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 có độ cao lớn. Khi có mưa to các giông núi đỉnh núi, có tầng đất mỏng nằm trên mặt nghiêng của đá mẹ (đá gốc) mà rừng không còn. Đất đá sẽ nhão ra, trượt dần, trượt dần thành dòng chảy, xuống tích tụ ở những thung lũng nhỏ bậc thang. Đến một lúc nào đó, đủ lớn bùng ra thành dòng chảy lớn có vận tốc càng lúc càng lớn theo gia tốc trọng trường và độ dốc của địa hình, lũ ống, lũ quét xuất hiện. Rừng có vai trò là lớp phủ che chắn và hạn chế sự xói mòn đất, rễ thực vật làm tăng độ kết dính trong đất. Rừng hạn chế dòng chảy mặt khi có mưa lớn và giảm bớt gia tốc dòng chảy. Chính vì vậy rừng là yếu tố có cai trò quan trọng trong nghiên cứu và đánh giá lũ ống, lũ quét.
Quy trình thành lập bản đồ đánh giá mức độ ảnh hưởng của rừng với lũ ống, lũ quét tương tự như với địa mạo.
Đến nay diện tích rừng ở huyện Bắc Yên đã giảm đi nhiều, các khu vực xảy ra lũ ống,lũ quét nhiều có tỷ lệ rừng còn lại rất thấp. Rừng có tác dụng điều tiết dòng chảy mặt và dòng chảy lũ. Chính vì vai trò đó của rừng mà tác giả đưa nhân tố rừng vào đánh giá độ nhạy cảm với lũ ống, lũ quét.
Bảng 3.7. Đánh giá ảnh hưởng của rừng đối với lũ ống, lũ quét
STT Các kiểu rừng Tổng diện tích lũ (ha) Tổng diện tích loại rừng (ha) Tỷ lệ diện tích lũ/diện tích loại rừng Cấp độ nhạy cảm 1 Rừng lá rộng thường xanh, rừng trồng 430 260978 0,0016 1 2 Các loại rừng tự nhiên khác 576 211355 0,0027 2 3 Rừng phục hồi 30 7689 0,0039 3 4 Rừng tre nứa 197 48284 0,004 4 5 Đất không rừng 102 1412 0,072 5
73
74
3.4. Thành lập bản đồ dự báo nguy cơ lũ ống, lũ quét huyện Bắc Yên, tỉnh Sơn La
3.4.1.Xác định trọng số các yếu tố ảnh hưởng đến lũ ống, lũ quét
Có rất nhiều yếu tố tác động đến quá trình hình thành lũ ống, lũ quét, tuy nhiên vai trò của chúng là không hoàn toàn giống nhau. Vì vậy, việc xác định trọng số cho mỗi yếu tố này là rất cần thiết.
Phương pháp AHP được Thomas L. Saaty phát triển vào những năm đầu thập niên 1980, và được biết đến như là quy trình phân tích thứ bậc nhằm giúp xử lý các vấn đề ra quyết định đa tiêu chuẩn phức tạp. AHP cho phép người ra quyết định tập hợp được những kiến thức của các chuyên gia về vấn đề nghiên cứu, kết hợp được các dữ liệu khách quan và chủ quan trong một khuôn khổ thứ bậc logic. Trên hết, AHP cung cấp cho người ra quyết định một cách tiếp cận trực quan theo sự phán đoán thông thường để đánh giá sự quan trọng của mỗi thành phần thông qua quá trình so sánh cặp. AHP kết hợp được cả hai mặt tư duy của con người cả về định tính và định lượng: định tính qua sự sắp xếp thứ bậc và định lượng qua kết quả bộ trọng số cho từng yếu tố thứ bậc.
AHP dựa vào 3 nguyên tắc:
- Phân tích vấn đề ra quyết định (thiết lập thứ bậc)
- đánh giá so sánh các thành phần (so sánh cặp giữa các yếu tố) - Tổng hợp các mức độ ưu tiên (xác định các ma trận trọng số) Các bước tiến hành AHP:
- Bước 1: Phân tích vấn đề và xác định lời giải yêu cầu.
- Bước 2: Xác định các yếu tố sử dụng và xây dựng cây phân cấp yếu tố. - Bước 3: điều tra thu thập ý kiến chuyên gia về mức độ ưu tiên.
- Bước 4: Thiết lập các ma trận so sánh cặp.
- Bước 5: Tính toán trọng số cho từng mức, từng nhóm yếu tố.
