Kết quả chồng lớp cho phép xây dựng được bản đồ phân vùng nguy cơ các cấp Hình 3 và xác định được chính xác các khu vực nguy cơ trượt lở trên bản đồ số.. Xây dựng các lớp bản đồ thành ph
Trang 1Nguyễn Tấn Khôi, Bùi Đức Thọ
ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG HỆ THỐNG HỖ TRỢ CẢNH BÁO
NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT TỈNH QUẢNG NGÃI
GIS APPLICATION TO BUILD AN EARLY WARNING SYSTEM FOR LANDSLIDE RISK IN QUANG NGAI PROVINCE
Nguyễn Tấn Khôi, Bùi Đức Thọ
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; Email: ntkhoi@dut.udn.vn, ducthoqbt@yahoo.com.vn
Tóm tắt – Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng hệ thống
hỗ trợ cảnh báo sớm trượt lở đất Đây là vấn đề đang được quan
tâm, trong đó có việc xác định khu vực có tiềm năng trượt lở Đây là
vấn đề cần thiết để phục vụ cho công tác cảnh báo và phòng chống
nhằm giảm nhẹ thiên tai do lũ quét gây ra Bản đồ số GIS được xây
dựng cho các khu vực vùng núi chứa các thông tin như mức độ rừng
bị phá, độ dốc, thảm phủ thực vật Từ các thông tin này, ta có thể
tính toán để dự đoán những khu vực có nguy cơ trượt lở đất Một
hệ thống ứng dụng nhằm cảnh báo các tai biến được triển khai thực
nghiệm tại tỉnh Quảng Ngãi Kết quả thực nghiệm thể hiện hiệu quả
của giải pháp Hơn nữa, hệ thống cũng có thể dùng như một công
cụ hỗ trợ cho các nhà hoạch định chính sách.
Từ khóa – GIS; AHP; thảm họa; trượt lở; bản đồ số; cảnh báo sớm.
Abstract – This paper presents the results of a research on the
construction a GIS-based decision support system for landslide early warning Research of landslide risk is a matter of being interested; including the identification of areas have a high risk for landslides.This is necessary for the warning and prevention
to mitigation of natural A GIS map is built for the mountains, which contains information such as the level of deforestation, slope, vegetation cover, etc From this information, one can calculate to predict landslide hazard areas We have developed an application system to experiment the disaster warning in Quang Ngai province Results are presented to demonstrate the effectiveness of our approach Furthermore, this system can be usefully as a support tool for policy decision makers.
Key words – GIS; AHP; disaster; landslide; digital map; early
warning.
1 Đặt vấn đề
Trượt lở đất là một tai biến thiên nhiên dưới tác động
của nhiều nhân tố như địa hình, địa mạo, thủy văn, nhất là
sự biến động của lớp phủ thổ nhưỡng, thảm thực vật rừng và
hoạt động khai thác tài nguyên rừng của con người [1][8]
Đây là loại hình tai biến thiên nhiên gây nhiều khó khăn
cho việc ổn định dân cư và phát triển sản xuất của các
vùng miền
Cho đến nay, nước ta vẫn chưa có một hệ thống cảnh
báo tiềm năng trượt lở đất tại các khu vực miền núi, đặc biệt
là các khu vực miền Trung Việc tổ chức cập nhật các dữ
liệu địa lý, dữ liệu thiên tai chưa thống nhất và không đồng
bộ Do đó cần có nghiên cứu cảnh báo trượt lở đất để từ đó
có thể đưa ra các giải pháp phòng tránh là điều cần thiết, có
tính thực tiễn cao
Tháng 11/2013, Viện Khoa học địa chất và khoáng sản
có báo cáo kết quả bước đầu của Đề án Điều tra, đánh giá
và phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất đá các vùng núi
Việt Nam Trong kết quả nghiên cứu về trượt lở tại một số
tỉnh [7][8][11], các tác giả cũng đã đề xuất sử dụng phương
