Ứng dụng viễn thám và công nghệ gis xây dựng bản đồ ngập lụt khu vực hà tĩnh

18 CHƯƠNG 2: VIỄN THÁM, HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU NGẬP LỤT TỈNH HÀ TĨNH.... tính toán các dữ liệu không gian đồng thời liên kết được các bức ảnh viễn thá

NGUYỄN THỊ MINH HẰNG

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ CÔNG NGHỆ GIS XÂY

DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT KHU VỰC HÀ TĨNH

Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý

Mã số: 60.44.76

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẤN KHOA HỌC:

TS Doãn Hà Phong

HÀ NỘI - 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nghiên cứu và thực nghiệm đưa ra trong luận văn là hoàn toàn trung thực, chưa được ai công bố trong công trình nào

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Minh Hằng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 3

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 5 7 BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG KHU VỰC TỈNH HÀ TĨNH 7

1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 7

1.1.1 Vị trí địa lý 7

1.1.2 Địa hình 8

1.1.3 Đất đai 8

1.1.4 Khí hậu 10

1.1.5 Thủy văn 11

1.1.6 Giao thông 12

1.2 Đặc điểm ngập lụt khu vực tỉnh Hà Tĩnh 14

1.3 Đặc điểm kinh tế - xã hội 18

CHƯƠNG 2: VIỄN THÁM, HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU NGẬP LỤT TỈNH HÀ TĨNH 21

2.1 Khái quát về viễn thám 21

2.1.1 Khái niệm về viễn thám 21

2.1.2 Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 23

2.1.3 Ảnh vệ tinh Envisat Asar 27

2.1.4 Ứng dụng của viễn thám trong nghiên cứu ngập lụt 31

2.2 Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 34

2.2.1 Định nghĩa GIS 34

2.2.2 Cấu trúc của GIS 35

2.2.3 Các chức năng cơ bản của GIS 39

2.2.4 Ứng dụng của hệ thống thông tin đia lý GIS 43

2.2.5 Kết hợp viễn thám và công nghệ GIS trong nghiên cứu ngập lụt khu vực tỉnh Hà Tĩnh 44

CHƯƠNG 3: THÀNH LẬP BẢN ĐỒ NGẬP LỤT KHU VỰC TỈNH HÀ TĨNH 47

3.1 Các khái niệm 47

3.1.1 Khái niệm ngập lụt 47

3.1.2 Khái niệm bản đồ ngập lụt 48

3.2 Quy trình thành lập bản đồ ngập lụt tỉnh Hà Tĩnh 52

3.2.1 Công tác chuẩn bị 53

3.2.2 Biên tập khoa học 54

3.2.3 Thành lập bản đồ nền cơ sở địa lý 55

3.2.4 Chiết tách thông tin vùng ngập nước từ ảnh vệ tinh 58

3.2.5 Xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý (GIS) 60

3.2.6 Lập bản đồ gốc tác giả 64

3.2.7 Biên tập và hoàn thiện nội dung bản đồ ngập lụt tỉnh Hà Tĩnh 67

3.3 Thiệt hại do ngập lụt gây ra trong khu vực tỉnh Hà Tĩnh 70

3.3.1 Xác định diện tích ngập lụt của từng huyện 70

3.3.2 Xác định diện tích các loại hình sử dụng đất bị ngập lụt của tỉnh Hà Tĩnh 71

3.3.3 Xác định độ sâu ngập lụt từ số liệu điều tra, thu thập vết lũ tháng 10 năm 2010 73

KẾT LUẬN 78

KIẾN NGHỊ 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 1 83

PHỤ LỤC 2 83

PHỤ LỤC 3 84

PHỤ LỤC 4 85

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1 Đất đai phân bố theo đơn vị hành chính (thống kê năm 2010) 9

Bảng 1.2 Hình thái dòng chính và các nhánh sông Ngàn Phố 15

Bảng 1.3 Lũ do mưa gây ra từ ngày 30/9 - 10/10/2010 15

Bảng 1.4 Lũ do mưa gây ra từ ngày 16 - 17/10/2010 16

Bảng 1.5 Đỉnh lũ cao nhất năm 2010 trên các sông 16

Bảng 1.6 Dân số và lao động tỉnh Hà Tĩnh từ năm 2006 đến năm 2010 18

Bảng 1.7 Thống kế một số chỉ tiêu cơ bản trong 5 năm từ 2006 đến 2010 20

Bảng 2.1 Một số thông số của vệ tinh Envisat 30

Bảng 3.1 Phân lớp nội dung nền cơ sở địa lý trong phần mềm MicroStation 55 Bảng 3.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu 63

Bảng 3.3 Diện tích ngập theo từng huyện của tỉnh Hà Tĩnh 70

Bảng 3.4 Diện tích ngập các loại hình sử dụng đất của tỉnh Hà Tĩnh 72

Bảng 3.5 Độ sâu ngập lụt tại các điểm đo vết lũ của tỉnh Hà Tĩnh 74

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1 Khu vực tỉnh Hà Tĩnh 7

Hình 2.1 Sự phân bố các dải sóng trong quang phổ điện từ 22

Hình 2.2 Đặc điểm phổ phản xạ của nhóm các đối tượng tự nhiên chính 24

Hình 2.3 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật 25

Hình 2.4 Khả năng phản xạ phổ của một số loại nước 26

Hình 2.5 Đặc tính phản xạ phổ của ba loại đất ở trạng thái khô 26

Hình 2.6 Độ rộng dải chụp ảnh Asar và một số đầu thu khác của vệ tinh Envisat 27

Hình 2.7 Ảnh Asar chế độ chuẩn (Image Mode); VV hoặc HH 28

Hình 2.8 Ảnh Asar chế độ chụp ảnh rộng (Wide Swath); VV hay HH 29

Chế độ phân cực luân phiên (Alternative Mode) 29

Hình 2.9 Chế độ phân cực luân phiên của Asar 29

Hình 2.10 Hệ thống thông tin địa lý 34

Hình 2.11 Các thành phần của GIS 36

Hình 2.12 Các thiết bị phần cứng phục vụ GIS độc lập 36

Hình 2.13 Các nhóm chức năng của GIS 42

Hình 3.1 Quy trình thành lập bản đồ ngập lụt tỉnh Hà Tĩnh 52

Hình 3.2 Ảnh Radar tỉnh Hà Tĩnh ngày 9 tháng 10 năm 2010 sau khi được xử lý và nắn chỉnh hình học 58

Hình 3.3 Chọn vùng mẫu 59

Hình 3.4 Vùng ngập sau khi chiết tách được chuyển về định dạng *shp 60

Hình 3.5 Vùng ngập do lũ của tỉnh Hà Tĩnh 60

Hình 3.6 Sơ đồ các bước công nghệ chính xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý GIS 61

Hình 3.7 Bản đồ hiện trạng ngập lụt tỉnh Hà Tĩnh (ngày 9 tháng 10 năm

2010) 69

Hình 3.8 Sơ đồ tính diện tích ngập theo huyện 70

Hình 3.9 Sơ đồ tính diện tích các loại hình sử dụng đất bị ngập lụt 72

Hình 3.10 Chồng ghép vùng ngập lụt lên DEM 73

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ngập lụt là một hiện tượng tai biến thiên nhiên, là kết quả của quá trình tập trung nước với khối lượng lớn và tràn vào các vùng địa hình thấp, gây ngập lụt trên diện rộng Ngập lụt có thể do lũ lớn, nước lũ tràn qua bờ sông (đê) làm vỡ các công trình ngăn lũ vào các vùng trũng hoặc do nước biển dâng khi gió bão làm tràn ngập nước vùng ven biển