- Bước 6: Tính tỷ số nhất quán (CR). Tỷ số nhất quán phải nhỏ hơn hay bằng 10%, nếu lớn hơn, cần thực hiện lại các bước 3, 4, 5.
- Bước 7: Thực hiện bước 3, 4, 5, 6 cho tất cả các mức và các nhóm yếu tố trong cây phân cấp.
75
So sánh cặp
Trong phương pháp này, người được phỏng vấn phải diễn tả ý kiến của mình đối với từng cặp yếu tố. Thường người được hỏi phải chọn câu trả lời trong số 10 -17 sự lựa chọn riêng biệt. Mỗi sự chọn lựa là một cụm từ ngôn ngữ học. Chẳng hạn : “A quan trọng hơn B”, “A quan trọng như B”...
Mối quan tâm trong vấn đề này không phải là lời phát biểu mà là giá trị bằng số liên quan đến lời phát biểu. Để phân cấp hai tiêu chuẩn Saaty (1970) đã phát triển một loại ma trận đặc biệt gọi là ma trận so sánh cặp. Những ma trận đặc biệt này được sử dụng để liên kết 2 tiêu chuẩn đánh giá theo một thứ tự của thang phân loại.[30]
Hình 3.19. Ví dụ về ma trận so sánh cặp của 3 yếu tố i, j và k [30]
Đây là ma trận nghịch đảo với sự so sánh cặp nếu i so sánh với j có 1 giá trị aij thì khi j so sánh với i sẽ có một giá trị nghịch đảo là 1/aij.
Để điền vào ma trận người ta dùng thang đánh giá từ 1 đến 9 như sau:
76
Tổng hợp số liệu về mức độ ưu tiên
Để có trị số chung của mức độ ưu tiên, cần tổng hợp các số liệu so sánh cặp để có số liệu duy nhất về độ ưu tiên.
Giải pháp mà Saaty sử dụng để thu được trọng số từ sự so sánh cặp là phương pháp số bình phương nhỏ nhất. Phương pháp này sử dụng một hàm sai số nhỏ nhất để phản ảnh mối quan tâm thực của người ra quyết định.
Để đơn giản người ta đã đề ra phương pháp xác định vectơ riêng w bằng cách: - Tính tổng mỗi cột trong ma trận: X aij
- Tính aij/X aij.
- Chuẩn hóa các giá trị để có được trọng số bằng cách lấy trung bình cộng của từng hàng.
Tính nhất quán
Trong các bài toán thực tế, không phải lúc nào cũng có thể thành lập được quan hệ bắc cầu trong khi so sánh từng cặp. Thí dụ phương án A có thể tốt hơn B, B có thể tốt hơn C nhưng không phải lúc nào A cũng tốt hơn C. Hiện tượng này thể hiện tính thực tiễn của các bài toán, ta gọi là sự không nhất quán (incosistency). Sự không nhất quán là thực tế nhưng độ không nhất quán không nên quá nhiều vì khi đó nó thể hiện sự đánh giá không chính xác. Để kiểm tra sự không nhất quán trong khi đánh giá cho từng cấp, ta dùng tỷ số nhất quán (CR). Nếu tỷ số này nhỏ hơn hay bằng 0.1 nghĩa là sự đánh giá của người ra quyết định tương đối nhất quán, ngược lại, ta phải tiến hành đánh giá lại ở cấp tương ứng.
Tỷ số nhất quán CR được tính theo công thức: CR = CI / RI Trong đó: RI (chỉ số ngẫu nhiên) được xác định từ bảng cho sẵn:
Bảng 3.9. Bảng phân loại chỉ số ngẫu nhiên RI [30]
Trong đó: n là số lượng yếu tố trong ma trận so sánh. CI (chỉ số nhất quán) được xác định theo các bước sau đây:
77
- Tính vector nhất quán = vector tổng có trọng số / vector trọng số - Xác định λmax (giá trị riêng ma trận so sánh) và CI (chỉ số nhất quán): + λmax = trị trung bình của vector nhất quán.
+ CI = ( λmax - n) / (n - 1)
Phương pháp AHP đo sự nhất quán qua tỷ số nhất quán (consistency ratio) giá trị của tỷ số nhất quán nên < 10%, nếu lớn hơn, sự nhận định là hơi ngẫu nhiên, cần được thực hiện lại.
Kết quả tính toán
Trong luận văn tác giả xác định trọng số cho 7 yếu tố do đó đã tách thành 2 nhóm yếu tố cấp 1 và cấp 2. Như vậy cần tính toán cho 4 bộ trọng số bao gồm: 1 bộ cho các