ỨNG DỤNG VIỄN THÁM TRONG VIỆC NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT LƯU VỰC SÔNG BÉ

Những năm gần đây, viễn thám đã và đang đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực quản lý tài nguyên nước (Bastiaansen, W. G., 1998). Các nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong lĩnh vực này xoay quanh một số vấn đề dò tìm, khai thác, ước tính trữ lượng nước ngầm (Tashpolat Tiyip et al., 2005), thành lập bản đồ khu tưới, tính toán nhu cầu nước cây trồng (Bao Yansong et al., 2006). Quá trình xử lý dữ liệu viễn thám thường được thực hiện trong GIS. Bên cạnh đó, viễn thám còn đƣợc tích hợp với các mô hình thủy văn trong vai trò cung cấp dữ liệu đầu vào như thực phủ, thổ nhưỡng, địa hình, khí tượng (Li Daofeng et al., 2005). Trên thế giới việc ứng dụng kỹ thuật viễn thám trong việc thành lập bản đồ nguy cơ rủi ro môi trường đã bắt đầu nghiên cứu, thực hiện cho một số khu vực Rumania, Italia

Hình 1.1 Sông Bé nằm ở tỉnh Bình Dương

1.1 Đặt vấn đề:

Sông Bé là một phụ lưu lớn của hệ thống sông Đồng Nai, với diện tích lưu vực7.650 km2, nằm trên địa bàn các tỉnh Đắc Nông, Bình Phước, Bình Dương, Đồng Nai vàmột phần nhỏ ở thượng lưu thuộc Campuchia Lưu vực sông Bé có nguồn nước dồi dào,với lưu lượng dòng chảy trung bình hàng năm trên lưu vực là 251,4 m3/s và tổng lượngnước mặt hàng năm trên lưu vực nhận được khoảng 7.929,45 triệu m3

Trong các phụ lưu của sông Đồng Nai, Sông Bé có hệ thống thủy điện-thủy lợiđược thiết kế hoàn chỉnh nhất với bốn bậc thang: Thác Mơ, Cần Đơn, Soc Phu Miêng vàPhước Hòa Hệ thống thủy điện, thủy lợi này đã và đang cấp điện năng, nước tưới, nướcsinh hoạt, nước cho công nghiệp, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế xã hộikhu vực Ðông Nam Bộ Trên lưu vực Sông Bé những năm gần đây đã xảy ra các hiệntượng tai biến địa chất như trượt lở đất (Bình Long, Phước Long, Bù Ðăng), lũ quét (LộcNinh, Bù Ðăng), nứt đất (Lộc Ninh, Bình Long, Phước long, Bù Ðăng), xói mòn bề mặt,xâm thực vách sông dưới đập, bồi tụ lòng hồ…Các tai biến này đang có nguy cơ làmgiảm chất lượng môi trường sống cũng như chất lượng các công trình (hồ, đập) Để phục

vụ cho công tác quản lý, giảm thiểu tác động môi trường cần thiết phải xây dựng bản đồphân vùng nguy cơ rủi ro môi trường bằng các tài liệu điều tra thực tế và kỹ thuật tích hợp

dữ liệu viễn thám

1.2 Tổng quan về các nghiên cứu trong và ngoài nước trong lĩnh vực:

1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới:

Những năm gần đây, viễn thám đã và đang đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực

quản lý tài nguyên nước (Bastiaansen, W G., 1998) Các nghiên cứu ứng dụng viễn thámtrong lĩnh vực này xoay quanh một số vấn đề dò tìm, khai thác, ước tính trữ lượng nước

ngầm (Tashpolat Tiyip et al., 2005), thành lập bản đồ khu tưới, tính toán nhu cầu nước cây trồng (Bao Yansong et al., 2006) Quá trình xử lý dữ liệu viễn thám thường được thực

hiện trong GIS Bên cạnh đó, viễn thám còn đƣợc tích hợp với các mô hình thủy văntrong vai trò cung cấp dữ liệu đầu vào như thực phủ, thổ nhưỡng, địa hình, khí tượng (Li

Daofeng et al., 2005).

