Vệ tinh Landsat đầu tiên đƣợc phóng vào năm 1972: Ngày phóng: 23/7/1972, Ngừng hoạt động: 6/01/1978
29
Landsat 2: Ngày phóng:22/01/1975, Ngừng hoạt động: 25/02/1982 Landsat 3: Ngày phóng: 05/03/1978, Ngừng hoạt động: 31/03/1983 Landsat 4: Ngày phóng: 16/07/1982, Ngừng hoạt động: 15/06/2001 Landsat 5: Ngày phóng: 01/03/1984, Ngừng hoạt động: 08/1995 Landsat 6: Ngày phóng: 05/10/1993, Bị hỏng ngay khi phóng
Landsat 7: Ngày phóng: 15/04/1999. Hiện nay Landsat 7 vẫn cịn hoạt động Landsat 8: Ngày phóng: 11/02/2013. Hiện nay Landsat 8 vẫn cịn hoạt động
1.5.1 Giới thiệu về ảnh vệ tinh Landsat 7
Bộ cảm bản đồ chuyên đề TM là bộ quét đa phổ nâng cao. Bộ cảm nghiên cứu tài nguyên trái đất đƣợc thiết kế để thu nhận ảnh có độ phân giải cao hơn, tách các phổ có độ nét cao hơn, cải thiện đƣợc độ chính xác hình học và độ chính xác bức xạ khí quyển tốt hơn bộ cảm MSS. Bộ cảm này cũng có độ rộng dải quét là 185 km, mỗi pixel mặt đất có kích cỡ là 30 m x30 m, trừ kênh hồng ngoại nhiệt (kênh 7 có độ phân giải 120 mx120 m). Bộ cảm TM có 7 kênh ghi đồng thời sự phản xạ hoặc bức xạ phát ra từ bề mặt trái đất dƣới dạng màu lam-lục (kênh 1), lục (kênh 2), đỏ (kênh 3), cận hồng ngoại (kênh 4), hồng ngoại giữa (kênh 5 và 7), hồng ngoại xa (kênh 6) theo dải phổ sóng điện từ. LANDSAT-7 đƣợc trang bị thêm với bộ bản đồ chuyên đề nâng cấp ETM+ đƣợc kế thừa từ bộ TM. Các kênh quan trắc chủ yếu tƣơng tự nhƣ nhƣ bộ TM, và kênh mới đƣợc thêm vào là kênh toàn sắc (kênh 8) có độ phân giải là 15 m. Tuy nhiên, ngày 31/5/2003 thiết bị đã gặp sự cố kỹ thuật. Kết quả là tất cả các cảnh Landsat 7 đƣợc thu nhận kể từ ngày 14/7/2003 đến nay đều ở chế độ "SLC-off” nghĩa là xuất hiện các vết sọc đen cách điều.
1.5.2 Giới thiệu ảnh vệ tinh Landsat 8
Vệ tinh thế hệ thứ 8 - Landsat 8 đã đƣợc Mỹ phóng thành cơng lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM). Đây là dự án hợp tác giữa NASA và cơ quan Đo đạc Địa chất Mỹ. Landsat sẽ tiếp tục cung
30
cấp các ảnh có độ phân giải trung bình (từ 15 - 100 mét), phủ kín ở các vùng cực cũng nhƣ những vùng địa hình khác nhau trên trái đất. Nhiệm vụ của Landsat 8 là cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực nhƣ quản lý năng lƣợng và nƣớc, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trƣờng, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực nông nghiệp.
