Xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro do sạt lở đất cho tỉnh quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHẠM ĐÌNH HÙNG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CẤP ĐỘ RỦI RO DO SẠT LỞ ĐẤT CHO TỈNH QUẢNG NGÃI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng – 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHẠM ĐÌNH HÙNG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CẤP ĐỘ RỦI RO DO SẠT LỞ ĐẤT CHO TỈNH QUẢNG NGÃI Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình thủy : 60.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN CHÍ CƠNG Đà Nẵng – 2019 ii TÓM TẮT LUẬN VĂN XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CẤP ĐỘ RỦI RO DO SẠT LỞ ĐẤT CHO TỈNH QUẢNG NGÃI Học viên: Phạm Đình Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 ; Khóa: K35.CTT.Q.Ngãi; Trường Đại học Bách khoa ĐHĐN Tóm tắt – Sạt lở đất hàng năm gây thiệt hại lớn người, tài sản tắc nghẽn giao thông cho tỉnh Quảng Ngãi vào mùa mưa lũ, đặc biệt vùng miền núi, nơi có điều kiện kinh tế xã hội khó khăn Nghiên cứu sử dụng cơng cụ ArcGis để phân tích nguyên nhân gây sạt lở đất cho tỉnh Quảng Ngãi dựa 20 điểm sạt lở gần (năm 2017 2018) Sau dùng phương pháp phân tích thống kê thứ bậc AHP phần mềm SAGA xây dựng đồ rủi ro sạt lở Cuối cùng, tác giả sử dụng ArcGis để phân cấp độ rủi ro sạt lở đất Các kịch thay đổi lượng mưa theo tần suất thường xuyên (50%, 25%) cực hạn (2%, 1%) xem xét Các kết kiểm chứng với 511 điểm sạt lở từ năm 2010 đến 2016 Từ khóa: AHP, ArcGis, SAGA, Sạt lở đất, Quảng Ngãi BUILDING A LEVEL OF RISK LEVELS FOR BORROWING FOR QUANG NGAI PROVINCE Abstract - Annual landslides have caused great damage to people and property and traffic congestion for Quang Ngai province in the rainy season, especially in mountainous areas, where socio-economic conditions are extremely difficult This study uses the ArcGis tool to analyze the main causes of landslides for Quang Ngai province based on the latest 20 landslides (2017 and 2018) Then, we use an AHP method in SAGA software to develop a map of landslide risk Finally, we use ArcGis to classify the risk of landslides Beside, scenarios for changing rainfall corresponding four frequencies: 50%, 25%, 2% and 1%, are also considered in the study These results compared to 511 events of landslide from 2010 to 2016 Key works: AHP, GIS, SAGA, Landsilde, Quangngai iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Phương pháp tiếp cận 3 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý 1.2 Điều kiện tự nhiên 1.3 Đặc điểm khí hậu thủy văn 1.4 Đặc điểm kinh tế-xã hội 13 1.5 Tổng quan nghiên cứu trước sạt lở đất ảnh hưởng đến xã hội .13 1.5.1 Tình hình sạt lở đất giới ảnh hướng tới kinh tế xã hội: 14 1.5.2 Tình hình sạt lở đất Việt Nam ảnh hướng đến kinh tế xã hội 17 1.6 Tình hình sạt lở đất địa bàn tỉnh Quảng Ngãi 21 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CẤP ĐỘ RỦI RO DO SẠT LỞ ĐẤT .23 2.1 Nhận dạng nguyên nhân gây sạt lở 23 2.2 Phương pháp xây dựng đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất .25 2.2.1 Phương pháp AHP 25 2.2.2 Phương pháp RFA 26 2.3 Giới thiệu phần mềm xây dựng đồ rủi ro sạt lở đất (SAGA) 30 CHƯƠNG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CẤP ĐỘ RỦI RO DO SẠT LỞ ĐẤT CHO TỈNH QUẢNG NGÃI 32 3.1 Đánh giá nguyên nhân gây sạt lở đất 32 3.2 Cơ sở liệu 36 3.3 Xây dựng đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất 49 3.3.1 Đánh giá trọng số nguyên nhân gây sạt