Bài viết này giới thiệu phương pháp phân tích thứ bậc tích hợp với GIS để cung cấp thông tin phục vụ cho việc phân tích nguy cơ lũ trên lưu vực sông Ngàn Sâu và Ngàn Phố. Các tham số là nguyên nhân chính ảnh hưởng đến lũ được đề cập trong bài bào này bao gồm: Độ dốc, lượng mưa, thực phủ, thổ nhưỡng, chiều dài sườn dốc tương đối và mật độ lưới sông. Mời các bạn cùng tham khảo!
HNUE JOURNAL OF SCIENCE Natural Sciences 2021, Volume 66, Issue 1, pp 198-212 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn DOI: 10.18173/2354-1059.2021-0023 ÚNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỨ BẬC VÀ CÔNG NGHỆ GIS PHÂN VÙNG NGUY CƠ LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG NGÀN SÂU VÀ NGÀN PHỐ TỈNH HÀ TĨNH Đặng Tuyết Minh Khoa Kĩ thuật Tài nguyên Nước, Trường Đại học Thuỷ lợi Tóm tắt Bài báo giới thiệu phương pháp phân tích thứ bậc tích hợp với GIS để cung cấp thông tin phục vụ cho việc phân tích nguy lũ lưu vực sơng Ngàn Sâu Ngàn Phố Các tham số nguyên nhân ảnh hưởng đến lũ đề cập bào bao gồm: Độ dốc, lượng mưa, thực phủ, thổ nhưỡng, chiều dài sườn dốc tương đối mật độ lưới sông Kết cho thấy vùng nghiên cứu chịu ảnh hưởng hai yếu tố lượng mưa độ dốc với trọng số tương ứng 45% 25,5% Vùng có nguy lũ cao cao chiếm 82,78% tổng diện tích lưu vực khu vực có nguy thấp trung bình chiếm 17,22% Độ xác đồ phân vùng nguy lũ kiểm chứng dựa vào mức báo động lũ trạm thủy văn số trận lũ thực tế Kết cho thấy kết hợp AHP công nghệ GIS phương pháp đáng tin cậy để đánh giá nguy lũ dặc biệt khu vực thiếu liệu Từ khóa: Phân vùng nguy lũ, phương pháp phân tích thứ bậc, AHP, lưu vực sông Ngàn Sâu, Ngàn Phố Mở đầu Lũ thiên tai gây thiệt hại nặng nề Việt Nam nhiều khu vực khác giới Q trình cơng nghiệp hố, thị hố mạnh mẽ với tác động biến đổi khí hậu tình hình mưa lớn làm cho thời gian, cường suất, lưu lượng tần suất xuất lũ ngày nhiều diễn biến phức tạp Hằng năm, tỉnh miền Trung chịu ảnh hưởng lũ thường xuyên xảy với xu hướng ngày trầm trọng gây hậu nặng nề người tài sản Tỉnh Hà Tĩnh địa phương chịu nhiều ảnh hưởng thiên tai, riêng hai đợt lũ lịch sử năm 2002, 2007 lưu vực sông Ngàn Phố Ngàn Sâu làm 82 người chết, hàng trăm người bị thương thiệt hại hàng ngàn tỉ đồng [1] Theo báo cáo ban huy phòng chống thiên tai tim kiếm cứu nạn (TKCN) tỉnh Hà Tĩnh, thiệt hại trận mưa lũ tháng 10/ 2017 ước tính 375 tỉ đồng, 10/ 2013 ước tính 980 tỉ đồng, tháng 10/ 2017 ước tính 375 tỉ đồng, tháng 10/ 2016 thiệt hại ước tính 1.064 tỉ đặc biệt 10/ 2010 tổng thiệt hại ước tính 6.374 tỉ đồng Gần đây, trận lũ tháng 10/2020, Hà Tĩnh chịu ảnh hưởng đợt lũ lớn gây ngập lụt diện rộng ước tính thiệt hại 5300 tỉ đồng [2] Để ngăn ngừa giảm nhẹ thiệt hại lũ gây ra, cần phải làm tốt cơng tác phịng chống, ứng phó với lũ, đánh giá phân vùng nguy lũ công việc cần tiến hành Để phân vùng nguy lũ, giới có nhiều phương pháp nghiên cứu, giới thiệu ứng dụng Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm điều kiện ứng dụng riêng Ngày nhận bài: 5/1/2021 Ngày sửa bài: 19/3/2021 Ngày nhận đăng: 26/3/2021 Tác giả liên hệ: Đặng Tuyết Minh Địa e-mail: dtminh@tlu.edu.vn 198 Ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc công nghệ GIS phân vùng nguy lũ lưu vực sông… Việc chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc liệu đầu vào, yêu cầu chi tiết dự án khả chuyên môn kỹ thuật viên Bên cạnh phương pháp phổ biến như: sử dụng liệu viễn thám GIS [3, 4], sử dụng số độ ẩm ướt địa hình (TWI) [5], sử dụng mơ hình thuỷ lực [6, 7] phương pháp thống kê [8, 9], phương pháp phân tích nhân tố [10],… phương pháp kết hợp phân tích đa tiêu chí (MCA) cơng nghệ GIS ứng dụng phân vùng nguy lũ [11-16] Phương pháp MCA cho phép xác định yếu tố khác vấn đề định phức tạp, tổ chức yếu tố thành cấu trúc phân cấp nghiên cứu mối quan hệ yếu tố Ngồi ra, phương pháp cho phép xác định mức độ quan trọng tiêu chí thơng qua ý kiến đánh giá chuyên gia sở kiến thức, kinh nghiệm cá nhân người thực Trong số phương pháp phân tích đa tiêu chí, thuật tốn phân tích thứ bậc (Analytic Hierarchy Process - AHP) sử dụng phổ biến, hỗ trợ phân tích vấn đề định phức tạp với nhiều tiêu chí [17] Theo Das S (2018), tích hợp AHP GIS phương pháp đơn giản để