Một trong những tác động lớn nhất của con người ở vùng đất Hà Nội là việc đắp đê và xây dựng thành lũy. Các tác động của con người đến tự nhiên ở vùng Hà Nội
thấy rõ nét nhất là từ sau Cơng ngun đến nay. Đó là việc xây dựng Thành Đại La cải tạo vùng đất thấp ở đồng bằng và Thiên niên kỷ thứ nhất S.CN. Đây là công việc đã được người Việt cổ thực hiện từ rất sớm. Trong sách Giao Chỉ ký có chép rằng: “Huyện Phong Khê có đê giữ nước sơng Hồng Giang”. Đó chính là khu vực lân cận Thành Cổ Loa. Sau này, sách Ngoại kỷ lại chép: “Đời Đường trong niên hiệu Hàm Thông, Cao Biền đã đắp Thành Đại La, lại đắp đê quanh thành 2.125 trượng, cao 1 trượng 5 thước, chân rộng 2 trượng” (trích từ Đặng Xn Bảng). Đến đời Lý, cũng vì mục đích chống lũ người ta cũng đã đắp đê Cơ Xá. Tiếp theo, đến các kỷ Nhà Trần và Nhà Lê công việc đắp đê trị thủy vẫn được tăng cường. Sử sách Nhà Trần có chép rằng “Niên hiệu Thiên ứng Chính Bình thứ 17 (khoảng năm 1247), Vua Thái Tông hạ lệnh cho các lộ đắp đê tự đầu núi đến bờ biển để phịng nước sơng tràn ngập gọi là Đê Đỉnh Nhĩ” (có lẽ tính từ Sơn Tây). Thực ra, có thể đây cũng chỉ là tu bổ lại hệ thống đê sơng. Theo Đặng Xn Bảng, thì cho đến Triều Nguyễn, hệ thống đê các sông (cả sông Cái và sông Con) ở Hà Nội và lân cận đã tới hàng trăm kilômét. Công việc tu bổ hệ thống đê cũ và đắp các đê mới đồng thời đào kênh dẫn nước được đặc biệt quan tâm từ sau khi hịa bình lập lại (1954). Đến nay, theo thống kê của Cục Đê điều, trong phạm vi đồng bằng Bắc Bộ đã có khoảng trên 3.500 km đê (gồm cả đê sơng và đê biển). Có thể nói, hệ thống đê điều ở Hà Nội nói riêng và đồng bằng Bắc Bộ nói chung là một cơng trình mang tính văn hóa-nhân văn rất lớn thể hiện tinh thần mở nước và giữ nước của dân tộc ta.
Phân tích hệ thống đê ở Hà Nội có thể nhận thấy rằng việc đắp đê sông Hồng là quyết định đúng đắn, song dưới khía cạnh địa chất - địa mạo thì cơng trình này đã là sự can thiệp lớn vào tự nhiên. Học giả Pháp Pierre Gourou vào đầu thế kỷ 20 từng viết: "Châu thổ sông Hồng đã bị chết trong tuổi vị thành niên của nó". Có thể nói, từ thời Lê đồng bằng châu thổ Sông Hồng đã chấm dứt giai đoạn phát triển tự nhiên của mình. Nó gần như bị cắt đứt liên hệ với chính con sơng từng tạo ra và ni dưỡng nó. Dịng nước chứa nhiều phù sa của sơng Hồng khơng cịn tràn vào đồng bằng mà bị nhốt giữa hai thân đê. Một phần phù sa thốt ra biển, nhưng phần lớn chỉ có thể tích đọng trong lịng
sơng và những bãi bồi phía ngồi đê. Do vậy đáy sông không ngừng bị nâng cao, nhiều doi cát giữa dịng và bãi bồi được hình thành, đặc biệt trong đoạn từ Sơn Tây đến Nam Định. Từng phần đáy sông và bề mặt các doi cát ở nhiều nơi đã cao hơn mặt ruộng trong đê. Đó là nguyên nhân khiến cho từ đời này qua đời khác các con đê cứ phải được tôn tạo, đắp cao lên mãi.