lở .49 3.3.2 Kết xây dựng đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất 52 3.4 Đề xuất giải pháp phòng ngừa 65 3.4.1 Đối với hệ thống giao thông 65 3.4.2 Đối với công tác quy hoạch xây dựng hạ tầng 65 iv 3.4.3 Đối với cộng đồng dân cư .65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO) v DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang bảng 3.1: Thông tin địa điểm sạt lở mưa 32 3.2: Thông tin sở liệu sử dụng nghiên cứu 48 Ma trận so sánh cặp nguyên nhân gây sạt lở cho vùng 3.3: 50 nghiên cứu 3.4: Đánh giá nội cho nguyên nhân 51 Thống kê điểm sạt lở nằm mức cấp độ rủi ro 3.5: 54 sạt lở đất vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1: 1.2: 1.3: 1.4: 1.5: 1.6: 1.7: 1.8: 1.9: 2.1: 2.2: 3.1: 3.2: 3.3: 3.4: 3.5: 3.6: 3.7: 3.8: 3.9: 3.10: 3.11: 3.12: 3.13: 3.14: 3.15: 3.16: 3.17: Tên hình Trang Bản đồ vị trí tỉnh Quảng Ngãi Bản đồ địa hình tỉnh Quảng Ngãi Bản đồ thổ nhưỡng tỉnh Quảng Ngãi Bản đồ mạng lưới trạm đo mưa Bản đồ mạng lưới sơng ngịi Một số điểm sạt lở điển hình giới Một số điểm sạt lở điển hình tỉnh Việt Nam Bản đồ thống kê điểm sạt lở đất từ năm 2010 đến 2018 Một số điểm sạt lở điển hình từ điều tra thực tế Sơ đồ tổng quan nhận dạng nguyên nhân sạt lở Giao diện làm việc SAGA Kết phân tích yếu tố độ dốc Kết phân tích yếu tố hướng dốc địa hình Kết phân tích yếu tố khoảng cách đến đường Kết phân tích yếu tố khoảng cách đến dịng chảy Kết phân tích yếu tố sử dụng đất Kết phân tích yếu tố thổ nhưỡng Bản đồ độ dốc Bản đồ hình thái Bản đồ phân bố thổ nhưỡng Bản đồ sử dụng đất Bản đồ số thực vật NDVI Bản đồ khoảng cách tới đường giao thơng Bản đồ khoảng cách tới dịng chảy Bản đồ ghi nhận điểm sạt lở đất từ năm 2010 đến 2018 (điểm chấm tròn) Bản đồ mưa theo không gian ứng với tần suất P = 1% (ký hiệu P1) Bản đồ mưa theo không gian ứng với tần suất P = 2% (ký hiệu P2) Bản đồ mưa theo không gian ứng với tần suất P = 25% (ký 10 12 16 20 21 22 24 31 33 33 34 34 35 35 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 vii Số hiệu hình 3.18: 3.19: 3.20: 3.21: 3.22: 3.23: 3.24: 3.25: 3.26: 3.27: 3.28: 3.29: 3.30: 3.31: 3.32: Tên hình hiệu P25) Bản đồ mưa theo khơng gian ứng với tần suất P = 50% (ký hiệu P50) Kết phân tích theo phương pháp AHP SAGA ứng với tần suất mưa P = 1% Kết phân tích theo phương pháp AHP SAGA ứng với tần suất mưa P = 2% Kết phân tích theo phương pháp AHP SAGA ứng với tần suất mưa P = 25% Kết phân tích theo phương pháp AHP SAGA ứng với tần suất mưa P = 50% Biểu đồ thống kê phân bố mức cấp độ nguy sạt đất ứng với tần suất mưa P = 1% Biểu đồ thống kê phân bố mức cấp độ nguy sạt đất ứng với tần suất mưa P = 2% Biểu đồ thống kê phân bố mức cấp độ nguy sạt đất ứng với tần suất mưa P = 25% Biểu đồ thống kê phân bố mức cấp độ nguy sạt đất ứng với tần suất mưa P = 50% Bản đồ rủi ro sạt đất ứng với tần suất mưa P = 1% Bản đồ rủi ro sạt đất ứng với tần suất mưa P = 2% Bản đồ rủi ro sạt đất ứng với tần suất mưa P = 25% Bản đồ rủi ro sạt đất ứng với tần suất mưa P = 50% So sánh tổng diện tích ảnh hưởng ứng với nhóm cấp độ rủi ro cho kịch mưa Đối sánh đồ mạng lưới giao thông (a) với đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất ứng với tần suất mưa 1% thời đoạn ngày (b) Trang 48 55 56 57 58 59 59 60 60 61 62 63 64 64 65 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tỉnh Quảng Ngãi có vị trí quan trọng phát triển kinh tế - xã hội an ninh quốc phòng vùng Duyên hải miền Trung, xem điểm nút giao thông tuyến đường Bắc-Nam, Đông-Tây giao thông thủy