xác định vị trí có nguy lũ cách đánh giá yếu tố khác ảnh hưởng đến lũ [11] Trong thập kỷ gần đây, AHP sử dụng nhiều nghiên cứu khác Việt nam giới để đánh giá phân vùng nguy lũ lụt Ở Việt Nam, áp dụng thuật tốn AHP cơng nghệ GIS, Lê Hoàng Tú nnk (2013) tiến hành thực nghiệm lưu vực sông Vu Gia [12], Trần Thị Phượng nnk (2015) xây dựng đồ phân vùng lưu vực sông Hương [13], Lưu Chinh đánh giá thiệt hại lũ sau phân vùng nguy tỉnh Quảng Bình [18] Trên giới, phương pháp áp dụng rộng rãi với nhiều nghiên cứu tác giả khu vực khác Các nhà khoa học sử dụng AHP GIS phân vùng tiềm nguy lũ [14], đánh giá vùng nguy lũ [15], xây dựng đồ nhạy cảm lũ [16], đánh giá tổn thương thiệt hại lũ dựa vào đồ phân vùng nguy [19] Phân vùng nguy lũ lưu vực sông Ngàn Sâu Ngàn Phố tiến hành phương pháp phân tích nhân tố chính, nhiên tác giả quan tâm đến nguy xảy lũ lớn liệu chủ yếu liệu thủy văn thủy lực [10] Bài báo thực với mục tiêu phân vùng nguy lũ lưu vực sông Ngàn Sâu, Ngàn Phố, tỉnh Hà Tĩnh dựa vào ứng dụng thuật tốn phân tích thứ bậc AHP cơng nghệ GIS với liệu sử dụng bao gồm khí tượng thủy văn địa hình Kết thu cho thấy, phương pháp áp dụng cho nhiều khu vực địa lí với tham số ảnh hưởng tới nguy lũ khác Nội dung nghiên cứu 2.1 Khu vực nghiên cứu Sông Ngàn Sâu phụ lưu sơng La dài khoảng 131 km với độ cao trung bình 360 m chảy hướng Bắc qua huyện Hương Khê, Vũ Quang, Đức Thọ Hương Sơn (tỉnh Hà Tĩnh) Sông Ngàn Phố bắt nguồn dòng suối nhỏ từ dãy núi Giăng Màn thuộc dãy Trường Sơn với độ cao trung bình 331 m Sông Ngàn Phố sông nhánh lớn sông La bắt nguồn từ sườn Đông dãy Trường Sơn nhập vào sông La, phụ lưu sơng Lam Hệ thống sơng Ngàn Sâu có lưu vực rộng 2.061 km2, có nhiều nhánh sơng bé sông Tiêm, Rào Trổ, Ngàn Trươi Hệ thống sông Ngàn Phố dài 86 km, lưu vực rộng 1.065 km2, nhận nước từ Hương Sơn với sông Ngàn Sâu đổ sơng La, sau hợp với sơng Lam chảy Cửa Hội Lưu vực sông Ngàn Sâu, Ngàn Phố có địa hình dốc bị chia cắt mạnh, tạo thành thung lũng nhỏ hẹp chạy dọc theo triền sông Khu vực nghiên cứu nằm khu vực nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, mưa nhiều Ngồi ra, khu vực cịn chịu ảnh hưởng khí hậu chuyển tiếp miền Bắc miền Nam, với đặc trưng khí hậu nhiệt đới điển hình miền Nam có mùa đông giá lạnh miền Bắc; nên thời tiết, khí hậu khắc nghiệt, có hai mùa rõ rệt mùa hè mùa đông [20] 199 Đặng Tuyết Minh Hình Khu vực nghiên cứu - Lưu vực sông Ngàn Sâu sông Ngàn Phố, tỉnh Hà Tĩnh Nguồn tài nguyên đất đai lưu vực sông Ngàn Sâu Ngàn Phố nhiều tiềm chưa khai thác Hiện nay, hệ số sử dụng đất nông nghiệp thấp, huyện miền núi Đất đai, thổ nhưỡng chủ yếu thích hợp cho trồng lương thực công nghiệp ngắn ngày Rừng lưu vực sông tập trung hai huyện Hương Sơn Hương Khê tỉnh Hà Tĩnh, chủ yếu rừng trung bình rừng nghèo Rừng giàu chiếm 10%, rừng trung bình chiếm 40%, còn lại 50% rừng nghèo kiệt [10] Đất khơng có rừng còn nhiều, có số diện tích đất sườn dốc bị xói mòn nghiêm trọng Sông Ngàn Sâu thuộc loại nhiều nước hệ thống sơng Cả Tổng lượng nước bình qn nhiều năm tính tới cửa sơng 6,15 km3, ứng với lưu lượng trung bình năm 195m3/s Sơng Ngàn Phố có tổng lượng nước 1,40 km³ tương ứng với lưu lượng trung bình 45,6 m³/s [20] 2.2 Dữ liệu phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích thứ bậc AHP cơng nghệ GIS để tính tốn số nguy lũ, từ thành lập đồ phân vùng nguy lũ Hình thể quy trình nghiên cứu báo Bản đồ phân vùng nguy kiểm chứng cách so sánh với trận lũ điển hình số năm gần 200 Ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc cơng nghệ GIS phân vùng nguy lũ lưu vực sơng… Hình Quy trình thành lập đồ phân vùng nguy lũ lưu vực sông Ngàn Sâu, Ngàn Phố phương pháp AHP công nghệ GIS * Xác định yếu tố cần thiết để tính số nguy Giống dạng tai biến khác lũ quét, lũ bùn đá, hạn hán…, lũ lụt chịu tác động yếu tố nội sinh, ngoại sinh hoạt động người [21] Nguyên nhân chủ yếu gây lũ yếu tố tự nhiên (độ dốc, lớp phủ, lượng mưa, ), kinh tế, xã hội (sử dụng đất, phân bố dân cư, ) sở hạ tầng (cơng trình phịng chống lũ, hệ thống đường giao thơng, ) Từ nguyên nhân nêu trên, Nghiên cứu sử dụng sáu tham số coi yếu tố ảnh hưởng đến nguy lũ bao gồm: lượng mưa, độ dốc, thổ nhưỡng, lớp phủ, chiều dài sườn dốc