1. Đặt vấn đề
Ở Việt Nam trong những năm gần đây trên địa bàn tỉnh miền núi chịu ảnh hưởng của nhiều loại hình thiên tai do các nguyên nhân gây nên như giá rét, tố lốc, áp thấp nhiệt đới, mưa lớn kéo dài, mưa đá và đặc biệt là lũ ống, lũ quét gây sạt lở đất. Lũ quét là loại hình thiên tai phổ biến trên địa bàn tỉnh. Lũ quét chính là tác nhân làm chậm tiến trình phát triển kinh tế xã hội của tỉnh, nó không chỉ làm thiệt hại tới tài sản của nhân dân của xã hội mà còn gây thiệt hại tới tính mạng của nhân dân. Lũ quét là loại lũ có tốc độ rất lớn, xuất hiện bất ngờ, xảy ra trên một diện tích hẹp, duy trì trong thời gian ngắn, mang nhiều bùn cát và có sức tàn phá lớn. Phương pháp GIS là phương pháp hiện đại và đang được ứng dụng nhiều ở Việt Nam bởi cho kết quả cảnh báo có thể chấp nhận được và các số liệu hiện tại đảm bảo cho việc sự dụng công nghệ này. Việc xây dựng bộ bản đồ phân vùng lũ quét và sạt lở đất trên địa bàn tỉnh miền núi sẽ góp phần giảm đến mức thấp nhất thiệt hại về người và tài sản khi xảy ra lũ quét và sạt lở đất. Xây dựng bản đồ phân vùng cảnh báo lũ quét và sạt lở đất sẽ là cơ sở để xây dựng quy hoạch các ngành kinh tế khác như quy hoạch tái định cư, quy hoạch phát triển giao thông và cơ sở hạ tầng khác góp phần quan trọng bảo đảm phát triển bền vững kinh tế- xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh, trật tự an toàn xã hội của tỉnh.
2. Ứng dụng công nghệ WebGIS xây dựng bản đồ cảnh báo lũ quét và sạt lở đất trên địa bàn tỉnh miền núi
Nói chung, các định nghĩa của WebGIS dựa trên những định nghĩa đa dạng của GIS và có thêm các thành phần của Web. WebGIS là một hệ thống phức tạp cung cấp truy cập trên mạng với những chức năng như là bắt giữ hình ảnh, lưu trữ, hợp nhất dữ liệu, thao tác dữ liệu, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian. WebGIS hoạt động theo mô hình như hoạt động của một website thông thường, vì thế hệ thống WebGIS cũng có kiến trúc ba tầng điển hình của một ứng dụng web thông dụng.
* Chức năng hiển thị: Hiển thị toàn bộ tất cả các lớp bản đồ, hiển thị các lớp bản đồ theo tùy chọn, thay đổi tỉ lệ hiển thị bản đồ (phóng to, thu nhỏ), di chuyển khu vực hiển thị, hiển thị thông tin về đối tượng cụ thể và in bản đồ.
* Chức năng phân tích và thiết kế: Thực hiện việc tìm kiếm các dữ liệu phù hợp với yêu cầu, chỉnh sửa đối tượng sẵn có thông tin về màu sắc (style) và tạo bản đồ chuyên đề.
Để xây dựng bản đồ cảnh báo lũ quét và sạt lở đất sử dụng phương pháp chồng chập bản đồ với sự trợ giúp của công nghệ GIS và phần mềm ARCGIS.
Phương pháp chồng chập bản đồ: phương pháp này gần giống với phương pháp phân tích nhân tố. Tuy nhiên, phương pháp này cho chúng ta nghiên cứu các quan hệ không gian theo chiều thẳng đứng, tìm ra các sự trùng hợp lãnh thổ, tạo ra các tổng hợp thể lãnh thổ có sự đồng nhất về hai hay nhiều yếu tố. Đối với việc chồng xếp các lớp bản đồ đa giác thì có 3 hình thức khác nhau, đem lại những kết quả khác nhau.
Dựa trên phương pháp GIS và việc phân tích các nhân tố chịu ảnh hưởng, sẽ xây dựng được bản đồ cảnh báo nguy cơ xảy ra lũ quét và sạt lở đất với các mức độ khác nhau từ không có nguy cơ xảy ra đến mức độ nguy cơ xảy ra cao nhất cho các khu vực trên địa bàn tỉnh.
Các nguồn thông tin tài liệu
Các tài liệu dùng để nghiên cứu, phân tích phân vùng lũ quét bao gồm:
- Tài liệu điều tra, khảo sát các trận lũ quét và trượt lở đất trong các năm.
