8. Bố cục luận văn
2.1.6.Tổng quan về phương phỏp viễn thỏm và GIS trong nghiờn cứu biến động lũng
rỏc thỡ điều này giỳp ớch rất nhiều cho cụng tỏc xỏc lập lại cỏc lũng sụng cổ.
Túm lại, việc sử dụng hiệu quả cỏc tư liệu viễn thỏm cựng với cỏc kỹ thuật xử lý ảnh số, kết hợp với cỏc nghiờn cứu địa mạo và thụng tin về trầm tớch sẽ giỳp cho cỏc nhà địa mạo cú thể xỏc lập được chớnh xỏc hệ thống cỏc lũng sụng cổ. Từ đú, cú thể xỏc lập được đới biến động của những con sụng này trong quỏ khứ.
2.1.6. Tổng quan về phương phỏp viễn thỏm và GIS trong nghiờn cứu biến động lũng sụng. động lũng sụng.
GIS bắt đầu được xõy dựng ở Canada từ những năm 60 của thế kỷ XX được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực trờn toàn thế giới. Năm 1972, với việc phúng vệ tinh Landsat 1 đó mở ra một kỷ nguyờn mới cho việc sử dụng viễn thỏm trong quan sỏt và nghiờn cứu trỏi đất. Cho đến nay, với hơn 30 năm phỏt triển việc tớch hợp tư viễn thỏm và GIS cho nhiều mục đớch nghiờn cứu khỏc nhau đó rất phổ biến.
Vào những năm 1979 - 1980 cỏc cơ quan Việt Nam bắt đầu tiếp cận cụng nghệ viễn thỏm. Hiện nay ở Việt Nam, cú hơn 20 cơ quan, tổ chức thuộc nhiều bộ, ngành và cỏc trường Đại học ( Bộ Tài nguyờn và Mụi trường, Bộ Khoa học và Cụng nghệ, Bộ Nụng nghiệp và Phỏt triển Nụng thụn, Bộ Thuỷ sản, Viện Khoa học và Cụng nghệ Việt Nam, Trường Đại học Khoa học Tự nhiờn, Trường đại học Mỏ Địa chất,…) đang sử dụng một cỏch cú hiệu quả cỏc tư liệu viễn thỏm trong chương trỡnh, dự ỏn thuộc lĩnh vực của mỡnh.
Một trong những ứng dụng rộng rói và cú hiệu quả đú là nghiờn cứu sự dịch chuyển của lũng sụng dựa vào việc kết hợp cụng nghệ viễn thỏm và GIS với địa chất.
40
Năm 1989, Lee Keanan sử dụng ảnh viễn thỏm trong thăm dũ địa chất.
Năm 1996, Pultz và Yves Crevier ứng dụng viễn thỏm và GIS trong thủy văn.
Năm 1997, Thomas. A. Edsall phõn tớch thành phần vật chất của cỏc dũng sụng lớn thụng qua ảnh SPOT đa thời gian.
Năm 1999, B.H.P Maathuis và C.J van Western phõn tớch mối nguy hiểm của lũ lụt bằng cụng nghệ viễn thỏm đa thời gian.
Năm 2000, Andrew N. Tyler sử dụng viễn thỏm và GIS trong đỏnh giỏ trầm tớch vựng cửa sụng và ảnh hưởng của con người đến sự phỏt triển của dũng sụng.
Năm 2000, F. Donald nghiờn cứu mụi trường kỉ Đệ Tứ thụng qua cỏc ảnh viễn thỏm đa thời gian.
Năm 2008, Ro Charlton ứng dụng viễn thỏm trong nghiờn cứu địa mạo sụng ngũi.
b. Ở Việt Nam
Nguyễn Ngọc Thạch, 1994, xử lý ảnh số trong nghiờn cứu địa chất.
Phạm Văn Cự, 1996, nghiờn cứu và thành lập bản đồ địa mạo vựng đồng bằng sụng Hồng trờn cơ sở sử dụng kết hợp hệ thống xử lý ảnh số và hệ thụng tin địa lý.
Phạm Quang Sơn, 1997, sử dụng ảnh SPOT, Landsat TM, Radarsat, bản đồ địa hỡnh và cỏc tư liệu khớ tượng-thuỷ văn vào phõn tớch quỏ trỡnh phỏt triển vựng cửa sụng Hồng trong thời gian từ 1965 – 1997.