tương đối mật độ lưới sông Các yếu tố chọn dựa nguyên nhân, đặc điểm, chế hình thành, điều kiện địa lí, tự nhiên, kinh tế xã hội…của khu vực nghiên cứu, tham khảo nghiên cứu có trước ý kiến đánh giá chuyên gia Mỗi yếu tố chia thành lớp dựa theo mức độ ảnh hưởng chúng đến nguy lũ khu vực nghiên cứu Lượng mưa yếu tố khí hậu quan trọng ảnh hưởng đến tần suất xuất lũ [19] Lượng mưa lớn dịng chảy mạnh cường độ lũ cao Thêm vào đó, độ dốc địa hình lưu vực liên quan chặt chẽ với nguy lũ có ý nghĩa quan trọng q trình nước Độ dốc lớn làm tốc độ dòng chảy tăng, gây khả thấm thấp (vì theo định luật Becnulli, áp suất tĩnh giảm đi) Hay nói cách khác, lưu vực, độ dốc lớn có xu hướng làm giảm lượng nước thấm vào lòng đất thời gian tập trung dòng chảy ngắn, tốc dộ dòng chảy lớn, nước mưa nhanh xuống sơng theo sườn dốc Ngược lại, khu vực phẳng, độ dốc nhỏ nước chậm tức thời gian nước tập trung tích tụ nhiều nên xuất lũ nhanh Ngồi ra, mật độ lưới sơng có vai trị lớn ảnh hưởng đến tập trung dòng chảy lũ lưu vực, mật độ lưới sông cao làm tăng nguy dòng chảy lũ tức nguy lũ lớn [25, 27], Theo [4], độ thấm tầng thổ nhưỡng ảnh hưởng trực tiếp đến nguy lũ, yếu tố coi tham số ảnh hướng đến lũ Khi nghiên cứu dòng chảy lũ, vai trò lớp phủ đánh giá tương đối quan trọng Nhiều nghiên cứu chứng tỏ thay đổi lớp phủ làm thay đổi đặc tính lũ, dòng chảy mặt đỉnh lũ [21, 30] * Phương pháp phân tích thứ bậc Sau chuẩn bị xong đồ tham số ảnh hưởng đến nguy lũ, phương pháp phân tích thứ bậc (Analytic Hierarchy Process – AHP) sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng đến nguy lũ Cách tiếp cận phù hợp với mục đích phân tích số lượng lớn yếu tố khác ảnh hưởng đến nguy lũ Phương pháp AHP được nhà khoa học Mỹ Thomas 201 Đặng Tuyết Minh L.Saaty trường Đại học Pitsburg (Mỹ) đề xuất vào năm 1980 nghiên cứu mở rộng, bổ sung AHP phương pháp tốn học hỗ trợ phân tích vấn đề định phức tạp với nhiều tiêu chí dựa việc khử dần giá trị thông qua so sánh cặp tham số theo tất tiêu chí [22] Để thực q trình phân tích AHP, phân vùng nguy lũ, cần xây dựng cấu trúc thứ bậc để xếp yếu tố chọn theo cấp bậc khác làm sở cho trình so sánh cặp yếu tố Sau thiết lập cấu trúc thứ bậc, tiến hành so sánh mức độ quan trọng tất yếu tố theo cặp, có n tiêu chí số lần so sánh n(n-1)/2 Kết so sánh xếp vào ma trận vng A (ma trận trọng số) có kích thước n x n phần tử aij thể mức độ quan trọng tiêu hàng i so với tiêu cột j Khi phân vùng lũ, nhân tố ảnh hưởng đến lũ có vai trò tầm quan trọng khác nên vấn đề cần thiết cần đánh giá xác khác lựa chọn tiêu chí quan trọng Hệ số ma trận tính từ điểm so sánh cặp tiêu chí thơng qua ý kiến chun gia, quyền địa phương đại diện lĩnh vực môi trường, tài nguyên nước, xã hội học , đồng thời tham khảo đề tài, báo kết hợp với ý kiến chủ quan cá nhân (kết tổng hợp Bảng 3) [8, 23] Để đánh giá độ xác kết quả, theo Saaty, sử dụng tỉ số quán (CR) liệu Tỉ số so sánh mức độ quán với tính khách quan (ngẫu nhiên) liệu tính cơng thức: 𝐶𝐼 𝐶𝑅 = 𝑅𝐼 (1) đó: RI: Chỉ số ngẫu nhiên hay giá trị trung bình CI nhận định so sánh ngẫu nhiên, phụ thuộc vào số tiêu chí so sánh thể Bảng CI: số quán (chỉ số đo lường mức độ chệch hướng quán) 𝐶𝐼 = 𝜆𝑚𝑎𝑥 −𝑛 𝑛−1 (2) n: số tiêu chí λmax : giá trị riêng lớn (giá trị cực đại ma trận) Nếu giá trị CR nhỏ 0,1 có nghĩa sai số khoảng 10% đánh giá qn, xác Ngược lại CR lớn 0.1 nhận định ngẫu nhiên, cần nhận định lại người định thu giảm không đồng cách thay đổi giá trị mức độ quan trọng cặp tiêu [8, 22, 23] Bảng Giá trị RI [22] n RI 0,00 0,00 0,58 0,90 1,12 1,24 1,32 1,41 2.2.2 Dữ liệu sử dụng Trong nghiên cứu này, đồ tiêu chí ảnh hưởng thành lập dựa vào nguồn liệu khác như: đồ địa hình, đồ trạng sử dụng đất, đồ phân loại dất, liệu lượng mưa khu vực nghiên cứu Mơ hình số độ cao DEM với độ phân giải 30 m xây dựng dựa đường đồng mức đồ địa hình tỉ lệ 1: 50000, từ đồ độ dốc, đồ mật độ lưới sông, đồ chiều dài sườn dốc tương đối thành lập Bản đồ thổ nhưỡng thành lập từ đồ phân loại đất đồ lớp phủ xây dựng từ đồ trạng sử dụng đất Dữ liệu lượng mưa thu trạm thuỷ văn khu vực nghiên cứu khu lận giai đoạn 1961 - 2017 sử dụng để thành lập đồ phân bố lượng mưa phương pháp nội suy IDW ArcGIS Bảng thể liệu nguồn sử