngang qua tuyến đường Sa Pa – Bản Hồ 49 Ảnh 3.2 Trượt lở theo mặt lớp dọc quốc lộ Sa Pa – Bản Khoang 49 Ảnh 3.3 Trượt lở đất phát sinh dòng lũ bùn đá khu vực cầu Mống Sến 49 Ảnh 3.4 3.5 Toàn cảnh khối trượt lở đất tuyến đường Lao Cai – Sa Pa, cách Sa Pả khoảng km phía đơng 50 Ảnh 3.6 3.7 Khối trượt lở đất Mống Sến năm 2005 (ảnh trái) ổn định với gia tăng lớp phủ thực vật năm 2011 (ảnh phải) 50 Ảnh 3.8 Các hoạt động san ủi mặt Bản Hồ cần phân biệt với khối trượt lở tự nhiên 56 STT vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang Bảng 2.1 Đặc điểm hình thái sơng suối huyện Sa Pa 41 Bảng 3.1 Thống kê điểm trượt lở đất khu vực huyện Sa Pa theo tài liệu thống kê tỉnh thực tế khảo sát trường 51 Bảng 3.2 Phân cấp ảnh hưởng độ cong địa hình đến trượt lở đất 60 Bảng 3.3 Phân cấp ảnh hưởng độ dốc tới trượt lở đất 62 Bảng 3.4 Phân cấp mức độ ảnh hưởng chia cắt ngang đến trượt lở đất 62 Bảng 3.5 Phân cấp mức độ ảnh hưởng chia cắt sâu đến trượt lở đất 63 Bảng 3.6 Phân cấp mức độ ảnh hưởng thạch học đến trượt lở đất 63 Bảng 3.7 Phân cấp mức độ ảnh hưởng vỏ phong hóa đến trượt lở đất 65 Bảng 3.8 Phân cấp mức độ ảnh hưởng đứt gãy đến trượt lở đất 66 10 Bảng 3.9 Phân cấp ảnh hưởng lượng mưa tới trượt lở đất 66 11 Bảng 3.10 So sánh cặp thông minh Saaty 67 12 Bảng 3.11 Ma trận tương quan yếu tố gây trượt 68 13 Bảng 3.12.Ma trận trọng số yếu tố gây trượt 68 14 Bảng 3.13 Trọng số loại sử dụng đất cho đánh giá trượt lở đất 79 vii MỞ ĐẦU Trong lịch sử có nhiều kiện quan trọng thiên nhiên gây làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới đời sống xã hội loài người Trận động đất xảy vào năm 1556 Trung Quốc làm cho khoảng 830.000 người bị thiệt mạng Năm 1991, trận bão đổ vào Băng La Đét làm chết 138.000 người hay trượt đất liên quan với động đất Yacitan (Peru) xảy vào ngày 31 tháng năm 1970 làm cho 25000 người bị thiệt mạng Tổng thiệt hại tài sản tai biến thiên nhiên gây ước tính khoảng 100 tỷ la Đó vấn đề mang tính tồn cầu người xác nhận tầm quan trọng việc nhận thức tai biến khả phản ứng lại chúng Trong tai biến thiên nhiên, tai biến trượt lở đất thuộc loại tai biến làm biến đổi bề mặt địa hình trái đất mà tác nhân trọng lực Trượt lở đất dạng tai biến thiên phổ biến nhất, gây thiệt hại vô to lớn người Trong lịch sử có nhiều trận trượt đất lớn ghi nhận Hàng năm tai biến trượt lở đất xảy giới gây thiệt hại vô to lớn, ước tính năm trượt lở đất gây thiệt hại hàng tỉ đô la Tai biến trượt lở đất nước ta diễn phổ biến, vào mùa mưa lũ thường xảy mạnh vùng núi phía Bắc, vùng núi Trường Sơn, vùng thượng nguồn sông Chảy gây hậu ách tắc giao thông ảnh hưởng đến lưu thông hàng hóa, phá hủy nhiều đoạn đường cơng trình giao thông quan trọng gây thiệt hại lớn kinh tế Bên cạnh