Các con sông trong khu vực nghiên cứu đều chịu tác động dân sinh trong 1000 năm trở lại đây, đặc biệt là sông Nhuệ và sông Đáy – đây là hai con sơng nằm trong mục tiêu thốt lũ cho Hà Nội. Chính vì vậy, các hoạt động nắn chỉnh lịng sơng các con sông này diễn ra từ rất lâu. Cho tới ngày nay, hầu hết các con sông đều nằm dọc theo tuyến đê của hai con sơng này. Đặc biệt với sơng Nhuệ thì lâu nay đã được nắn chỉnh và bị q trình đơ thị hố làm biến đổi mạnh mẽ. Đối với sơng Đáy thì đã được xây dựng nhiều hệ thống đê theo nhiều thời kỳ, đới biến động của nó trong 1000 năm nay cũng bị giới hạn trong phạm vi đê, các q trình đơ thị hố chưa mạnh nên các dấu vết lịng sơng cổ vẫn được dễ nhận ra hơn so với sơng Nhuệ. Phân tích địa mạo khu vực sơng Đáy cho thấy, do có đê, bề mặt bãi bồi dọc lịng sơng này đã nổi cao đến trên 2m so với vùng trong đê.
Một trong các tác động mạnh của con người tới biến đổi các dịng sơng đáng kể nữa là việc xây dựng hệ thống thủy lợi và chống lũ. Đập Đáy (đập Phùng), cống Liên Mạc đã tác động lớn tới đặc trưng thủy văn và môi trường của sông Đáy, sông Nhuệ. Đặc trưng này sẽ được trình bày chi tiết ở chương sau.
CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG LỊNG CỔ SƠNG ĐÁY, SÔNG NHUỆ KHU VỰC TP. HÀ NỘI – CÁC TAI BIẾN THIÊN NHIÊN
LIÊN QUAN VÀ ĐỊNH HƢỚNG PHỊNG TRÁNH 3.1. Ứng dụng viễn thám trong phân tích hệ thống lịng sơng cổ
3.1.1. Ứng dụng viễn thám trong phân tích hệ thống lịng sơng cổ
3.1.1.1. Ứng dụng ảnh viễn thám đa thời gian xác lập các khu vực thấp trũng
Sử dụng ảnh viễn thám đa thời gian cho phép chiết tách được hệ thống các dải trũng bao gồm các lịng sơng cổ một cách hữu hiệu. “Nước chảy chỗ trũng” là một hiện tượng hoàn toàn tự nhiên. Những vùng thấp trũng thường bao giờ cũng có độ ẩm cao hơn những khu vực xung quanh. Đồng thời, người dân cũng tận dụng những vị trí này để làm những hồ, ao tích lũy nước vào mùa khơ.
Việc sử dụng ảnh đa thời gian giúp phát hiện các đối tượng khơng biến động, ít biến động hoặc hoặc biến động mạnh trong một khoảng thời gian dài. Đối với những khu vực trũng thấp, ít bị biến đổi thường dễ tìm thấy được các lịng hồ, lịng sơng cổ, do chúng có độ sâu tách biệt hẳn với vùng thấp liền kề. Các khu vực có mức độ biến đổi trên diện rộng theo thời gian thường chỉ là các vùng địa hình thấp trũng thơng thường, ít có tương phản về độ cao của địa hình. Việc phát hiện được các dải trũng xuất hiện trên các ảnh trong thời gian gần đây sẽ giúp loại bỏ được các đối tượng ao, hồ hay kênh, mương tưới tiêu do hoạt động nhân sinh tạo ra.
