Sử dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý trong đánh giá, xây dựng bản đồ dự báo nguy cơ lũ ống, lũ quét đất được thực hiện qua các bước sau:
- Bước 1: Xây dựng bản đồ hiện trạng lũ từ ảnh vệ tinh Landsat và xử lý cơ sở dữ liệu (CSDL) của các lớp thông tin: địa hình, địa chất, thủy văn, …
- Bước 2: Chồng ghép lần lượt DL hiện trạng lũ ống, lũ quét với các DL khác: Lũ ống, lũ quét với địa mạo, …
- Bước 3: Tính toán trọng số của các yếu tố ảnh hưởng đến lũ ống, lũ quét theo phương pháp GIS.
- Bước 4: Thành lập các bản đồ đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng đến lũ ống, lũ quét (5 cấp độ nhạy cảm).
- Bước 5: Chồng ghép các DL sau khi đã gắn trọng số đối với lũ ống, lũ quét và thành lập bản đồ dự báo nguy cơ lũ ống, lũ quét với các cấp độ nhạy cảm (từ 1 đến 5, với 5 là cấp nhạy cảm cao nhất).
51
Hình 3.1. Quá trình xử lý các lớp thông tin xây dựng bản đồ dự báo 3.1.3. Cơ sở dữ liệu phục vụ nghiên cứu lũ ống, lũ quét
Để thành lập bản đồ dự báo nguy cơ lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La cần có những dữ liệu sau:
Ảnh vệ tinh Landsat (độ phân giải 30m) khu vực huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La Bản đồ hành chính huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La
52
DL địa hình, cụ thể là DL về đường bình độ (khoảng cao đều 10m) DL địa mạo huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La
DL thủy văn huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La
DL lớp phủ thực vật huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La DL rừng huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La
DL hiện trạng sử dụng đất huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La
Kết quả điều tra thực địa các điểm lũ ống, lũ quét khu vực huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La
Hình 3.2. Mô hình số độ cao huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La
Chúng ta biết rằng, có rất nhiều nhân tố tác động lên môi trường gây nên hiện tượng lũ ống, lũ quét. Căn cứ vào điều kiện cụ thể của lãnh thổ nghiên cứu, chúng tôi chỉ lựa chọn 8 nhân tố đặc trưng, mang tính tiên quyết và bao trùm lên các nhân tố khác để xây dựng bản đồ nguy cơ lũ ống, lũ quét, bao gồm: độ dốc, địa mạo, chỉ số ẩm ướt, mật độ sông suối, thực vật, rừng, thổ nhưỡng và hiện trạng sử dụng đất, còn các nhân tố khác chỉ được phân tích định tính và mang tính chất tham khảo.
3.2. Thành lập bản đồ hiện trạng lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La
Bản đồ hiện trạng lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên được tác giả xây dựng trên cơ sở dữ liệu hiện trạng tai biến thuộc đề tài: “Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu quản lý tai biến môi trường trên địa bàn tỉnh Sơn La”, cơ quan chủ trì là Chi cục Bảo vệ Môi trường – Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Sơn La. Với nguồn số liệu là dữ liệu bản đồ hiện trạng
53
tai biến được xây dựng cho cấp tỉnh ở tỷ lệ 1:100.000 tại năm 2012. Do đó nhiệm vụ đề ra là phải chi tiết hóa bản đồ cho đối tượng lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên và xây dựng dữ liệu bản đồ hiện trạng lũ ống, lũ quét. Điều đó đòi hỏi tác giả phải tiến hành công tác thực địa tại huyện Bắc Yên nhằm kiểm tra tại chỗ các khu vực có lũ ống, lũ quét trên bản đồ cơ sở đồng thời cập nhật thêm các địa điểm xảy ra lũ ống, lũ quét các năm gần đây. Vị trí các khu vực có vết lũ được đánh dấu chi tiết và lên bản đồ theo tọa độ, cùng với kết quả đo đạc chiều dài và chiều rộng vết lũ phục vụ cho việc tính toán sau này. Kết quả thu được là bản đồ hiện trạng lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên.
54
Hình 3.4.Ảnh Landsat huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La
Dữ liệu hiện trạng sử dụng đất và thảm phủ thực vật được nhóm tác giả đề tài “Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu quản lý tai biến môi trường trên địa bàn tỉnh Sơn La” xây dựng từ ảnh Landsat độ phân giải 30m. Trong phạm vi luận văn tác giả tiến hành hành đánh giá mức độ ảnh hưởng yếu tố hiện trạng sử dụng đất và thảm phủ thực vật trên cơ sở dữ liệu sẵn có và được chi tiết hóa, biên tập lại cho phù hợp với khu vực nghiên cứu là huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La.
