1.3.2.1. Kết hợp nghiờn cứu địa mạo và ứng dụng GIS trong nghiờn cứu lũ lụt [9]
Cỏch tiếp cận hệ thống cho ta cơ sở để mụ tả cấu trỳc của đối tượng nghiờn cứu với sự đa dạng và phức tạp của nú trong cỏc mối quan hệ. Khi sử dụng phương phỏp này, thỡ đối tượng nghiờn cứu phải được xem xột như là một hệ thống cho dự đối tượng đú ở quy mụ nào đi chăng nữa.
Cụng nghệ GIS giỳp giải quyết cỏc bài toỏn mang tớnh tớch hợp thụng tin từ nhiều lớp thụng tin khỏc nhau một cỏch nhanh chúng và chớnh xỏc. Trong nghiờn cứu, đỏnh giỏ tai biến lũ lụt, lũ quột, sự liờn kết giữa cỏc lớp dữ liệu địa lý dạng vector và raster của GIS cú vai trũ quan trọng.
Trong tất cả cỏc đặc trưng lũ, cỏc hàm tớnh toỏn thuỷ văn, cỏc vị trớ tiềm ẩn tai biến, cỏc mức độ và diện ngập trong lũ, cỏc động lực dũng chảy trong lũ đều được tớnh toỏn theo đỳng quy luật tự nhiờn, được định vị và phõn tớch nhanh chúng thụng qua cỏc lớp thụng tin bộ phận.
Bản chất của ứng dụng Hệ thụng tin địa lý cũn là việc xỏc lập mối liờn hệ khụng gian giữa cỏc đối tượng và hiện tượng mang thuộc tớnh khụng gian. Trong nghiờn cứu xỏc lập sơ đồ logic cho ứng dụng GIS, người ta phải tỡm được những mối liờn hệ giữa cỏc hiện tượng để từ đú xỏc lập cỏc thụng tin cần phải đưa vào mụ hỡnh. Số lượng lớp thụng tin khỏ nhiều, những chỳng thường cú hệ số tương quan rất khỏc nhau với đối tượng nghiờn cứu. Nhiệm vụ của người vận dụng, cụ thể là của cỏc nhà địa mạo, là phải xỏc định được những mối liờn hệ chặt chẽ nhất để ưu tiờn tỡm kiếm trong khi thành lập cơ sở dữ liệu, bởi vỡ trong nhiều cặp tương quan bao giờ cũng cú những cặp tương quan chặt chẽ nhất và cú ý nghĩa quyết định nhất. Chức năng tớch hợp là thao tỏc khụng gian trong đú những lớp chuyờn đề được chồng lờn nhau để tạo ra một lớp chuyờn đề mới chứa đụng những thụng tin mới. Để rỳt ra những thụng tin này, thao tỏc số học hoặc thao tỏc logic được vận dụng
20
trờn những lớp dữ liệu khỏc nhau được nhập vào. Tớch hợp những lớp dữ liệu khỏc nhau là một quỏ trỡnh bậc thang. Hai lớp dữ liệu nhập vào được tổ hợp vào một lớp trung gian, nú lại được tổ hợp vào một lớp thứ ba để tạo ra lớp trung gian khỏc. Điều này được thực hiện tới khi tất cả cỏc lớp dữ liệu nhập vào đều được chồng lờn nhau.
Chồng ghộp số học bao gồm cỏc thao tỏc cộng, trừ, nhõn, chia. Thao tỏc số học được thiết lập trờn mỗi giỏ trị của lớp dữ liệu và giỏ trị trờn vị trớ tương ứng của lớp dữ liệu thứ hai.