Bảng 3.1: Các loạt ảnh được sử dụng trong phân tích khu vực Hà Nội
STT Năm chụp Thời tiết STT Năm chụp Thời tiết
1 1989-09-11 Mùa mưa 5 2000-11-04 Mùa khô
2 1999-12-20 Mùa khô 6 2005-10-09 Mùa khô
3 1994-05-04 Mùa mưa 7 2007-11-08 Mùa khơ
Hình 3.1: Ảnh vệ tinh Landsat thu nhận trong nhiều năm khu vực Hà Nội
1989 1994 1996
1999 2000 2005
Các ảnh vệ tinh Landsat bao gồm các thế hệ ảnh được chụp ở 8 năm khác nhau vào mùa khô hoặc mùa mưa. Những ảnh được chụp vào mùa khô cho phép chiết xuất thông tin về những khoanh vi trũng thấp tự nhiên và thường xuyên trên địa hình. Tuy nhiên, vào mùa khơ, do q trình bốc hơi diễn ra mạnh hoặc do sự phát triển của thực vật sẽ làm cho một số dải trũng có thể lẫn với các đối tượng khác như đất trống, thực vật hoặc dân cư. Việc sử dụng ảnh viễn thám chụp vào mùa mưa sẽ giúp giải quyết các vấn đề này. Vào thời kỳ mùa mưa, những khu vực là lòng hồ, dải trũng sẽ được tích nước, nhờ đó có thể phát hiện, bổ sung được các dải trũng bị lu mờ trên ảnh chụp ảnh vào mùa khô. Mặc dù vậy, việc sử dụng ảnh mùa mưa cũng gây nên nhiều hạn chế khi lượng mưa nhiều kéo theo lượng mây và bóng mây cũng xuất hiện với mật độ dầy hơn (Ví dụ như ảnh Landsat năm 1994). Do vậy, việc sử dụng phối kết hợp ảnh vệ tinh vào cả mùa khô và mùa mưa là hết sức cần thiết và hiệu quả trong q trình chiết xuất dữ liệu lịng hồ, dải trũng.
Việc sử dụng ảnh viễn thám đa thời gian còn giúp xác định được sự biến động của các lòng hồ, dải trũng theo thời gian. Ảnh Landsat mới nhất trong khu vực thành phố Hà Nội đượchọc viên thu thập được chụp vào năm 1989 - trước khi thay đổi ranh giới thủ đô –và ảnh mới nhất được chụp vào năm 2009 – sau khi mở rộng thủ đơ. Nhờ đó có thể xác định được những tác động của chính sách phát triển, quy hoạch đơ thị của Hà Nội qua nhiều thời kỳ. Đặc biệt, với sự quy hoạch và phát triển của thủ đô Hà Nội, hiện tượng sán lấp mặt hồ, dải trũng để xây nhà đang diễn ra nhanh chóng trong vịng 10 năm qua.
Ngồi ra, việc phân tích ảnh đa thời gian cho phép giải quyết các khó khăn khi xử lý ảnh số để lọc mây, bóng mây và bóng núi trên ảnh. Vấn đề này sẽ được học viên đề cập cụ thể ở phần sau.
3.1.1.2. Xử lý ảnh viễn thám xác lập các khu vực có độ ẩm cao
Các nghiên cứu về địa mạo dòng chảy cho thấy, những đối tượng là lịng sơng cổ thường là các dải trũng có dạng tuyến hoặc dạng móng ngựa trên địa hình. Chúng có thể cịn đang tồn tại dưới các dạng khác nhau như ao hồ, đầm lầy hoặc có thể là các dải trũng được sử dụng để trồng lúa nước, song đều có chung đặc điểm là có độ ẩm cao hơn các vùng kế cận. Những đặc điểm này trở thành cơ sở quan trọng cho học viên tiếp cận với phương pháp xử lý ảnh số để tách tự động lớp thông tin ban đầu về các lịng sơng cổ.