Từ ảnh Landsat huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La thành lập bộ khóa giải đoán. Khóa giải đoán là chuẩn giải đoán cho các đối tượng nhất định bao gồm các yếu tố và dấu hiệu do người giải đoán thiết lập.
55
Bảng 3.1. Bảng khóa giải đoán các đối tượng trên ảnh Landsat huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La STT Tên mẫu phân loại Mẫu phân loại Mẫu ảnh thực tế 1 Rừng tự nhiên 2 Rừng trồng 3 Đất nông nghiệp
56 STT Tên mẫu phân loại Mẫu phân loại Mẫu ảnh thực tế 4 Đất ở 5 Mặt nước 6 Đất trống
57 STT Tên mẫu phân loại Mẫu phân loại Mẫu ảnh thực tế 7 Trảng cỏ, cây bụi 8 Lũ ống, lũ quét
58
59
3.3. Thành lập các bản đồ đánh giá ảnh hưởng của các nhân tố ảnh hưởng đến lũ ống, lũ quét
3.3.1. Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của độ dốc với lũ ống, lũ quét
Chúng ta biết rằng nước chuyển động từ nơi cao đến nơi thấp và đó là lẽ tự nhiên. Song lũ ống, lũ quét có đặc tính nhanh, mạnh, ác liệt thì dễ xảy ra nơi địa hình bị chia cắt mạnh, sườn dốc lớn, ít vật cản và thậm chí ở nền địa hình yếu, dễ xói mòn, sụp lở. Nhiều nơi, núi và thung lũng tạo thành những phễu hút gió ẩm trên nền mưa lớn diện rộng thành các tâm mưa có cường độ rất lớn. Như vậy phải có sự trùng hợp thuận lợi phát sinh lũ quét giữa hai yếu tố địa hình và yếu tố khí hậu.
Để xây dựng được dữ liệu độ dốc cần xây dựng dữ liệu mô hình số độ cao. Xây dựng mô hình số độ cao để làm cơ sở cho việc xác định đặc trưng địa hình của lưu vực, từ đó xác định độ dốc của lưu vực, độ dốc lòng sông, tính toán các thông số địa hình và cho ta nhìn địa hình khu vực nghiên cứu dưới dạng 3D.
Hình 3.6. Quy trình xây dựng bản đồ đánh giá ảnh hưởng của độ dốc Bảng 3.2. Đánh giá ảnh hưởng của độ dốc với lũ
STT Độ dốc Tổng diện tích lũ (ha) Tổng diện tích độ dốc (ha) Tỷ lệ diện tích lũ/diện tích độ dốc Cấp độ nhạy cảm 1 00 – 50 44677,9 95329,6 0,46 1 2 50 – 150 6723 7808.79 0,86 3 3 150 – 300 16651.9 18461.1 0,9 4 4 300 – 450 2358.2 2502.37 0,94 5 5 Trên 450 39443.6 65635.8 0,6 2 Dữ liệu địa hình
Mô hình số độ cao (DEM)
Dữ liệu độ dốc
Chồng lớp bản đồ và tính toán mức độ nhạy cảm của độ dốc
60
Hình 3.7. Mô hình DEM huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La
61
Sau đó chuyển lớp dữ liệu trên sang dạng vector và tiến hành gộp những đối tượng có cùng thuộc tính lại với nhau, chồng lớp bản đồ độ dốc và hiện trạng lũ ống, lũ quét để tính toán tỷ lệ diện tích vùng lũ so với diện tích từng cấp độ dốc, từ đó cho điểm mức độ nhạy cảm của các cấp độ dốc với tai biến lũ ống, lũ quét. Kết quả thu được là bản đồ đánh giá ảnh hưởng của độ dốc với lũ ống, lũ quét.
62
3.3.2. Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của tích lũy dòng chảy (chỉ số ẩm ướt)
Chỉ số ẩm ướt phản ánh khả năng tích lũy nước theo địa hình (độ cao, hướng tích tụ, quy mô lan tỏa theo không gian …), là yếu tố có mức độ ảnh hưởng lớn nhất đến nguy cơ xảy ra lũ, do đó tác giả đưa chỉ số vào đánh giá với trọng số cao nhất. Dữ liệu đầu vào được sử dụng để tính toán chỉ số ẩm ướt là mô hình số độ cao (DEM) huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La.