pháp AHP (Analytical Hierarchy Process) để xây dựng bản
đồ nguy cơ Ngoài ra cũng sử dụng công cụ phân tích ảnh
viễn thám để giải đoán kết quả [11] Tuy nhiên hầu hết các
kết quả nghiên cứu này dựa trên các công cụ như ArcGIS,
dữ liệu bản đồ tĩnh, quá trình cập nhật dữ liệu khó khăn và
kích thước dữ liệu lưu trữ trong bản đồ bị hạn chế Ngoài
cũng chưa có một hệ thống thông tin bản đồ số nhằm dự
báo thiên tai, thống kê, cập nhật và xử lý số liệu
Quảng Ngãi là tỉnh vùng duyên hải miền Trung bao gồm
6 huyện đồng bằng ven biển, 6 huyện miền núi và một huyện
đảo Lý Sơn Địa hình phía Đông của Quảng Ngãi là dãy
đồng bằng nhỏ hẹp, phía Tây và Tây Nam là một phần Đông
Nam dãy Trường Sơn giáp với cao nguyên Trung Bộ Địa
hình thấp dần từ Tây sang Đông với phần lớn diện tích đất đai là rừng núi Do tính chất của địa hình nên hàng năm thường xảy ra trượt lở gây ảnh hưởng rất lớn đến đời sống người dân [2][3][5] Xây dựng bản đồ số khu vực tiềm năng trượt lở có ý nghĩa quan trọng, cho phép số hóa và tổ chức quản lý lưu trữ thông tin liên quan đến các đối tượng địa lý trong cơ sở dữ liệu, thuận tiện cho cập nhật, khai thác và truy vấn trên các thông tin nhằm phục vụ tác nghiệp, kết xuất các báo cáo, biểu đồ
Hiện nay, trong nghiên cứu và phân vùng nguy cơ trượt
lở đất có rất nhiều phương pháp khác nhau [10] Trong đó phương pháp quy trình phân tích thứ bậc AHP được tiếp cận trên quan điểm địa lý – địa mạo được sử dụng rộng rãi [4] Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS xây dựng hệ thống phần mềm dự báo trượt lở đất
để làm cơ sở cung cấp các thông tin cảnh báo nguy cơ trượt
lở Kết quả được triển khai thực nghiệm tại các khu vực miền núi tỉnh Quảng Ngãi và có thể được nhân rộng mô hình sang các tỉnh khác
2 Xây dựng bản đồ nguy cơ trượt lở đất
Có nhiều nhân tố tĩnh và động ảnh hưởng đến sự hình thành sạt lở đất, trong đó có các nhóm nhân tố chính như lượng mưa với cường suất lớn, nhân tố địa hình, địa mạo, thổ nhưỡng, độ dốc, nhân tố thảm phủ thực vật Ngoài ra các hoạt động của con người như chặt phá khai thác rừng, lấn chiếm lòng dẫn cũng ảnh hưởng đến việc hình thành nguy cơ trượt lở [1]
Các lớp bản đồ thành phần chính được lựa chọn để thực hiện quá trình chồng lớp như: bản đồ phân bố lượng mưa, bản đồ độ dốc bề mặt, bản đồ thảm phủ thực vật, bản đồ hiện trạng đất, lớp bản đồ các cấp khả năng thấm của đất (Hình 1) Từ các bản đồ thành phần này, bản đồ tiềm năng
33
Trang 2TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(74).2014.QUYỂN II
trượt lở đất được xây dựng dựa trên kỹ thuật chồng lớp các bản đồ theo phương pháp AHP Kết quả chồng lớp cho phép xây dựng được bản đồ phân vùng nguy cơ các cấp (Hình 3)
và xác định được chính xác các khu vực nguy cơ trượt lở trên bản đồ số
Các dữ liệu bản đồ GIS được tổ chức thành 02 nhóm:
dữ liệu địa lý nền, dữ liệu địa lý chuyên ngành Ngoài ra hệ thống sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu để tổ chức lưu các thông tin bổ sung nhằm hỗ trợ truy vấn và tìm kiếm thông tin liên quan đến đối tượng
2.1 Xây dựng các lớp bản đồ thành phần
Để tổng hợp thông tin về bản đồ thành phần tỉnh Quảng Ngãi, chúng tôi đã tiến hành đánh giá các yếu tố mặt đệm lưu vực (địa chất, địa động lực, địa chất thủy văn, địa hình, lớp phủ thực vật, lớp phủ thổ nhưỡng) nhằm xác định các tác nhân gây tai biến thiên nhiên tại các vùng miền có nguy
cơ tai biến
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ ……….