dụng nghiên cứu 202 Ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc cơng nghệ GIS phân vùng nguy lũ lưu vực sông… Bảng Nguồn liệu sử dụng nghiên cứu Dữ liệu Mô tả Nguồn liệu Bản đồ địa hình Tỉ lệ 1: 50000 Sở Tài nguyên Môi trường Hà Tĩnh Bản đồ trạng sử dụng đất Tỉ lệ 1: 50000 Sở Tài nguyên Mơi trường Hà Tĩnh Năm 1961-2017 Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia Lượng mưa 2.3 Kết nghiên cứu 2.3.1 Đánh giá mức độ ảnh hưởng yếu tố Các tác nhân ảnh hưởng đến lũ có vai trò tầm quan trọng khác nhau, đánh giá cách định lượng tầm quan trọng nhân tố ảnh hưởng vấn đề cần thiết Bảng kết tổng hợp mức độ ưu tiên yếu tố ảnh hưởng đến lũ khu vực nghiên cứu Trong bảng này, dấu trừ (-) thể quan trọng (ảnh hưởng hơn) yếu tố đứng trước so với yếu tố đứng sau cặp yếu tố so sánh Bảng Kết tổng hợp mức độ ưu tiên yếu tố ảnh hưởng đến lũ Stt Yếu tố so sánh cặp Điểm trung bình Stt Yếu tố so sánh cặp Điểm trung bình Lượng mưa thổ nhưỡng Thổ nhưỡng chiều dài sườn dốc Lượng mưa độ dốc 10 Độ dốc lớp phủ Lượng mưa lớp phủ 11 Độ dốc mật độ lưới sông Lượng mưa mật độ lưới sông 12 Độ dốc chiều dài sườn dốc Lượng mưa chiều dài sườn dốc 13 Lớp phủ mật độ lưới sông Thổ nhưỡng độ dốc -5 14 Lớp phủ chiều dài sườn dốc Thổ nhưỡng lớp phủ 15 Mật độ lưới sông chiều dài sườn dốc Thổ nhưỡng mật độ lưới sông Tổng hợp ý kiến chuyên gia xếp hạng mức độ ưu tiên yếu tố ảnh hưởng đến nguy lũ đánh giá cho điểm cặp yếu tố theo thang đánh giá Satty, ma trận so sánh cặp xây dựng để tính trọng số, phản ánh vai trò nhân tố ảnh hưởng đến nguy lũ thể Bảng 203 Đặng Tuyết Minh Bảng Ma trận so sánh cặp yếu tố ảnh hưởng đến nguy lũ Lượng mưa Thổ nhưỡng Độ dốc Lớp phủ Mật độ lưới sông Chiều dài sườn dốc tương đối Lượng mưa 5 Thổ nhưỡng 1/7 1/5 1 Độ dốc 1/3 5 3 Lớp phủ 1/5 1/5 1 Mật độ lưới sông 1/5 1/3 1 Chiều dài sườn dốc tương đối 1/5 1/3 1 Tiêu chí Áp dụng phương pháp chuẩn hoá ma trận xây dựng trọng số nhân tố ảnh hưởng đến lũ Mức độ quan trọng yếu tố ảnh hưởng đến lũ biết thông qua trọng số Bảng Từ kết tính tốn cho thấy: yếu tố lượng mưa ảnh hưởng đến nguy lũ nhiều (45 %), tiếp đến độ dốc (25,5%), chiều dài sườn dốc tương đối mật độ lưới sông (7,7 %), lớp phủ (7,3 %) thổ nhưỡng 6,8 % Kết tính tốn thơng số AHP thể Bảng Với tỉ số quán CR = 0,03 < 0,1 nên ma trận so sánh quán tức trọng số (Bảng 5) chấp nhận Do đó, tiến hành xây dựng đồ phân vùng nguy lũ cho khu vực nghiên cứu Bảng Trọng số yếu tố ảnh hưởng Yếu tố ảnh hưởng Trọng số Lượng mưa 0,450 Độ dốc Bảng Các thông số AHP Thông số Giá trị 6,18 0,255 Giá trị riêng ma trận (λmax) Chiều dài sườn dốc tương đối 0,077 Số yếu tố ảnh hưởng (n) Mật độ lưới sông 0,077 Chỉ số quán (CI) 0,04 Lớp phủ 0,073 Chỉ số ngẫu nhiên (RI) 1,24 Thổ nhưỡng 0,068 Tỉ số quán (CR) 0,03 2.3.2 Xây dựng bảng phân cấp yếu tố ảnh hưởng đến lũ khu vực nghiên cứu * Xây dựng bảng phân cấp lượng mưa Khi xây dựng bảng phân cấp lượng mưa để đánh giá, phân vùng nguy lũ theo phương pháp AHP, thông thường sử dụng khoảng bước nhảy [24-26] Khu vực nghiên cứu với lượng mưa trung bình năm dao động khoảng 1000 ÷ 2900 mm Như vậy, với lượng mưa nhỏ nhất, lớn số lớp phân cấp 5, khoảng bước nhảy giá trị lượng mưa tính xấp xỉ 400 mm Mức độ nguy lũ tăng lượng mưa lớn Do đó, ảnh hưởng lượng mưa đến nguy lũ phân cấp tăng dần từ mức thấp đến mức cao, tương ứng với lượng mưa từ nhỏ 1000 mm đến lớn 2900 mm với điểm số tương ứng từ đến Bảng 204 Ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc cơng nghệ GIS phân vùng nguy lũ lưu vực sông… * Xây dựng bảng phân cấp độ dốc Để phân vùng nguy lũ lưu vực, cần phân cấp độ dốc theo mức độ ảnh hưởng đến nguy sinh lũ Độ dốc khác làm cho dòng chảy lũ tăng lên giảm đi, mức độ ảnh hưởng đến nguy lũ khác khu vực có độ dốc thấp nguy lũ cao Theo Nguyễn Văn Cư nghiên cứu luận khoa học cho giải pháp phòng tránh, hạn chế hậu lũ lụt lưu vực sông Ba, độ dốc địa hình phân thành khu vực với cấp độ dốc sau [27]: Hầu nằm ngang (độ dốc < 3°); Nghiêng thoải (độ dốc từ 3° - 8°); Dốc nghiêng (độ dốc từ 8° - 15°); Dốc (độ dốc từ 15° - 25°); Rất dốc (độ dốc > 25°) Áp dụng cách phân cấp độ dốc theo cấp tương ứng với loại địa nghiên cứu [27] khu vực có độ dốc thấp coi có nguy lũ cao ngược