Ứng dụng mô hình trọng số thành lập bản đồ phân vùng nguy cơ sạt, lở đất tỉnh thái nguyên

TNU Journal of Science and Technology 226(07): 72 - 83 APPLICATION OF WEIGHTED MODEL FOR ESTABLISHING LANDSLIDE ZONES MAP IN THAI NGUYEN PROVINCE Tran Viet Khanh1*, Nguyen Le Duy2, Le Minh Hai3, Phuong Huu Khiem1 1Thai Nguyen University, 2TNU - University of Agriculture and Forestry of Education and Training of Thai Nguyen 3Department ARTICLE INFO Received: 02/3/2021 Revised: 29/4/2021 Published: 11/5/2021 KEYWORDS Weighted model Landslide Rainfall Map Thai Nguyen ABSTRACT Recently, the impacts of climate change have emerged in many types of dangerous natural disasters, causing serious harm to socio economic development and human life Thai Nguyen is a midland and mountainous province with quite high rainfall, so flash floods and landslides often occur By actual survey, combined with satellite image interpretation, we have analyzed the impact factors, built component maps of the criteria affecting the phenomenon of landslides Using weighted modeling method, we have established map of landslide zone for Thai Nguyen province The construction of a map of landslide zones in Thai Nguyen province is very necessary, it is contribed to warn and minimize natural disasters The map of landslide zone will be the basis for spatial planning, population distribution, infrastructure development and natural disaster prevention, making an important contribution to ensuring social economic sustainable development in Thai Nguyen province in a sustainable manner ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TRỌNG SỐ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG NGUY CƠ SẠT, LỞ ĐẤT TỈNH THÁI NGUYÊN Trần Viết Khanh1*, Nguyễn Lê Duy2, Lê Minh Hải3, Phương Hữu Khiêm1 1Đại 3Sở học Thái Nguyên, 2Trường Đại học Nông Lâm – ĐH Thái Nguyên Giáo dục Đào tạo Thái Nguyên THÔNG TIN BÀI BÁO Ngày nhận bài: 02/3/2021 Ngày hoàn thiện: 29/4/2021 Ngày đăng: 11/5/2021 TỪ KHĨA Mơ hình trọng số Sạt Lở Lượng mưa Bản đồ Thái Nguyên TÓM TẮT Gần đây, tác động biến đổi khí hậu làm xuất nhiều loại hình thiên tai nguy hiểm gây tác hại nghiêm trọng đến phát triển kinh tế xã hội đời sống người Thái Nguyên tỉnh trung du, miền núi có lượng mưa lớn nên thường xuyên xảy lũ ống, lũ quét sạt lở đất Bằng khảo sát thực tế, kết hợp giải đốn ảnh vệ tinh, chúng tơi phân tích yếu tố tác động, xây dựng đồ thành phần cho tiêu chí ảnh hưởng đến tượng Sử dụng phương pháp mơ hình trọng số, thành lập đồ phân vùng nguy sạt, lở đất cho tỉnh Thái Nguyên Đây việc làm cần thiết, góp phần cảnh báo, giảm thiểu thiên tai Thái Nguyên Bản đồ phân vùng nguy sạt, lở đất sở cho quy hoạch không gian, phân bố dân cư, phát triển sở hạ tầng phòng tránh thiên tai, góp phần quan trọng bảo đảm phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Thái Nguyên cách bền vững DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.4068 * Corresponding author Email: khanhtv@tnu.edu.vn http://jst.tnu.edu.vn 72 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 72 - 83 Giới thiệu Thái Nguyên tỉnh trung du, miền núi