- Tài liệu đo đạc lương mưa các trạm khí tượng trên địa bàn.
- Tài liệu mặt đệm bao gồm: Thảm phủ thực vật; Độ dốc địa hình; Đất độ bở rời và khả năng liên kết của đất; Địa chất: mức độ phong hóa của đất
Các dữ liệu trên đa phần có trong CSDL tỷ lệ 1:25.000, 1:50.000 của Cục Bản đồ/ BTTM nên chất lượng tương đối tốt. Vì vậy, các loại bản đồ này hoàn toàn đủ độ tin cậy làm số liệu đầu vào phục vụ cho việc xây dựng bản đồ cảnh báo nguy cơ xảy ra lũ quét và trượt lở đất.
Kỹ thuật phủ thông tin trên khu vực nghiên cứu
Tài liệu khí tượng như lượng mưa thu thập trên các trạm là rời rạc, phân bố rất không đều theo không gian vì vậy cần phải xây dựng các bản đồ phân vùng hay bản đồ đường đồng mức. Ở đây, lượng mưa một ngày lớn nhất được xây dựng dưới dạng các đường đồng mức. Trên cơ sở các bản đồ xây dựng, kỹ thuật phủ thông tin trên khu vực nghiên cứu được tiến hành bằng cách:
- Chọn các đặc trưng biểu thị; Phân cấp các đặc trưng
- Tính các đặc trưng theo các cấp và gán các đặc trưng vào các ô lưới với kích thước ô lưới 30 x 30 m.
Phân cấp các nhân tố
Các đặc trưng được phân làm 4 cấp theo mức độ ảnh hưởng đến quá trình hình thành lũ quét khác nhau. Các bản đồ được sử dụng là:
- Bản đồ đẳng trị lượng mưa một ngày lớn nhất
- Bản đồ độ dốc bề mặt
- Bản đồ hiện trạng thảm phủ thực vật
- Bản đồ đất
- Bản đồ phong hóa đất
a. Lượng mưa một ngày lớn nhất:
+ Xác lập ngưỡng mưa sinh lũ quét:
Theo kết quả tổng hợp 10 năm khảo sát điều tra lũ quét: thời khoảng (giờ) 1,3,6,12,24 tương ứng là ngưỡng mưa sinh lũ quét 100,120,140,180,200,220 mm. Ngưỡng mưa gây lũ quét Xq, là giới hạn lượng mưa ngày lớn nhất mà từ đó tốc độ dòng chảy lũ hay tốc độ xói mòn đất tăng đột biến.
Lượng mưa càng lớn thì khả năng sinh lũ quét càng cao. Có thể phân cấp lượng mưa một ngày lớn nhất theo các cấp sau:
Cấp 1: X1max ≥ 250 mm | Cấp 3: 150 < X1max < 200 mm |
Cấp 2: 200 < X1max < 250 mm | Cấp 4: X1max <150 mm |
b. Bản đồ độ dốc bề mặt lưu vực: Chúng ta biết rằng nước lũ chuyển động từ nơi cao đến nơi thấp và đó là lẽ tự nhiên. Song, 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.Độ dốc bề mặt lưu vực càng lớn thì khả năng sinh lũ quét và trượt lở đất càng cao. Có thể phân độ dốc bề mặt lưu vực theo 4 cấp như sau:
Phân cấp | Cấp 1: J ≥ 30o | Cấp 2: 200< J < 30o | Cấp 3: 10o< J < 20o | Cấp 4: J < 10o |
c. Bản đồ đất: Đất là một nhân tố chủ yếu của mặt đệm. Khảo sát các nhóm nhân tố tạo nên lũ quét đã đi đến nhận xét rằng: Mưa là điều kiện cần, còn mặt đệm là điều kiện đủ. Điều kiện mặt đệm chi phối mạnh mẽ quá trình hình thành lũ. Mặt đệm ảnh hưởng đến lượng tổn thất dòng chảy lũ. Tổn thất dòng chảy lũ bao gồm quá trình thấm, điền trũng, ngưng chặn bởi lớp phủ thực vật và bốc hơi. Thấm giữ vai trò quan trọng nhất mà chủ yếu do đất quyết định. Như vậy, đất ảnh hưởng trực tiếp đến hình thành lũ quét ở cả hai pha: pha rắn và pha lỏng.Đất sẽ được phân theo khả năng thấm của đất như sau:
Cấp 1: Thấm nhiều: Đất cát, cát pha, đất mùn, đất thịt nhẹ
Cấp 2: Thấm trung bình: Đất thịt trung bình, sét pha cát
Cấp 3: Thấm ít: Đất thịt nặng, đất sét mịn
Cấp 4: Thấm rất ít: Núi đá, đất sét và đất thịt nặng
d. Bản đồ thảm phủ thực vật: Lớp phủ thực vật ảnh hưởng khá lớn đến khả năng tập trung dòng chảy sườn dốc và vì vậy ảnh hưởng đến khả năng sinh lũ quét và trượt lở đất. Lớp phủ thực vật được phân theo hiện trạng sử dụng đất như sau: Cấp 1: Đất trống và núi đá; Cấp 2: Đất nông nghiệp trồng cây ngắn ngày; Cấp 3: Rừng tre nứa, rừng hỗn giao, rừng trồng mới, rừng lá rộng thường xanh thưa; Cấp 4: Rừng giàu, rừng lá rộng thường xanh kín và trung bình.