Ngoài tớnh năng quản lý, phõn tớch và tớch hợp cỏc lớp thụng tin, GIS cũn cho phộp xõy dựng mụ hỡnh số độ cao (DEM) để mụ phỏng địa hỡnh thực trờn cơ sở nội suy cỏc số liệu độ cao cú được từ bản đồ địa hỡnh, từ cỏc điểm được xỏc định bằng GPS. Từ đú kết hợp với ảnh viễn thỏm, bản đồ địa mạo và một số loại bản đồ khỏc như bản đồ địa chất, bản đồ thực vậtt
Thuật ngữ DEM được sử dụng lần đầu tiờn bởi Miller và Laflamme vào năm 1958 và được định nghĩa giống như là phộp thống kờ bề mặt liờn tục của địa hỡnh bằng một số lượng lớn cỏc điểm được lựa chọn cựng toạ độ x, y và z của chỳng. Giỏ trị z của cỏc điểm cũn lại ở bất cứ tọa độ x, y nào trong mụ hỡnh sẽ được nội suy. Xõy dựng DEM gồm 3 giai đoạn:
Thu thập cỏc điểm độ cao của địa hỡnh cựng với toạ độ x, y của chỳng. Đõy là giai đoạn quan trọng mang tớnh chất quyết định, được thực hiện theo hai phương phỏp: từ bản đồ địa hỡnh, và từ đo đạc trực tiếp.
Xõy dựng DEM thụng qua cỏc điểm độ cao đó thu thập. Cú hai cỏch tiếp cận: Mụ hỡnh mạng ụ vuụng (Grid, được sử dụng cho khu vực nghiờn cứu của khoỏ luận) và phương phỏp mạng tam giỏc ngẫu nhiờn TIN.
Nội suy mụ hỡnh: đõy là quỏ trỡnh tớnh toỏn giỏ trị độ cao của cỏc điểm chưa cú số liệu cũn lại trong vựng thụng qua cỏc hàm toỏn học.
Để xõy dựng được DEM gần với địa hỡnh thực, đũi hỏi phải cú cỏc số liệu độ cao chi tiết. Đõy là một cụng việc khú khăn đối với cỏc vựng đồng bằng vớ nú đũi hỏi cỏc dữ liệu đo vẽ địa hỡnh ở tỷ lệ rất lớn. Mặt khỏc, một số cỏc dạng địa hỡnh cú
21
vai trũ quan trọng đối với việc đỏnh giỏ tai biến lũ, như cỏc dải trũng bao gồm cả cỏc lũng sụng cổ, vỏch chuyển tiếp giữa cỏc bậc địa hỡnh... đụi khi lại bị bỏ qua hoặc chỉ được biểu diễn dưới dạng cỏc kớ hiệu trờn bản đồ địa hỡnh. Để khắc phục điều này, ngoài cỏc dữ liệu độ cao được cung cấp từ bản đồ địa hỡnh, dữ liệu để xõy dựng DEM phục vụ cho việc nghiờn cứu ngập lụt ở phần đồng bằng và dọc cỏc thung lũng sụng cũn được chi tiết hoỏ nhờ việc bổ sung thờm cỏc điểm độ cao và làm tăng dày thờm cỏc đường bỡnh độ địa hỡnh trờn cơ sở cỏc nghiờn cứu địa mạo, từ đú cú thể giải quyết tốt những vấn đề như: diện phõn bố của cỏc đối tượng bị ngập lũ, thời gian và độ ngập sõu; hướng dũng chảy trong lũ; những biến đổi cú thể xảy ra của lũng sụng; khả năng bồi tụ xúi lở.
Trong quỏ trỡnh hỡnh thành và phỏt triển, cỏc con sụng đều tạo ra những thành tạo địa hỡnh dũng chảy đặc trưng và để lại dấu vết của chỳng trờn địa hỡnh sau mỗi chu kỡ biến đổi, đú là cỏc đờ cỏt ven lũng, cỏc bói bồi, hồ sút cú hỡnh múng ngựa, cỏc dải trũng phõn bố một cỏch cú định hướng… Chớnh cỏc dấu tớch và sản phẩm mà chỳng để lại trờn địa hỡnh cho đến ngày nay trở thành cỏc dấu hiệu nhận biết quan trọng về sự tồn tại của chỳng, hay núi cỏch khỏc, cỏc dấu vết này giống như là cỏc bản ghi ghi lại sự hoạt động của dũng sụng trong quỏ khứ [2].