đó, xảy trượt lở đất khu vực có dân cư sinh sống cịn gây thiệt hại người sở vật chất, ảnh hưởng đến môi trường nhân sinh Huyện Sa Pa thuộc tỉnh Lào Cai địa danh du lịch tiếng nơi có địa hình núi cao, bị phân cắt mạnh, cấu trúc địa chất phức tạp với lượng mưa cao thúc đẩy trình tai biến trượt lở đất xảy mạnh Ngày 24 tháng năm 2008 khu vực thôn Móng Sến, xã Trung Chải, huyện Sa Pa, tuyến đường quốc lộ 4D Lào Cai - Sa Pa xảy trượt lở đất nghiêm trọng làm người chết, người bị thương, hộ gia đình bị thiệt hại toàn nhà tài sản.Ngày tháng năm 2003 xã Tả Van (Sa Pa) trượt lở (T-L) vùi lấp nhà làm chết người người bị thương.Năm 2004,có vụ trượt lở đất nghiêm trọng xã Bản Hồ, Trung Chải huyện Sa Pa làm người chết, nhà bị sập đổ Trong năm gần trình phát triển sử dụng đất xây dựng sở hạ tầng ngày gia tăng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội sử dụng đất mở đường, xây dựng nhà máy thủy điện, tác động không nhỏ tới gia tăng tai biến trượt lở đất lũ bùn đá Sa Pa Vì vậy, việc nghiên cứu cảnh báo loại hình tai biến góp phần giảm thiểu thiệt hại loại tai biến gây địa phương nhiệm vụ cấp thiết, lý để học viên chọn đề tài : “Ứng dụng viễn thám gis đánh giá tai biến trượt lở đất phân tích mối quan hệ với sử dụng đất khu vực Sapa - tỉnh Lào cai” làm luận văn thạc sỹ Mục tiêu luận văn: Xác lập nguy tai biến trượt lở đất huyện Sapa tỉnh Lào Cai mối quan hệ với trạng sử dụng đất sở ứng dụng viễn thám GIS Nội dung nghiên cứu Để đạt mục tiêu, luận văn tập trung giải nội dung sau: - Tổng quan thu thập tài liệu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội KVNC; - Phân tích nhân tố ảnh hưởng đến phát sinh tai biến trượt lở đất Sa Pa; - Xây dựng đồ trạng phân tích đặc điểm trượt lở huyện Sa Pa mối liên quan với sử dụng đất; - Xây dựng đồ cảnh báo tai biến trượt lở đất huyện Sa Pa Không gian nghiên cứu Không gian nghiên cứu luận văn huyện Sa Pa tỉnh Lào Cai Huyện Sa Pa nằm phía tây tỉnh Lào Cai, địa danh du lịch sinh thái tiếng gắn liền với khối núi Hồng Liên Sơn - nơi có đỉnh Phan Xi Păng cao lãnh thổ Việt Nam Đây huyện có đặc thù địa hình núi cao, bị phân cắt mạnh, cấu trúc địa chất phức tạp với lượng mưa lớn thúc đẩy trình tai biến trượt lở đất (TLĐ) xảy ra, gây thiệt hại nghiêm trọng người Tính trọng số: Việc tính trọng số sử dụng phương pháp phân tích cấp bậc Saaty - Saaty’s Analytical Hiearchy Process (AHP), qua trình đánh giá, ma trận so sánh thiết lập bảng 11 Việc tính tốn trọng số thực chia giá trị cột ma trận cho tổng số giá trị cột đó, điều cho ma trận với giá trị nằm khoảng từ đến Giá trị trung bình dịng ma trận tương ứng với trọng số tiêu nằm dịng Xác định mức chế ngự: Theo quan điểm chung nhiều nhà nghiên cứu, trượt đất thường khơng xảy xảy mức độ dốc