2
huyện miền núi và một huyện đảo Lý Sơn Địa
hình phía Đông của Quảng Ngãi là dãy đồng
bằng nhỏ hẹp, phía Tây và Tây Nam là một phần
Đông Nam dãy Trường Sơn giáp với cao nguyên
Trung Bộ Địa hình thấp dần từ Tây sang Đông
với phần lớn diện tích đất đai là rừng núi Do
tính chất của địa hình nên hàng năm thường xảy
ra trượt lở gây ảnh hưởng rất lớn đến đời sống
người dân [2,3,5]
Xây dựng bản đồ số khu vực tiềm năng
trượt lở có ý nghĩa quan trọng, cho phép số hóa
và tổ chức quản lý lưu trữ thông tin liên quan
đến các đối tượng địa lý trong cơ sở dữ liệu,
thuận tiện cho cập nhật, khai thác và truy vấn
trên các thông tin nhằm phục vụ tác nghiệp, kết
xuất các báo cáo, biểu đồ
Hiện nay, trong nghiên cứu và phân vùng
nguy cơ trượt lở đất có rất nhiều phương pháp
khác nhau [10] Trong đó phương pháp quy trình
phân tích thứ bậc AHP được tiếp cận trên quan
điểm địa lý – địa mạo được sử dụng rộng rãi [4]
Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu ứng
dụng công nghệ GIS xây dựng hệ thống phần
mềm dự báo trượt lở đất để làm cơ sở cung cấp
các thông tin cảnh báo nguy cơ trượt lở Kết quả
được triển khai thực nghiệm tại các khu vực
miền núi tỉnh Quảng Ngãi và có thể được nhân
rộng mô hình sang các tỉnh khác Nội dung bao
gồm: phần 1 tổng quan về vấn đề nghiên cứu;
phần 2 trình bày về chồng lớp xây dựng bản đồ
số nguy cơ trượt lở; phần 3 mô tả hệ thống phần
mềm cảnh báo thiên tai trượt lở; cuối cùng là kết
luận và các hướng phát triển
2 XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGUY CƠ TRƯỢT
LỞ ĐẤT
Có nhiều nhân tố tĩnh và động ảnh hưởng
đến sự hình thành sạt lở đất, trong đó có các
nhóm nhân tố chính như lượng mưa với cường
suất lớn, nhân tố địa hình, địa mạo, thổ nhưỡng,
độ dốc, nhân tố thảm phủ thực vật… Ngoài ra
các hoạt động của con người như chặt phá khai
thác rừng, lấn chiếm lòng dẫn… cũng ảnh hưởng
đến việc hình thành nguy cơ trượt lở [1]
Các lớp bản đồ thành phần chính được lựa chọn để thực hiện quá trình chồng lớp như: bản
đồ phân bố lượng mưa, bản đồ độ dốc bề mặt, bản đồ thảm phủ thực vật, bản đồ bản đồ hiện trạng đất, lớp bản đồ các cấp khả năng thấm của đất (Hình 1) Từ các bản đồ thành phần này, bản
đồ tiềm năng trượt lở đất được xây dựng dựa trên kỹ thuật chồng lớp các bản đồ theo phương pháp AHP Kết quả chồng lớp cho phép xây dựng được bản đồ phân vùng nguy cơ các cấp (Hình 3) và xác định được chính xác các khu vực nguy cơ trượt lở trên bản đồ số
Các dữ liệu bản đồ GIS được tổ chức thành 02 nhóm: dữ liệu địa lý nền dữ liệu địa lý chuyên ngành Ngoài ra hệ thống sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu để tổ chức lưu các thông tin bổ sung nhằm hỗ trợ truy vấn và tìm kiếm thông tin liên quan đến đối tượng
2.1 Xây dựng các lớp bản đồ thành phần
a) Bản đồ bản đồ hiện trạng đất b) Bản đồ lượng mưa trung bình
năm
c) Bản đồ độ dốc bề mặt d) Bản đồ thảm phủ thực vật
Hình 1 Các loại bản đồ dẫn xuất
Để tổng hợp thông tin về bản đồ thành phần tỉnh Quảng Ngãi, chúng tôi đã tiến hành đánh giá các yếu tố mặt đệm lưu vực (địa chất, địa động lực, địa chất thủy văn, địa hình, lớp phủ
Hình 1: Các loại bản đồ dẫn xuất
Việc phân cấp các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xảy
ra tai biến thiên nhiên có tính tương đối do phạm vi mỗi cấp