Tuy nhiên, điều kiện địa hình phức tạp với phần lớn tổng diện tích thuộc huyện miền núi vị trí nằm vùng thường xuyên chịu tác động mưa lớn kéo dài, với hoạt động người làm tăng thêm cố thiên tai Do mà hàng năm khu vực chịu nhiều thiệt hại thiên tai lũ quét sạt lở đất gây thiệt hại lớn người tài sản Trong năm gần đây, theo thống kê Quảng Ngãi địa phương có nhiều điểm sạt lở đất so với tỉnh thuộc khu vực Miền Trung Trong huyện miền núi thường xuyên xảy sạt lở đất cao vào mùa mưa lũ như: Ba Tơ, Minh Long, Sơn Hà, Sơn Tây, Tây Trà Trà Bồng gây thiệt hại người [phụ lục 2] Nguyên nhân ảnh hưởng đến sạt lở đất cho nhóm chính, khí hậu phi khí hậu Trong đó, nhấn mạnh ảnh hưởng yếu tố trực tiếp đến sạt lở đất khu vực như: mưa lớn kéo dài độ dốc địa hình cao Hiện tượng sạt lở đất diễn hàng năm phần lớn tập trung tuyến đường giao thông huyết mạch gây chia cắt địa phương vùng Vấn đề nghiên cứu phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại thiên tai gây Ban ngành địa phương quan tâm năm gần Các nghiên cứu trước bước đầu xem xét yếu tố như: địa chất; địa hình; lớp phủ; lượng mưa yếu tố xã hội Trong lượng mưa xem xét lượng mưa trung bình nhiều năm trạm đo 17], [18], [28], [29, để xây dựng đồ phân vùng trượt lở đất gây ra, đặc biệt sau mùa mưa bão năm 1999 Hơn nữa, phân chia cấp độ rủi ro sạt lở đất khái niệm cơng tác phịng chống thiên tai vùng nghiên cứu 24 PHƯƠNG PHÁP LUẬN ĐI THỰC ĐỊA THỐNG KÊ SẠT LỞ GIS KHÔNG GIAN ĐỘ DỐC THỜI GIAN HƯỚNG DỐC THỔ NHƯỠNG LƯỢNG MƯA SỬ DỤNG ĐẤT K/C ĐẾN ĐƯỜNG K/C ĐẾN SUỐI KẾT QUẢ Hình 2.1: Sơ đồ tổng quan nhận dạng nguyên nhân sạt lở Lượng mưa: Căn vào phân bố không gian thời gian điểm sạt lở phân bố lượng mưa khu vực, mối quan hệ đặc trưng mưa sạt lở đất đối sánh đánh giá Trong luận văn này, số liệu mưa thu thập từ Đài Khí tượng Thủy văn Trung Trung Bộ Độ dốc Địa hình: Thực tế độ dốc địa hình yếu tố quan trọng nguyên nhân gây lở đất Một đánh giá từ Reichenbach et al (2018) N Nikol et al (2018) xác nhận vai trò quan trọng độ dốc việc dẫn tới ổn định lớp đất Trong nghiên cứu này, độ dốc địa hình khu vực nghiên cứu tạo từ việc xử lý mơ hình cao độ số DEM STRM (30x30m) phần mềm ArcGIS 10.4.1 ESRI (Mỹ) Kết phân tích sau phân loại thành lớp khác phạm vi từ 10 đến 70 độ với bước 10 độ Hình thái địa hình: Khía cạnh địa hình có mối tương quan chặt chẽ với độ 25 yếu tố khác độ che phủ, cường độ đất độ ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến hình thành sạt lở đất [20] Do đó, việc xác định mối tương quan lở đất hình thái địa hình hỗ trợ cho việc xác định nguy trượt lở đất Dữ liệu hình thái địa hình nghiên cứu tạo trình phân tích khơng gian với liệu DEM Thổ nhưỡng: Dưới tác động lượng mưa, độ bão hòa đất tác nhân quan trọng dẫn đến lở đất Việc xác định lớp đất đặc tính chúng đóng góp lớn cho việc đánh giá lở đất nguy Sự phân bố không gian loại thổ nhưỡng thu thập từ quan quyền địa phương phân thích Arc GIS cho tỉnh Quảng Ngãi Sử dụng đất: Theo Khan et al [20], sử dụng đất có ảnh hưởng mạnh mẽ đến phân bố sạt lở Một chứng rõ ràng thảm thực vật tốt hoạt động hiệu để giữ nước, giảm xói mịn sau cải thiện ổn định khu vực Chuang Shiu [7] Trong nghiên cứu gần đây, Reichenbach et al [24] đề xuất trọng số đóng góp mưa sử dụng đất nên tính thành lập đồ nguy sạt lở Vì vậy, luận văn sử dụng liệu cung cấp từ quan địa phương để kiểm tra mối quan hệ phân phối đất kiện lở đất Khoảng cách đến đường giao thông: Ở khu vực miền núi, việc phát triển giao thông nhiều khả dẫn đến việc