Ngập lụt có thể gây hư hỏng hay sập đổ hoàn toàn các công trình giao thông như cầu, cống, đường tàu, hệ thống thoát nước, nhà cửa Gây ra các tổn thất về người và của (người và động vật bị chết đuối, bị thương hoặc bị tai nạn do ngập nước gây ra) Ngập lụt còn gây ảnh hưởng đến nước sinh hoạt nói riêng và nguồn nước nói chung vì nước bị ô nhiễm khi mang theo các chất thải từ cống, rãnh, ao hồ tràn lên đường phố, nhà, khu vực các vòi nước công cộng gây tình trạng khan hiếm nước uống và nhiều tình trạng khác Ngập lụt gây thiệt hại cho nông nghiệp như làm giảm năng suất trồng trọt, gây mất mùa, khan hiếm lương thực, làm chết số loài thực vật không có khả năng chịu úng, gây ra bệnh tật cho người và động vật do vệ sinh kém hoặc bị các bệnh truyền nhiễm phán tán trong nước, điển hình là bệnh dịch tả Ngoài ra ngập lụt còn có tác hại lâu dài như gây khó khăn cho nền kinh tế, giảm “tức thời” các hoạt động du lịch, chi phí cho tái xây dựng đồng thời đẩy mạnh tăng giá các mặt hàng lương thực, thực phẩm, gây ra các tác động tiêu cực lâu dài đến môi trường sinh thái, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và các hoạt động kinh tế xã hội của con người

Ở Việt Nam nói chung và khu vực tỉnh Hà Tĩnh nói riêng có nhiều đồi núi, địa hình, điều kiện khí tượng, khí hậu, thuỷ văn diễn biến phức tạp Cùng với sự ấm lên của khí hậu toàn cầu các hiện tượng thời tiết bất thường như

hạn hán, lũ lụt ngày càng gia tăng và mức độ gây tổn hại ngày càng lớn Hàng năm vào mùa mưa bão, trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh thường bị ảnh hưởng hoặc kết hợp ảnh hưởng của bão, áp thấp nhiệt đới (ATNĐ), dải hội tụ nhiệt đới (DHTNĐ), nhiễu động trong đới gió đông trên cao, áp cao lạnh lục địa (ACLLĐ) tăng cường xuống phía nam với hoạt động của không khí lạnh (KKL) tạo ra các đợt mưa lớn trên diện rộng gây lũ, lũ quét và ngập lụt trên các lưu vực sông suối Lượng nước trong các hồ chứa dâng cao, buộc phải điều tiết lũ, nếu gặp thời kỳ triều cường thì mức độ ngập lụt càng nghiêm trọng và kéo dài Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đã tạo được một bước tiến mới về quy trình thành lập bản đồ Trong việc xử lý ảnh có những phần mềm như ENVI, ERDAS, PCI…, bên cạnh đó là các phần mềm GIS hỗ trợ cho việc xử lý các dữ liệu không gian và biên tập bản đồ như Mapinfo, ArcGis, ArcView… Việc kết hợp ứng dụng giữa các phần mềm xử lý ảnh và các phần mềm GIS sẽ là một công cụ hữu hiệu trong việc giải đoán ảnh viễn thám, đồng thời rút ngắn thời gian và nâng cao độ chính xác cho việc thành

lập bản đồ và phân tích thông tin địa lý

Viễn thám có vai trò quan trọng trong việc giám sát và đánh giá tác động của thiên tai, giúp các nhà lãnh đạo, các tổ chức, cơ quan nhà nước ra quyết định nhanh để ứng phó kịp thời trên quy mô rộng Công nghệ viễn thám giúp quan sát trên khu vực rộng lớn, đặc biệt là lưu vực sông, quan sát rõ nước tại lưu vực đó sẽ chảy qua khu vực sông nào Từ đó xây dựng các bản

đồ ngập lụt, vùng ngập nước Ngoài ra trong công tác xử lý hậu quả lũ lụt, viễn thám còn có thể dự báo, giải quyết hậu quả sau bão như dự báo đường ngập, quan sát tình trạng ngập lụt ở những vùng cụ thể

Những năm gần đây công nghệ GIS ngày càng phát triển và được ứng dụng rộng rãi trên thế giới Với những tính năng ưu việt, GIS đang được sử dụng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong quản lý, tích hợp các lớp thông tin,

tính toán các dữ liệu không gian đồng thời liên kết được các bức ảnh viễn thám trong nghiên cứu ngập lụt, lập bản đồ hiện trạng ngập lụt và đưa ra các con số đánh giá mức độ thiệt hại do ngập lụt gây ra

Nhằm tận dụng khả năng của viễn thám và công nghệ GIS trong việc xác định khu vực xảy ra ngập lụt, đánh giá ảnh hưởng thiệt hại do ngập lụt gây ra, giúp lãnh đạo địa phương tỉnh Hà Tĩnh đưa ra các phương án cụ thể nhằm ứng phó kịp thời và giảm thiểu thiệt hại của tình trạng ngập lụt, học

viên đã chọn đề tài: “Ứng dụng viễn thám và công nghệ GIS xây dựng bản

đồ ngập lụt khu vực Hà Tĩnh” làm đề tài luận văn của mình

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

+ Phạm vi không gian: Khu vực tỉnh Hà Tĩnh

+ Thời kỳ nghiên cứu: Nghiên cứu mức độ ngập lụt của khu vực tỉnh

Hà Tĩnh sau trận lũ ngày 9 tháng 10 năm 2010

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

+ Ứng dụng ảnh viễn thám radar (Envisat Asar) giải đoán vùng ngập lụt của tỉnh Hà Tĩnh ngày 9 tháng 10 năm 2010

+ Kiểm chứng kết quả giải đoán qua số liệu thu thập và kết quả đo đạc thực địa (khảo sát và đo GPS)

+ Ứng dụng công nghệ GIS xây dựng bản đồ ngập lụt và tính toán diện tích ngập lụt khu vực tỉnh Hà Tĩnh

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

+ Phương pháp tổng hợp kế thừa:

- Thu thập tài liệu đã có liên quan tới nội dung của luận văn (tư liệu ảnh viễn thám, bản đồ, số liệu thống kê…)

- Phân tích, lựa chọn các phương pháp nghiên cứu phù hợp

- Phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu, các tư liệu liên quan đến nội dung luận văn

+ Phương pháp phân tích thống kê:

- Các số liệu thống kê thu thập được từ các cơ quan lưu trữ đầu ngành qua quá trình xử lý, phân tích sẽ bổ sung thêm nội dung để thành lập bản đồ ngập lụt

+ Phương pháp kết hợp viễn thám và công nghệ GIS:

Kết hợp viễn thám và công nghệ GIS để thành lập bản đồ ngập lụt tỉnh

Hà Tĩnh Trong đó:

- Ảnh viễn thám rardar (Envisat Asar ngày 9/10/2010 khu vực tỉnh Hà

Tĩnh) được dùng để chiết tách các lớp thông tin vùng ngập lụt trên địa bàn

- Kiểm tra kết quả giải đoán ảnh viễn thám

- Sử dụng số liệu thu thập được tính toán độ sâu vùng ngập lụt do lũ tháng 10 năm 2010 gây ra trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