Landsat 8 (LDCM) mang theo 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI - Operational Land Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS - Thermal Infrared Sensor). Những bộ cảm này đƣợc thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat thế hệ trƣớc. Landsat 8 thu nhận ảnh với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài xem chi tiết ở Bảng 1.. Hai bộ cảm này sẽ cung cấp chi tiết bề mặt Trái Đất theo mùa ở độ phân giải không gian 30 mét (ở các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, và hồng ngoại sóng ngắn); 100 mét ở kênh nhiệt và 15 mét đối với kênh toàn sắc. Dải quét của LDCM giới hạn trong khoảng 185 km x 180 km. Độ cao vệ tinh đạt 705 km so với bề mặt trái đất. Bộ cảm OLI cung cấp hai kênh phổ mới, Kênh 1 dùng để quan trắc biến động chất lƣợng nƣớc vùng ven bờ và Kênh 9 dùng để phát hiện các mật độ dày, mỏng của đám mây ti (có ý nghĩa đối với khí tƣợng học), trong khi đó bộ cảm TIRS sẽ thu thập dữ liệu ở hai kênh hồng ngoại nhiệt sóng dài (kênh 10 và 11) dùng để đo tốc độ bốc hơi nƣớc, nhiệt độ bề mặt. Bộ cảm OLI và TIRS đã đƣợc thiết kế cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu khí quyển (SNR), cho phép lƣợng tử hóa dữ liệu là 12 bit nên chất lƣợng hình ảnh tăng lên so với phiên bản trƣớc.
31
Bảng 1.2 Đặc trƣng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 7 và Landsat 8 (LDCM)
Vệ tinh Kênh Bƣớc sóng (micrometers) Độ phân giải (meters) Landsat 7 (Bộ cảm ETM+) Band 1 0.45 - 0.52 30 Band 2 0.52 - 0.60 30 Band 3 0.63 - 0.69 30 Band 4 0.77 - 0.90 30 Band 5 1.55 - 1.75 30 Band 6 10.40 - 12.50 30 Band 7 2.09 - 2.35 30 Band 8 0.52 - 0.90 15 LDCM - Landsat 8 (Bộ cảm OLI và TIRs)
Band 1 - Coastal aerosol 0.433 - 0.453 30
Band 2 - Blue 0.450 - 0.515 30
Band 3 - Green 0.525 - 0.600 30
Band 4 - Red 0.630 - 0680 30
Band 5 Near Infrared (NIR) 0.845 - 0.885 30
Band 6 - SWIR 1 1.560 - 1.660 30
Band 7 - SWIR 2 2.100 - 2.300 30
Band 8 - Panchromatic 0.500 - 0.680 15
Band 9 - Cirrus 1.360 - 1.390 30
Band 10 - Thermal Infrared (TIR)1 10.3 - 11.3 30 Band 11 - Thermal Infrared (TIR)2 11.5 - 12.5 30
32
1.6 Tình hình ngập lụt khu vực nghiên cứu
1.6.1 Tình hình ngập lụt tại thành phố Hồ Chí Minh những năm gần đây
Ngập lụt là một hiện tƣợng tai biến thiên nhiên và là kết quả của quá trình tập trung nƣớc với khối lƣợng lớn và tràn vào các vùng địa hình thấp, gây ngập lụt trên diện rộng, không chỉ gây tổn hại nặng nề về ngƣời và của ở thời điểm đó mà cịn tác động tiêu cực rất lâu dài đến môi trƣờng sinh thái. Thành phố Hồ Chí Minh nằm ở vùng hạ du lƣu vực sơng Đồng Nai - Sài Gịn. Nơi cao nhất của thành phố nhƣ quận Gò Vấp cũng chỉ cao 3 m so với mặt biển, huyện Nhà Bè có độ cao so với mặt biển là 1 – 1,5 m, có nơi độ cao cịn thấp hơn so với mặt biển [11]. Vậy nên thành phố Hồ Chí Minh bị ảnh hƣởng rất lớn bởi vấn đền ngập lụt.
Trong điều kiện khí hậu cá biệt nhƣ cơn bão Linda năm 1997 thì 48% dân số thành phố sẽ chịu cảnh ngập lụt (ICEM 2010). Trong tƣơng lai, rủi ro của thành phố có thể còn trầm trọng hơn khi hệ quả của BĐKH tác động vào vùng đất này. Một báo cáo khác của Ngân hàng Thế giới (Dasgupta et al 2009) xếp TP HCM vào danh sách 25 thành phố rủi ro nhất thế giới về quy mô dân số chịu ảnh hƣởng của các cơn bão liên quan tới BĐKH. Nghiên cứu của Trung tâm Quản lý Môi trƣờng Quốc tế (ICEM 2009) dự báo tới năm 2050, 50% các nhà máy nƣớc, 60% các nhà máy xử lý nƣớc thải, 90% diện tích các bãi rác thải và 30% đến 70% hệ thống giao thông bao gồm đƣờng cao tốc, cảng và hệ thống metro có nguy cơ ngập lụt. Vơ hình chung, mối quan ngại địa phƣơng về vấn đề ngập lụt trong đô thị hiện tại đã đƣợc liên hệ với nhận thức toàn cầu về rủi ro BĐKH trong tƣơng lai.