Trên thế giới việc ứng dụng kỹ thuật viễn thám trong việc thành lập bản đồ nguy cơrủi ro môi trường đã bắt đầu nghiên cứu, thực hiện cho một số khu vực Rumania, Italia

1.2.2 Nghiên cứu trong nước:

Ứng dụng khoa học viễn thám vào các lĩnh vực nghiên cứu mới được áp dụngmạnh từ năm 2000 trở lại đây, bởi do thiếu điều kiện cơ sở vất chất và nguồn nhân lực.Trung tâm Khí tượng Thủy văn (KTTV) Quốc gia và Ngân hàng phát triển châu Á, Cơquan thám hiểm Nhật Bản (JAXA) vừa khởi động dự án “Ứng dụng công nghệ viễn thámtrong quản lý lưu vực sông”

Hình 2.1 Vệ tinh trong khởi động dự án “Ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản

lý lưu vực sông”.

Các hoạt động sẽ được thực hiện tại dự án bao gồm: Hiện chỉnh số liệu mưa ở lưuvực sông đo qua vệ tinh; xây dựng hệ thống giao diện giữa số liệu mưa vệ tinh và hiệnchỉnh dùng dự báo lũ; xây dựng GSWeb cảnh báo lũ; xây dựng mô hình chạy thử cảnhbáo lũ qua tin nhắn và điện thoại di động; tăng cường năng lực công nghệ và xây dựnghướng dẫn chính sách, giám sát và đánh giá phương thức quản lý viễn thám…

Hình 2.2 Hội thảo khởi động dự án “Ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý lưu vực sông”.

1.3 Mục tiêu nghiên cứu:

Áp dụng viễn thám làm sáng tỏ đặc điểm môi trường địa chất lưu vực từ đó phântích vùng nguy cơ rủi ro phục vụ công tác quản lý lãnh thổ Chi tiết các mục tiêu cụ thểđược đặt ra như sau:

_ Tìm hiểu hiện trạng cân bằng nước lưu vực sông Bé, phương pháp xác định đểphân tích nguy cơ rủi ro trên lưu vực sông bé

_ Thành lập bản đồ nguy cơ rủi ro từ các dữ liệu viễn thám

_ Ứng dụng có hiệu quả viễn thám kết hợp với GIS trong giám sát, điều tra môitrường địa chất lưu vực sông Bé; phòng tránh thiên tai

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tài nguyên nước lưu vực sông Bé, các phươngthức khai thác, sử dụng, quản lý và bảo vệ tài nguyên nước

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong lưu vực sông Bé nằm trên địa phận cáctỉnh Đắc Nông, Bình Phước, Bình Dương, Đồng Nai và một phần thuộc Campuchia

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN CỦA LƯU VỰC SÔNG BÉ 2.1 Đặc điểm tự nhiên của lưu vực sông Bé:

2.1.1 Vị trí địa lý:

Phạm vi lưu vực sông Bé trải dài trong khoảng tọa độ 11006’-12022’ vĩ Bắc và

106033’ – 107031’ độ kinh Đông, thuộc địa phận các tỉnh Bình Phước, Bình Dương, ĐồngNai, Đắc Nông và một phần nhỏ trên đất Campuchia Về ranh giới, phía Bắc giáp với cácsông nhánh của lưu vực sông Mêkông thuộc Campuchia, phía Đông và Nam giáp lưu vựcsông Đồng Nai, phía Tây giáp lưu vực sông Sài Gòn Sơ đồ vị trí lưu vực sông Bé đượcthể hiện ở hình 2.1

Hình 2.1 Vị trí địa lý lưu vực sông Bé 2.1.2 Đặc điểm của lưu vực sông Bé:

Lưu vực sông Bé nằm trên vùng chuyển tiếp từ địa hình núi cao, cao nguyên củaphần cuối phía Nam dãy Trường Sơn xuống đồng bằng Nam Bộ nên địa hình biến đổi rất

đa dạng và phức tạp Trên lưu vực vừa có địa hình đồi núi lại vừa có địa hình trung du

dạng gò đồi úp bát và lượn sóng xen lẫn một ít đồng bằng nhỏ, hẹp và một số dạng lòngchảo (bàu trũng).