Quy trình thực hiện việc tách tự động lớp thơng tin về lịng sơng cổ từ ảnh viễn thám được thể hiện trong hình đối với 8 thời điểm thu nhận ảnh (Hình 3.2). Do có độ ẩm cao nên phổ phản xạ của các đối tượng như hồ sót và lịng sơng cổ thường thấp trên các kênh ảnh. Tuy nhiên, trong mỗi kênh ảnh, chúng có thể bị lẫn với các đối tượng khác như thực vật, hoặc sự phân biệt với các đối tượng kề cận không lớn, khiến cho việc tách lớp gặp phải khó khăn (Xem phụ lục 1).
Hình 3.3: Sơ đồ các bước xử lý ảnh viễn thám để tách lớp thơng tin
các hồ sót và lịng sơng cổ
Lọc các dữ liệu Mùa khô Mùa mưa
Thống kê giá trị xám độ của các đối tượng trên ảnh
Các tiêu chí nhận biết các đối tượng trên ảnh, dễ bị nhầm lẫn với yếu tố lịng sơng cổ Ảnh Landsat nhiều thời kỳ
Lọc mây, bóng mây, bóng núi / thực địa kiểm chứng kết quả lọc
Sơ đồ những khu vực có tiềm năng là lịng sơng cổ Xác lập những khu vực trũng
thấp nhất qua các năm
Xác lập những khu vực giới hạn ngập trong mùa mưa/ngập úng
Sơ đồ dải trũng thấp nhất Mùa khô
(Nhiều năm)
Mùa mưa
Bổ sung thông tin
Xác lập phép tính làm tách biệt dải trũng/độ ẩm cao
Ranh giới ngập tới hạn khi mưa xuống
Hình 3.4: Biểu đồ phản xạ phổ các đối tượng trên ảnh Landsat 1996 (Mùa khơ)
Hình 3.5: Biểu đồ phản xạ phổ các đối tượng trên ảnh Landsat 2000 (Mùa khơ)
Hình 3.6: Biểu đồ phản xạ phổ các đối tượng trên ảnh Landsat 2009 (Mùa khô)
0 50 100 150 200 250 300
kênh 1 kênh 2 kênh 3 kênh 4 kênh 5 kênh 6 kênh 7
nước đục khu dân cư rừng nguyên sinh mây 0 50 100 150 200 250
Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4 Kênh 5 Kênh 7
Nước đục Nước trong Đất trống Cát Ruộng Rừng Đô thị 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
kênh 1 kênh 2 kênh 3 kênh 4 kênh 5 kênh 7
Nước đục Nước trong Rừng nguyên sinh Rừng thứ sinh Dân cư Đất trồng trống
Bảng 3.2: Kết hợp các kênh ảnh làm tăng sự phân biệt của các đối tượng có độ ẩm cao
với các đối tượng khác
Kênh 2 Kênh 5 Kênh2/Kênh5
Nƣớc trong Thấp RấtThấp Cao
Nƣớc đục Cao RấtThấp Cao
Đất lầy trũng Thấp Thấp Trung bình
Rau màu Trung bình Cao Thấp
Thực vật cạn Thấp Trung bình Thấp
Đất khơ Trung bình Cao Thấp
Dân cƣ Trung bình Cao Thấp
Trên cơ sở sử dụng dữ liệu các kênh ảnh, học viên tiến hành thống kê giá trị xám độ ảnh của đối tượng có trên ảnh (nước trong, nước đục, đầm lầy trũng, rau màu, thực vật cạn, đất khô và dân cư). Tại các kênh phổ khác nhau thì khả năng phản xạ của các đối tượng khác nhau. Qua bảng thống kê giá trị xám độ ảnh, chúng ta có thể nhận thấy, các yếu tố dải trũng ngập nước rất dễ lẫn với các yếu tố như rau màu, đất dân cư và đơi khi lẫn với thực vật cạn. Ví dụ như: tại kênh 2, đối tượng nước trong có thể dễ nhầm lẫn với thực vật cạn hay nước đục lại rất dễ nhầm lẫn với các đối tượng là rau màu hay đất khô,… Để giải quyết vấn đề này, làm tăng sự phân biệt giữa đối tượng quan tâm với các đối tượng khác, học viên sử dụng phương pháp kết hợp giữa các kênh ảnh theo thuật tốn.