Nguyễn Thị Hoàng Anh, 2000, ứng dụng viễn thỏm và hệ thụng tin địa lý trong nghiờn cứu biến động lũng sụng Hồng (đoạn Sơn Tõy – Hà Nội) thời kỳ đầu Holocen đến hiện đại.
Phạm Quang Sơn, 2001, nghiờn cứu sự thay đổi quỏ trỡnh của vựng hạ lưu sụng Hồng bằng cỏch ỏp dụng GIS và cụng nghệ viễn thỏm đa thời gian.
Nguyễn Hiệu, 2004, ứng dụng viễn thỏm và GIS trong nghiờn cứu địa mạo và địa lý biển.
41
Phạm Quang Sơn, 2006, sử dụng thụng tin viễn thỏm và hệ thụng tin địa lý trong nghiờn cứu biến động mụi trường địa chất vựng hạ lưu sụng Hồng sau khi vận hành cỏc cụng trỡnh thủy điện ở thượng lưu.
2.2. Cỏc nhõn tố ảnh hƣởng đến sự ổn định lũng sụng
2.2.1. Địa mạo dũng chảy và biến đổi dũng chảy
- Địa mạo dũng chảy
Hoạt động xõm thực và tớch tụ của dũng chảy được thực hiện do chỳng cú động năng hay cũn gọi là hoạt lực, được tớnh bằng cụng thức:
F=mv2/2
F: là động năng của dũng nước; m: khối lượng nước; v: tốc độ dũng chảy.
Hoạt lực của dũng nước biến đổi liờn tục trong khụng gian và thời gian do khối lượng nước tham gia dũng chảy (m) luụn thay đổi, tốc độ đỏy dũng, độ sõu dũng và tốc độ của dũng cũng thay đổi trong mặt cắt dọc và mặt cắt ngang của nú. Mặt khỏc khối lượng dũng rắn cũng thay đổi liờn tục do nhiều nguyờn nhõn khỏc nhau. Bờ lừm bị xõm thực mạnh nờn sõu và lừm hơn, bờ lồi được bồi đắp nờn thoải hơn.
Do đặc điểm cấu trỳc địa chất, hỡnh thỏi địa hỡnh và đặc điểm của dũng chảy lỏng, ngay từ lỳc mới hỡnh thành, cỏc dũng sụng đó rất quanh co, cú nhiều khỳc uốn. Đú là những khỳc uốn nguyờn thủy hay cũn gọi là khỳc uốn sơn văn. Trong quỏ trỡnh tiến húa sau đú, cỏc khỳc uốn nguyờn thủy được dũng sụng gia cụng và làm biến dạng liờn tục để tạo ra những khỳc uốn thứ sinh. Hiện tượng dũng sụng uốn khỳc, sự phỏt triển của hệ thống cỏc khỳc uốn thứ sinh đúng vai trũ quyết định trong việc thành tạo cỏc bói bồi phự sa rộng lớn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Biến động lũng sụng
Sự hỡnh thành và biến đổi lũng sụng gắn liền với sự phỏt triển của đồng bằng bói bồi. Trong quỏ trỡnh hỡnh thành cỏc thung lũng, ban đầu lũng sụng cú thể chớnh là cỏc khu vực đỏy thung lũng. Sau một thời gian hỡnh thành và tiến hoỏ, thung lũng sụng ngày càng phỏt triển tạo nờn bói bồi, gờ cao, thềm sụng…, khi đú lũng sụng
42
chỉ cũn là một bộ phận thường xuyờn cú nước trong khu vực đỏy thung lũng sụng hay đồng bằng bói bồi.
Đồng bằng bói bồi (floodplain)
Đồng bằng bói bồi (floodplain) là đồng bằng cú nguồn gốc phỏt sinh là đồng bằng tớch tụ sụng, hỡnh thành ở những khu vực bói bồi mở rộng. Chỳng thường phỏt triển trong đỏy cỏc thung lũng cú biểu hiện vừng hạ tương đối hoặc tuyệt đối hoặc ở những nơi cắt nhau của cỏc đứt góy kiến tạo. Lũ lụt liờn quan mật thiết với sự hỡnh thành đồng bằng này. Đồng bằng bói bồi được cấu tạo bởi trầm tớch nguồn gốc sụng là chủ yếu, ngoài ra cũn cú một phần nhỏ là trầm tớch do giú, hay trầm tớch nguồn gốc sụng – biển ở khu vực ven bờ.