trượt lớp đất, giảm độ ổn định mái cuối sạt lở Do đó, tác động mạng lưới đường cần đánh giá xác định yếu tố ảnh hưởng Cơ sở liệu mạng lưới đường giao thông thu thập từ quyền địa phương để sử dụng báo cáo Khoảng cách đến dòng chảy: Tương tự, khoảng cách đến dòng chảy nguyên nhân phổ biến, sử dụng phổ biến phân tích trượt lở đất Sự phân bố không gian yếu tố đánh giá môi trường GIS cách sử dụng phân tích DEM thu thập liệu từ quan chức [23] Trong nghiên cứu này, dòng chảy thu thập từ liệu thủy hệ tỉnh Quảng Ngãi, khoảng cách tính tốn tuyến tính cách sử dụng cơng cụ phân tích khơng gian Arc GIS 10.4.1 2.2 Phương pháp xây dựng đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất 2.2.1 Phương pháp AHP Để phát triển đồ nguy trượt lở đất thích hợp, việc ứng dụng công cụ định dựa vào nhiều tiêu chí GIS sử dụng rộng rãi Phương pháp cho phép kết hợp thông tin từ nhân tố mức độ tác động nhân tố đến q trình sạt lở đất Một phương pháp phân tích sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực: Phương pháp phân tích thứ bậc AHP (Analytic Hierarchy Process (AHP)) 26 áp dụng nhiều lĩnh vực Phương pháp dụng phổ biến việc đánh giá trọng số nhân tố ảnh hưởng đến trượt lở đất nhiều nghiên cứu Phương pháp AHP xác định đóng góp trọng số nguyên nhân sạt lở đất xác định ma trận so sánh theo cặp Dựa nghiên cứu thực Saaty [25], tiêu chí so sánh phạm vi từ đến Mỗi giá trị thể mức độ quan trọng tiêu chí so với tiêu chí cịn lại Theo cho thấy hai tiêu chí có tầm quan trọng cho thấy tầm quan trọng mạnh mẽ tiêu chí so với tiêu chí định lượng khác [25] Trọng số lớn mơ hình AHP đại diện cho tiêu chí có tác động đáng kể việc xác định mục tiêu trình tính tốn Các trọng số tính tốn từ ma trận tương quan Ngoài ra, tỷ lệ quán (CR) Chỉ số quán (CI) tính tốn để ước tính tính qn q trình xác định trọng số dựa theo AHP [25] Cần lưu ý giá trị CR phải nhỏ 0,1 Nếu khơng đạt giá trị này, q trình tính tốn dựa theo phương pháp thứ bậc coi không quán [25] cần phải thay đổi Chỉ số CI CR tính tốn theo cơng thức CI  CR  max  n n 1 CI RI (2.1) (2.2) 2.2.2 Phương pháp RFA Như phân tích phần trước, nhóm kịch mưa cực hạn xây dựng dựa ước tính lượng mưa ứng với tần xuất 2% 1% Lượng mưa thường nằm vùng đuôi đường cong tần suất mưa Tuy nhiên với số năm quan trắc ngắn trạm đo dẫn đến không chắn giá trị suy luận ứng với tần suất thiết kế Để khắc phục hạn chế này, phương pháp phân tích tần suất vùng (RFA-Regional Frequency Analysis) áp dụng rộng rãi năm gần đây, tiêu biểu 8, 9, 10, 11, 12, 21 Đối với phân tích tần suất mưa chất phương pháp vùng nhóm tất giá trị thống kê trạm đo mưa vùng sau giá trị thống kê trạm chia cho “chỉ số mưa vùng” (index rainfall), sau tiến hành phân tích tần suất vùng với mục đích làm lớn kích thước mẫu thống kê, từ tăng độ tin cậy đường cong suy luận vùng Sau đó, giá trị đường cong suy luận vùng (regional quantiles) nhân với số mưa vùng ta thu đường cong suy luận cho trạm đo mưa vùng với độ tin cậy cao so với phương pháp suy luận mà sử dụng số liệu thống kê hạn chế trạm 27 Tuy nhiên, để làm liệu mưa vùng phải thỏa mãn điều kiện “đồng nhất” số mưa vùng sử dụng theo đề xuất Hosking Wallis (1997) giá trị mưa bình quân trạm đo Theo Hosking Wallis (1997), vùng xem đồng liệu mưa mẫu liệu mưa trạm đo có chung tỷ lệ phân phối (scale distribution), điều đồng nghĩa tồn hàm phân phối thống kê chung cho tất mẫu thống kê vùng mẫu liệu mưa vùng phải thỏa mãn điều kiện test Hosking Wallis Nếu khơng thỏa mãn điều kiện cần phải tiến hành