Có thể thấy sau khi xử lý, các đối tượng bị lẫn giữa các khu vực dải trũng ngập nước đều có giá trị xám độ khác biệt hồn tồn so với các đối tượng lân cận. Mặc dù giá trị xám độ ảnh của kênh 5 đã có sự phân tách khá tốt, nhưng biên của các đối tượng dải trũng trên ảnh không rõ ràng bằng sau khi đã xử lý (Hình 3.7). Việc quan sát các đối tượng dải trũng ngập nước trên kênh 5 cũng chưa được rõ ràng, các đối tượng vẫn còn dễ lẫn với các yếu tố có độ ẩm cao khác do quá trình sử dụng đất như các vùng
trồng lúa mới thu hoạch, thường ngập nước nhiều nhưng lại không phải các đối tượng liên quan tới lòng hồ thường xuyên. Điều này khiến khoảng phân ngưỡng tách các đối tượng đất ẩm với các yếu tố khác trên kênh 5 chưa được rõ ràng. Đối với ảnh sau khi xử lý, các đối tượng là lòng hồ, dải trũng, đất ẩm đều có ngưỡng tách hồn toàn với khác biệt với các đối tượng không liên quan như dân cư, đất khô hay các loại thực vật cạn… Chính vì thế, việc xử lý bằng phép tốn sẽ giúp bóc tách chính xác, hiệu quả hơn các dải trũng trên ảnh.
Hình 3.7: Kênh 5 của ảnh vệ tinh Landsat chưa xử lý (A)
so sánh với ảnh đã lọc (B)
A
B A
1989 1996
1999 2000 2005
2007 2009
Hình 3.9: Sơ đồ các đối tượng có độ ẩm cao và sự biến đổi mặt hồ được tổng hợp qua
7 thời kỳ thu nhận ảnh sau khi đã xử lý
Người lập: Đặng Kinh Bắc GVHD: PGS. TS. Nguyễn Hiệu
Ảnh chưa xử lý chụp năm 2007 Ảnh chưa xử lý chụp năm 1989
Hình 3.10: Tuyến lát cắt so sánh lịng sơng phân tích lịng sơng trên 2 thời gian thu nhận ảnh
vào mùa mưa (năm 1989) và mùa khơ (2007)
Hình 3.11: Lát cắt lịng sơng cổ qua sản phẩm phân tích ảnh mùa khơ năm 2007 (tuyến A – A’)
Hình 3.12: Lát cắt lịng sơng cổ qua sản phẩm phân tích ảnh mùa mưa năm 1989 (tuyến B – B’)
A
A’
B
Khi thống kê giá trị xám độ các đối tượng trên ảnh Landsat ở các năm khác nhau, việc thử nghiệm và xác lập cơng thức tính tốn, kết hợp giữa kênh 2 và kênh 5 nằm tách các đối tượng đất ẩm khỏi các đối tượng khác. Mặc dù dữ liệu còn nhiều sai số, cần phải có các bước lọc bằng GIS nhưng tại các raster kết quả đều nổi rõ được các đối tượng đất ẩm, liên quan tới các vị trí ngập trũng nhất trong từng năm. Giá trị xám độ của các đối tượng này có khoảng chênh lệch khá lớn với giá trị xám độ của các đối tượng không ngập nước khác. Điều này giúp cho việc tách ngưỡng 2 đối tượng trở nên dễ dàng mà không bị lẫn. Khi chồng ghép các lớp thông tin của các vùng trũng thấp trong nhiều năm lại với nhau, chúng ta sẽ phân tích được những khu vực ngập nước có mức độ biến động nhiều hay ít (Hình 3.9, 3.10). Thơng thường những khu vực khơng