Hỡnh 2.7. Sơ đồ cấu tạo đồng bằng bói bồi.
Như vậy, đồng bằng bói bồi (floodplain) thụng thường được hiểu là vựng đất nằm kề bờn và bao chứa cỏc con sụng, chịu ảnh hưởng của lũ lụt theo định kỳ. Vật liệu tạo nờn nú chủ yếu là phự sa sụng lắng đọng mỗi khi bị nước lũ tràn ngập.
Thung lũng sụng vựng đồng bằng hạ lưu phần nhiều là cú bói bồi phỏt triển hoàn thiện.
43
Đặc điểm của dạng thung lũng này là: (1) bờ thung lũng rất thoải và đỏy cú đường phõn biệt rừ rệt; (2) lũng sụng khụng cú những bậc thay đổi đột ngột, độ dốc bỡnh quõn nhỏ; (3) dũng sụng chảy qua vựng đồng bằng đất bồi, do cấu tạo địa chất và điều kiện thuỷ lực thay đổi nờn đó hỡnh thành nhiều hỡnh thức lũng sụng khỏc nhau.
Trong quỏ trỡnh phỏt triển và hoàn thiện của cỏc thung lũng, cỏc bói bồi rộng lớn ở đỏy thung lũng liờn tục được hỡnh thành, cỏc quỏ trỡnh dũng chảy cũng tiếp tục được diễn ra, tạo nờn cỏc dấu vết của khỳc uốn lũng sụng cổ, cỏc gờ cao ven lũng, hồ múng ngựa,…
Quỏ trỡnh hỡnh thành thung lũng bói bồi và biến đổi lũng sụng
Hỡnh 2.9. Quỏ trỡnh hỡnh thành khỳc uốn thứ sinh từ khỳc uốn nguyờn thủy
Do đường trục động lực của dũng sụng luụn luụn bị lệch về phớa bờ lừm và dũng sụng vừa chảy tiến, vừa thực hiện vũng hoàn lưu ngang, nờn thực chất nú là một dũng chảy phức tạp. Chớnh vỡ vậy, tỏc dụng địa mạo của nú đối với hai bờ khụng giống nhau: bờ lừm bao giờ cũng bị xõm thực mạnh, càng ngày càng lựi dần, bờ lồi được bồi đắp phự sa, tiến dần vào phớa lũng sụng, tạo thành bói cỏt ven lũng. Hiệu quả tổng hợp là lũng sụng càng ngày càng bị chuyển dịch về phớa bờ lừm và do đú dần dần trở nờn cong hơn.
A: Bói cỏt ven lũng sụng B: Khối sút trong khỳc uốn K – K : Đai khỳc uốn
44
Trong quỏ trỡnh hoạt động của lũng sụng, khỳc uốn của dũng sụng ngày càng cong, dần dần hai đầu khỳc uốn thắt lại, gọi là cổ khỳc uốn. Về mựa lũ, dũng sụng cú thể chọc thủng cổ khỳc uốn, biến khu đất ở giữa thành đảo sút. Ở chỗ cổ khỳc uốn vừa bị cắt đứt, xuất hiện đoạn lũng sụng mới thẳng và dốc hơn. Vỡ vậy, đỏy của nú bị xõm thực mạnh hơn, nhiều nước chảy qua hơn so với lũng sụng cũ. Dần dần, nú trở thành lũng sụng chớnh, cũn lũng sụng cũ bị bồi lấp dần, thậm chớ bị lấp kớn hai đầu rồi trở thành lũng sụng chết gọi là hồ múng ngựa (hoặc hồ vai cày, hồ ỏch trõu – oxbow lake). Cỏc hồ này cũng cú khi bị cạn nước dần dần và trở thành đầm lầy.
Hỡnh 2.10. Cỏc kiểu biến đổi lũng sụng nhờ quỏ trỡnh uốn khỳc lũng sụng. c. Sản phẩm của biến đổi dũng sụng
Bói bồi: là bộ phận đỏy thung lũng tương đối rộng và khỏ bằng phẳng, được bao phủ bởi lớp trầm tớch aluvi và chỉ bị ngập về mựa lũ. Quỏ trỡnh hỡnh thành bói bồi diễn ra lõu dài và bề mặt khụng hoàn toàn bằng phẳng với nhiều dạng vi địa hỡnh đồi hay rónh tạo nờn đời sống của bói bồi (ngập ỳng rónh về mựa lũ, lắng đọng phự sa…). Đối với những khỳc uốn thứ sinh thỡ địa hỡnh thường tạo ra những bói bồi sắp xếp xen kẽ trỏi, phải lũng sụng, tạo ra bói bồi phõn đoạn hay bói bồi hai phớa.