Hiện nay, thành phố Hồ Chí Minh có khoảng 154 trên tổng số 322 xã phƣờng thƣờng xuyên bị ngập lụt [1]. Diện tích ngập tại thành phố khoảng 35 km2 trên diện tích đất xây dựng và 230 km2 trên diện tích đất nơng nghiệp. Số dân bị ảnh hƣởng bởi ngập nƣớc khoảng 1,8 triệu ngƣời. Tổng thời gian ngập lên tới 30 ngày mỗi năm; độ ngập sâu từ 0,15 đến 0,3 m; nơi nặng nhất lên tới 0,6 m. Mức độ ngập năm sau cao hơn năm trƣớc khoảng 01 cm. Theo các chuyên gia thủy lợi, từ năm 2003 đến nay, thành phố rất dễ ngập, kể cả khi lƣợng mƣa trung bình chỉ từ 30 mm đến
33
40 mm trong khi đó thành phố đã nâng cấp, cải tạo, xây dựng mới khoảng 2.500 km cống và kênh mƣơng các loại so với 6.000 km cống và kênh mƣơng các loại theo Quyết định 752/QĐ-TTg của Thủ tƣớng Chính phủ. Nguyên nhân một phần là do hệ thống sơng, kênh, rạch phục vụ thốt nƣớc đa số bị lấn chiếm xây dựng làm thu hẹp dòng chảy. Việc đầu tƣ cải tạo, mở rộng đúng thiết kế chậm do phải di dời, giải phóng mặt bằng. Ngoài ra, vũ lƣợng mƣa vƣợt tần xuất thiết kế hệ thống thoát nƣớc. Đối với tuyến cống cấp III mƣa với vũ lƣợng 76 mm trong 3 giờ; tuyến cống cấp II là 86 mm; kênh, rạch chính cấp I là 96 mm trong 3 giờ. Tuy nhiên, từ năm 2009 đến nay đã xảy ra 27 trận mƣa có vũ lƣợng trên 90 mm, riêng trong năm 2013 là năm trận. Bên cạnh đó, thành phố có địa hình trũng thấp nên khơng cần mƣa thành phố vẫn bị ngập lụt khi có thủy triều cao nhất là trong những tháng X, XI hàng năm. Gần 70% diện tích Sài Gịn bị ảnh hƣởng bởi triều cƣờng [12]. Đỉnh triều qua các năm đo đƣợc tại trạm Phú An đƣợc thể hiện trong bảng 2.1 cho thấy đỉnh triều luôn luôn tăng. Với cao độ mực nƣớc cao nhất đo đƣợc là 1,68 m vƣợt mức báo động III (1,5 m) là 18 cm đƣợc ghi nhận vào ngày 20 tháng 10 năm 2013 tại trạm Phú An, đây đƣợc coi là đỉnh triều cao nhất trong hơn 50 năm qua. Cùng lúc với mƣa có vũ lƣợng 81,1 mm diễn ra trên diện rộng đã gây ngập 50 điểm trên toàn thành phố. Trong dịp có thủy triều cao, nếu có mƣa to, bão hay lũ lụt miền Tây và Đồng Tháp Mƣời xảy ra thì ngập lụt càng trầm trọng.
