CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG
1.4. Tổng quan về ứng dụng ảnh viễn thám trong nghiên cứu biến động lòng sông
Việc sử dụng công nghệ viễn thám để nghiên cứu biến động lòng sông đã được tiến hành ở một số khu vực trên thế giới với các mục tiêu khác nhau. Đây là cơ sở để tiếp tục kế thừa các nghiên cứu này để ứng dụng vào thực tiễn nghiên cứu ở Việt Nam. Một số các nghiên cứu tiêu biểu trên thế giới có thể kể đến như:
Năm 2011, Zhengyi Yao và các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu về sự xói lở và bồi tụ bờ sông tại Ningxia - miền trung Mông Cổ thuộc thượng nguồn sông Hoàng Hà [37]. Nghiên cứu dựa trên bản đồ địa hình năm 1958 và năm 1967 thu được từ ảnh chụp hàng không, dữ liệu nghiên cứu thực địa, các ảnh vệ tinh năm 1977, 1990, 2000 và 2008. Trong nghiên cứu này, tác giả đã phát triển một chuỗi dữ liệu tham chiếu địa lý sử dụng kết hợp bản đồ địa chất được số hóa dựa trên dữ liệu thực và các ảnh Landsat TM, các polygon mô tả về xói lở và bồi tụ bờ sông được tạo ra bằng cách so sánh cách đường bờ biến động qua 6 giai đoạn trong khoảng thời gian từ năm 1958 đến năm 2008. Các đường polygon được sử dụng để mô tả các biến động trong lịch sử của các vị trí bồi tụ và sạt lở lòng sông đồng thời xây dựng các đặc trưng quy luật biến đổi của các tham số. Kết quả nghiên cứu xác định khu vực xói lở của bờ sông bằng việc so sánh những thay đổi tuần tự của vị trí bờ sông trong những năm đã qua.
Năm 2012, Sainath P.Aher và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu phát hiện sự sạt lở, biến động lòng sông Pravara, Ấn Độ [29]. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp điều tra thực địa, thảo luận, kết hợp với thu thập bản đồ về địa hình, ảnh vệ tinh trên Google và dữ liệu SRTM. Dựa vào bản đồ địa hình tỉ lệ 1:500.000 của 2 năm 1974 và 1975, lòng sông của thời kỳ này được tách ra và lấy mốc thời gian cơ sở là năm 1974. Đồng thời, thông tin lòng sông năm 2009 được số hóa bằng tay từ ảnh vệ tinh trên Google. Với dữ liệu lòng sông thu được của 2 năm trên, kết hợp với kết quả nghiên cứu thực địa, tác giả đã xây dựng bản đồ dịch chuyển đường bờ sông qua hai giai đoạn bằng phương pháp chồng xếp dữ liệu và đánh giá các điểm
nóng biến động. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, bờ sông Pravara bị xói mòn về cả 2 bên, trong đó, bờ bên trái có khoảng cách dịch chuyển lớn nhất là 91,3m, bờ bên phải có khoảng cách dịch chuyển lớn nhất là 132m. Ngoài ra, nghiên cứu còn chỉ ra 10 vùng nguy cơ cao, được xác định là những khu vực có mức độ mất đất và xói mòn cao. Việc xác định các điểm nóng còn được xác minh thông qua điều tra tại thực địa và chụp ảnh mẫu. Kết quả nghiên cứu chỉ ra hoạt động của con người như:
khai thác cát, canh tác nông nghiệp, thay đổi cơ cấu cây trồng khu vực ven sông cũng làm xói mòn bờ sông.
Cũng trong năm 2012, tác giả Archana Sarkar và cộng sự đã sử dụng các dữ liệu ảnh viễn thám thu được trên hệ thống vệ tinh viễn thám của Ấn Độ (IRS) bao gồm: Ảnh LISS-I, LISS-III các năm 1990 và 2008, đồng thời, sử dụng bản đồ địa hình tỉ lệ 1:250.000 và ảnh vệ tinh Landsat ETM để nghiên cứu biến động lòng sông Bramaputra - một trong những dòng sông có lưu lượng phù sa lớn nhất thế giới và thường xuyên bị xói lở dẫn tới thay đổi vị trí lòng dẫn và đường dẫn [9].
Nghiên cứu này nhằm mục đích lượng hóa khối lượng sạt lở và bồi tụ thực tế dọc bờ sông Brahmaputra - Ấn Độ. Trong khoảng thời gian 18 năm từ 1990 đến 2008, toàn bộ chiều dài dòng sông tại Asam tính từ thượng nguồn ở Dibrugarh tới thị trấn Dhubri gần biên giới Bangladesh với tổng khoảng cách là 620 km đã được nghiên cứu bằng phương pháp kết hợp viễn thám và GIS. Cơ cấu thay đổi dòng chảy của sông Brahmaputra đã được lập thành sơ đồ cho các năm 1990 và 2008 sử dụng ảnh vệ tinh IRS 1A LIS-I và ảnh vệ tinh IRS P6 LISS-III. Phân tích dữ liệu vệ tinh đã cho thấy không chỉ các thông tin về cơ cấu biến đổi dòng chảy do các tác động liên tiếp mà còn chỉ ra nhiều yết tố quan trọng đối với sự thay đổi địa chất lòng sông như tính chất thủy văn, sự ổn định và bất ổn định của bồi tụ bờ sông và sự thay đổi của dòng chảy chính. Kết quả nghiên cứu đã cung cấp những thông tin mới và đáng tin cậy cho việc xây dựng và quy hoạch hệ thống thủy lợi và biện pháp hạn chế xói lở trên khu vực sông phía Đông Bắc Ấn Độ. Phần mềm xử lý ảnh ERDAS Imagine 9.3 được dùng để xử lý ảnh vệ tinh. Các đường bờ sông đã được xác định nhờ sử dụng ảnh tỉ lệ NDWI và ghép ảnh hai thời kỳ 1990 và 2008. Trong khi các dòng chảy nông được coi là một phần của dòng sông, các phần bồi tụ đất cát cả mới và cũ trên bờ sông đặt ra một vài thách thức trong việc giải đoán thông tin lòng sông.