chịu ảnh hưởng nhiều loại hình thiên tai nguyên nhân khác gây nên giá rét, tố lốc, áp thấp nhiệt đới, mưa lớn kéo dài, mưa đá đặc biệt lũ ống, lũ quét sạt lở đất Từ năm 2006 đến nay, Viện Khoa học Địa chất Khoáng sản (Bộ TN&MT) triển khai đề án phân vùng cảnh báo nguy sạt, lở đất vùng miền núi Việt Nam Các nhà khoa học Viện ghi nhận có khoảng 10.266 điểm nguy sạt lở đất; đó, 2.110 điểm nguy khối lượng trượt lớn, lớn đặc biệt lớn Kết lập đồ trạng lũ quét, sạt, lở đất, đồ cấu trúc địa chất đồ phân bố mưa cho 10 tỉnh miền núi phía Bắc, bao gồm: Lào Cai, Yên Bái, Hà Giang, Tuyên Quang, Bắc Kạn, Lai Châu, Điện Biên, Sơn La, Thanh Hóa, Nghệ An Tuy nhiên, việc nghiên cứu sạt, lở đất tỉnh Thái Nguyên khiêm tốn, dừng lại số khóa luận tốt nghiệp đại học luận văn thạc sĩ Gần đây, tác động biến đổi khí hậu, làm xuất nhiều thêm trận sạt, lở địa bàn tỉnh Thái Nguyên Các trận sạt, lở đất thường kết hợp với lũ quét tạo nên dịng bùn đá có sức tàn phá kinh hoàng xảy nhiều địa phương tỉnh Thái Nguyên Định Hóa, Đại Từ, Phổ Yên, Phú Lương, Võ Nhai, Đồng Hỷ Sạt, lở kết hợp lũ quét tác động lớn đến phát triển kinh tế xã hội đời sống nhân dân tỉnh, làm thiệt hại tài sản tính mạng người dân Theo thống kê ban đạo phòng chống thiên tai cứu hộ, cứu nạn tỉnh Thái Nguyên, tính vòng 10 năm trở lại đây, tượng sạt, lở đất làm chết 42 người, làm bị thương 54 người, thiệt hại vật chất ước tính 808 tỷ đồng [1] Nói chung, tự nhiên mức độ ảnh hưởng yếu tố định sạt, lở không [2] Do vậy, việc xây dựng đồ phân vùng nguy sạt lở đất địa bàn tỉnh Thái Nguyên việc làm cần thiết, góp phần cảnh báo, giảm thiểu thiệt hại người tài sản xảy sạt lở đất Bài báo trình bày kết xây dựng đồ phân vùng nguy sạt lở đất cho tỉnh Thái Nguyên Phương pháp nghiên cứu áp dụng xây dựng hệ thống cặp ma trận so sánh yếu tố khác cho lũ quét, sạt lở, phân bậc tầm quan trọng nhân tố gây lũ quét, sạt lở, nhân tố so sánh với nhân tố khác để xác định tầm quan trọng chúng lũ quét, sạt lở [3] Các kết đánh giá qua tiêu chí phổ biến [4]-[7] Kết nghiên cứu dùng làm sở để xây dựng quy hoạch ngành kinh tế khác quy hoạch đô thị, phân bố dân cư, quy hoạch sở hạ tầng, phát triển giao thơng góp phần quan trọng bảo đảm phát triển bền vững kinh tế - xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh, trật tự an toàn xã hội tỉnh cách bền vững Phương pháp nghiên cứu 2.1 Phương pháp khảo sát thực địa Trong q trình nghiên cứu, chúng tơi tiến hành đợt khảo sát thực tế địa phương tỉnh nơi xảy tượng sạt, lở đất; đó, chúng tơi đặc biệt quan tâm điều tra, khảo sát, lấy mẫu thực tế huyện miền núi Đại Từ, Định Hóa, Phú lương, Võ Nhai,… Từ xác định nguyên nhân yếu tố ảnh hưởng đến tượng sạt, lở đất địa phương 2.2 Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám Ngồi phương pháp truyền thống nêu trên, chúng tơi cịn sử dụng phương pháp giải đốn ảnh vệ tinh (ảnh Landsat 8) phần mềm ENVI 5.2 để phân tích giải đốn nhân tố tác động đến sạt, lở đất; từ xác định yếu tố ảnh hưởng để tìm nguyên nhân chủ yếu gây sạt lở đất 2.3 Phương pháp phân cấp thứ bậc (Analytic Hierarchy Process - AHP) Trên sở nghiên cứu thực tế, tài