Bảng 1.3 Đỉnh triều đo đƣợc tại trạm Phú An (2009 - 2013) [12, 13]
Năm xuất hiện Đỉnh triều (m)
Số tuyến đƣờng bị ngập nặng
Tổng số Vùng trung tâm Vùng ngoại vi
Năm 2009 + 1,39 23 15 08
Năm 2010 + 1,35 06 03 03
Năm 2011 + 1,40 08 03 05
Năm 2012 + 1,62 18 12 06
34
Năm 2013 đã có những cải thiện đáng kể đặc biệt là lƣu vực trung tâm thành phố đã đƣợc cải thiện do các dự án thoát nƣớc lớn nhƣ vệ sinh môi trƣờng lƣu vực Nhiêu Lộc - Thị Nghè và cải thiện môi trƣờng lƣu vực Tàu Hũ - Bến Nghé - Kênh Đôi - Kênh Tẻ cùng các dự án sử dụng nguồn vốn ngân sách hoàn thành đã phát huy hiệu quả thoát nƣớc trên địa bàn thành phố. Tuy nhiên, vẫn cịn tình hình ngập thƣờng xuyên diễn ra ở lƣu vực thi công dự án kênh Tân Hố - Lị Gốm thuộc quận 06, 11, Tân Phú, Tân Bình bao gồm đƣờng Âu Cơ, Đồng Đen, Hịa Bình, Nguyễn Hồng Đào, Trƣơng Cơng Định, Bàu Cát, Hồng Lạc, Tân Hóa, Đặng Nguyên Cẩn, Phạm Phú Thứ, An Dƣơng Vƣơng, Phan Anh. Trong năm 2013 tình hình thời tiết, thiên tai có nhiều diễn biến phức tạp. Trên địa bàn thành phố đã xảy ra 05 đợt triều cƣờng lớn có đỉnh triều đạt và vƣợt mức báo động III làm bể 04 đoạn với chiều dài đoạn bờ bao bị bể là 24 m gậy ngập 25 ha đất vƣờn mai, ao nuôi cá và ảnh hƣởng đến 576 hộ dân. Đợt triều cƣờng cuối tháng 10, đỉnh triều tại trạm Phú An là 1,68 m cao hơn đỉnh triều của năm 2012 là 1,62 m, cao nhất trong chuỗi số liệu từ năm 1961; do đỉnh triều cƣờng ở mức cao và duy trì liên tục trên mức 1,60 m trong nhiều ngày đã làm bể ba đoạn bờ bao tại quận Bình Thạnh (02 vị trí) và quận 12 (01 vị trí), tổng triều dài cả ba đoạn bể là 12m gây ngập 15 ha và ảnh hƣởng đến 16 hộ dân. Ngoài ra, trong đợt mƣa lớn kết hợp triều cƣờng ngày 07 tháng 11 năm 2013, mƣa với vũ lƣợng 108mm đến 140mm kết hợp đỉnh triều 1,64m kéo dài liên tục 4 giờ đã gây ngập nặng, thời gian ngập kéo dài ở một số khu vực trũng thấp nhƣ khu vực Tân Hố - Lị Gốm; đƣờng Kha Vạn Cân, quận Thủ Đức; Phú Định, quận 8, Huỳnh Tấn Phát, quận 7. Đợt triều đầu tháng 12, đỉnh triều tại trạm Phú An là 1,63 m đã làm bể một đoạn bờ bao rạch Cầu Làng, khu phố 8, phƣờng Hiệp Phƣớc, quận Thủ Đức với chiều dài đoạn bờ bao bị bể là 12 m gây ngập 10 ha đất vƣờn mai, ao nuôi cá và ảnh hƣởng đến 450 hộ dân.
Hiện nay, tình hình ngập do mƣa từng bƣớc đƣợc cải thiện, số điểm ngập đã giảm trên cả 04 tiêu chí: giảm số điểm ngập, thời gian ngập, diện tích ngập và số lần ngập. Số điểm ngập cuối năm 2008 là 126 điểm, đến nay cịn 14 điểm trong đó 11 điểm hiện hữu và 03 điểm tái ngập đó là khu vực đƣờng Đỗ Xuân Hợp, đƣờng
35
Quang Trung và Quốc lộ 1A; thời gian ngập trung bình cuối năm 2008 là 156 phút, đến nay cịn 62 phút; diện tích ngập trung bình cuối năm 2008 là 2910 m2, đến năm 2013 còn 1101 m2; số lần ngập cuối năm 2008 là 873 lần, đến nay còn 44 lần. Riêng vùng trung tâm thành phố số điểm ngập cuối năm 2008 là 85 điểm, đến nay đã cơ bản xóa, giảm ngập.
