Bài viết này sử dụng công nghệ viễn thám tính toán, đánh giá tính dễ bị tổn thương và đề xuất phân cấp để đánh giá mức độ phơi nhiễm, từ đó xây dựng bản đồ rủi ro do lũ, ngập lụt cho năm thành phố: Yên Bái, Cao Bằng, Hà Giang, Lạng Sơn và Sơn La.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM TRONG ĐÁNH GIÁ RỦI RO DO LŨ, NGẬP LỤT CHO CÁC ĐƠ THỊ MIỀN NÚI PHÍA BẮC Hà Thanh Lân, Lê Viết Sơn, Đinh Xuân Hùng, Vũ Quỳnh Đơng, Trần Thanh Dung, Hồng Tiến Thành Viện Quy hoạch Thủy lợi Tóm tắt: Vùng miền núi phía Bắc nơi có diện tích lớn, địa hình hiểm trở, hay bị chia cắt, đặc biệt hay bị ảnh hưởng thảm họa thiên tai cực đoan lũ quét, ngập lụt, sạt lở đất Những năm gần thường xuyên đối mặt với tượng thiên tai cực đoan, tác động không nhỏ đến đời sống xã hội Trong lũ, ngập lụt hình thái thiên tai điển hình thường xuyên đe dọa sống người dân phát triển kinh tế xã hội vùng, gây nhiều thiệt hại vật chất tinh thần Vì đánh giá rủi ro lũ, ngập lụt công việc quan trọng nghiên cứu Công nghệ viễn thám với nhiều ưu điểm công cụ quản lý, giám sát tài nguyên thiên nhiên, môi trường thiên tai Nhóm nghiên cứu sử dụng cơng nghệ viễn thám tính tốn, đánh giá tính dễ bị tổn thương đề xuất phân cấp để đánh giá mức độ phơi nhiễm, từ xây dựng đồ rủi ro lũ, ngập lụt cho năm thành phố: Yên Bái, Cao Bằng, Hà Giang, Lạng Sơn Sơn La Kết thu giúp có nhìn tổng quan mức độ rủi ro năm thành phố, góp phần xây dựng sở liệu giúp cho công tác đánh giá, giám sát dự báo nguy rủi ro lũ, ngập lụt nói riêng cơng tác quản lý, cảnh báo phịng chống hiểm họa, thiên tai nói chung Kết cho thấy mức độ rủi ro mức cao cao hay xảy thành phố Yên Bái, thành phố Cao Bằng có diện tích tỉ lệ mức độ rủi ro cao cao thấp thành phố Từ khóa: cơng nghệ viễn thám, phơi nhiễm, tổn thương, rủi ro, LULC, Sentinel-1, lũ, ngập lụt Summary: The Northern region is a large area, rugged terrain, or fragmentation, especially or affected by extreme natural disasters such as flash floods, floods, landslides In recent years, this region often faces with extreme natural disasters, which has a significant impact on social economic conditions In particular, flood is a typical natural disaster that often threatens the lives of people and the socio-economic development in the region, causing many material and spiritual damages Therefore, assessing risks of flood is a very interesting area for researchers Remote sensing technology with many advantages is a key tool in managing and monitoring natural resources, environment and natural disasters today The study team used remote sensing technology to calculate and assess the vulnerability and propose a classification to assess exposure, thereby developing a flood risk map for the five cities, including: Yen Bai, Cao Bang, Ha Giang, Lang Son and Son La The results provide an overview of the level of risk in the five cities, contributing to the development of a database to help assess, monitor and forecast risks of flood in particular and the management, warning and prevention of hazards, natural disasters in general The results show that high and very high levels of risk occur most frequently in Yen Bai city, Cao Bang city with the lowest high and very high level of risk compared with other cities Keywords: Remote sensing, exposure, vulnerable, risk, landuse, landcover, Sentinel-1, flood MỞ ĐẦU * Rủi ro lũ, ngập