có sự biến động tương đối rộng
2.2 Phân tích các nhân tố thành phần
Dựa trên kết quả điều tra dữ liệu [2][3] và thực địa, chúng tôi tiến hành phân tích các nhân tố thành phần tại tỉnh Quảng Ngãi
Bảng 1: Phân cấp theo lượng mưa TBN
Cấp Nguy cơ Lượng mưa TBN (mm/năm)
Yếu tố lượng mưa trung bình năm (TBN) tại các cấp đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nguy cơ tai biến (Bảng 1)
Yếu tố độ dốc các vùng núi Quảng Ngãi ảnh hưởng mạnh đến quá trình phát sinh trượt lở Trên sườn độ dốc
35o− 45o
, nguy cơ diễn ra lớn nhất (Bảng 2)
Bảng 2: Phân cấp nguy cơ dựa vào độ dốc
Yếu tố phân loại đất: thể hiện ở độ cứng, độ bền chắc của các nhóm đất đá trong phát sinh trượt lở đất ở Quảng Ngãi (Bảng 3)
Bảng 3: Phân cấp nguy cơ dựa và loại đất
Cấp Nguy cơ Hiện trạng đất
Cấp 1 Rất thấp Đất mặt nước (sông, hồ, ) Cấp 2 Thấp Đất cát, cát pha đất thịt nhẹ Cấp 3 Trung bình Đất thịt trung bình, sét pha cát
Cấp 5 Rất cao Đất thịt nặng, đất sét, đá gốc Yếu tố lớp phủ thực vật thể hiện ở độ che phủ của thực vật Yếu tố sử dụng đất đặc trưng cho hoạt động kinh tế của con người tác động phát sinh trượt lở
2.3 Tính hệ số cho các nhân tố
Từ kết quả phân tích các nhân tố thành phần, chúng tôi xây dựng các bảng hệ số nhân tố (Bảng 4) và tiến hành tính các trọng số wi của các chỉ tiêu theo phương pháp AHP áp dụng cho tỉnh Quảng Ngãi
Bảng 4: Xác định hệ số cho các nhân tố
Lớp
Lượng mưa
C1
Độ dốc
C2
Địa hình
C3
Phân loại đất C4
Thảm thực vật
C5
Bảng 5 thể hiện trọng số của các yếu tố thành phần wi
dựa vào phương pháp AHP Giá trị wi được tính như sau [9]:
mi =√5
ai1∗ ai2∗ ai3∗ ai4∗ a15
wi = mi/
5
P
i=1
mi
với i=1 5 34
Trang 3Nguyễn Tấn Khôi, Bùi Đức Thọ
Bảng 6: Giá trị các trọng số AHP
Giá trị tỉ số nhất quán CR = 0.054 < 0.1 nằm trong
ngưỡng cho phép theo điều kiện của phương pháp AHP
[9,10] nên các trọng số wiphù hợp để chồng lớp bản đồ
2.4 Chồng lớp xây dựng bản đồ
Quá trình chồng lớp xây dựng bản đồ nguy cơ trượt lở
như sau:
1 Xác định và số hóa các nhân tố hình thành trượt lở
C1, C2, , Cn
2 Xác định trọng số tương tác giữa các yếu tố ảnh hưởng
thành phần
3 Tính chỉ số nhạy cảm
LSI =
n
X
i=1
wiCi
4 Đánh giá mức độ phù hợp của kết quả
5 Điều chỉnh lại kết quả trên cơ sở phân tích lại các
nhân tố tác động
6 Kiểm tra đối chiếu với dữ liệu khảo sát thực địa
Bảng 7: Phân chia cấp độ nguy cơ lũ quét
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ ……….
4
3 Tính chỉ số nhạy cảm
1
n
i i i LSI w C
4 Đánh giá mức độ phù hợp của kết quả
5 Điều chỉnh lại kết quả trên cơ sở phân
tích lại các nhân tố tác động
6 Kiểm tra đối chiếu với dữ liệu khảo sát
thực địa
Bảng 8 Phân chia cấp độ nguy cơ lũ quét
Cấp 1 Rất thấp 1.426 ÷ 2.852
Cấp 3 Trung bình 4.280 ÷ 5.705
Cấp 5 Rất cao 7.132 ÷ 8.556
Ký hiệu: Khu vực có nguy cơ trượt lở rất cao (màu đỏ)
Khu vực có nguy cơ trượt lở cao (màu vàng)
Hình 2 Bản đồ nguy cơ trượt lở tỉnh Quảng Ngãi
Khả năng trượt lở đất được chia thành 5
cấp như trên Bảng 8 Trên bản đồ khu vực tiềm
năng trượt lở (Hình 3), các khu vực màu đỏ nguy
cơ trượt lở cao, các khu vực màu vàng có nguy
cơ trượt lở trung bình, các vùng còn lại đều có
nguy cơ trượt lở ở mức thấp
Từ kết quả chồng lớp bản đồ số GIS sử
dụng phương pháp chuyên gia AHP, ta xác định
được nhiều điểm có nguy cơ xảy ra trượt lở nằm