lại, vùng có độ dốc cao có nguy lũ thấp Do đó, mức độ nguy tăng dần từ thấp với vùng có độ dốc lớn tăng dần đến cao với vùng có độ dốc thấp điểm số tương ứng với mức độ ảnh hưởng thay đổi đến Bảng * Xây dựng bảng phân cấp thổ nhưỡng Với nguồn gốc hình thành khác nhau, khả thấm loại đất chia thành nhóm với cấp độ thấm khác nhau: - Cấp - Thấm nhiều: đất cát, cát pha, đất mùn, đất thịt nhẹ - Cấp - Thấm nhiều: đất thịt trung bình, sét pha cát - Cấp - Thấm trung bình: đất thịt nặng, đất sét mịn - Cấp - Thấm ít: đất sét đất thịt nặng - Cấp - Thấm ít: đất xói mòn trơ sỏi đá [28] Trong nghiên cứu này, dựa vào khả thấm loại đất, tiến hành phân cấp thổ nhưỡng theo mức độ tác động đến nguy lũ đánh giá điểm số tương ứng bảng Nguy lũ tăng dần từ thấp, thấp, trung bình, cao, cao với điểm số tăng dần từ đến dựa vào khả thấm tương ứng loại đất theo thứ tự cao, cao, trung bình, thấp, thấp * Xây dựng bảng phân cấp lớp phủ Các đối tượng lớp phủ khu vực nghiên cứu bao gồm: rừng tự nhiên, rừng trồng, rừng tre nứa, đất ngập nước, đất trống, đất đồi trọc, đất trồng nông nghiệp, công nghiệp, nương rẫy, khu dân cư, mặt nước (ao, hồ, sông, suối ) [10] Mức độ ảnh hưởng đến nguy lũ cao khả giữ nước, bảo vệ đất loại hình sử dụng đất thấp Dựa vào đặc điểm loại lớp phủ, loại rừng, khả giữ nước bảo vệ đất loại lớp phủ, tiến hành phân cấp loại hình sử dụng đất lưu vực sông Ngàn Sâu, Ngàn Phố theo mức độ tác động đến nguy xảy lũ từ thấp đến cao với điểm số tương ứng từ đến bảng * Xây dựng bảng phân cấp mật độ lưới sông Với giá trị mật độ lưới sơng khác nguy hình thành lũ sơng khác [10] Mật độ lưới sơng có vai trò lớn ảnh hưởng đến tập trung dòng chảy lũ lưu vực, tức mật độ lưới sông cao làm tăng nguy dòng chảy lũ tức nguy lũ có khả xảy nhiều Bảng phân cấp mật độ lưới sông theo mức độ nguy lũ điểm số tương ứng theo năm cấp, nơi có mật độ lưới sơng dày gán mức độ nguy cao tương ứng với điểm cao mật độ giảm dần khả nguy lũ giảm 205 Đặng Tuyết Minh * Xây dựng bảng phân cấp chiều dài sườn dốc tương đối Chiều dài từ đường phân thuỷ đến đường tụ thuỷ khác cho sườn dốc Vì vậy, bảng phân cấp chiều dài sườn dốc theo mức độ nguy không chia theo chiều dài cụ thể sườn mà tính theo phần trăm Nếu coi chiều dài sườn dốc 100% mức độ nguy vị trí tính theo khoảng cách từ đường phân thuỷ đến vị trí phân cấp bảng Theo đó, khoảng cách gần đường phân thuỷ gán mức độ nguy thấp tương ứng với điểm thấp mức độ nguy tăng lên khoảng cách tăng Bảng Bảng phân cấp yếu tố ảnh hưởng đến nguy lũ Yếu tố Trọng số Lượng mưa 0,45 Độ dốc 0,255 Thổ nhưỡng Lớp phủ 0,068 0,073 Mật độ lưới sông 0,077 Chiều dài sườn dốc tương đối 0,077 206 Phân cấp Điểm < 1200 1200 - 1600 1600 - 2000 2000 - 2400 > 2400 > 25° 15° - 25° 8° - 15° 3° - 8° < 3° 9 Mức độ nguy Rất thấp Thấp Trung bình Cao Rất cao Rất thấp Thấp Trung bình Cao Rất cao Rất thấp Thấp Trung bình Cao Rất cao Rất thấp Thấp 9 Trung bình Cao Rất cao Rất thấp Thấp Trung bình Cao Rất cao Rất thấp Thấp Trung bình Cao Rất cao C, Cc A, Ha, Hq, Hs Fk, Fp,Fv, Nt, B, Ba, Bq, Fa, Fj, Fq, P, Pb, Pf, Py, R, Rdv, Rk D, Fl, Fs, SM, Sj1Mi, Sj2Mi, M, Mi, Mm, Mn, Pg, Pj E, Nu Rừng rộng thường xanh giàu, nghèo, trung bình Rừng rộng thường xanh phục hồi, rừng tre nứa, rừng hỗn giao tre nứa, rừng trồng Đất dân cư, đất khác Cây bụi, đất nông nghiệp, đất trống Đất mặt nước, đất ngập nước D < 0,5 D = 0,5 – 1,0 D = 1,0 – 1,5 D = 1,5 – 2,0 D > 2,0 < 20% 20% - 40% 40% - 60% 60% - 80% 80% - 100% Ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc công nghệ GIS phân vùng nguy lũ lưu vực sông… 2.3.3 Xây dựng đồ phân vùng nguy lũ Sử dụng 3D Analyst Tools phần mềm ArcGIS để xây dựng đồ yếu tố ảnh hưởng đến nguy lũ, từ đồ phân cấp lượng mưa, độ dốc, chiều dài sườn dốc tương đối, mật độ lưới sông, lớp phủ thổ nhưỡng (Hình 3) thành lập cách gộp khu vực có mức độ nguy Sau xây dựng đồ tiêu chí ảnh hưởng với tỉ lệ 1: 200.000, xác định trọng số nhân tố ảnh hưởng đến lũ, tiến hành xây dựng đồ phân vùng nguy lũ phương pháp phân tích khơng gian mơi trường GIS Đó tích hợp đồ thành phần dựa vào phương trình tổng qt tính điểm số nguy theo điểm phân cấp yếu tố trọng số tương ứng chúng cụ thể theo công thức (3) Hình Bản đồ yếu tố ảnh hưởng đến