chia vùng nghiên cứu (main region) thành tiểu vùng (sub-region) cho mẫu liệu tiểu vùng thỏa mãn test Hosking Wallis Do vậy, phân tích tần suất mưa vùng có bước (i) phân chia vùng đồng (ii) phân tích tần suất vùng sau phân chia Trong nghiên cứu này, kết phân tích tần suất mưa vùng trạm ứng với tần suất thiết kế thời đoạn mưa ngày lớn trích suất để xây dựng sở liệu mưa thời đoạn sử dụng phương pháp nội suy ArcGIS để xây dựng đồ mưa thời đoạn 2.2.2.1 Phương pháp phân chia vùng đồng liệu mưa ngày Để phân chia vùng có N trạm khơng đồng thành Nk tiểu vùng (với K số lượng tiểu vùng, K = ), nghiên cứu sử dụng phương pháp phân cụm (phân tích Cluster) để thể quan hệ mật thiết trạm tiểu vùng Phương pháp phân cụm bao gồm: (i) phương pháp không thứ bậc (KMeans) 7 (ii) phương pháp thứ bậc (Ward) 7 Giả sử vùng nghiên cứu có N trạm đo mưa, vector thuộc tính biểu diễn cho N trạm đo mưa là: Y = {yi/i = 1,…, N} (2.3) Trong đó: yi = [yi1, …, yij, …, yin] ∈ ℜn vector thuộc tính trạm thứ i Vector thuộc tính bao gồm: kinh độ, vĩ độ cao độ trạm thứ i 9 ; yij giá trị thuộc tính j vector yi Cho tập xi biểu thị cho giá trị tỷ lệ thứ i không gian n chiều {i.e., xi = [xi1, …, xij, …, xin] ∈ ℜn} , xij thu từ thay đổi tỷ lệ yi phương trình: với 1≤ j ≤ n (2.4) ( ̅) Trong đó: xij biểu thị cho thay đổi tỷ lệ yij; σj độ lệch chuẩn thuộc tính j, y j giá trị trung bình tất vector thuộc tính a Phương pháp phân cụm không thứ bậc (K-Means) 28 Phương pháp phân cụm không thứ bậc phân bổ trạm đo vào số lượng cụm xác định trước, số lượng cụm K hay cịn gọi tiểu vùng phải giả định trước (K= 1, 2, ) Phương pháp bao gồm: (i) phương pháp ngưỡng tuần tự; (ii) phương pháp ngưỡng song song, (iii) phương pháp phân chia tối ưu Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân chia tối ưu Theo đó, thuật tốn K-Means McQueen đề xuất năm 1967 sử dụng phổ biến RFA 7 Phương pháp sử dụng thuật toán lặp để phân thành cụm cho hàm sô F đạt cực tiểu F xác định sau: F   k 1  j 1  j k1 d ( x k ij  x k j ) K n N (2.5) Trong đó: K số tiểu vùng giả định ban đầu K=1; Nk số trạm tiểu vùng thứ k; d khoảng cách vector đến trung tâm nhóm; xijk giá trị thay đổi tỷ lệ thứ j vector i quy định nhóm k; x jk giá trị trung bình thuộc tính j nhóm thứ K: ∑ (2.6) Để F đạt cực tiểu, khoảng cách vector đến tâm nhóm phải nhỏ (d đạt cực tiểu) Chúng ta lựa chọn phương pháp khoảng cách Euclidean Mahalanobis Trong nghiên cứu tác giả chọn phương pháp khoảng cách Euclidean sử dụng ngơn ngữ lập trình R triển khai thuật tốn thơng qua hàm kmeans b Phương pháp phân cụm thứ bậc (Ward) Phương pháp thủ tục xây dựng theo cấu trúc thứ bậc hình tiến hành theo cách tích tụ phân chia Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân cụm thứ bậc tích tụ dựa vào khoảng cách trung tâm Phương pháp Ward đề xuất năm 1963 sử dụng phổ biến RFA 9, thuật toán phân cấp mà ban đầu giả định trạm tiểu vùng Thuật tốn sau sát nhập tiểu vùng cách xem xét mối quan hệ đối tượng phương pháp bình phương cực tiểu (Error Sum of Squares ESS) khoảng cách đối tượng, ESS tính sau: ESS j  i 1 ( xij  y j )'( xij  y j ) N (2.7) Trong đó: tham số xij y j trình bày Nghiên cứu sử dụng ngơn ngữ lập trình R triển khai thuật tốn thơng qua hàm hclust Tiếp theo, mẫu liệu tiểu vùng K kiểm tra tính đồng thơng qua phương pháp Hosking Wallis (1997) 29 2.2.2.2 Phương pháp kiểm tra tính đồng mẫu liệu Theo Hosking Wallis (1997) vùng đồng đánh giá tính đồng liệu thông qua L-moment Lượng mưa vùng mô (Nsim= 500 lần) từ phân phối kappa dựa