+ Ý nghĩa khoa học: Kỹ thuật viễn thám là giải pháp hữu hiệu trong

việc nghiên cứu ngập lụt Các tư liệu viễn thám kết hợp với hệ thông tin địa lý giúp nhanh chóng thu nhận các thông tin và đưa ra các đánh giá về hiện trạng ngập lụt Đề tài vận dụng được những ưu điểm của công nghệ viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ nói chung và bản đồ ngập lụt tỉnh Hà Tĩnh nói riêng, làm cơ sở cho công tác nghiên cứu, đánh giá mức độ ngập lụt gây ra trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh

+ Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài giúp xác định các khu vực xảy ra ngập lụt

sau lũ, thống kê được diện tích ngập lụt trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh, cung cấp bản đồ hiện trạng ngập lụt Từ đó giúp lãnh đạo địa phương tỉnh Hà Tĩnh đưa

ra các biện pháp nhằm giảm thiểu tới mức thấp nhất thiệt hại do ngập lụt gây

ra

7 BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI:

Luận văn được trình bày trong 87 trang, được chia thành 3 chương:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG KHU VỰC TỈNH HÀ TĨNH

CHƯƠNG 2: VIỄN THÁM, HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)

VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU NGẬP LỤT TỈNH HÀ TĨNH CHƯƠNG 3: THÀNH LẬP BẢN ĐỒ NGẬP LỤT KHU VỰC TỈNH HÀ TĨNH

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS Doãn Hà Phong (Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường – Bộ tài nguyên Môi trường)

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn, người

đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trường Đại học Mỏ Địa Chất, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Bản đồ, các đồng nghiệp tại phòng Nghiên cứu Viễn thám và Hệ thông tin địa lý – Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường – Bộ Tài nguyên Môi trường nơi tôi đang công tác, gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, hỗ trợ tôi hết mình trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG KHU VỰC TỈNH HÀ TĨNH

1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý

Hà Tĩnh thuộc vùng Bắc Trung bộ (vùng duyên hải Miền Trung), có toạ độ địa lý từ 17º53'50'' đến 18º45'40'' vĩ độ Bắc và 105º05'50'' đến 106º 30'20'' kinh độ Đông

- Phía Bắc giáp tỉnh Nghệ An

- Phía Nam giáp Quảng Bình

- Phía Đông giáp biển Đông với 137 km bờ biển

- Phía Tây giáp với nước Cộng hoà dân chủ nhân dân Lào với 145 km đường biên giới

Hình 1.1 Khu vực tỉnh Hà Tĩnh

Hà Tĩnh có 1 thành phố trực thuộc tỉnh (Thành phố Hà Tĩnh), 1 thị xã (Thị xã Hồng Lĩnh) và 10 huyện: Nghi Xuân, Đức Thọ, Hương Sơn, Hương Khê, Vũ Quang, Can Lộc, Thạch Hà, Cẩm Xuyên, Kỳ Anh, Lộc Hà Hà Tĩnh

có 15 phường, 12 thị trấn và 235 xã trong đó có 7 huyện, thị trấn dọc quốc lộ 1A ; 3 huyện dọc theo đường Hồ Chí Minh và 4 huyện có tuyến đường sắt Bắc – Nam đi qua

1.1.2 Địa hình

Đặc điểm địa hình Hà Tĩnh nằm ở phía Đông dãy Trường Sơn thường hẹp và dốc, nghiêng dần từ Tây sang Đông Địa hình đồi núi chiếm gần 80% diện tích tự nhiên, đồng bằng có diện tích nhỏ, bị chia cắt bởi các dãy núi, sông suối, nhìh chung có 4 dạng địa hình sau:

- Núi trung bình uốn nếp khối nâng lên mạnh: Kiểu địa hình này tạo thành một dãy hẹp nằm dọc theo biên giới Việt Lào, bao gồm các núi cao từ

1000 m trở lên, trong đó có một vài đỉnh cao trên 2000 m như Pulaleng (2 711 m), Rào Cỏ (2 335 m)

- Núi thấp uốn nếp nâng lên yếu: Kiểu địa hình này chiếm phần lớn diện tích của tỉnh có độ cao dưới 1000 m, cấu trúc địa chất tương đối phức tạp

- Thung lũng kiến tạo – xâm thực: Kiểu địa hình này chiếm một phần diện tích nhỏ nhưng có nhiều thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp Độ cao chủ yếu dưới 300 m, bao gồm các thung lũng sông Ngàn Sâu, nằm theo hướng song song với các dãy núi, cấu tạo chủ yếu bởi các trầm tích vụn bở, dễ bị xâm thực

- Vùng đồng bằng Hà Tĩnh nằm dọc theo ven biển với có địa hình trung bình trên dưới 3 m, bị uốn lượn theo mức độ thấp ra cửa biển từ vùng đồi núi phía Tây, càng về phía Nam càng hẹp Nhìn chung, địa hình tương đối bằng phẳng nhất là vùng hình thành bởi phù sa các sông suối lớn trong tỉnh, đất có thành phần cơ giới từ thịt trung bình đến nhẹ

1.1.3 Đất đai

Bảng 1.1 Đất đai phân bố theo đơn vị hành chính (thống kê năm 2010)

(Nguồn: Niên giám thống kê tỉnh Hà Tĩnh 2010)

Tình hình sử dụng đất năm 2010 như sau:

- Đất nông nghiệp: 4785.14 km2 (chiếm 80.25 %)

- Đất phi nông nghiệp: 177.417 km2 (chiếm 2.98 %)

- Đất ở: 272.0795 km2 (chiếm 4.56 %)

- Đất chưa sử dụng: 728 km2 (chiếm 12.21 %)

Nguồn tài nguyên đất đai ở Hà Tĩnh còn nhiều tiềm năng chưa được

khai thác Hơn 50% diện tích đất chưa sử dụng có khả năng phát triển lâm

nghiệp, khoảng 10% đất chưa sử dụng có thể đưa vào mục đích sản xuất nông

nghiệp 53,4 km2 mặt nước có khả năng cải tạo để nuôi trồng thuỷ sản 100

km2 đất vườn gia đình chưa được cải tạo để trồng cây có giá trị kinh tế cao

Hiện nay, hệ số sử dụng đất nông nghiệp còn thấp, nhất là ở các huyện miền

núi Trung bình toàn tỉnh hiện nay, hệ số sử dụng đất đạt 1,8 lần Đất đai, thổ

nhưỡng của tỉnh Hà Tĩnh chủ yếu thích hợp cho trồng cây lương thực và cây

công nghiệp ngắn ngày Trong khi đó, đất trống đồi núi trọc phân bố trên các

địa hình dốc hoặc bị chia cắt mạnh như ở núi Ba Mu thuộc Sơn Tây – Sơn

Kim, núi Phu Hồng Lều – Sơn Kim Loại đất này thuộc nhóm đất trơ sỏi đá

do quá trình xói mòn mạnh làm cho lớp đất trên mặt không còn khiến thảm phủ không phát triển được

Trên địa bàn huyện Hương Sơn có công ty Lâm sản, lâm trường quốc doanh Hương Sơn chuyên khai thác gỗ và vận chuyển gỗ theo đường sông Nông trường khai phá trên 300 km2 cùng với các xã mới khai hoang hai bên

bờ sông nên ảnh hưởng rất lớn đến chế độ dòng chảy

Việc khai thác lâm sản, đốt nương rẫy không có kế hoạch dẫn đến tăng diện tích đất trống đồi núi trọc Khi đó mưa lớn với độ dốc cao làm cho lớp đất mùn dễ bị xói mòn Vì vậy vào mùa mưa, hiện tượng xói mòn, sụt lở đất thường gia tăng, khi có mưa lớn dễ xảy ra lũ quét, ngập lụt nghiêm trọng, gây tổn thất về người và của Ngoài ra, vật chất bị bào mòn, sụt lở sẽ bồi tích lại ở

hạ lưu làm cho nước lũ thoát chậm, gây ngập lụt, bồi lấp các khu dân cư và đồng ruộng, ảnh hưởng nghiêm trọng tới sản xuất nông nghiệp của người dân