nguy lũ 207 Đặng Tuyết Minh 𝑌 = 0,45 × 𝐵đ𝐿𝑀 + 0,255 × 𝐵đĐ𝑑 + 0,077 × 𝐵đ𝐶𝑑𝑠𝑑𝑡𝑑 + 0,077 × 𝐵đ𝑀đ𝑙𝑠 +0,068 × 𝐵đ 𝑇𝑛 + 0,073 × 𝐵đ 𝑇𝑝 (3) đó: Bđ_Đd: giá trị vị trí đồ độ dốc, Bđ_Lm: giá trị vị trí đồ lượng mưa trung bình năm, Bđ_ Mđls: giá trị vị trí đồ mật độ lưới sơng, Bđ_Cdsdtđ: giá trị vị trí đồ chiều dài sườn dốc tương đối, Bđ_Tn: giá trị vị trí đồ thổ nhưỡng, Bđ_Lp: giá trị vị trí đồ lớp phủ Kết xử lí tích hợp thu đồ giá trị số với pixel có giá trị điểm số nguy Y tương ứng Do đó, để xây dựng đồ phân vùng nguy lũ, cần phân chia giá trị Y đồ giá trị số thành cấp nguy phù hợp Điểm phân cấp yếu tố dựa vào việc thống kê, phân tích, đánh giá tài liệu có đồng thời vào phân hố thực tế yếu tố tạo thành nguy lũ thể theo mức độ tăng dần thang cấp: thấp, trung bình, cao thang cấp: thấp, trung bình, cao, cao thang cấp: thấp, thấp, trung bình, cao cao… Thơng thường, điểm số nguy chia thành cấp sau [13]: Cấp 1: Từ đến 1; Cấp 2: Từ 1,1 đến 3; Cấp 3: Từ 3,1 đến 5; Cấp 4: Từ 5,1 đến 7; Cấp 5: Từ 7,1 đến Kết tính tốn cho thấy giá trị nguy khoảng từ 1,3 đến 8,4 nên điểm số chia làm cấp nguy Bản đồ phân vùng nguy lũ khu vực nghiên cứu thể hình với cấp độ nguy Hình Bản đồ phân vùng nguy lũ khu vực nghiên cứu 208 Ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc công nghệ GIS phân vùng nguy lũ lưu vực sông… 2.3.4 Đánh giá mức độ ảnh hưởng Để xác định mức độ nguy lũ diện tích tương ứng khu vực cụ thể, tiến hành chồng đồ phân vùng nguy với đồ địa giới hành khu vực Từ tính diện tích vùng nguy tương ứng với cấp Bảng đồng thời thấy rõ mức độ nguy khu vực cụ thể sau: Cấp 1: nguy thấp có giá trị số phân vùng nguy lũ phân bố khoảng 1,3 đến 3.0, nằm rải rải số nơi thuộc phía Tây khu vực nghiên cứu Cấp có diện tích 68746,951 (chiếm 16,33 % tổng lưu vực) Cấp 2: nguy trung bình có giá trị số phân vùng nguy lũ phân bố khoảng 3.1 – 5.0, tập trung rải rác toàn lưu vực tập chung chủ yếu phía Tây Bác Tây Nam Cấp có diện tích 103017,182 (chiếm 24,47 % tổng lưu vực) Cấp 3: nguy cao có giá trị số phân vùng nguy lũ phân bố khoảng 5.1 – 7.0 chủ yếu tập trung số xã thuộc huyện Can Lộc, Vũ Quang Cấp có diện tích 151823,309 (chiếm 36,06 % tổng diện tích lưu vực) Cấp 4: nguy cao có giá trị số phân vùng nguy lũ phân bố lớn 7.1 tập trung huyện Cẩm Xuyên số khu vực thuộc huyện Can Lộc Hương Khê Cấp có diện tích 97419,429 (chiếm 23,14 % tổng diện tích lưu vực) Bảng Cấp nguy diện tích khu vực có nguy lũ Cấp nguy Giá trị Phân cấp Diện tích (ha) % 7,0 Rất cao 97419,429 23,14 % 421006,872 100,00% Tổng diện tích Kết thu cho thấy nguy lũ cao cao xảy vùng thượng nguồn sông Ngàn Phố khu vực thượng nguồn sông Ngàn Sâu, giới hạn kéo dài đến trạm thuỷ văn Chu Lễ, Hương Khê, Hà Tĩnh Kết nghiên cứu kiểm chứng dựa vào cấp báo động lũ trạm thuỷ văn sông thuộc khu vực nghiên cứu với trận lũ điển hình ngày 16-18/10/2010 ngày 15 - 16/10/ 2013 (Bảng 9) Ba cấp báo động lũ đánh giá tương ứng với cấp nguy nghiên cứu tương ứng sau: Trên báo động 3: nguy lũ cao Trên báo động 2: nguy lũ cao Trên báo động 1: nguy lũ trung bình Dưới báo động 1: nguy lũ thấp Ngoài ra, theo số liệu điều tra ban huy phòng chống lụt, bão tỉnh Hà Tĩnh, khu vực trạm Chu Lễ ln có nguy xảy lũ cao cao đồng thời phù hợp với mức báo động nhiều đợt lũ như: trận lũ 29/9 - 2/10/2009 - Trên báo động (3.06 m); trận lũ ngày 4/10/2010 – Trên báo động (1,52 m); trận lũ ngày 26/9/2013 - Trên mức báo động (0,3 m); trận lũ ngày 29/10 - 4/11/ 2016 - Trên báo động (0,21 m) trận lũ 17/10/2020 - Dưới báo động (0,4 m) Kết làm tăng thêm độ tin cậy phương pháp nghiên cứu AHP phương pháp có hiệu sử dụng đánh giá lựa chọn tiêu chí phục vụ phân vùng nguy lũ Phương pháp áp dụng rộng rãi lưu vực sông khác với yếu tố ảnh hưởng đến nguy lũ sáu tiêu chí mà nghiên cứu đề cập 209 Đặng Tuyết Minh Bảng Cấp báo động cấp nguy lũ Tên sông Trạm thuỷ văn Ngàn Phố Trận lũ ngày 16 - 18/10/2010 Mực nước (m) Cấp báo động Sơn Diệm 13,00 Trên báo động (0,78 m) Ngàn Sâu Hòa Duyệt 12,37 Ngàn Sâu Chu Lễ 16,56 Trận lũ ngày 15 - 16/10/2013 Mực nước (m) Cấp báo động Cấp nguy Rất cao 14,62 Trên báo động (1,62 m) Rất cao Trên báo động (1,87 m) Rất cao 11,26 Trên báo động (0,76 m) Rất cao Trên báo động (3,06 m) Rất cao 14,42 