giá trị trung bình L-moment: l1R, R, 3R and 4R Các giá trị thống kê ước tính theo ba số đồng Hn (n = 1, 3): Trong đó: V độ lệch chuẩn trọng số trạm L-CV, V2 khoảng cách trung bình trọng số từ trạm đến trung bình trọng số khơng gian ba chiều L-CV, L-CA L-Kurtosis, V3 khoảng cách trung bình trọng số từ trạm đến trung bình trọng số khơng gian hai chiều L-CA and L-kurtosis Với V, V2 V3 giá trị trung bình, V, V2 , V3 độ lệch chuẩn ứng với N lần mô V, V2 and V3 Một vùng xem “chấp nhận đồng nhất” Hn < 1, “có thể đồng nhất” ≤ Hn ≤ 2, “ không đồng nhất” Hn > ( - ) ( ( - ) ( - ) ) ( ) ( ) (2.8) { { 2.2.2.3 Phương pháp phân tích tần suất mưa vùng a Lựa chọn phân phối thống kê Trong phân tích tần suất vùng, hàm phân phối (F) chọn dựa tỷ lệ Lmoment giá trị ZDist Với dạng phân phối, ZDist tính tốn sau: (2.9) Trong giá trị trung bình L-kurtosis tính từ liệu vùng, giá trị L-kurtosis lý thuyết tính từ mơ cho dạng phân phối, giá trị độ lệch chuẩn L-kurtosis nhận từ mô liệu Những phân phối chọn phải có giá trị | | hàm phân phối cho | Trường hợp tồn nhiều hàm phân phối thỏa mãn | gần phù hợp 15 b Phương pháp số mưa vùng Phương pháp dựa nguyên lý đề xuất Dalrymple (1960) Giá trị xác xuất lũy tích F trạm thứ i viết: ( ) ( ) (2.10) Trong ( ) giá trị xác xuất lũy tích F vùng, số mưa vùng tính giá trị trung bình mẫu liệu đo trạm thứ i 30 Sau phân tích tần suất mưa vùng ước tính đường cong tần suất mưa vùng ̂ thông qua số mưa vùng đường cong tần suất trạm đo vùng ̂ ̂ Quá trình phân tích tần suất mưa vùng thực dựa suy luận Bayesian thuật toán Markov chain Monte Carlo c Thuật toán Bayesian Markov chain Monte Carlo Suy luận Bayesian thuật toán MCMC sử dụng rộng rãi cho ứng dụng thủy văn 8, 10, 12 Nghiên cứu giới thiệu ngắn gọn thủ tục Bayesian MCMC Theo thuyết Bayes, likelihood mẫu cho tham số mơ hình xác suất ( | ) có mối quan hệ với likelihood hàm mật độ xác xuất tham số cho mẫu ( | ): ( | ) ( | ) ( ) (2.11) ( ) Trong đó: ( ) phân phối cho trước tham số , ( ) xác xuất mẫu D hay gọi số chuẩn hóa Likelihood mẫu quan sát D tính sau: ( | ) Trong ∏ [∏ ( )] (2.12) hàm mật độ xác xuất phân phối thống kê lựa chọn cho đường cong tần suất vùng, tính vector tham số phân phối lựa chọn để ước 2.3 Giới thiệu phần mềm xây dựng đồ rủi ro sạt lở đất (SAGA) SAGA (System for Automated Geoscientific Analyses) hệ thống phân tích địa lý tự động nguồn mở (GIS) Kể từ lần phát hành vào năm 2004, SAGA nhanh chóng phát triển từ cơng cụ chun dụng để phân tích địa hình kỹ thuật số đến tảng GIS tồn diện thành lập toàn cầu cho phân tích khoa học mơ hình hóa [5] SAGA mã hóa C++ thiết kế hướng đối tượng chạy theo số hệ điều hành bao gồm Windows Linux Các tính kiến trúc mơđun bao gồm giao diện lập trình ứng dụng cho phát triển thực phương pháp phân tích mới, giao diện người dùng đồ họa thân thiện với nhiều hình ảnh tùy chọn, trình biên dịch dịng lệnh giao diện để giải thích ngơn ngữ R Python SAGA có ứng dụng rộng rãi nghiên cứu phân tích địa hình kỹ thuật số, địa mạo, khoa học đất, khí hậu khí tượng học, viễn thám 31 Hình 2.2: Giao diện làm việc SAGA Vào năm 2013, Saga phát triển tích hợp vào phần mềm QGIS, QGIS phần mềm GIS nguồn mở miễn phí cho người dùng, Saga phổ biến đến người dùng nhiều Trong nghiên cứu tác giả sử dụng Saga tích hợp QGIS V3.4 để phân tích liệu xây dựng đồ rủi ro sạt lở đất Phụ luc cho thấy cơng trình nghiên cứu có sử dụng SAGA phân tích sạt lở đất giới Tóm lại xây dựng đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất tác giả