rải rác ở các huyện miền núi: huyện Batơ (Suối
Nước Reo, Nước Mang, Xóm Tư, Làng Mâm,
Xóm Sủ ), huyện Minh Long (thôn Gò Tranh,
Xã Long Mai, Mai Lãnh Thượng, Suối Bà Leng,
Làng Vang), huyện Sơn Hà (Núi Gõ, làng Vòm, làng Nua…), huyện Trà Bồng (Thôn Trà Xanh, thôn Trà Lạc, thôn Trà Khương), huyện Sơn Tây (Nước Lay, Gò Lả, Tà Em, Nước Min…) Trong
đó có nhiều điểm có nguy cơ cao và nằm gần khu dân cư, bệnh viện, trường học
Qua điều tra thực địa tại một số khu vực trên bản đồ, kết quả cho thấy bản đồ tiềm năng trượt lở xảy ra tại các khu vựa miền núi tỉnh Quảng Ngãi có độ chính xác cao Một số địa điểm đã xảy ra trượt lở như tại huyện Ba tơ (Làng Mâm, xã Ba Bích) ngày 17/03/2013, tại huyện Sơn Tây (Gò Lả, xã Sơn Dung) ngày 22/11/2013 Một số khác biệt nhỏ chủ yếu là do
sự tác động của con người vào khu vực và cấu tạo địa chất cục bộ (Hình 3)
a) Điểm trượt lở tại thị trấn Di Lăng, Sơn Hà Điểm 4:
huyện Sơn Tây tại vị trí 14°58'33.08"B và 108°20'7.32"Đ
b) Điểm trượt lở tại xã Trà Hiệp, Trà Bồng tại vị trí 15°16'45.16"B, 108°23'55.79"Đ
Hình 3 Thực địa một số địa điểm trượt lở
3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHẦN MỀM CẢNH BÁO NGUY CƠ TRƯỢT LỞ
Hệ thống dự báo nguy cơ trượt lở đất bao gồm các thành phần được mô tả như trong Hình
2 Các số liệu đo được từ các khu vực đo mưa, quan trắc đặt tại các khu vực được tự động truyền về hệ thống trung tâm để cập nhật vào cơ
sở dữ liệu bản đồ Từ lượng thông tin tiếp nhận theo thời gian thực, hệ thống phân tích và ra quyết định cảnh báo khả năng trượt lở cho từng khu vực có nguy cơ Sơ đồ hoạt động của hệ thống được mô tả như sau (Hình 4)
Việc cảnh báo các vùng nguy cơ xảy ra
Hình 2: Bản đồ nguy cơ trượt lở tỉnh Quảng Ngãi
Khả năng trượt lở đất được chia thành 5 cấp như trên
Bảng 7 Trên bản đồ khu vực tiềm năng trượt lở (Hình 3),
các khu vực màu đỏ nguy cơ trượt lở cao, các khu vực màu vàng có nguy cơ trượt lở trung bình, các vùng còn lại đều
có nguy cơ trượt lở ở mức thấp
Từ kết quả chồng lớp bản đồ số GIS sử dụng phương pháp chuyên gia AHP, ta xác định được nhiều điểm có nguy
cơ xảy ra trượt lở nằm rải rác ở các huyện miền núi: huyện Batơ (Suối Nước Reo, Nước Mang, Xóm Tư, Làng Mâm, Xóm Sủ ), huyện Minh Long (thôn Gò Tranh, Xã Long Mai, Mai Lãnh Thượng, Suối Bà Leng, Làng Vang), huyện Sơn Hà (Núi Gõ, làng Vòm, làng Nua ), huyện Trà Bồng (Thôn Trà Xanh, thôn Trà Lạc, thôn Trà Khương), huyện Sơn Tây (Nước Lay, Gò Lả, Tà Em, Nước Min ) Trong
đó có nhiều điểm có nguy cơ cao và nằm gần khu dân cư, bệnh viện, trường học
Qua điều tra thực địa tại một số khu vực trên bản đồ, kết quả cho thấy bản đồ tiềm năng trượt lở xảy ra tại các khu vựa miền núi tỉnh Quảng Ngãi có độ chính xác cao Một số địa điểm đã xảy ra trượt lở như tại huyện Ba tơ (Làng Mâm,
xã Ba Bích) ngày 17/03/2013, tại huyện Sơn Tây (Gò Lả, xã Sơn Dung) ngày 22/11/2013 Một số khác biệt nhỏ chủ yếu
là do sự tác động của con người vào khu vực và cấu tạo địa chất cục bộ (Hình 3)
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ ………
4
3 Tính chỉ số nhạy cảm
1
n
i i i LSI w C
4 Đánh giá mức độ phù hợp của kết quả
5 Điều chỉnh lại kết quả trên cơ sở phân
tích lại các nhân tố tác động
6 Kiểm tra đối chiếu với dữ liệu khảo sát
thực địa