Trên báo động (0,92 m) Rất cao Cấp nguy Kết luận Nghiên cứu phân vùng nguy lũ lưu vực sông Ngàn Sâu, Ngàn Phố phương pháp AHP công nghệ GIS với bốn cấp độ nguy Kết cho thấy khu vực có khả xảy lũ cao cao chiếm phần lớn lưu vực (gần 70%) tập trung chủ yếu huyện Kỳ Anh, Cẩm Xuyên, Hương Khê Can Lộc Kết kiểm chứng với số trận lũ điển hình lưu vực cho thấy tương đồng đáng kể thực tế kết nghiên cứu, AHP coi phương pháp có hiệu đánh giá lựa chọn tiêu chí phục vụ phân vùng nguy lũ Vì vậy, phương pháp áp dụng rộng rãi lưu vực sông khác với yếu tố ảnh hưởng đến nguy lũ ngồi tiêu chí mà nghiên cứu đề cập Từ đồ phân vùng nguy lũ khu vực nghiên cứu, thấy khu vực có nguy mức độ nguy xảy tương ứng Đây số tài liệu hữu ích cho việc dự báo, phịng tránh giảm thiểu thiệt hại lũ gây hạn chế tàn phá môi trường sinh thái tương lai Để nâng cao độ xác nên thường xuyên cập nhật liệu yếu tố ảnh hưởng đến lũ để có đồ nguy lũ với liệu nhất, từ có thơng tin nguy lũ cách nhanh chóng xác phù hợp cho khu vực thời điểm cụ thể Nghiên cứu sử dụng kết nghiên cứu để đánh giá thiệt hại lũ gây dân cư, đất nông nghiệp, giao thông khu vực nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://baochinhphu.vn/Utilities/PrintView.aspx?distributionid=66117 [2] https://hatinh.gov.vn/vi/tin-tuc-su-kien/tin-bai/8433 [3] Islam M.D., Sado K., 2000 Satellite Remote Sensing Data Analysis for Flood Damaged Zoning with GIS for Flood Management Annual Journal of Hydraulic Engineering, JSCE, Vol 44, pp 301-306 [4] Uddin K., Gurung D.R., Giriraj A., Shrestha B., 2012 Application of Remote Sensing and GIS for Flood Hazard Management: A Case Study from Sindh Province, Pakistan American Journal of Geographic Information System, Vol 2, No 1, pp 1-5 [5] Riadi B., Barus B., Widiatmaka M, Yanuar J.P., Pramudya B., 2018 Identification and delineation of areas flood hazard using high accuracy of DEM data Conference Series: Earth and Environmental Science 210 Ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc công nghệ GIS phân vùng nguy lũ lưu vực sông… [6] Nyarko B.K., 2000 Flood risk zoning of Ghana: Accra experience International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol XXXIII, Part B7, pp 1039-1050 [7] Shahiriparsa A., Vuatalevu N.Q., 2013 Introduction to floodplain zoning simulation models through dimensional approach International Conference on Advances in Structural, Civil and Environmental Engineering - SCEE2013, Kuala Lumpur, Malaysia, pp 20-23 [8] Saaty T.L., 1987 The Analytic Hierachy Process - What it is and how it is used Mathematical modelling, Elsevier, Vol [9] Tehrany M.S., Pradhan B., Jebur M.N., 2013 Spatial prediction of flood susceptible areas using rule based decision tree (DT) and a novel ensemble bivariate and multivariate statistical models in GIS Journal of Hydrology, Vol 504, pp 69 -79 [10] Trần Duy Kiều, 2015 Nghiên cứu nhận dạng lũ lớn, phân vùng nguy lũ lớn xây dựng đồ ngập lụt phục vụ cảnh báo lũ lớn lưu vực sông Lam Đề tài cấp Bộ Tài nguyên Môi trường [11] Das S., 2018 Geographic information system and AHP-based flood hazard zonation of Vaitarna basin, Maharashtra, India Arabian Journal of Geosciences, Vol 11, No 19, pp 1-13 [12] Lê Hoàng Tú, Nguyễn Thị Hồng, Nguyễn Duy Liêm, Nguyễn Kim Lợi, 2013 Phân vùng nguy lũ lụt lưu vực sông Vu Gia, tỉnh Quảng Nam ứng dụng cơng nghệ GIS thuật tốn AHP Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Trái đất Môi trường, Vol 3, Số 29, tr 64-72 [13] Trần Thị Phượng, Phan Thị Minh, Nguyễn Bích Ngọc, 2015 Ứng dụng GIS AHP xây dựng đồ phân vùng nguy lũ lụt lưu vực sơng Hương, tỉnh Thừa Thiên Huế Tạp chí Khoa học, Đại học Huế, Vol 112, Số 13 [14] Ghezelsofloo A.A and Hajibigloo M., 2020 Application of Flood Hazard Potential Zoning by using AHP Algorithm Civil Engineering Research Journal, Vol 9, No 5, pp 00150-00159 [15] Seejata K., Yodying A., Wongthadam T., Mahavik N., Tantanee S., 2018 Assessment of flood hazard areas using Analytical Hierarchy Process over the Lower Yom Basin, Sukhothai Province Procedia Engineering, Vol 212, pp 340-347 [16] Hammami S., Zouhri L., Souissi D., Souei A Zghibi A Meougui A., Dlala M., 2020 Application of the GIS based