1.1.4 Khí hậu

Hà Tĩnh vừa nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa vừa chịu ảnh hưởng của khí hậu chuyển tiếp của miền Bắc và miền Nam, với đặc trưng khí hậu nhiệt đới điển hình của miền Nam và có một mùa đông giá lạnh của miền Bắc, nên thời tiết, khí hậu ở Hà Tĩnh rất khắc nghiệt Hàng năm, Hà Tĩnh có hai mùa rõ rệt:

- Mùa mưa: Mưa trung bình hằng năm từ 2 500 mm đến 2 650 mm Hạ tuần tháng 8, tháng 9 và trung tuần tháng 11 lượng mưa chiếm 54% tổng lượng mưa cả năm Vào thời gian này hàng năm Hà Tĩnh thường hứng chịu những cơn bão từ biển Đông gây nên lũ lụt

- Mùa khô: Từ tháng 12 đến tháng 7 năm sau Đây là mùa nắng gắt, có gió Tây Nam (thổi từ Lào) khô, nóng, lượng bốc hơi lớn

Nhiệt độ trung bình ở Hà Tĩnh thường cao Nhiệt độ không khí vào mùa đông chênh lệch thấp hơn mùa hè Trung bình nhiệt độ mùa đông thường

từ 18 đến 22ºC, mùa hè từ 25,5 đến 33ºC

Hà Tĩnh là tỉnh có lượng mưa nhiều ở miền Bắc Việt Nam, trừ một phần nhỏ ở phía Bắc, còn lại các vùng khác có lượng mưa bình quân hàng năm đều trên 2000 mm, cá biệt có nơi trên 3000 mm

1.1.5 Thủy văn

Hà Tĩnh có nguồn nước phong phú nhờ hệ thống sông suối, hồ đập khá dày đặc Với 266 hồ chứa có tổng dung tích trữ trên 600 triệu m³, 282 trạm bơm có tổng lưu lượng 338.000 m³/s, 15 đập dâng tổng lưu lượng cơ bản 6,9

m³/s với trữ lượng này hiện tại Hà Tĩnh đã phục vụ tưới được 47.737 ha/ vụ

Tuy lượng nước sông khá lớn nhưng việc sử dụng phục vụ cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt còn bị hạn chế do bị khô cạn vùng thượng và nhiễm mặn ở hạ lưu

Nước ngầm ở Hà Tĩnh tuy chưa có số liệu điều tra toàn diện nhưng qua các số liệu đã thu thập được cho thấy mức độ nông sâu thay đổi phụ thuộc địa hình và lượng mưa trong năm Thông thường vùng đồng bằng ven biển có mực nước ngầm nông, miền trung du và miền núi nước ngầm thường sâu và

dễ bị cạn kiệt vào mùa khô, ảnh hưởng không nhỏ đến sinh hoạt của nhân dân trong vùng

Sông, hồ, biển và bờ biển của tỉnh Hà Tĩnh có nhiều nhưng ngắn Dài nhất là sông Ngàn Sâu dài 131 km, ngắn nhất là sông Cày dài 9 km, sông Cả đoạn qua Hà Tĩnh giáp Nghệ An cũng chỉ có 37 km Sông ngòi Hà Tĩnh có thể chia làm 3 hệ thống:

- Hệ thống sông Ngàn Sâu: có lưu vực rộng 2 061 km2, có nhiều nhánh sông bé như sông Tiêm, Rào Trổ, Ngàn Trươi

- Hệ thống sông Ngàn Phố: dài 86 km, lưu vực 1 065 km2, nhận nước

từ Hương Sơn cùng với Ngàn Sâu đổ ra sông La dài 21 km, sau đó hợp với sông Lam chảy ra Cửa Hội

- Hệ thống cửa sông và cửa lạch ven biển có: nhóm Cửa Hội, Cửa Sót, Cửa Nhượng, Cửa Khẩu Các hồ đập chứa trên 600 triệu m³nước, cùng với hệ thống Trạm bơm Linh Cảm, hệ thống Sông La, Ngàn Sâu, Ngàn Phố thì lượng nước phục vụ cho sinh hoạt, công nghiệp và tưới cho cây trồng ở Hà

Tĩnh là khá lớn

Hà Tĩnh có bờ biển dài 137 km Do chế độ thuỷ triều, độ sâu, địa mạo, địa hình, đường đẳng sâu đáy biển, gió mùa Đông Bắc nên vùng biển này có đầy đủ thực vật phù du của Vịnh Bắc Bộ (có 193 loài tảo) và lượng phù sa của vùng sông Hồng, sông Cả, sông Mã tạo ra nhiều nguồn thức ăn cho các loại hải sản sinh sống, cư trú Vùng ven biển rất thuận lợi cho việc sản xuất muối

và nuôi tôm, cua, ốc, nghêu, hàu Vùng biển Hà Tĩnh luôn có hai dòng hải lưu nóng ấm, mát lạnh chảy ngược, hoà trộn vào nhau Một dòng cách ven bờ khoảng 30 – 40 km, dòng khác ở ngoài và sâu hơn

Khu vực có hai khối nước hỗn hợp pha trộn thường nằm ở độ sâu từ 20 đến 30 m, vùng này cá thường tập trung sinh sống Nhiệt độ nước bề mặt cũng thay đổi theo mùa, nhiệt độ cực đại vào tháng 7, tháng 8 có giá trị tuyệt đối khoảng 30 – 31ºC và cực tiểu vào tháng 12 đến tháng 3 khoảng 18 – 22ºC, nhiệt độ nước cũng tăng dần lên theo hướng Nam và Đông Nam Độ mặn nước biển (tầng mặt, tầng đáy) dao động từ 5 – 7% tuỳ thuộc vào lượng mưa, thời tiết các tháng trong năm Đặc biệt, với khối nước ven bờ thì độ mặn biến thiên rất lớn về mùa mưa

1.1.6 Giao thông

Hà Tĩnh cách Hà Nội 340 km, giao thông đường bộ, đường sắt, đường

thuỷ đều thuận lợi Hà Tĩnh có quốc lộ 1A, đường Hồ Chí Minh chạy dọc

theo lãnh thổ, tuyến đường sắt Bắc – Nam xuyên suốt chiều dài của tỉnh, có quốc lộ 8A nối trung tâm thị xã Hồng Lĩnh với CHDCND Lào qua cửa khẩu Cầu Treo với chiều dài 85 km, quốc lộ 12 dài 55 km nối cảng biển nước sâu Vũng Áng với cửa khẩu Chalo và thị xã Thà Khẹt, tỉnh Khăm Muộn (Lào)

sang vùng Đông Bắc Thái Lan Ngoài ra cảng biển nước sâu Vũng Áng có thể

cho tàu 5 vạn tấn cập bến

- Đường bộ: Hà Tĩnh có bốn đường quốc lộ chạy qua và 27 tuyến đường tỉnh lộ, với tổng chiều dài 387 km Nếu tính cả giao thông nông thôn, tổng chiều dài đường bộ trên địa bàn tỉnh là 2 917 km