Bảng 8 Phân chia cấp độ nguy cơ lũ quét
Ký hiệu: Khu vực có nguy cơ trượt lở rất cao (màu đỏ)
Khu vực có nguy cơ trượt lở cao (màu vàng)
Hình 2 Bản đồ nguy cơ trượt lở tỉnh Quảng Ngãi
Khả năng trượt lở đất được chia thành 5
cấp như trên Bảng 8 Trên bản đồ khu vực tiềm
năng trượt lở (Hình 3), các khu vực màu đỏ nguy
cơ trượt lở cao, các khu vực màu vàng có nguy
cơ trượt lở trung bình, các vùng còn lại đều có
nguy cơ trượt lở ở mức thấp
Từ kết quả chồng lớp bản đồ số GIS sử
dụng phương pháp chuyên gia AHP, ta xác định
được nhiều điểm có nguy cơ xảy ra trượt lở nằm
rải rác ở các huyện miền núi: huyện Batơ (Suối
Nước Reo, Nước Mang, Xóm Tư, Làng Mâm,
Xóm Sủ ), huyện Minh Long (thôn Gò Tranh,
Xã Long Mai, Mai Lãnh Thượng, Suối Bà Leng,
Làng Vang), huyện Sơn Hà (Núi Gõ, làng Vòm, làng Nua…), huyện Trà Bồng (Thôn Trà Xanh, thôn Trà Lạc, thôn Trà Khương), huyện Sơn Tây (Nước Lay, Gò Lả, Tà Em, Nước Min…) Trong
đó có nhiều điểm có nguy cơ cao và nằm gần khu dân cư, bệnh viện, trường học
Qua điều tra thực địa tại một số khu vực trên bản đồ, kết quả cho thấy bản đồ tiềm năng trượt lở xảy ra tại các khu vựa miền núi tỉnh Quảng Ngãi có độ chính xác cao Một số địa điểm đã xảy ra trượt lở như tại huyện Ba tơ (Làng Mâm, xã Ba Bích) ngày 17/03/2013, tại huyện Sơn Tây (Gò Lả, xã Sơn Dung) ngày 22/11/2013 Một số khác biệt nhỏ chủ yếu là do
sự tác động của con người vào khu vực và cấu tạo địa chất cục bộ (Hình 3)
a) Điểm trượt lở tại thị trấn Di Lăng, Sơn Hà Điểm 4: huyện Sơn Tây tại vị trí 14°58'33.08"B và 108°20'7.32"Đ
b) Điểm trượt lở tại xã Trà Hiệp, Trà Bồng tại vị trí 15°16'45.16"B, 108°23'55.79"Đ
Hình 3 Thực địa một số địa điểm trượt lở
3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHẦN MỀM CẢNH BÁO NGUY CƠ TRƯỢT LỞ
Hệ thống dự báo nguy cơ trượt lở đất bao gồm các thành phần được mô tả như trong Hình
2 Các số liệu đo được từ các khu vực đo mưa, quan trắc đặt tại các khu vực được tự động truyền về hệ thống trung tâm để cập nhật vào cơ
sở dữ liệu bản đồ Từ lượng thông tin tiếp nhận theo thời gian thực, hệ thống phân tích và ra quyết định cảnh báo khả năng trượt lở cho từng khu vực có nguy cơ Sơ đồ hoạt động của hệ thống được mô tả như sau (Hình 4)
Việc cảnh báo các vùng nguy cơ xảy ra
Hình 3: Thực địa một số địa điểm trượt lở
3 Xây dựng hệ thống phần mềm cảnh báo nguy cơ trượt lở
Hệ thống dự báo nguy cơ trượt lở đất bao gồm các thành phần được mô tả như trong Hình 2 Các số liệu đo được từ các khu vực đo mưa, quan trắc đặt tại các khu vực được tự động truyền về hệ thống trung tâm để cập nhật vào cơ sở
dữ liệu bản đồ Từ lượng thông tin tiếp nhận theo thời gian thực, hệ thống phân tích và ra quyết định cảnh báo khả năng trượt lở cho từng khu vực có nguy cơ Sơ đồ hoạt động của
hệ thống được mô tả như sau (Hình 4)
Việc cảnh báo các vùng nguy cơ xảy ra trượt lở đất được tiến hành theo các bước sau:
- Theo dõi và dự báo sự phát triển của các hình thế thời tiết gây mưa lớn, kết hợp với điều kiện thuỷ văn, mặt đệm lưu vực
- Cảnh báo nguy cơ cho khu vực hẹp theo lượng mưa
35
Trang 4TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(74).2014.QUYỂN II
dự báo
- Cảnh báo nguy cơ theo kết quả phân tích bản đồ lượng
mưa thực đo (tổng hợp từ mạng lưới trạm điện báo