tu thập thông kê, phân tích đánh giá nhận định nguyên gây sạt lở sở tham khảo đề tài cơng nhận tạp chí khoa khọc từ lựa phương pháp tính tốn phương pháp phân tích trọng số AHP, phương pháp phân tích mưa vùng cuối sử dụng phần mềm SAGA kết hợp với công cụ ArcGis để đưa kết 32 CHƯƠNG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CẤP ĐỘ RỦI RO DO SẠT LỞ ĐẤT CHO TỈNH QUẢNG NGÃI 3.1 Đánh giá nguyên nhân gây sạt lở đất Để đánh giá tìm ngun nhân gây sạt lở đất vùng nghiên cứu, tác giả tiến hành thực địa đến 20 điểm sạt lở đất dễn năm 2017 2018 mô tả sơ mục 1.5 chương Từ sở liệu thu thập thực địa 20 điểm sạt lở năm 2017 2018 Các thông tin tọa độ thời điểm sạt lở (giờ/ ngày/ tháng/ năm) xác định xác Dựa sở tác giả sử dụng phương pháp truy vấn thông tin kiện mưa xảy cho điểm sạt lở sau: - Từ vị trí sạt lở xác định trạm đo mưa gần nhất; - Từ thông tin thời gian xảy sạt lở truy vấn liệu mưa trạm đo mưa trước sau thời điểm sạt lở, nguồn cung cấp từ Đài khí tượng thủy văn khu vực Trung Trung Bộ - Xác định tổng lượng mưa thời đoạn mưa Bảng 3.1: Thông tin địa điểm sạt lở mưa Số điểm Trạm Thời đoạn Tổng lượng Huyện sạt lở khảo sát đo mưa (ngày) (mm) Tây Trà Trà Bồng Ba Tơ Sơn Tây Sơn Tây Ba Tơ Ba Tơ Ba Tơ 01 03 01 02 05 02 03 03 Trà My Ba Tơ Ba Tơ Sơn Tây Sơn Tây Ba Tơ Ba Tơ Ba Tơ 3 3 662 915 750 202 147 915 506 546 Bảng 3.1 cho thấy phần lớn điểm sạt lở (12/20) diễn năm 2017 2018 có thời đoạn mưa ngày phổ biến với tổng lượng mưa dao động khoảng từ 500 mm đến 900 mm Do nghiên cứu này, tác giả chọn thời đoạn mưa ngày để xây dựng đồ mưa cho vùng nghiên cứu Dựa vào số liệu thống kê 20 điểm sạt lở khu vực nghiên cứu tiến hành phân tích thơng kê phần mềm Arc GIS 10.4.1 ESRI cho kết sau: 33 Độ dốc 30 25 Frequency 20 15 Frequency 10 10 20 30 40 Slope 50 60 More Hinh 3.1: Kết phân tích yếu tố độ dốc Hướng dốc địa hình 120 100 80 60 40 Frequency 20 Hình 3.2: Kết phân tích yếu tố hướng dốc địa hình Địa hình có độ dốc từ 20 đến 30 độ dễ bị sạt lở với gần kiện xảy Sự xuất lở đất gia tăng với độ dốc địa hình mưa từ 10 đến 30 độ Ngược lại, có giảm hình cho phạm vi độ dốc lớn 34 40 độ Về tiêu chí khía cạnh, lở đất có nhiều khả xảy với khía cạnh địa hình liên quan đến hướng Đông (Đông Nam, Đông Đông Bắc), với 50% vụ lở đất đánh giá 50 khoảng cách đến đường 45 Frequency số xuất 40 35 30 25 20 15 10 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 More Khoảng cách Hình 3.3: Kết phân tích yếu tố khoảng cách đến đường khoảng cách đến dòng chảy 120 số lần xuất 100 80 60 Frequency 40 20 100 200 300 400 500 600 khoảng cách m 700 800 900 1000 More Hình 3.4: Kết phân tích yếu tố khoảng cách đến dịng chảy Thống kê điểm lở đất phân tích GIS cho thấy mối tương quan mạnh mẽ tượng sạt lở với khoảng cách đến đường giao thông thủy hệ Một tỷ lệ lớn lở đất xảy khu vực gần đường điểm tụ thủy Các vụ sạt lở đất xảy khu vực đệm cách đường tụ thủy 100 mét chiếm tỷ lệ 35 cao Ảnh hưởng đường đến tượng sạt lở giảm mạnh với gia tăng khoảng cách Tương tự dòng chảy, tỷ lệ sạt lở cao rơi vào khu vực gần với khoảng cách vùng đệm khoảng cách 100m giảm dần khoảng cách gia tăng Frequency Sử dụng đất 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 Frequency Sử dụng đất Hình 3.5: Kết phân tích yếu tố sử dụng đất Loại đất 250 Frequency 200 150 100 Frequency 50 Đất xám Đất xám Đất xám Đất xám Đất xám Đất xám Đất phù feralit đá feralit đá mùn đá feralit điển mùn đá mùn điển sa đốm rỉ lẫn sâu lẫn nông lẫn nông hình lẫn nơng hình giới nặng Thổ nhưỡng