Công thức để tính toán tích tụ dòng chảy (chỉ số ẩm ướt) trong Arcgis [29] như sau:
cellsize
fd = flowdirection (dem) sca = flowaccumulation (fd)
slope = ( slope (dem) * 1.570796 ) / 90
tan_slp = con ( slope > 0, tan (slope), 0.001 ) sca_scaled = ( sca + 1 ) * cellsize
cti = ln ( sca_scaled / tan_slp )
Việc thực thi công thức trên Arcgis sử dụng các công cụ: flow direction (spatial analyst) - flow accumulation (spatial analyst) - raster calculator (spatial analyst).
63
Hình 3.11. Bản đồ đánh giá mức độ nhạy cảm tích lũy dòng chảy với lũ ống, lũ quét 3.3.3. Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng mật độ sông suối đối với lũ ống, lũ quét
Hệ thống sông suối là bức tranh thể hiện kết quả sự phân cắt địa hình dưới tác động của dòng chảy. Nước trên bề mặt địa hình rất nhạy cảm và linh động với sự thay đổi của địa hình. Vì thế, nó cũng phản ánh phần nào chế độ kiến tạo của khu vực mà cụ thể là nhiều hệ sông suối được hình thành từ các hệ thống đứt gãy.
Tại Bắc Yên địa hình bị chia cắt mạnh tạo nên mạng lưới sông suối dày đặc, nhiều nơi mật độ sông suối lớn hơn 1km/km2 thậm chí tới 2km/km2. Độ dốc lòng sông, suối lớn nên thời gian tập trung dòng chảy ngắn, tốc độ dòng chảy lớn, năng lượng, sức tải lớn.
64
Mật độ phân cắt ngang thể hiện sự phân cắt theo chiều ngang của địa hình, là thông số xác định gián tiếp nguy cơ xảy ra lũ ống, lũ quét. Mật độ sông suối được hiểu là tổng độ dài tất cả các rãnh xâm thực, khe xói (dòng chảy tạm thời), sông suối (dòng chảy thường xuyên) trên một diện tích nhất định nào đó (thường là 1km2).
Hình 3.12. Quy trình lập bản đồ đánh giá độ nhạy cảm của mạng lưới thủy văn Bảng 3.3. Đánh giá mức độ ảnh hưởng của mật độ sông suối với lũ ống, lũ quét
STT Mật độ sông suối (km/km2) Tổng diện tích lũ (ha) Tổng diện tích mật độ sông (ha) Tỷ lệ diện tích lũ/diện tích mật độ sông Cấp độ nhạy cảm 1 0 – 0,2 29903,5 172941 0,17 1 2 0,2 – 0,5 28682 99443 0,28 2 3 0,5 – 1 0113.5 66416 0,3 3 4 1 – 1,5 63136 21588,1 0,34 4 5 > 1,5 9608 11198 0,85 5
Dữ liệu thủy văn
Mật độ sông suối
Chồng lớp và tính toán cấp độ nhạy cảm
Bản đồ đánh giá mức độ nhạy cảm của thủy văn với lũ ống, lũ quét
65
Hình 3.13. Bản đồ đánh giá mức độ nhạy cảm của mật độ sông suối với lũ ống, lũ
66
3.3.4. Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của các đơn vị địa mạo với lũ ống, lũ quét quét
Trong mỗi giai đoạn phát triển của địa hình chúng đều bộc lộ những đặc điểm về hình thái và nguồn gốc. Do đó nghiên cứu địa mạo là cơ sở quan trọng cho đánh giá tai biến, đây chính là cơ sở để đánh giá đơn tính và tổng hợp các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình gây tai biến lũ ống, lũ quét.