Cỏc nghiờn cứu địa mạo về lũng sụng cổ cho thấy, chỳng thường là cỏc dải trũng cú dạng tuyến trờn địa hỡnh. Đõy chớnh là những vị trớ cỏc dũng chảy trong lũ cú thể được khụi phục và gõy ra hiện tượng phỏo hủy địa hỡnh một cỏch đột biến.
1.3.2.2. Cỏc phương phỏp nghiờn cứu, đỏnh giỏ tai biến lũ lụt khỏc
Cỏc phương phỏp nghiờn cứu, đỏnh giỏ tai biến lũ lụt được sử dụng trong đề tài gồm cú:
Phương phỏp phõn tớch hệ thống: Cỏch tiếp cận theo lưu vực sụng là rất cú hiệu quả trong nghiờn cứu địa lý, đặc biệt là nghiờn cứu tai biến thiờn nhiờn. Phương phỏp này sẽ cho phộp nội suy cỏc hợp phần chưa cú số liệu đầy đủ khi đặt chỳng trong một hệ thống của lưu vực. Sự liờn quan cú tớnh nhõn quả giữa cỏc nhõn tố phỏt sinh tai biến là cơ sở tốt của việc ỏp dụng phương phỏp này để đỏnh giỏ tổng hợp.
22
Cỏc phương phỏp địa lý, cổ địa lý, địa chất truyền thống sẽ được sử dụng để đỏnh giỏ đơn tớnh cỏc nhõn tố tham gia vào quỏ trỡnh phỏt sinh tai biến, đặc biệt trong việc xỏc định hệ thống cỏc lũng sụng cổ trờn địa bàn nghiờn cứu.
Cỏc phương phỏp nghiờn cứu địa mạo truyền thống như: phương phỏp phõn tớch trắc lượng hỡnh thỏi (sử dụng cụng nghệ tin học), phương phỏp phõn tớch kiến trỳc hỡnh thỏi, phương phỏp hỡnh thỏi thạch học, phương phỏp động lực hỡnh thỏi,...
Cỏc phương phỏp phỏng vấn, lịch sử và khảo cổ được sử dụng chớnh trong quỏ trỡnh phõn tớch, đỏnh giỏ cỏc dấu vết của cỏc trận lũ đó xảy ra trờn địa bàn thành phố Hà Nội, làm cơ sở cho việc luận giải nguyờn nhõn và xỏc lập cỏc chỉ tiờu đỏnh giỏ tai biến lũ lụt.
1.3.2.3. Phương phỏp phõn tớch, đỏnh giỏ rủi ro tai biến lũ lụt a) Đỏnh giỏ rủi ro tai biến
Đỏnh giỏ rui ro tai biến là đỏnh giỏ xỏc suất xảy ra và mức độ nguy hiểm do tai biến đú gõy ra. Tai biến là kết quả của sự tương tỏc giữa cỏc tỏc động vật lý (nguy hiểm) và sự tổn thương của con người và mụi trường.
b) Đỏnh giỏ rủi ro tai biến lũ lụt
Phương phỏp luận đỏnh giỏ rủi ro cơ bản được xõy dựng dựa trờn ba khỏi niệm cơ bản nhất bao gồm Mức độ tổn thương do lũ lụt, Mức độ nguy hiểm lũ lụt,
và Độ rủi ro lũ lụt sẽ được định nghĩa dưới đõy [25]
Mức độ tổn thương do lũ lụt là khả năng bị mất mỏt hay khả năng ứng phú
của cộng đồng dõn cư, mụi trường khi bị đặt trước sự đe dọa của tai biến lũ lụt. Mức độ bị tổn thương thường được xột tương ứng với cỏc yếu tố chịu rủi ro. Ở đõy cỏc yếu tố chịu rủi ro được hiểu là tất cả cỏc đối tượng cú mặt trờn khu vực nghiờn cứu, bao gồm cả những đối tượng trực tiếp của ngập lụt như con người, nhà cửa và cỏc hệ thống giao thụng, thụng tin liờn lạc, hay giỏn tiếp như những tổn thất về kinh tế hay xó hội.