mặt đất với lượng mưa tính được từ các trạm đo )
Hệ thống khai thác hai loại hình dữ liệu để cảnh báo
nguy cơ trượt lở theo thời gian thực: dữ liệu tĩnh là các bản
đồ số thảm thực vật, phân loại đất, độ dốc và dữ liệu động
là lượng mưa theo giờ, hiện trạng rừng
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ …………
5
trượt lở đất được tiến hành theo các bước sau:
- Theo dõi và dự báo sự phát triển của các
hình thế thời tiết gây mưa lớn, kết hợp với
điều kiện thuỷ văn, mặt đệm lưu vực
- Cảnh báo nguy cơ cho khu vực hẹp theo
lượng mưa dự báo
- Cảnh báo nguy cơ theo theo kết quả phân
tích bản đồ lượng mưa thực đo (tổng hợp từ
mạng lưới trạm điện báo mặt đất với lượng
mưa tính được từ các trạm đo…)
Hệ thống khai thác hai loại hình dữ liệu để
cảnh báo nguy cơ trượt lở theo thời gian thực: dữ
liệu tĩnh là các bản đồ số thảm thực vật, phân
loại đất, độ dốc và dữ liệu động là lượng mưa
theo giờ, hiện trạng rừng
Hệ thống SMS GIS
Trung tâm xử lý thông tin, ra quyết định
IP Camera
Trạm Khí tượng Thủy văn
Mạng lưới các trạm Khí tượng thủy văn
Mạng di động
Sensor đo lượng mưa
Sensor đo nhiệt
độ và độ ẩm
GSM Modem
Hình 4 Mô hình hoạt động của hệ thống
Hệ thống được thiết kế xây dựng có các
chức năng chính (Hình 4):
- Quản lý và hiển thị trực quan các bản đồ số
- Cập nhật và lưu trữ dữ liệu thiên tai, dữ liệu
khí tượng thủy văn
- Thu nhập số liệu lượng mưa đo tự động từ
các trạm đo mưa, từ tin nhắn SMS
- Thực hiện cảnh báo theo thời gian thực
- Website cung cấp thông tin
Chức năng quản lý, cập nhật và truy vấn thông tin trên cơ sở dữ liệu (Hình 5)
Hình 5 Phần mềm quản lý bản đồ số
Thực hiện cảnh báo cho người quản lý theo thời gian thực theo các hình thức (Hình 6):
- Dự báo trước căn cứ vào bản tin dự báo phân bố mưa
- Dự báo khẩn cấp thời gian thực căn cứ vào
số liệu mưa, mực nước đo được từ các trạm
Hình 6 Ra quyết định cảnh báo nguy cơ
Thông tin từ trạm đo mưa tự động được truyền số liệu về trung tâm tính toán Kết quả cảnh báo có thể được hiển thị trên màn hình làm việc, trên Website (Hình 6) Nhà chức trách có thể quyết định báo động qua hệ thống tin nhắn cảnh báo, hệ thống loa, còi báo động…
WebGIS cung cấp thông tin Website cung cấp và cập nhật thông tin bản đồ nguy cơ trượt lở trực tuyến (Hình 7) Ngoài ra còn cung cấp tin tức thiên tai bão, lũ quét, trượt lở…; các kiến thức phòng chống thiên tai; các giải pháp khắc phục và kịch bản ứng cứu khi có thiên tai tại từng khu vực cụ thể
Hình 4: Mô hình hoạt động của hệ thống
Hệ thống được thiết kế xây dựng có các chức năng chính
(Hình 4):
- Quản lý và hiển thị trực quan các bản đồ số
- Cập nhật và lưu trữ dữ liệu thiên tai, dữ liệu khí tượng
thủy văn
- Thu nhập số liệu lượng mưa đo tự động từ các trạm
đo mưa, từ tin nhắn SMS
- Thực hiện cảnh báo theo thời gian thực
- Website cung cấp thông tin
* Chức năng quản lý, cập nhật và truy vấn thông tin trên
cơ sở dữ liệu (Hình 5)
Hình 5: Phần mềm quản lý bản đồ số
* Thực hiện cảnh báo cho người quản lý theo thời gian thực theo các hình thức (Hình 6):
- Dự báo trước căn cứ vào bản tin dự báo phân bố mưa
- Dự báo khẩn cấp thời gian thực căn cứ vào số liệu mưa, mực nước đo được từ các trạm
Hình 6: Ra quyết định cảnh báo nguy cơ
Thông tin từ trạm đo mưa tự động được truyền số liệu