1.6.2 Các nguyên nhân gây ngập lụt vùng hạ lưu hệ thống sơng Đồng Nai - Sài Gịn
1.6.2.1 Các yếu tố thời tiết
Ngoài những ảnh hƣởng chính của các lực tạo triều, chế độ mực nƣớc khu vực hạ lƣu sơng Đồng Nai - Sài Gịn cịn chịu ảnh hƣởng rõ rệt của các yếu tố thời tiết mà nhất là gió và lƣợng mƣa.
Bảng 1.4 Phân bố lƣợng mƣa trung bình tháng một số điểm trong lƣu vực sông [4]
Đơn vị: (mm) Địa điểm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả năm Tân Sơn Hòa 10 3 9 44 192 298 302 282 310 285 120 30 1884 Dầu Tiếng 6 10 21 81 210 222 281 265 317 272 124 28 1383 Lƣợng mƣa trung bình năm trên lƣu vực này là 2028 mm, tập trung chủ yếu từ tháng V đến tháng XI với trên 90%. Tình hình phân bố lƣợng mƣa trung bình tháng tại một số điểm trong lƣu vực sơng Đồng Nai - Sài Gịn đƣợc thể hiện trong bảng trên. Lƣợng mƣa phân bố không đều và tập trung chủ yếu vào các tháng mùa mƣa đã gây ảnh hƣởng đáng kể đến chế độ nƣớc. Ngồi ra các đợt khơ hạn và mƣa lớn kéo dài cũng ảnh hƣởng đáng kể đến biến trình mực nƣớc. Thống kê tài liệu mƣa nhiều năm đo đƣợc tại trạm Tân Sơn Hòa cho thấy một xu hƣớng tăng dần những
36
trận mƣa có cƣờng độ lớn nhất hàng năm với tốc độ bình quân khoảng 0,8 mm/năm cùng với tần suất tăng dần của những trận mƣa lớn có cƣờng độ 100 mm trở lên.
Bảng 1.5 Tần suất xuất hiện gió tại thành phố Hồ Chí Minh [14]
Đơn vị: (%) Tháng Hƣớng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả năm Lặng 7,3 5,8 2,6 3,3 7,2 9,3 8,1 8,0 10,8 11,8 8,6 7,1 7,5 N 19,9 11,2 6,2 4,5 6,2 4,3 3,4 3,5 5,0 13,9 25,2 27,0 10,8 NE 13,3 10,4 7,2 6,4 9,3 5,3 4,4 4,2 5,8 13,5 16,5 15,6 9,3 E 15,7 20,0 18,9 16,9 14,0 5,6 4,3 4,2 6,3 9,8 10,6 10,7 11,4 SE 17,7 28,7 36,8 35,3 14,9 4,1 2,6 2,9 4,3 8,4 7,8 9,8 14,4 S 12,0 15,9 21,7 24,3 17,7 11,0 10,6 7,6 8,8 9,0 6,7 8,6 12,8 SW 2,1 1,4 2,4 5,0 14,1 28,8 32,0 32,8 25,1 8,8 4,5 3,5 13,5 W 4,1 2,3 1,9 2,4 11,7 26,2 28,6 32,6 26,9 14,3 7,6 5,8 13,8 NW 7,9 4,3 2,3 1,9 4,9 5,4 6,0 4,3 7,0 10,5 12,5 11,9 6,5
Ảnh hƣởng của gió mùa đến sự dâng lên của mực nƣớc trên khu vực này thể hiện rõ trong các tháng mùa khơ. Tần suất xuất hiện gió tại thành phố Hồ Chí Minh đƣợc thể hiện ở bảng 2.9. Trong thời gian này gió trên biển ở lớp bề mặt có hƣớng chủ yếu từ E đến SE. Do có sự kết hợp của tƣơng tác biển lục địa nên hƣớng gió trong ngày có hƣớng thay đổi rõ rệt trong ngày. Từ 5 giờ đến 12 giời, hƣớng gió thịnh hành thƣờng có hƣớng giữa E và ENE gần trùng với hƣớng gió trên biển. Từ 14 giờ đến 2 giờ, do chịu ảnh hƣởng của gió Biển - Lục địa nên gió chủ yếu có hƣớng SE.