Một số dải đất và cát nằm tương đối xa dòng chảy nhưng lại thể hiện bằng mảng màu tối trên ảnh vệ tinh cho thấy độ ẩm cao. Mặt khác, một số dải đất rất gần với đường nước lại cho thấy ảnh sáng màu và dấu hiệu của độ ẩm thấp. Tỉ lệ NDWI được dùng để phi tuyến hóa các khu vực đất cát có độ ẩm cao. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các khu vực mới bồi tụ đất có độ ẩm cao hơn so với các khu vực khác ở bờ sông.
1.4.2. Tổng quan nghiên cứu ở Việt Nam
Tuy công nghệ viễn thám và GIS ở Việt Nam phát triển muộn hơn nhiều so với thế giới nhưng nước ta cũng đã đạt được một số kết quả nghiên cứu nhất định.
Ở Việt Nam, đánh giá biến động lòng sông, đường bờ ứng dụng phương pháp viễn thám và GIS chủ yếu tập trung thực hiện ở các khu vực cửa sông đổ ra biển, đường bờ biển (Hội An, Bình Thuận...), chưa có nhiều các nghiên cứu về biến động đường bờ ở các hệ thống sông nằm sâu trong lục địa. Một số nghiên cứu về biến động lòng sông, đường bờ ở Việt Nam có thể kể đến như:
Năm 2004, từ các ảnh vệ tinh Spot (1987), Landsat (1999) và bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 (tái bản năm 1978 trên cơ sở bản đồ tin tức năm 1966 được thành lập từ máy bay) và các số liệu khảo sát đo đạc các năm 2002 – 2003, nhóm tác giả Đặng Văn Bào và cộng sự đã tiến hành chồng ghép thông tin sau khi đã đưa các dữ liệu về cùng một lưới chiếu UTM. Các kết quả tính toán đã chỉ ra biến động hình thái của lòng sông Hồng trong thời gian 22 năm và kết luận rằng sông Hồng hiện tại đang có xu hướng xói lở bờ phải và dịch chuyển dần về phía Nam và Đông Nam. Từ hiện trạng lòng dẫn sông Hồng qua các thời kỳ, tác giả đã xây dựng bản đồ biến động ngang lòng sông. Kết quả thu nhận được của nghiên cứu là cơ sở dự đoán khả năng xói lở do hoạt động dòng chảy sông ngòi [5].
Năm 2005, để đánh giá biến động bờ biển khu vực cửa sông Thu Bồn bằng công nghệ viễn thám và GIS, tác giả Đặng Đình Đoan và cộng sự đã công bố kết quả nghiên cứu sử dụng phương pháp giải đoán thông tin từ nguồn tư liệu là ảnh vệ tinh các năm 1965, 1981, 1988, 1996 để so sánh sự biến đổi của hệ thống sông qua các thời kỳ khác nhau. Kết quả của nghiên cứu này đã chỉ ra trên đoạn bờ biển giữa huyện Điện Bàn và thị xã Hội An (đoạn bờ biển phía Bắc cửa Đại tới chân các cồn cát cao) xảy ra hiện tượng xói lở liên tục trong thời gian dài. Có những thời điểm,
hiện tượng xói lở cồn cát đã cắt đỉnh cồn và cắt đứt tuyến đường giao thông ven biển kề gần cửa sông. Song song với hiện tượng xói chân cồn cát ven biển phía Bắc cửa Đại là hiện tượng dịch chuyển bãi bồi ngầm trước cửa sông, bãi bồi ngầm đã hình thành khoảng trước năm 1965 sau đó dịch chuyển dần về phía Nam. Bên cạnh đó, phần bờ biển ở phía Nam cửa Đại liên tục bị biến động cùng với sự dịch chuyển của roi cát bồi ngầm trước cửa sông [4].
Năm 2011, bằng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat TM các năm 1989, 1996, 2001, 2002, 2004 với độ phân giải 10m, tác giả Phạm Phương Nam đã sử dụng phương pháp giải đoán ảnh bằng mắt thường lập bản đồ biến động đường bờ, sai số trong quá trình số hóa lớp dữ liệu đường bờ ước tính là ± 30m. Kết quả của nghiên cứu trên tính ra được sự biến động đường bờ của 4 đoạn khác nhau dựa trên sự so sánh về sự bồi tụ và xâm thực giữa giai đoạn năm 1989 – 1996 so với giai đoạn 1996 - 2004 (các đoạn đường bờ được phân chia theo mức độ biến động) và cho thấy quá trỡnh bồi tụ và xõm thực thể hiện rất rừ vai trũ của sụng và triều. Dự bỏo nhiều năm tới, phần bờ biển vùng cửa sông Cổ Chiên tiếp tục lấn mạnh ra biển trong khi đó các cù lao nhỏ sẽ tiếp tục được bồi tụ theo xu hướng nhập chung với cù lao Long Hòa thành một cù lao lớn. Tuy nhiên, với thời gian nghiên cứu biến động đường bờ từ năm 1989 đến 2004, với sai số ± 30m như trên, những phân tích và đánh giá sự biến động đường bờ sẽ chỉ có giá trị định lượng đối với những khu vực có mức độ biến động mạnh đến rất mạnh (≥ 4m/năm). Với những khu vực đường bờ ít biến động, những phân tích và đánh giá chỉ mang tính định tính.