về trung tâm tính toán Kết quả cảnh báo có thể được hiển thị trên màn hình làm việc, trên Website (Hình 6) Nhà chức trách có thể quyết định báo động qua hệ thống tin nhắn cảnh báo, hệ thống loa, còi báo động
* WebGIS cung cấp thông tin
Hình 7: WebGIS cung cấp thông tin
tai biến thiên nhiên và trượt lở đất
Website cung cấp và cập nhật thông tin bản đồ nguy cơ trượt lở trực tuyến (Hình 7) Ngoài ra còn cung cấp tin tức thiên tai bão, lũ quét, trượt lở ; các kiến thức phòng chống thiên tai; các giải pháp khắc phục và kịch bản ứng cứu khi
có thiên tai tại từng khu vực cụ thể
4 Kết luận
Bài báo đề xuất một giải pháp ứng dụng công nghệ GIS
và phương pháp phân tích thứ bậc AHP để xây dựng hệ thống thông tin hỗ trợ cảnh báo nguy cơ trượt lở Bằng cách kết hợp hai loại dữ liệu: dữ liệu tĩnh là các bản đồ nguy 36
Trang 5Nguyễn Tấn Khôi, Bùi Đức Thọ
cơ các cấp được xây dựng và dữ liệu động là lượng mưa
đo được theo thời gian thực từ các trạm thuỷ văn, kết quả
nghiên cứu cho phép cảnh báo sớm các nguy cơ tai biến
thiên nhiên cho người dân Cảnh báo trượt lở đất là một công
việc khó khăn và hiệu quả đem lại rất khó có thể nhìn thấy
ngay Tuy nhiên việc chủ động xử lý sẽ giúp phòng tránh
được các thiên tai, giảm thiểu rủi ro Hướng nghiên cứu tiếp
theo sẽ tiếp tục hoàn thiện hệ thống thông tin, ứng dụng xử
lý ảnh viễn thám xây dựng bản đồ 3D phân vùng nguy cơ
tai biến, xây dựng hệ thống quan trắc mưa, hệ thống thông
tin liên lạc, các mô hình dự báo tai biến thiên nhiên
Tài liệu tham khảo
[1] Báo cáo khoa học, Điều tra, đánh giá hiện tượng sạt lở, nứt đất các
huyện miền núi tỉnh Quảng Ngãi; đề xuất biện pháp phòng tránh
giảm nhẹ thiệt hại, Trung tâm tư vấn môi trường Hà Nội, 2000.
[2] Báo cáo khoa học Tổng hợp khí hậu thủy văn tỉnh Quảng Ngãi Đài
Khí tượng Thủy văn Khu vực Trung Trung Bộ, 2002.
[3] Báo cáo tổng hợp, Hoàn thiện cơ sở dữ liệu về điều kiện tự nhiên và
môi trường phục vụ lập quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội tỉnh
Quảng Ngãi đến năm 2020, Viện KH&CN Việt Nam - Viện Địa lý, 2006.
[4] Bo Huang, A GIS-AHP Method for HAZMAT Route Planning with
Consideration of Security, Environmental Informatics Archives,
Volume 2, pp.818-830, 2004.
[5] Lê Văn Khoa và các tác giả, Môi trường và phát triển bền vững ở
miền núi, NXB Giáo dục, 1997.
[6] Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên, Đất đồi núi Việt Nam - thoái hóa và
phục hồi, NXB Nông nghiệp, 1999.
[7] Nguyễn Thám và các tác giả, Xây dựng bản đồ nguy cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Trị bằng phương pháp tích hợp mô hình phân tích
thứ bậc (AHP), Tạp chí khoa học, Đại học Huế, Tập 74B, Số 5,
pp.143-155, 2012.
[8] Phạm Văn Hùng, Đánh giá hiện trạng và phân vùng cảnh báo nguy
cơ trượt lở đất tỉnh Quảng Nam, Tạp chí các khoa học về trái đất,
33(3ĐB), pp.518-525, 2011.
[9] Thomas Saaty, Analytic Hiearchy Process, 1992.
[10] Trần Mạnh Liễu, Phương pháp phân vùng định lượng dự báo khả năng phát triển tai biến địa chất theo chỉ tiêu tích hợp các yếu tố
phát triển tai biến, Tạp chí Xây dựng, số 9, 2007
[11] Trương Phước Minh và các tác giả, Ứng dụng GIS và viễn thám
nghiên cứu trượt lở đất ở thành phố Đà Nẵng, Hội thảo Quốc gia
ứng dụng GIS, 2011.
(BBT nhận bài: 22/12/2013, phản biện xong: 03/01/2014)
37