- Đường sắt: Đường sắt đi qua địa phận Hà Tĩnh dài 70 km (qua Đức Thọ, Vũ Quang, Hương Khê)

Trên lưu vực có hai tuyến giao thông quan trọng, ảnh hưởng tới dòng chảy trên sông:

- Quốc lộ 8A bắt đầu từ Hồng Lĩnh chạy theo hướng Đông – Tây dọc hai bên bờ sông Ngàn Phố đi qua gần 10 chiếc cầu, qua Đức Thọ – Hương Sơn và kết thúc tại cửa khẩu quốc tế Cầu Treo Đây là con đường huyết mạch chia lưu vực thành hai phần Bắc – Nam Quốc lộ 8A góp phần vào việc lưu thông vận chuyển hàng hoá giữa hai nước Việt – Lào cũng như giao lưu vùng núi với đồng bằng của Hương Sơn nói riêng và Hà Tĩnh nói chung Mặt khác con đường đi qua vùng núi có nhiều gỗ quí, động vật quí hiếm tạo thuận lợi cho khai thác rừng, vận chuyển gỗ củi, thậm chí cả việc đốt rừng làm nương rẫy Các cầu trên Quốc lộ 8A có khẩu độ hẹp, nên mỗi khi có lũ dòng chảy trên sông thường bị ứ lại, làm giảm khả năng tiêu thoát lũ gia làm gia tăng khả năng ngập lụt ở vùng chịu lũ

- Đường Hồ Chí Minh có 20 km chạy qua huyện Hương Sơn (trên địa phận của các xã Sơn Lệ, Sơn Trung, Sơn Phú, thị trấn Phố Châu, Sơn Trường)

từ Nam Đàn (Nghệ An) sang Vũ Quang theo hướng Bắc – Nam, chặn ngang lưu vực sông Ngàn Phố với Cầu Ngàn Phố cách trạm thủy văn Sơn Diệm về phía hạ lưu là 6 944 m Cầu Ngàn Phố được khởi công xây dựng giữa năm

2000, kết thúc cuối năm 2001 với chiều dài L = 305,5 m, có 9 trụ khẩu độ giữa các trụ là 33 m, mỗi trụ có bề dày cản dòng 1,4 m, khẩu độ thoát lũ của cầu là 285 m, cao độ mặt cầu là 17,188 m Đây là công trình vĩnh cửu, không thông thuyền và được thiết kế với tần suất lũ P = 1%, mực nước thiết kế

Hp1%= + 13,56 m, lưu lượng Qp1%= 4193 m3/s Tuy được thiết kế như vậy, nhưng thực tế cây cầu này đã chặn ngang dòng chính gây cản trở cho việc tiêu thoát lũ, nhất là lũ lớn và lũ quét Với mực nước điều tra được từ Sơn Diệm (13,38 m) đến thị trấn Tây Sơn (20,456 – 20,56 m)

1.2 Đặc điểm ngập lụt khu vực tỉnh Hà Tĩnh

Trong mùa mưa lũ, những trận mưa từng đợt liên tiếp trên lưu vực sông, làm cho nước sông từng đợt nối tiếp nhau dâng cao, tạo ra những trận lũ trong sông, suối Vào các tháng mùa mưa có các trận mưa lớn, cường độ mạnh, nước mưa tích luỹ nhanh, nếu đất tại chỗ đã no nước thì nước mưa đổ

cả vào dòng chảy, dễ gây ra lũ Khi lũ lớn, nước lũ tràn qua bờ sông (đê), chảy vào những chỗ trũng và gây ra ngập lụt trên một diện rộng

Diện tích ngập lụt thường xuyên:

Vùng Đức Thọ, Can Lộc thuộc tỉnh Hà Tĩnh là vùng lòng chảo chạy dọc theo sông Nghèn được bao bọc bởi dãy núi Hồng Lĩnh ở phía Đông và Trà Sơn ở phía Tây Sông Nghèn nối với sông Lam bởi cống Trung Lương, còn đầu kia chảy ra biển qua cửa Sót Khi lũ sông Ngàn Sâu lên cao thì nước sông Nghèn không tiêu ra sông Lam được Khi lũ lớn, thường các cống Bến Thủy, Trung Lương không hoạt động vì nước ngoài sông cao hơn trong đồng Nếu mưa lũ gặp triều cao, nước ngập trong đồng thoát ra biển rất khó khăn

Vì thế khi có bổ sung mưa bão thì khu vực huyện Đức Thọ, Can Lộc thường

bị ngập lụt

Ngoài ra tại nhiều vùng dọc sông Ngàn Sâu (huyện Hương Khê) cũng

bị ngập lụt do lũ lớn ngoài sông với tốc độ nhanh nhưng thời gian ngập chỉ kéo dài 1 đến 2 ngày

Diễn biến trận lũ tháng 10 năm 2010 ở Hà Tĩnh

(Nguồn: Trung tâm tư liệu Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia)

Trong đó F: Diện tích lưu vực (km²)

Ls: Chiều dài sông (km)

HbqLV: Độ cao bình quân lưu vực (m)

lớn nhất

Tổng 3 ngày lớn nhất

Hmax (cm)

Thời gian xuất hiện

Thời gian lên (giờ)

H (cm) Trung

bình

Lớn nhất

Cấp báo động

Ngàn Phố Sơn Diệm 170,9 299,5 1118 800/30/9 58 590 10 102 < II Ngàn Sâu Chu Lễ 197,2 500,1 1502 100/4/10 78 1186 15 108 > III Ngàn Sâu Hoà Duyệt 235,1 471,8 1139 800/7/10 109 925 8 44 > III

La Linh Cảm 134,7 263,1 514 800/10/10 93 366 4 16 > I

(Nguồn: Trung tâm tư liệu Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia)

Bảng 1.4 Lũ do mưa gây ra từ ngày 16 - 17/10/2010

Lượng mưa

Cường suất (cm/giờ) Sông Trạm Ngày

lớn nhất

Tổng 3 ngày lớn nhất

Hmax (cm) Thời gianxuất hiện

Thời gian lên (giờ)

H (cm) Trung

bình

Lớn nhất

Cấp báo động

Ngàn Sâu Chu Lễ 548,1 808,5 1656 1900/16/10 66 1050 16 53 > III Ngàn Phố Sơn Diệm 252,7 542,6 1299 800/17/10 55 689 13 141 < III Ngàn Sâu Hoà Duyệt 502,2 875,2 1283 900/17/10 57 883 15 59 > III

La Linh Cảm 242,0 5729 728 23 00 /17/10 68 682 10 107 > III

(Nguồn: Trung tâm tư liệu Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia)

Bảng 1.5 Đỉnh lũ cao nhất năm 2010 trên các sông

Hmax

So với cấp báo động

So với trung bình nhiều năm (TBNN)

So với 2009 Sông Trạm

Hmax (cm)

Thời gian xuất hiện

Cấp báo động

∆H (cm)

TBNN (cm)

∆H (cm)

Hmax (cm)

∆H (cm)

Ngàn Sâu Chu Lễ 1656 1900/16/10 III + 306 1319 + 337 1469 + 187 Ngàn Phố Sơn Diệm 1299 8 00 /17/10 III - 01 1183 + 116 1091 + 208 Ngàn Sâu Hoà Duyệt 1283 900/17/10 III + 233 943 + 340 1093 + 190

La Linh Cảm 728 2300/17/10 III + 78 479 + 249 510 + 218

(Nguồn: Trung tâm tư liệu Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia)