45
Hỡnh 2.11. Cấu tạo của bói bồi hoàn chỉnh
Đờ cỏt ven lũng sụng: Bói cỏt ven lũng sụng cú dạng bỏn nguyệt, phỏt triển ở phần lồi của bờ sụng. Cứ mỗi mựa lũ nú lại được bồi thờm một bậc nhỏ hỡnh lưỡi liềm lấn sõu vào lũng sụng. Khi đờ cỏt ven lũng sụng đó tương đối cao thỡ quỏ trỡnh bồi đắp tiếp theo tăng tốc độ khỏ nhanh, bởi vỡ khi nước lũ tràn qua đờ cỏt, tốc độ dũng chảy bị giảm đi rất đột ngột.
Hỡnh 2.12. Đờ cỏt ven lũng sụng
2.2.2. Một số yếu tố chớnh liờn quan đến ổn định lũng sụng
a. Lượng bựn cỏt mà sụng mang tải
Nghiờn cứu chế độ bựn cỏt mà nước sụng mang tải ảnh hưởng đến bồi lắng và xúi lở lũng dẫn cú cỏc đặc điểm như sau:
Bựn cỏt sụng Hồng biến đổi rất phức tạp theo khụng gian và thời gian . Về mựa khụ, lượng bựn cỏt trong sụng ớt thay đổi và nhỏ. Trong mựa lũ, cựng với sự thay đổi lớn của dũng chảy, lượng bựn cỏt ở trong sụng thay đổi đột ngột và tăng 1.Bờ khụng bị ngập về mựa lũ 2.Đoạn bờ bói bồi bị xõm thực 3. Đoạn bờ bói bồi tớch tụ 4. Ranh giới nham tướng aluvi 5. Bói bồi trung tõm
6. Bói bồi chõn bậc thềm 7. Bói bồi ven lũng sụng 8. Hướng dũng chảy chớnh 9. Hướng dũng chảy khi cú lũ
46 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
lờn rất nhiều so với mựa kiệt. Vỡ vậy, lũng sụng mựa kiệt tương đối ổn định (chỉ xẩy ra xúi, bồi cục bộ), cũn mựa lũ cú những sự thay đổi lớn. Thường thỡ trong một năm cỏc thỏng mựa kiệt và cỏc thỏng cuối mựa lũ lũng sụng bị xúi, cũn cỏc thỏng cú lũ lớn lũng sụng cú xu thế được bồi.
Căn cứ vào cỏn cõn bựn cỏt từng năm của ba trạm Hoà Bỡnh (HB), Yờn Bỏi(YB) và Phự Ninh (PN) với trạm Sơn Tõy(ST) thỡ thấy rằng: cú năm lũng sụng được bồi: tổng G(HB + YB + PN) > G(ST), cú năm lũng sụng bị xúi lở: G(HB + YB + PN) < G(ST). Bảng 2.2. Một số đặc trưng dũng bựn cỏt Trạm G (năm) 106 T G (lũ) 106 T G (cạn) 106 T Rmax (kg/s) Rmin (kg/s) max (g/m3) min (g/m3) 0 (g/m3) Hoà Bỡnh Vụ Quang Yờn Bỏi Sơn Tõy Hà Nội 61.80 9.58 38.90 117.00 73.30 59.20 8.69 35.00 106.00 65.30 2.60 0.89 3.90 11.20 8.02 182000 15900 532000 135000 65400 0.23 0.07 0.90 1.04 2.69 12000 5140 4900 7930 6530 0.60 0.40 4.30 1.10 5.90 1180 293 1620 1030 854 Để đỏnh giỏ sự biến động của lũng dẫn, người ta tớnh khả năng vận chuyển của súng cỏt. Kớch thước của súng cỏt (chiều cao, chiều dài v.v.) thay đổi phụ thuộc chủ yếu vào độ sõu và tốc độ dũng chảy; độ sõu đỏy lớn, tốc độ dũng chảy nhỏ thỡ kớch thước súng cỏt sẽ càng lớn, ngược lại, ở mặt cắt cỏc bói (độ sõu nhỏ) kớch thước cỏc súng cỏt nhỏ và cú tốc dộ dịch chuyển lớn. Để nghiờn cứu sự dịch chuyển cỏt đỏy sụng người ta sử dụng ba chỉ tiờu sau đõy:
d d b d J d hJ BJ Q ' . . 0 2 0 5 (1) Trong đú:
d - Đường kớnh trung bỡnh cỏt di đỏy; J - Độ dốc mực nước sụng;
47
h - Chiều sõu;
B - Chiều rộng trung bỡnh mực nước ứng với lưu lượng tạo lũng; Q - Lưu lượng tạo lũng.