Mức độ nguy hiểm lũ lụt là xỏc suất xuất hiện của một trận lũ cú thể gõy
23
tớnh toỏn định lượng, độ nguy hiểm của lũ lụt thường được gỏn bằng cỏc giỏ trị độ sõu ngập lụt, tốc độ dũng lũ, thời gian lũ lụt. Trong nghiờn cứu này, loại hỡnh tai biến cụ thể được đưa ra để đỏnh giỏ là ngập lụt, một trong những vấn đề cấp thiết đối với cỏc đồng bằng thấp trũng, và đặc biệt là thành phố Hà Nội.
Phương phỏp luận đỏnh giỏ rủi ro do lũ lụt được xõy dựng trờn cơ sở tham khảo và cải tiến cỏc phương phỏp luận đang được sử dụng cho phự hợp với điều kiện Việt Nam núi chung và khu vực nghiờn cứu núi riờng, đặc biệt lưu ý tới khả năng ỏp dụng cụng nghệ GIS để tớnh toỏn và hiển thị cỏc kết quả nhận được. Độ rủi ro lũ lụt, độ nguy hiểm tai biến lũ lụt và mức độ tổn thương do lũ lụt liờn hệ với nhau bởi biểu thức:
∑ (*) [25]
Trong đú: H là mức độ nguy hiểm lũ lụt. V là khả năng bị tổn thương, biểu thị số đo của những tổn thất thành phần; Chỉ số i biểu thị loại yếu tố chịu rủi ro.
Quy trỡnh nghiờn cứu được trỡnh bày như hỡnh 1.3, cú thể được ỏp dụng khụng chỉ cho thành phố Hà Nội, mà cũn cú thể ỏp dụng cho cỏc khu vực đồng bằng khỏc. Từ quy trỡnh trờn cú thể thấy quỏ trỡnh đỏnh giỏ mức độ rủi ro lũ lụt bao gồm ba nội dung chớnh là: 1) Đỏnh độ nguy hiểm tai biến; 2) Đỏnh giỏ mức độ tổn thương, và 3) Đỏnh giỏ mức độ rủi ro lũ lụt cho khu vực nghiờn cứu. Cỏc nội dung chớnh của quy trỡnh được thực hiện lần lượt, theo trỡnh tự chỉ ra bằng cỏc mũi tờn. Theo quy trỡnh này, cú thể thấy giữa cỏc thành phần của toàn bộ cấu trỳc cú mối quan hệ nhõn quả với nhau, tức là cỏc kết quả của mỗi giai đoạn cú thể được xem như là số liệu đầu vào trực tiếp cho giai đoạn tiếp theo.
24
Hỡnh 1.3. Quy trỡnh nghiờn cứu đỏnh giỏ rủi ro ngập lụt [25]
Trong tớnh toỏn nhằm xỏc định mức độ tổn thương thỡ tham số đầu vào là hiện trạng sử dụng đất, được phõn loại theo nhúm cỏc loại hỡnh sử dụng đất cú mức tổn thương khỏc nhau khi chịu tỏc động của tai biến (ngập lụt). Cỏc kết quả này được sử dụng làm dữ liệu đầu vào cho việc tớnh toỏn mức độ rủi ro.
Giỏ trị độ nguy hiểm tai biến ngập lụt (H) được xỏc định thụng qua bản đồ ngập lụt cho thành phố Hà Nội, phõn loại theo độ sõu - diện tớch - thời gian ngập dựa vào việc phõn tớch ảnh SPOT 11/2008 và số liệu điều tra dấu vết lũ trong khảo sỏt thực địa.
Giỏ trị mức độ rủi ro được xỏc định theo cụng thức (*), là sự kết hợp giỏ trị mức độ tổn thương và mức độ nguy hiểm tai biến ngập lụt.
25
Chƣơng 2