Như vậy vào tháng 10 năm 2010 trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh đã diễn ra hai trận lũ lớn liên tiếp bắt đầu từ ngày 30/9 – 10/10/2010 và 16 – 17/10/2010

So với trận lũ đầu tháng 10, trận lũ vào giữa tháng 10 lớn hơn gấp nhiều lần

về quy mô ngập lụt tại tất cả 12 huyện thị thành phố với 128 xã phường thị trấn Theo các tài liệu thủy văn thì đây là đợt lũ có đỉnh lũ cao nhất trong lịch

sử hàng trăm năm trở lại nay ở Hà Tĩnh Lần đầu tiên trên địa bàn Hà Tĩnh phải đồng loạt xả tràn tại các công trình thủy lợi xung yếu như Kẻ Gỗ, Bộc Nguyên, Sông Rác Đặc biệt hồ Kẻ Gỗ liên tục xả tràn với lưu lượng từ 350 đến 650 m³/s Đây là một trận lũ có tốc độ nước dâng rất nhanh Chỉ mất chưa đầy một buổi chiều (16/10), TP Hà Tĩnh đã ngập trong nước Chỉ chưa đầy 1 đêm (17/10) toàn huyện Can Lộc bị nước lũ chia cắt Riêng tại Hương Sơn,

Vũ Quang, Hương Khê tốc độ nước dâng có thể đếm được bằng phút

Hậu quả ngập lụt do trận lũ tháng 10 năm 2010 tai tỉnh Hà Tĩnh:

Hầu hết diện tích canh tác và nhiều làng xã của huyện Đức Thọ và Can Lộc đã ngập chìm trong nước Diện tích ngập lên tới 20.000 ha Nhiều nơi ngập sâu 2 – 3m, quốc lộ số 1A có nhiều nơi ngập sâu 0,8 – 1,2 m Nhiều vùng ở dọc sông Ngàn Sâu (huyện Hương Khê) cũng bị ngập lụt sâu do lũ lớn ngoài sông với tốc độ nhanh song thời gian ngập chỉ kéo dài 1 – 2 ngày Vùng đồng bằng Hà Tĩnh: lượng mưa đo được tại Bàu Nước (Kỳ Anh) là 2422,4

mm, Kỳ Sơn 2041,1 mm, Hà Tĩnh 1464 mm, Trung Lương 1210 mm Hơn 80% số xã của huyện Đức Thọ, 50% số xã các huyện Nghi Xuân, Hồng Lĩnh

bị ngập chìm trong nước

Ngày 17/10/2010, Nước lũ đã khiến quốc lộ 1A, 15A, đường Hồ Chí Minh, các tuyến đường tỉnh lộ, giao thông nông thôn của Hà Tĩnh bị ngập sâu, có chỗ lên đến 2,5m gây ách tắc giao thông Tại Hà Tĩnh, tổng số 143 xã của 12 huyện, thị trong tỉnh cũng bị ngập lụt; trong đó 3 huyện, thị tất cả các

xã đều bị ngập (Hương Khê: 22/22 xã; Vũ Quang: 12/12 xã; thành phố Hà

Tĩnh: 16/16 xã) Trên địa bàn huyện Vũ Quang mưa to đã gây ra tình trạng chia cắt và cô lập 12/12 xã với 88 thôn của huyện Khắp nơi, biển nước mênh mông trắng xóa, nhấn chìm hàng ngàn ngôi nhà 22 xã của huyện Hương Khê cũng bị nước lũ bủa vây Các xã nằm trong vùng rốn lũ như Hương Trạch, Phúc Trạch, Hương Đô, Lộc Yên, Hương Giang, Hương Thủy, Hà Linh, Phương Điền, Phương Mỹ, Phú Phong, Hương Xuân… đã bị nhấn chìm hoàn toàn trong lũ

1.3 Đặc điểm kinh tế - xã hội

Hà Tĩnh có 1 228 079 người (điều tra dân số ngày 01/04/2010), dân số giảm so với các năm trước do một bộ phận dân di cư chuyển đến các địa phương khác sinh sống mà chủ yếu là ở các tỉnh phía Nam Dân tộc chủ yếu sống tại Hà Tĩnh là người Kinh và một dân tộc thiểu số khác cùng nhóm với người Kinh là người Chứt, Thái, Mường, Lào sống ở các huyện: Hương Sơn,

Vũ Quang, Hương Khê với khoảng vài ngàn người sống ở miền núi

Công nghiệp

khai thác người 9689 24316 26713 29766 29391 Công nghiệp

chế biến người 20016 22356 24648 26768 28001 Điện, nước người 1083 2710 2784 3440 3638 Xây dựng người 12295 18178 24575 27862 31680 Thương nghiệp người 31569 44903 51250 53978 54904 Khách sạn, nhà

hàng người 4798 8382 12614 16902 18253 Vận tải, thông

tin người 6399 10484 14685 16725 17888 Tài chính tín

Các thành phần và lĩnh vực kinh tế đều phát triển tạo ra sự phát triển đồng đều và vững chắc của nền kinh tế Các ngành công nghiệp có hàm lượng khoa học kỹ thuật cao như: Công nghệ cao, công nghệ điện tử, công nghiệp nặng, cơ khí đã và đang được đầu tư vào Hà Tĩnh Môi trường đầu tư ngày càng được hoàn thiện Thủ tục hành chính tiếp tục được cải cách theo hướng nhanh gọn, thuận lợi cho nhà dầu tư Chỉ số năng lực cạnh tranh cấp tỉnh (CPI) ngày càng được nâng cao

Bảng 1.7 Thống kế một số chỉ tiêu cơ bản trong 5 năm từ 2006 đến 2010

Nông nghiệp

tỷ đồng

%

4.035 41,71

4.349 36,68

4.929 32,28

7.363 36,50

8.215 33,73 Công nghiệp

tỷ đồng

%

2.787 28,80

3.983 33,60

5.772 37,79

7.182 35,6

7.871 32,32 Dịch vụ

tỷ đồng

%

2.854 29,49

3.523 29,72

4.572 29,93

5.631 27,90

8.272 33,95

Nông nghiệp

tỷ đồng

%

2.634 43,15

2.836 40,29

3.224 36,67

4.390 39,05

4.897 36,83 Công nghiệp

tỷ đồng

%

1.560 25,56

1.878 26,68

2.609 29,69

3.321 29,53

4.002 30,10 Dịch vụ

tỷ đồng

%

1.910 31,29

2.326 33,03

2.957 33,64

3.533 31,42

(Nguồn: Niên giám thống kê tỉnh Hà Tĩnh 2010)

CHƯƠNG 2: VIỄN THÁM, HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)

VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU NGẬP LỤT TỈNH HÀ TĨNH 2.1 Khái quát về viễn thám

2.1.1 Khái niệm về viễn thám

Viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện từ như một phương tiện

để nghiên cứu, điều tra, đo đạc những thuộc tính cơ bản của các đối tượng hoặc hiện tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp tới các đối tượng, hiện tượng

đó

Hầu hết các đối tượng tự nhiên đều hấp thụ, phản xạ hay bức xạ sóng điện từ với cường độ và cách thức khác nhau Các đặc trưng này thường được gọi là đặc trưng phổ Sóng điện từ được phản xạ hay bức xạ từ vật thể thường

là nguồn tài nguyên chủ yếu trong viễn thám Tuy nhiên những năng lượng như từ trường, trọng trường cũng có thể được sử dụng Thông tin thu được trong viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản xạ từ các đối tượng nên việc nghiên cứu đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc khai thác, ứng dụng có hiệu quả các thông tin thu được Công nghệ viễn thám phát triển dựa trên những thành tựu mới nhất của khoa học kỹ thuật cũng như công nghệ vũ trụ, công nghệ tin học…với mục tiêu cung cấp thông tin nhanh nhất và khách quan nhất

Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm Phương tiện dùng để mang các bộ cảm được gọi là vật mang Vật mang gồm khí cầu, máy bay, vệ tinh, tàu vũ trụ

Viễn thám được ứng dụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau như quân sự, địa chất, địa lý, khí tượng, thủy văn, môi trường, nông nghiệp, lâm nghiệp…

Theo bước sóng sử dụng, viễn thám có thể phân thành 3 loại cơ bản sau đây:

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại

Tư liệu viễn thám thu thập được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và từ bề mặt trái đất Vì vậy, các thông tin về vật thể được xác định từ các phổ phản xạ Đây là loại ảnh được sử dụng nhiều nhất và cho hình ảnh chất lượng rất cao Tuy nhiên hạn chế là phụ thuộc vào thời tiết nên khi trời trong, không mây, mưa thì tài liệu thu được mới có thể sử dụng được

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt

Viễn thám hồng ngoại nhiệt sử dụng nguồn năng lượng là bức xạ nhiệt

do chính vật thể phát ra Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thường đều tự phát ra một bức xạ có đỉnh tại bước sóng 10 nm Các bộ cảm dựa theo nguyên lý này thường thu nhận thông tin về đêm Tài liệu thu được cho phép xác định các nguồn nhiệt trên bề mặt trái đất

Hình 2.1 Sự phân bố các dải sóng trong quang phổ điện từ

- Viễn thám siêu cao tần

Viễn thám siêu cao tần thường sử dụng hai loại kỹ thuật chủ động và bị động Viễn thám siêu cao tần bị động sử dụng bức xạ microwave do chính vật thể phát ra được ghi lại Còn viễn thám siêu cao tần chủ động (radar) thì chủ động thu những bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể sau khi được phát ra từ các máy phát đặt trên vật mang Kỹ thuật chủ động được ứng dụng nhiều và cho hiệu quả cao vì điều kiện quan trắc không bị giới hạn bởi điều kiện không mây của khí quyển

2.1.2 Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

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 phản xạ là thông tin đầu tiên và là tiền đề cho các phương pháp phân tích xử lý 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 bị thay đổi thì đường cong phổ phản xạ cũng sẽ bị biến đổi

Nguyên lý cơ bản của viễn thám là sử dụng sóng điện từ đươc phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể để cung cấp thông tin về đặc tính của đối tượng Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám cho phép tách thông tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể Tùy thuộc vào bước sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ các vật thể được thu nhận bởi bộ cảm biến sẽ tạo ra các ảnh viễn thám có màu sắc khác nhau Thể hiện màu tư liệu ảnh vệ tinh giữ vai trò rất quan trọng trong việc giải đoán ảnh bằng mắt Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ với từng bước sóng

do bộ cảm biến nhận được trong dải phổ đã xác định gọi là đặc trưng phổ Phản xạ phổ ứng với từng lớp phủ mặt đất cho thấy có sự khác nhau do sự tương tác giữa các bức xạ điện từ và vật thể cho phép viễn thám xác định hoặc phân tích được đặc điểm của lớp phủ thông qua đo lường phản xạ phổ Dựa vào đó ta có thể nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường khí quyển xung quanh trái đất

Đồ thị phổ phản xạ được xây dựng với chức năng là một hàm số của giá trị phổ phản xạ và bước sóng, được gọi là đường cong phổ phản xạ Hình dáng của đường cong phổ phản xạ cho biết một cách tương đối rõ ràng tính chất phổ của một đối tượng và hình dạng đường cong phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn các dải sóng mà ở đó thiết bị viễn thám có thể ghi nhận được các tín hiệu phổ Hình 2.2 thể hiện đặc tính phản xạ của các thành phần đất, nước và thực vật trên ảnh vệ tinh

Hình 2.2 Đặc điểm phổ phản xạ của nhóm các đối tượng tự nhiên chính

• Đặc tính phản xạ phổ của thực vật

Thực vật khỏe mạnh chứa nhiều diệp lục tố, phản xạ rất mạnh ánh sáng

có bước sóng từ 0,45 – 0,67 µm (tương ứng với dải sóng màu lục – Green) vì vậy ta nhìn thấy chúng có màu xanh lục Khi diệp lục tố giảm đi, thực vật chuyển sang có khả năng phản xạ ánh sáng màu đỏ trội hơn Kết quả là lá cây

có màu vàng (do tổ hợp màu Green và Red) hoặc màu đỏ hẳn (rừng ở nơi có khí hậu lạnh, hiện tượng này khá phổ biến khi mùa đông đến) Ở vùng hồng ngoại phản xạ (từ 0,7 – 1,3 µm) thực vật có khả năng phản xạ rất mạnh, khi sang vùng hồng ngoại nhiệt và vi sóng (Microwave) một số điểm cực trị ở vùng sóng dài làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng của hơi nước trong lá, khả năng phản xạ của chúng giảm đi rõ rệt và ngược lại, khả năng hấp thụ ánh sáng lại tăng lên Đặc biệt, đối với rừng có nhiều tầng lá, khả năng đó cũng tăng lên (Ví dụ: rừng rậm nhiệt đới)

Hình 2.3 Đặc tính phản xạ phổ của thực vật

• Đặc tính phản xạ phổ của nước

Nước không chỉ phản xạ mạnh ở vùng sóng của tia xanh lơ (Blue) và yếu dần khi sang vùng tia xanh lục (Green), triệt tiêu ở cuối dải sóng đỏ (Red) Khi nước bị đục, khả năng phản xạ tăng lên do ảnh hưởng sự tán xạ của các vật chất lơ lửng Sự thay đổi về tính chất của nước (độ đục, độ sâu, hàm lượng Chlorophil – diệp lục…) đều ảnh hưởng đến tính chất phổ của chúng Khi tính chất nước thay đổi thì hình dạng đường cong và giá trị phổ phản xạ cũng bị thay đổi Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào bề mặt và trạng thái

của nước Trên kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại, đường bờ nước được phát hiện rất dễ dàng

Hình 2.4 Khả năng phản xạ phổ của một số loại nước

• Đặc tính phản xạ phổ của đất khô

Đường cong phản xạ phổ 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

Các yếu tố ảnh hưởng đến đường cong phổ phản xạ của đất là: lượng

ẩm, cấu trúc của đất (tỷ lệ cát, bột và sét), độ nhám bề mặt, sự có mặt của các loại oxit kim loại, hàm lượng vật chất hữu cơ,…Các yếu tố đó làm cho đường cong phổ phản xạ biến động rất nhiều quanh đường cong có giá trị trung bình