multi-criteria decision analysis and analytical hierarchy process (AHP) in the flood susceptibility mapping (Tunisia) Arabian Journal of Geosciences, Vol 12, No 21 [17] Paweł Cabala, 2010 Using the analytic hierarchy process in evaluating decision alternative, Operations Research and Decisions, Vol 20, No 1, pp 5-23 [18] Chinh L et al., 2020 Framework of Spatial Flood Risk Assessment for a Case Study in Quang Binh Province, Vietnam Sustainability, Vol 12, No 7, pp 1-17 [19] Kishor D and Gopal K.P., 2017 Flood vulnerability analysis and risk assessment using analytical hierarchy process Modeling Earth Systems and Environment, Vol 3, pp 1627-1646 [20] https://vi.wikipedia.org/wiki/Sông_Ngàn_Sâu [21] Nguyễn Lập Dân, Vũ Thị Thu Lan, Hoàng Thanh Sơn 2007 Đánh giá trạng tai biến tự nhiên (lũ lụt, lũ quét, hạn kiệt, xói lở bờ sông) lưu vực sông Thu Bồn - Vu Gia Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Vol 52, Số [22] Saaty T.L., 1980 The Analytic Hierachy Process McGrawHill, New York [23] Saaty T.L., 2008 Decision making with the analytic hierarchy process International Journal Services Sciences, Volume 1, No 1, pp 83-98 [24] Iswandi U., Widiatmaka, Bambang P Baba B., 2016 Delineation of Flood Hazard Zones by Using a Multi Criteria Evaluation Approach in Padang West Sumatera Indonesia Journal of Environment and Earth Science, Vol 6, No 211 Đặng Tuyết Minh [25] Kamonchat S., Aphittha Y., Tubtim W., Nattapon M., Sarintip T., 2017 Assessment of flood hazard areas using Analytical Hierarchy Process over the Lower Yom Basin, Sukhothai Province Procedia Engineering, Vol 212, pp 340-347 [26] Samanta R.K, Bhunia G.S, Shit P.K, Pourghasemi H.R., 2018 Flood susceptibility mapping using geospatial frequency ratio technique: a case study of Subarnarekha River Basin, India Modeling Earth Systems and Environment, Vol 4, pp 395-408 [27] Nguyễn Văn Cư, 2003 Nghiên cứu luận khoa học cho giải pháp phòng tránh, hạn chế hậu lũ lụt lưu vực sông Ba Đề tài cấp Nhà nước [28] Hà Quyết Nghị, Đào Văn Khương, Nguyễn Mạnh Linh, 2013 Ứng dụng công nghệ GIS xây dựng đồ cảnh báo lũ quét sạt lở đất địa bàn tỉnh Sơn La Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy lợi, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam ABSTRACT Flood hazard zoning in Ngan Sau, Ngan Pho river basin, Ha Tinh province using GIS and analytical hierarchical process Dang Tuyet Minh Faculty of Water Resources Engineering, Thuyloi University This paper introduces the AHP method integrated with GIS technology to provide information for flood hazard analysis in the Ngan Sau and Ngan Pho river basins The factors ìnluencing the occurrence of floods in a study area include slope, rainfall, drainage density, soil, relative slope length, and land cover These data are used for establishing a flood hazard zone map in a GIS environment The obtained results indicate that the two main causes of flooding are rainfall and slope with weights of 45% and 25.5%, respectively The resultant map has shown about 82.78% of the total catchment area is having a high and very high probability of flood and areas under high flood hazard only covers 17.22% of the study area The validation of the flood hazard zone map was conducted based on flood evens in the field The results showed that the AHP technique and GIS are reliable methods for the assessment of the flood hazard potential, specifically in spare-data regions Keywords: Flood hazard zoning, AHP, Analytic Hierarchy Process, Ngan Sau, Ngan Pho river basin 212 ... 200 Ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc cơng nghệ GIS phân vùng nguy lũ lưu vực sơng… Hình Quy trình thành lập đồ phân vùng nguy lũ lưu vực sông Ngàn Sâu, Ngàn Phố phương pháp AHP công nghệ GIS. .. số tương ứng từ đến Bảng 204 Ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc công nghệ GIS phân vùng nguy lũ lưu vực sông? ?? * Xây dựng bảng phân cấp độ dốc Để phân vùng nguy lũ lưu vực, cần phân cấp độ... nguy Bản đồ phân vùng nguy lũ khu vực nghiên cứu thể hình với cấp độ nguy Hình Bản đồ phân vùng nguy lũ khu vực nghiên cứu 208 Ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc công nghệ GIS phân vùng nguy