Hình 3.6: Kết phân tích yếu tố thổ nhưỡng More 36 Phân tích sạt lở lịch sử đại diện cho ảnh hưởng mạnh mẽ lớp đất đến ổn định khu vực Hầu hết vụ lở đất xảy đất xám Ferralic Acrisols khu vực nghiên cứu với 80% Tuy nhiên, có khác biệt phân bố không gian loại đất khu vực Trong tượng chủ yếu xảy đất xám Ferralic đá lẫn nông Một tỷ trọng lớn điểm sạt lở xảy đất xám mùn đá lẫn nông chếm tỷ lệ cao 50% Nhìn chung, loại đất có đá lẫn nơng có xu hướng gây trượt lở nhiều loại đất đá lẫn sâu Các loại thổ nhưỡng có thành phần mùn hạn chế trình trượt lở Mặc dù phân bố không gian lở đất sử dụng đất cho thấy tỷ lệ điểm sạt lở xảy nhiều loại đất bụi Tỷ trọng điểm sạt lở xảy vùng bao phủ rừng lớn, hầu hết xảy xa khu dân cư nên gây thiệt hại cho người dân Có thể thấy loại hình sử dụng đất có tác động người chiếm ưu thống kê sạt lở xảy Cùng với khu vực rừng trồng đất nông nghiệp, đất dân cư chiếm tần suất sạt lở cao Tải FULL (89 trang): bit.ly/2Ywib4t khu vực Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Các hoạt động phát triển miền núi làm tăng đáng kể xuất lở đất Có lẽ, chứng rõ ràng ảnh hưởng việc xây dựng đường vụ sạt lở với kiện gần hai phần ba xảy khu vực vùng đệm cách đường 100 m Những ảnh hưởng hoạt động người đánh dấu việc thay đổi độ che phủ đất sử dụng đất Các khu vực đất rừng có lở đất so với khu đất khác rừng tái sinh, rừng sản xuất bụi, cỏ nông nghiệp Mặc dù số hạn chế tồn q trình phân tích thiếu sở liệu nhân công kỹ thuật với đầy đủ kỹ để thực quy trình Nhưng GIS cơng cụ thống kê phần thể hiệu việc đánh giá kiểm kê yếu tố gây lở đất Cơng cụ chứng minh phân bố không gian yếu tố nguyên nhân trượt lở hữu ích việc trích xuất liệu cần thiết cho thủ tục mẫn cảm trượt lở đất Kết để đánh giá trọng số để xây dựng đồ nguy sạt lở cho vùng nghiên cứu 3.2 Cơ sở liệu Trong luận văn, liệu sử dụng để phân tích AHP xây dựng đồ rủi ro sạt lở đất cho tỉnh Quảng Ngãi bao gồm: a Độ dốc: Thực tế độ dốc địa hình biến số quan trọng nguyên nhân gây lở đất Một đánh giá từ Reichenbach et al (2018) N Nikol et al (2018) nhấn mạnh vai trò quan trọng yếu tố bất ổn định khu vực quan tâm Độ dốc địa hình khu vực nghiên cứu tạo từ SRTM DEM (30x30 m) ArcGIS 10.4.1 Các kết thu sau phân 37 loại thành lớp khác dựa mối tương quan với xuất lở đất dao động từ 10 đến 70 độ với bước 10 độ Tải FULL (89 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Hình 3.7: Bản đồ độ dốc 38 b Hình thái: Hình thái địa hình có mối tương quan chặt chẽ với độ che phủ đất, tính chất lý độ ẩm đất ảnh hưởng trực tiếp đến khởi đầu sạt lở đất (Khan et al, 2019) Do đó, việc đánh giá ảnh hưởng hướng hình thái địa hình sạt lở góp phần vào phân tính độ sạt lở đất Hình thái cho nghiên cứu tạo từ DEM thu thập Hình 3.8: Bản đồ hình thái 6b79c803 ... BẢN ĐỒ CẤP ĐỘ RỦI RO DO SẠT LỞ ĐẤT CHO TỈNH QUẢNG NGÃI 32 3.1 Đánh giá nguyên nhân gây sạt lở đất 32 3.2 Cơ sở liệu 36 3.3 Xây dựng đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất. .. đầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: Phương pháp xây dựng đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất Chương 3: Xây dựng đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất cho tỉnh Quảng Ngãi Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ... pháp phân tích xây dựng đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất cho tỉnh Quảng Ngãi Đặc biệt yếu tố mưa xem xét cách khoa học để đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến đồ cấp độ rủi ro sạt lở đất cho vùng nghiên