Hình 2.5 Đặc tính phản xạ phổ của ba loại đất ở trạng thái khô

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 µm; 1,9 µm và 2,7 µm

2.1.3 Ảnh vệ tinh Envisat Asar

Tháng 3 năm 2002, Trung tâm Vũ trụ Châu Âu đã phóng vệ tinh Envisat vào quỹ đạo, Envisat là một vệ tinh quan trắc trái đất hiện đại, cung cấp các dữ liệu để nghiên cứu khí quyển, đại dương, tài nguyên đất, băng Envisat là vệ tinh rất lớn cho phép mang 10 đầu thu ảnh khác nhau trong đó

có đầu thu ảnh radar là Asar (Advanced Synthetic Aperture Radar) Hình dưới đây mô tả phạm vi quan sát của Asar cùng với các đầu thu khác như AATSR

và MERIS

Hình 2.6 Độ rộng dải chụp ảnh Asar và một số đầu thu khác

của vệ tinh Envisat

Đầu thu ảnh Radar độ mở tổng hợp tiên tiến Asar, hoạt động ở băng C (5.7 cm), được thiết kế để tiếp nối các đầu thu ERS-1/2 Ngoài ra đầu thu Asar được thiết kế để tăng cường thêm khả năng trùm phủ, khoảng giá trị của góc tới, các kiểu phân cực và các chế độ hoạt động Độ rộng dải chụp của ảnh Envisat/Asar có thể thay đổi tùy theo các kiểu chụp nên tần xuất chụp lặp lớn hơn vệ tinh ERS Độ rộng dải chụp có thể thay đổi từ IS1 tới IS7 Quỹ đạo của vệ tinh Envisat cho phép chụp lặp trong vòng 35 ngày, cũng như vệ tinh

ERS-2 Hệ thống chụp ảnh Envisat/Asar cho phép chụp ảnh liên tục theo các kiểu phân cực khác nhau Đầu thu Asar có thể hoạt động như một đầu thu chụp radar thông thường (Asar Stripmap Mode) hoặc ở chế độ quét ScanSAR (Asar ScanSAR Mode)

+ Chế độ chụp thông thường (Asar Stripmap Mode)

Khi hoạt động ở chế độ này, ăng ten cho phép lựa chọn chế độ chụp ảnh mà độ rộng dải chụp có thể thay đổi nhờ góc tới của chùm tia và độ rộng chùm sóng theo mặt chiếu Đối với kiểu ảnh IM (Image Mode), Asar cho phép chụp ảnh với một trong 7 độ rộng dải chụp (swath) theo phân cực giống nhau thẳng đứng VV hay nằm ngang HH Độ rộng dải chụp khoảng 56 km (swath 7) đến 100 km (swath 1) Độ phân giải không gian xấp xỉ 30 m cho sản phẩm ảnh IM

Hình 2.7 Ảnh Asar chế độ chuẩn (Image Mode); VV hoặc HH

+ Chế độ quét (Asar ScanSAR Mode)

Ở chế độ này, ảnh radar có thể được quét và tổng hợp theo góc tới của chùm tia Khu vực được chụp ảnh theo các bề mặt chiếu đặc biệt được tạo thành các dải nhỏ (subswath), nguyên tắc của ScanSAR là chia sẻ thời gian hoạt động của radar giữa 2 hoặc nhiều dải nhỏ khác nhau để tạo nên toàn bộ ảnh

Đầu thu Asar hoạt động theo nguyên tắc ScanSAR, sử dụng 5 chùm tia của ăng ten có độ phủ trong dải xác định để tạo nên trường nhìn rộng

Ở kiểu trường nhìn rộng (WM), độ rộng dải chụp là 400 x 400 km Độ phân giải không gian được xác định là 150 x 150 km Phân cực HH hoặc VV

Hình 2.8 Ảnh Asar chế độ chụp ảnh rộng (Wide Swath); VV hay HH

Chế độ phân cực luân phiên (Alternative Mode)

Chế độ phân cực luân phiên (AM) trong một lần thu nhận 2 ảnh đồng thời, bất kỳ trong 7 dải lựa chọn Các cặp phân cực có thể là HH/VV, HH/HV hoặc VV/HH Độ rộng dải chụp (swath) từ 56 km (swath 7) tới 100 km (swath 1), độ phân giải không gian là 30 m cho sản phẩm ảnh chuẩn

Hình 2.9 Chế độ phân cực luân phiên của Asar

Các sản phẩm ảnh Envisat/Asar thường được xử lý ở các mức cơ bản sau:

Mức 0 (dữ liệu thô)

Là dữ liệu từ kiểu hình ảnh được chia theo frame (cảnh chuẩn) bao gồm

dữ liệu nguồn của thiết bị thu nhận và dữ liệu đầu vào cần thiết cho xử lý ảnh

Ảnh đơn look dạng phức (Single look Complex Image - SLC)

Để đánh giá chất lượng hình ảnh của SAR, hiệu chỉnh hoặc giao thoa

radar hoặc cho các nghiên cứu ứng dụng về gió/sóng, để xử lý các sản phẩm

mức cao

Ảnh chuẩn (Precision Image - PRI)

Là ảnh nhiều looks (thường là 3), đã được chiếu lên mặt phẳng, đã xử

lý hiệu chỉnh các sai số hệ thống, thích hợp cho hầu hết các ứng dụng

Elipsoide Geocoded Image (EGI)

Tương tự như ảnh chuẩn PRI, được nắn chỉnh về lưới chiếu bản đồ

Người sử dụng có thể lựa chọn lưới chiếu bản đồ, ví dụ như lưới chiếu UTM

hoặc lưới chiếu Polar Stereographic

Ảnh độ phân giải trung bình (MRI)

Là ảnh chuyên dùng cho nghiên cứu băng, các ứng dụng hải dương

học Riêng đối với các sản phẩm ảnh trường nhìn rộng chỉ có ở mức thô và

mức PRI

Bảng 2.1 Một số thông số của vệ tinh Envisat

Các thông số Thuộc tính kỹ thuật

Thời gian quay quanh quỹ đạo 101 phút

Thời gian qua xích đạo 10:30

Phin mặt trời 6600 W Thời gian hoạt động theo thiết kế 5 năm

2.1.4 Ứng dụng của viễn thám trong nghiên cứu ngập lụt

Hiện nay viễn thám có rất nhiều tính ưu việt được ứng dụng trong công

tác nghiên cứu ngập lụt

Những ưu thế cơ bản của viễn thám trong nghiên cứu ngập lụt là:

+ Viễn thám cung cấp thông tin khách quan, đồng nhất trên khu vực

phủ trùm lớn, có thể cho phép tiến hành theo dõi, giám sát trên những khu vực

rộng lớn cùng một lúc Với khả năng giám sát liên tục trên phạm vi rộng, ảnh

viễn thám cho phép xác định các vùng bị ngập lụt do mưa lũ, nước biển

dâng

+ Viễn thám cung cấp thông tin đa dạng trên nhiều kênh phổ khác nhau

cho phép nghiên cứu các đặc điểm của đối tượng từ nhiều góc độ phản xạ phổ

khác nhau

+ Trong nghiên cứu ngập lụt, ảnh viễn thám có vai trò như một đầu vào

quan trọng cung cấp các thông tin về vùng ngập và các đơn vị địa hình, lớp

phủ thực vật, mạng lưới sông suối Ảnh Radar chụp vào thời điểm xảy ra ngập

lụt, từ ảnh có thể chiết tách được thông tin về diện phân bố ngập một cách

nhanh chóng, chính xác Mặt khác, sử dụng ảnh viễn thám có thể nhận biết

được những biến đổi mang tính đột biến sau ngập lụt

+ Việc sử dụng các ảnh vệ tinh chụp tại các thời điểm khác nhau sẽ cho

phép theo dõi diễn biến của các sự vật, hiện tượng diễn ra trên mặt đất

+ Cho phép chiết tách gián tiếp các thông số thông qua việc giải đoán

các đối tượng trên ảnh dựa vào giá trị phổ phản xạ Trong một số trường hợp