Hình 3.14. Quy trình xây dựng bản đồ đánh giá mức độ nhạy cảm của địa mạo với lũ
ống, lũ quét
Bảng 3.4. Đánh giá mức độ ảnh hưởng của địa mạo với lũ ống, lũ quét
STT Kiểu địa hình Tổng diện tích lũ (ha) Tổng diện tích địa mạo (ha) Tỷ lệ diện tích lũ/diện tích địa mạo Cấp độ nhạy cảm 1
Khối và dãy núi cấu trúc và bóc mòn phát triển trên đá phi cacbonat, cao nguyên bóc mòn phát triển trên đá cacbonat
52389 337832 0,155 1
2
Thung lũng xâm thực, khối núi bóc mòn phát triển trên đá cacbonat, dãy núi xâm thực phát triển trên đá cacbonat
12488 37933.4 0,329 2
3 Dãy núi bóc mòn xâm thực phát triển
trên đá cacbonat 15199 24576 0,6 3
4
Dãy núi bóc mòn cấu trúc phát triển trên đá phi cacbonat, trũng bóc mòn, tích tụ, cao nguyên bóc mòn xâm thực phát triển trên đá cacbonat, cao nguyên rửa lũa phát triển trên đá cacbonat, Trũng xâm thực
148 148 1 4
5 Cao nguyên xâm thực phát triển trên
đá cacbonat 5426 162 33 5
Bản đồ địa mạo
Chồng lớp với bản đồ hiện trạng lũ và tính toán điểm tiêu chí cho các dạng địa hình
67
68
3.3.5. Thành lập bản đồ đánh giá ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đối với lũ ống, lũ quét quét
Rừng, thảm phủ thực vật là những yếu tố biến đổi chậm song do tác động của con người, sự suy thoái đến một ngưỡng mà vai trò lá chắn của rừng không còn hoặc giảm đi nhiều, kết hợp với các yếu tố khác khiến lũ ống, lũ quét xuất hiện nhiều hơn. Cùng một lượng và cường độ mưa nếu lưu vực được bảo vệ tốt có thể không gây ra lũ ống, lũ quét, ngược lại nếu rừng bị tàn phá, sông suối tiêu thoát kém là điều kiện làm tăng nguy cơ xảy ra lũ ống, lũ quét.
Quy trình thành lập bản đồ đánh giá mức độ ảnh hưởng của lớp phủ thực vật với lũ ống, lũ quét tương tự như với địa mạo.
Bảng 3.5. Đánh giá mức độ ảnh hưởng của lớp phủ thực vật với lũ ống, lũ quét
STT Lớp phủ thực vật Tổng diện tích lũ (ha) Tổng diện tích lớp phủ thực vật (ha) Tỷ lệ diện tích lũ/diện tích lớp phủ thực vật Cấp độ nhạy cảm 1 Cây bụi rậm, rừng lá rộng thường xanh, rừng cây lá kim 151 386785 0,39 1 2 Rừng tre nứa 19 17340 1,11 2 3 Trảng cỏ, cây bụi 68 39361 1,74 3
4 Cây bụi rậm, hoa màu 183 68048 2,69 4
5 Đất trồng cây quanh khu
69
70
3.3.6. Thành lập bản đồ vùng ảnh hưởng của hiện trạng sử dụng đất với lũ ống, lũ quét quét
Trong nghiên cứu, phân tích các nhân tố phát sinh lũ ống, lũ quét thì hiện trạng sử dụng đất được xem xét ở khía cạnh ảnh hưởng của lớp phủ thực vật. Các tính chất ăn sâu, ăn ngang của rễ, mật độ lớp phủ là những thông số quan trọng trong đánh giá ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đối với tai biến lũ ống, lũ quét. Thảm thực vật rừng rậm thường xanh thường giữ cho địa hình ổn định hơn các kiểu thảm thực vật khác. Tính ổn định của địa hình còn tỷ lệ thuận với mật độ che phủ của lớp phủ thực vật.
Tuỳ thuộc vào kiểu rừng và mức độ che phủ rừng mà tác động của chúng đối với quá trình hình thành lũ ống, lũ quét khác nhau. Hoạt động chặt phá, đốt rừng làm nương rẫy càng tăng nguy cơ xảy ra tai biến lũ ống, lũ quét.
Quy trình thành lập bản đồ đánh giá mức độ ảnh hưởng của hiện trạng sử dụng đất với lũ ống, lũ quét tương tự như với địa mạo.
Bảng 3.6. Đánh giá ảnh hưởng của HTSDĐ đối với lũ ống, lũ quét
STT Các loại hình sử dụng đất Tổng diện tích lũ (ha) Tổng diện tích HTSDĐ (ha) Tỷ lệ diện tích lũ/diện tích HTSDĐ Cấp độ nhạy cảm 1 Đất sông suối và mặt nước chuyên dùng 3167 137224 0,023 1 2 Đất rừng phòng hộ 35340 284985 0,12 2 3 Đất chưa sử dụng, đất trồng cây hàng năm 27628 128636 0,214 3 4
Đất cơ sở kinh doanh, đất trồng rừng sản xuất
3282 5586 0,58 4
5
Đất chuyên dùng, đất trồng cây lâu năm, đất ở, đất có mục đích công, đất tín ngưỡng – tôn giáo
71
Hình 3.17. Bản đồ đánh giá mức độ nhạy cảm của lớp hiện trạng sử dụng đất với lũ
72
3.3.7. Thành lập bản đồ vùng ảnh hưởng của rừng với lũ ống, lũ quét
Sự hình thành lũ ống, lũ quét bắt đầu từ trên các đỉnh núi, giông núi, thung lũng