liệu thu thập khảo sát, điều tra thực tế trạng sạt lở thông số nhân tố ảnh hưởng, lựa chọn phương pháp AHP để đánh giá, phân vùng nguy sạt, lở đất cho tỉnh Thái Nguyên http://jst.tnu.edu.vn 73 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 72 - 83 Phương pháp AHP phương pháp phân tích thứ bậc, nhằm xử lý vấn đề phức tạp, liên quan đến nhiều nhân tố ảnh hưởng với nhiều tiêu chuẩn khác Phương pháp Thomas L Saaty phát triển vào năm đầu thập niên 1980 AHP cho phép người định tập hợp kiến thức chuyên gia vấn đề nghiên cứu, kết hợp liệu khách quan chủ quan khuôn khổ thứ bậc logic Trước hết, AHP cung cấp cho người định cách tiếp cận trực quan theo phán đốn thơng thường để đánh giá quan trọng thành phần thông qua trình so sánh cặp AHP kết hợp hai mặt tư người định tính định lượng: định tính qua xếp thứ bậc định lượng qua kết trọng số cho yếu tố thứ bậc Trong tự nhiên mức độ ảnh hưởng yếu tố định sạt, lở không [2] Sự khác thể qua xác định trọng số yếu tố Phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) (hay cịn gọi phương pháp mơ hình trọng số) phương pháp bán định lượng Nội dung phương pháp bao gồm việc xây dựng hệ thống cặp ma trận so sánh yếu tố khác cho lũ quét, sạt lở Cách tiếp cận mơ tả phân bậc tầm quan trọng nhân tố gây lũ quét, sạt lở, nhân tố so sánh với nhân tố khác để xác định tầm quan trọng chúng lũ quét, sạt lở [3] Việc xác định trọng số yếu tố thành phần ảnh hưởng đến sạt, lở xác định mức độ ảnh hưởng yếu tố thành phần, phục vụ cho việc tính tốn xây dựng đồ nguy sạt, lở đất tỉnh Thái Nguyên Trong nghiên cứu này, yếu tố thành phần phục vụ cho phân tích tính toán thành lập đồ nguy sạt lở đất xác định bao gồm: thạch học, đứt gãy, thổ nhưỡng, độ dốc, độ phân cắt sâu, lượng mưa, phân tầng độ cao thảm thực vật Kết nghiên cứu thảo luận 3.1 Xác định vị trí sạt, lở đất xây dựng tiêu đánh giá 3.1.1 Xác định vị trí sạt, lở đất khu vực nghiên cứu Vị trí điểm sạt, lở xác định thông qua khảo sát thực địa Vị trí, đặc điểm, quy mơ số lượng điểm sạt, lở biểu diễn đồ tài liệu thực tế Tuy nhiên, phương pháp tốn nhiều thời gian chi phí, đặc biệt vùng núi cao, việc tiếp cận khó khăn, chí khơng thể tiếp cận Khắc phục nhược điểm phương pháp trên, với khảo sát thực địa, chúng tơi cịn xác đinh điểm sạt, lở nhờ sử dụng ảnh vệ tinh Trong nghiên cứu sử dụng ảnh Landsat phần mềm ENVI 5.2 để giải đoán Kết điều tra khảo sát giải đoán ảnh vệ tinh cho thấy, Thái Nguyên có nhiều điểm sạt lở với quy mô đặc điểm khác Về thời gian, có số điểm sạt lở xảy gần đây, có điểm sạt lở xảy khứ xác định thời điểm xảy Qua thống kê cho thấy, có 127 điểm sạt, lở khu vực nghiên cứu, nhìn chung kết phản ánh cách chi tiết trạng sạt, lở Các điểm sạt, lở xuất nhiều địa phương tỉnh, thường tập trung vùng núi có độ dốc cao huyện Đại Từ, Định Hóa, Phú Lương dọc theo tuyến đường giao thông khe rãnh, sông suối vùng 3.1.2 Xây dựng tiêu đánh giá thang điểm chuẩn hóa Sạt, lở xảy tác động tổng hợp nhiều yếu tố tự nhiên, tùy điều kiện cụ thể mà yếu tố thể vai trò khác Qua điều tra khảo sát phân tích tài liệu, cho yếu tố gây sạt, lở địa bàn tỉnh Thái Nguyên bao gồm: thạch học, đứt gãy, thổ nhưỡng, độ dốc, độ phân cắt sâu, lượng mưa, phân tầng độ cao thảm thực vật Do đó, để đánh giá thống cần phải chuẩn hóa tiêu chí khác theo quy ước định [5] Thơng thường việc chuẩn hóa thường định lượng hóa thơng qua hệ thống thang điểm gọi thang điểm chuẩn hóa [5] Hay nói cách khác, tiêu đánh giá phải chuẩn hóa theo thang điểm chung để chúng so sánh với Quá trình chia lớp tiêu thành cấp nhạy cảm cường độ sạt, lở là: yếu, trung bình, mạnh http://jst.tnu.edu.vn 74 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 72 - 83 mạnh [7] Về nguyên tắc phân chia cấp nhạy cảm tiêu thực cách tính mật độ điểm sạt, lở điều tra hợp phần tiêu, sau dựa kết tính tốn mật độ đánh giá định tính theo cấp nhạy cảm Thang điểm đánh giá chuẩn hóa xác định có giá trị từ đến (trong nghiên cứu lấy giá trị 3,5,7,9, giá trị 2.4.6.8 giá trị trung gian) tương ứng với cấp nhạy cảm thể theo bảng Bảng Thang điểm chuẩn hóa Nhóm đối tượng Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Mức độ nhạy cảm Rất mạnh Mạnh Trung bình Yếu Điểm đánh giá 3.2 Thành lập đồ đánh giá ảnh hưởng tiêu chí đến sạt, lở đất tỉnh Thái Nguyên 3.2.1 Đánh giá ảnh hưởng yếu tố thạch học với độ nhạy cảm sạt, lở đất Trên sở điều tra thực tế đá vùng, sử dụng phần mềm Arc.GIS, chia thành phần thạch học vùng thành nhóm đá có đặc tính lý khác nhau, bao gồm nhóm trầm tích Đệ Tứ bở rời, nhóm phun trào riolit, nhóm đá vơi, nhóm đá magma xâm nhập axit, nhóm đá magma xâm nhập bazơ nhóm trầm tích lục ngun Dựa phân bố không gian điểm sạt, lở, xác định mật độ điểm sạt lở diện tích nhóm thạch học, từ xác định độ nhạy cảm theo cấp: mạnh, mạnh, trung bình yếu thể bảng 2: Bảng Phân cấp nhạy cảm sạt, lở theo tiêu thạch học Thạch_học Nhóm trầm tích Đệ Tứ Nhóm trầm tích phun trào Nhóm đá vơi Nhóm xâm nhập axit Nhóm xâm nhập bazơ Nhóm đá biến chất Nhóm đá trầm tích lục nguyên Số điểm sạt lở 13 10 47 34 15 Diện tích (km2) 466350016 297320992 1996800000 215568992 299104992 66527200 177174000 Mật độ (điểm/km2) 0,0278761 0,033633702 0,023537699 0,157721996 0,023403199 0,0150314 0,084662497 Tỷ lệ (%) 13,25290012 8,449390411 56,7458992 6,126130104 8,500089645 1,890599966 5,034999847 Độ nhạy cảm Yếu Yếu Yếu Rất Mạnh Yếu Yếu Mạnh Điểm Chuẩn hóa 3 3 Trên sở giá trị mức độ nhạy cảm điểm chuẩn hóa xác định bảng 1, sử dụng phần mềm Arc.GIS, thành lập đồ ảnh hưởng yếu tố thạch học sạt, lở đất tỉnh Thái Nguyên hình Hình Bản đồ ảnh hưởng thạch học đến nhạy cảm sạt lở, đất http://jst.tnu.edu.vn 75 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(07): 72 - 83 3.2.2 Đánh giá ảnh hưởng đứt gãy với độ nhạy cảm sạt, lở đất Trên sở điều tra thực tế phân bố đứt gãy tỉnh Thái Nguyên, chia mật độ đứt gãy tỉnh Thái Nguyên thành cấp độ: 3.5 km/km2 Sử dụng phần mềm Arc.GIS, xác định ảnh hưởng đứt gãy đến độ nhạy cảm sạt, lở đất tỉnh Thái Nguyên theo bảng Bảng Phân cấp nhạy cảm theo tiêu đứt gãy Mật độ đứt gãy >3,5 km/km2 2,5-3,5 km/km2 1,5-2,5 km/km2 0,5-1,5 km/km2 400m/km2 300-400m/km2 100-200m/km2 1000 700-1000 400-700 100-400 0.45; 0.35-0.45; 0.25-0.35; 0.15-0.25 0,45 0,35-0,45 0,25-0,35 0,15-0,25