lụt thiên tai phổ biến giới có ảnh hưởng lớn đến tính mạng tài sản người Nghiên cứu rủi ro ngập lũ nhiều nhà khoa học giới quan tâm thực nhiều khía cạnh, nghiên cứu tính dễ bị tổn Ngày nhận bài: 23/10/2020 Ngày thông qua phản biện: 19/11/2020 thương mức độ rủi ro; nghiên cứu, ứng dụng công nghệ việc đánh giá, giám sát rủi ro lũ, ngập lụt; nghiên cứu chế độ thuỷ văn, thuỷ lực dòng chảy lũ; nghiên cứu đánh giá thiệt hại lũ, ngập lụt gây Đánh giá rủi ro lũ, ngập lụt công việc hỗ trợ công tác quản lý tổng hợp rủi ro thiên tai, xây dựng Ngày duyệt đăng: 06/12/2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ giải pháp nhằm giảm nhẹ tác hại lũ, ngập lụt gây [1] [2] [3] Vùng miền núi Bắc Bộ gồm 15 tỉnh, vùng lãnh thổ có diện tích lớn nước ta với khoảng 100.965 km2, chiếm khoảng 28.6 % diện tích nước Đây vùng có địa hình hiểm trở, chia cắt, giao thơng lại khó khăn Trong thời gian gần biến đổi khí hậu, miền núi Bắc Bộ thường xuyên xảy tượng thời thiết cực đoan lũ quét, sạt trượt lở đất, rét đậm rét hại ảnh hưởng trực tiếp đến mặt xã hội Các khu vực trũng thấp dọc sông Thao, Lô, Đà, Gâm, Cầu, Kỳ Cùng thường chịu rủi ro lũ, ngập lụt [4] [5] [6] Trong phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung đánh giá rủi ro lũ, ngập lụt cho thành phố Yên Bái, Cao Bằng, Hà Giang, Lạng Sơn Sơn La Công nghệ viễn thám (remote sensing – RS) sản phẩm khoa học loại, hình thành với mục đích giám sát bề mặt trái đất, ứng dụng rộng rãi từ năm 1970 kỷ trước, phổ biến nước có kinh tế Mỹ, Anh, Canada, Nhật Bản, Pháp, Đài Loan (Trung Quốc) Ngày khoa học viễn thám thâm nhập hầu hết vào lĩnh vực nghiên cứu nói chung tài nguyên nước nói riêng, mạnh, lợi ích đáng kể như: nghiên cứu đối tượng từ xa khứ, tiết kiệm thời gian, công sức, chi phí tài Với ưu điểm độ bao phủ không gian rộng lớn, chu kỳ thu nhận liệu ngắn, mức độ chi tiết cao (ảnh vệ tinh độ phân giải cao siêu cao), sử dụng dải phổ đặc biệt khác để quan trắc đối tượng… công nghệ viễn thám trở thành công nghệ chủ đạo cho quản lý, giám sát tài nguyên thiên nhiên, môi trường thiên tai giới Công nghệ viễn thám trở thành phương tiện chủ đạo cho công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên môi trường cấp độ nước, khu vực phạm vi toàn cầu Trong phịng chống thiên tai, cơng nghệ viễn thám công nghệ sử dụng để thu thập thông tin không gian sử dụng để xác định, phân loại, lập đồ, theo dõi, lập kế hoạch, giảm thiểu quản lý thiên tai Khả ứng dụng công nghệ viễn thám ngày nâng cao, lý dẫn đến tính phổ cập cơng nghệ [7] [8] [9] PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu xây dựng đồ rủi ro công nghệ viễn thám cách xây dựng đồ tính dễ bị tổn thương từ đồ thảm phủ, đồ phơi nhiễm từ đồ ngập lụt Phương pháp nghiên cứu sử dụng liệu ảnh vệ tinh làm đầu vào, sử dụng công nghệ viễn thám kết hợp phần mềm xử lý ảnh để từ phân loại, tính tốn xây dựng thành đồ rủi ro cho thành phố vùng nghiên cứu Phương pháp đánh giá rủi ro lũ, ngập lụt công nghệ viễn thám khái quát qua hình 1: Hình 1: Xây dựng đồ rủi ro lũ, ngập lụt công nghệ viễn thám Khái niệm rủi ro lũ, ngập lụt cho TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC mức độ nguy hiểm tai biến lũ lụt Rủi ro lũ, ngập lụt coi sản phẩm ngẫu nhiên nguy tiềm tổn thất Trong vài thập kỷ trước, rủi ro lũ, ngập lụt đánh giá chủ yếu vào tính chất lũ, ngập lụt (độ sâu lũ, cường độ, mức độ ngập ) Tuy nhiên năm gần đây, rủi ro lũ, ngập lụt đánh giá, phân tích theo hướng tiếp cận quản lý tổng hợp Đó hiểm họa, độ phơi nhiễm tính dễ bị tổn thương [10] [11] [12] Trong phạm vi nghiên cứu, nhóm nghiên cứu sử dụng cơng nghệ viễn thám để xây dựng đầu vào đồ thảm phủ đồ ngập để tính tốn, đánh giá rủi ro lũ, ngập lụt công thức: R=VxE (1) Trong đó: R: mức độ rủi ro V: tính dễ bị tổn thương E: độ phơi nhiễm Hiện cấp độ rủi ro thiên tai quy định “Quy định chi tiết cấp độ rủi ro thiên tai” (số 44/2014/QĐ-TTg) quy định chi tiết cấp độ rủi ro với 21 loại hình thiên tai Trong đó, quy định mức độ rủi ro lũ, ngập lụt chủ yếu đề cập đến mực nước theo cấp báo động sông lớn sông Hồng-Thái Bình, sơng Cả, sơng Mã , theo tác động tổ hợp với loại hình thiên tai khác bão, áp thấp nhiệt đới hay cố vỡ đập phân cấp mức độ rủi ro thiên tai lũ, ngập lụt theo tiêu thiết kế lũ vùng có cơng trình phịng, chống lũ [13] mà không quy định đến khả bị ngập vùng cụ thể Ngoài ra, vùng thị, vùng chưa có đê bảo vệ chưa có quy định cấp độ rủi ro thiên tai cho vùng Trong đó, cơng nghệ viễn thám sử dụng liệu đầu vào bao phủ tồn cầu, chuỗi thời gian dài dễ dàng trích xuất vùng cụ thể CÔNG NGHỆ nên thuận tiện tính tốn, đánh giá phân tích khả bị ngập theo không gian thời gian, tức xác suất ngập vùng khoảng thời gian đánh giá bao nhiêu, từ đưa kết luận xem vùng có bị phơi nhiễm nhiều hay Vì thế, nhóm nghiên cứu đề xuất bảng phân cấp độ phơi nhiễm từ đồ tỷ lệ ngập theo Bảng - Tính dễ bị tổn thương V (Vulnerable): Được định nghĩa mức độ dễ bị tổn thương đối tượng/ thuộc tính vùng nghiên cứu Ví dụ mức độ tổn thương loại hình thảm phủ, độ tuổi dân số [14] [15] [16] Trong nghiên cứu định nghĩa mức độ dễ bị tổn thương lớp thảm phủ khu vực nghiên cứu [17] Tính dễ bị tổn thương đánh giá thông qua việc phân loại thảm phủ Nghiên cứu tham khảo phương pháp xây dựng đồ thảm phủ công nghệ viễn thám sử dụng ảnh vệ tinh Landsat làm liệu đầu vào, công cụ Google Earth Engine kết hợp với giá trị thực địa thu thập khu vực phân tích tích hợp máy học (machine learning) trích xuất, xây dựng đồ thảm phủ theo chuỗi thời gian theo năm từ dự án Servir-Mekong Đây dự án dựa sáng kiến chung vấn đề phát triển quan phát triển Hoa Kỳ, NASA quốc gia nằm lưu vực sông Mekong bao gồm: Myanmar, Thái Lan, Lào, Campuchia Việt Nam [18] Nhóm nghiên cứu sử dụng kết dự án để làm đầu vào việc xây dựng đồ tính dễ bị tổn thương Nghiên cứu xây dựng đồ thảm phủ chia lớp thảm phủ thành đối tượng bao gồm: đất thị, đất nơng nghiệp, rừng nước mặt tương ứng với mức độ dễ bị tổn thương Bảng sau: Bảng 1: Bảng phân cấp mức độ dễ bị tổn thương, phơi nhiễm rủi ro TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Mức độ dễ bị tổ n thương (V) Mức độ phơi nhiễ m (E) Xác Tính dễ bị Mức độ tổ n tổ n thươ n thươ ng Độ Mức độ suấ t Loạ i hình phơ i phơ i bị Cấ p rủ i thả m phủ nhiễ nhiễ m ngậ p ro m (E) úng g Rấ t thấ p Nướ c mặ t Rấ t thấ p Thấ p Đ ấ t trố ng Thấ p Rừng Trung bình Cao Rấ t cao Đ ất nông nghiệ p Đ ấ t thị 𝑋𝑖 𝑁 Trung bình Cao Rấ t cao - Độ phơi nhiễm E (Exposure): Được định nghĩa giá trị bề mặt xảy hiểm họa ngập lụt, hạn hán, trượt lở đất khoảng thời gian quan trắc [1] [10] Trong nghiên cứu tần suất xuất ngập lụt pixcel đồ ngập xây dựng công nghệ viễn thám sử dụng ảnh radar vệ tinh Sentinel-1 lưu vực nghiên cứu tính cơng thức sau: 𝐸= Mức độ rủ i ro (%) Mức độ rủ i ro