e. Bản đồ địa chất: Đối với địa chất, có thể căn cứ vào mức độ phong hóa đất để chia làm các mức độ ảnh hưởng khác nhau tới khả năng sinh lũ quét. Có thể chia làm 4 cấp độ như sau:
- Cấp 1: Các thành tạo địa chất phong hóa mạnh; Cấp 2: Các thành tạo địa chất phong hóa trung bình; Cấp 3: Các thành tạo địa chất phong hóa yếu; Cấp 4: Các thành tạo phong hóa cacbonat.
Dựa trên qui trình xây dựng trên, chúng tôi đã xây dựng được bản đồ cảnh báo nguy cơ xảy ra lũ quét với việc coi các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng sinh lũ quét là như nhau. Kết quả đã đưa ra bản đồ phân vùng nguy cơ xảy ra lũ quét và trượt lở đất theo các mức độ khác nhau.
Kết quả xây dựng bản đồ phân vùng cảnh báo lũ quét và sạt lở đất
Kết quả của việc tính toán xây dựng bản đồ phân vùng cảnh báo lũ quét và trượt lở đất được đưa ra dưới 2 hình thức: Bản đồ và các bảng biểu.
Dạng bản đồ: Bản đồ cảnh báo lũ quét và sạt lở đất được xây dựng dựa trên việc phân cấp với 4 mức độ nguy cơ xảy ra lũ quét là: không có nguy cơ xảy ra, nguy cơ xảy ra thấp, nguy cơ xảy ra trung bình và nguy cơ xảy ra cao. Căn cứ vào các mức độ xảy ra trên bản đồ để đưa ra các cảnh báo cho người dân khi xảy ra diễn biến thời tiết xấu, đặc biệt khi xảy ra mưa với cường độ lớn trong thời gian ngắn.
Dạng bảng biểu: Kết hợp với bản đồ phân vùng lũ quét, để các nhà quản lý có thể nắm được cụ thể chi tiết được từng thôn, bản, xã phường nằm trong vùng có nguy cơ xảy ra lũ quét và sạt lở đất rất cao, đã đưa ra các bảng thông số về những vùng này. Trong bảng thống kê chi tiết tên thôn bản, xã, phường, huyện và diện tích vùng có nguy cơ xảy ra lũ quét và sạt lở đất rất cao.
3. Kết luận
Dựa trên các vị trí điều tra lũ quét và sạt lở đất đã xảy ra, cùng với việc phân tích các nhân tố ảnh hưởng có sự hiệu chỉnh trên phần mềm ARCGIS đã xây dựng được bản đồ cảnh báo nguy cơ xảy ra lũ quét và sạt lở đất một cách nhanh chóng và có độ chính xác cao. Cùng với việc lồng ghép nhiều lớp thông tin trên bản đồ giúp cho các nhà quản lý dễ dàng quản lý và ra quyết định các giải pháp phòng tránh khi loại hình thiên tai đó có thể xảy ra. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu phân vùng nguy cơ lũ quét và sạt lở đất sẽ lắp đặt hệ thống cảnh báo, biển cảnh báo lũ quét và sạt lở đất tại những vùng có nguy cơ cao.
5. Tài liệu tham khảo
[1]. PGS.TS Nguyễn Ngọc Quỳnh, Ths. Đào Văn Khương “Quy hoạch phòng chống lũ, bão và giảm nhẹ thiên tai trên địa bàn tỉnh Sơn la từ năm 2010 đến năm 2015 và tầm nhìn đến năm 2020”, Phòng thí nghiệm trọng điểm QG về động lực học sông biển, 2010.
[2]. PGS.TS Cao Đăng Dư, PGS.TS. Lê Bắc Huỳnh, Lũ Quét ,“Nguyên nhân và biện pháp phòng tránh”, NXB Nông Nghiệp, 2000.