Theo cỏc chỉ tiờu trờn thỡ d, ’
d càng lớn thỡ khả năng vận chuyển cỏt kộm và ngược lại. b càng lớn thỡ sụng càng mất ổn định.
Ngoài ra K.V. Grisanhin, đưa ra hệ số M làm chỉ tiờu đỏnh giỏ ổn định của lũng sụng: M h gB Q 1 4 1 2 / / (2) Trong đú:
h - Độ sõu trung bỡnh của dũng chảy; B - Độ rộng dũng sụng;
g - Gia tốc trọng trường; Q - Lưu lượng dũng chảy.
Theo tỏc giả thỡ dũng sụng ổn định khi 0.75 < M 1.05. Khi M 0.75 thỡ xuất hiện xúi, cũn khi M > 1.05 thỡ đoạn sụng bồi.
b. Lưu lượng tạo lũng
Xỏc định lưu lượng tạo lũng sụng là một vấn đề rất phức tạp để nghiờn cứu sự biến động của dũng sụng. Với sụng Hồng, chế độ dũng chảy phụ thuộc theo thời gian và khụng gian cho nờn khụng cú tiờu chuẩn chung cho toàn bộ dũng sụng. Theo TS Ngụ Trọng Thuận cú ba giỏ trị lưu lượng tạo lũng điển hỡnh tương ứng với cỏc thời kỳ khỏcnhau:
Giỏ trị lưu lượng mựa lũ Q1 = 0.9 Qmax; Giỏ trị lưu lượng trung Bỡnh Q2 = 0.65 Qmax;
Giỏ trị lưu lượng nhỏ Q3 tương ứng với giỏ trị trung bỡnh mựa cạn.
c. Quan hệ thuỷ văn hỡnh thỏi sụng
V.G. Gluskov đó đưa ra cụng thức kinh nghiệm về kớch thước hỡnh học của đoạn sụng ổn định: a B
h const
0 5.
48
I.V. Popov cũng đưa ra chỉ số khỏc: B
hmax const (4)
Theo họ thỡ trị số a thay đổi từ 2.75 (sụng cú bựn đỏy lớn) đến 5.5 (Sụng cú bựn đỏy nhỏ). Cũn trị số thay đổi từ 2-350 theo kiểu lũng như bảng sau đõy.
Bảng 2.3. Thay đổi trị số theo loại hỡnh lũng sụng
Kiểu lũng sụng Trị số Phõn dũng Bói so le ven bờ Cong khụng hoàn chỉnh Cong tự do Cong hạn chế 30 350 50 140 2 160 2 85 6 85
2.2.3. Nguụ̀n gụ́c cá c dạng đi ̣a hình trũng trờn đụ̀ng bằng bãi bụ̀i và quy luọ̃t phõn bụ́ của chỳng
Cỏc dạng địa hỡnh trờn đồng bằng ngập lụt cú thể phõn cỏc dạng địa hỡnh trũng thuộc cỏc nhúm sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Hụ̀, đõ̀m cụ̉: cỏc dạng địa hỡnh õm của nền đỏ gốc ban đầu , trong quá trỡnh biển tiến được lắng đọng trầm tớch nhưng chưa được lấp đầy hoàn toàn.
- Hụ̀ móng ngựa: là khỳc uốn lũng sụng cổ nay đó tỏch ra khỏi dũng chảy của sụng nhưng cú hỡnh thỏi đặc trưng giụ́ng như móng ngựa và phõn bụ́ khụng xa dòng chảy hiện đại.
- Lũng sụng cổ: cỏc địa hỡnh trũng kộo dài theo dải , cú hỡnh thỏi giống dũng