Hình 2.2 Bản đồ địa hình lưu vực sông Bé 2.1.3 Đặc điểm khí hậu:

Lưu vực sông Bé nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của chế độ khí hậu nhiệt đới giómùa với hai mùa gió đông và hè

2.1.3.1 Nhiệt độ không khí:

Lưu vực sông Bé có nền nhiệt độ cao với nhiệt độ trung bình năm ở các nơi daođộng trong khoảng 25,5 – 26,70C và biến động nhiệt độ trung bình tháng lớn nhất và nhỏnhất trong năm từ 20 – 400C Thời gian nóng nhất trong năm thường vào những thángcuối mùa khô và đầu mùa mưa, từ tháng III - V, với khoảng 27 – 280C, trong đó cao nhất

là tháng IV Thời gian lạnh nhất trong năm vào khoảng từ tháng XII - I, với 23 -250C.Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối có thể lên đến 38,5 - 40,60 C nhưng nhiệt độ thấp nhất tuyệtđối chỉ ở mức từ 13,7-14,30C

Hình 2.3 Bản đồ nhiệt độ trung bình năm lưu vực sông Bé

2.1.3.2 Độ ẩm không khí:

Độ ẩm trung bình năm ở các nơi trên lưu vực nằm trong khoảng 80 – 82 % Độ ẩmlớn thường rơi vào các tháng trong mùa mưa (tháng VI - X đạt từ 80 – 90 %) và độ ẩmnhỏ vào các tháng mùa khô (tháng I - III đạt từ 70 – 75 %)

2.1.3.3 Mưa:

Lượng mưa hàng năm trên lưu vực sông Bé vào loại lớn nhất trên toàn lưu vực hệthống sông Đồng Nai, từ 2.200 - 2.600 mm, song lại phân bố không đều cả theo khônggian và thời gian, mà nguyên nhân chính là do sự chi phối của chế độ gió mùa và yếu tốđịa hình

Hình 2.4 Bản đồ lượng mưa trung bình năm lưu vực sông Bé

CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT CỦA

LƯU VỰC SÔNG BÉ 3.1.Phân loại thạch học.

Phân vùng nhận dạng các loại đá là một trong những ứng dụng quan trọng của viễnthám trong nghiên cứu môi trường địa chất Các tư liệu để nghiên cứu, phân loại đá tronglưu vực là:

- Ảnh radar tỷ lệ 1/500.000 và ảnh Landsat TM cho phép phân chia các loại đá chủyếu phân bố trong lưu vực

- Ảnh hàng không tỷ lệ 1/30.000 cho phép xác định ranh giới các loại đá và phânđịnh chi tiết sự phân bố thạch học trong diện tích hẹp như trầm tích thung lung,sườn tích, lũ tích…

Các dấu hiệu được sử dụng nhận dạng các loại đá trong quá trình giải đoán gồm:

- Các yếu tố ảnh như: tone ảnh, kích thước, hình dạng, hoa văn ảnh, kiểu mẫu, vị trí,bóng đổ

- Các yếu tố địa kĩ thuật như kiểu dòng chảy, địa hình, đặc điểm mương xói

3.1.1 Các đá trầm tích gắn kết.

Ảnh Landsat TM kênh 5 và kênh 7: trên ảnh vệ tinh Landsat TM kênh 5 có bướcsóng 1.55-0.75 µm ( hồng ngoại) và kênh 7 có bước sóng 2.08-2.35 µm (hồng ngoạitrung), cả hai kênh có độ phân giải mặt đất là 30m Đặc điểm phổ của hai kênh này chophép nghiên cứu các bức xạ phát xạ của các thể đá khác nhau

Hình 3.1 (a) kênh 5, (b) kênh 7 Landsat TM năm 1998 vùng Đồng Xoài.

Ở đây quan sát thấy các tone xám trắng hoặc trắng dạng đốm phân bố rải rác có dạng đẳng thước hoặc dải hẹp kéo dài mà có thể dự đoán đó là phần sót lại của đá bazan

3.1.2 Các đá aluvi cổ.

Các trầm tích gắn kết yếu có tuổi Neogen-Pleistocen mà trước đây người Pháp gọi

là các aluvi cổ được nhận biết khá rõ

Trên ảnh radar : Các vòm bazan có tone trắng xám, kiến trúc mịn vừa

Hình 3.5 Bazan trẻ phủ trên aluvi cổ khu vực xã Tiến Hưng.

3.1.4 Các đá bazan cổ.

Nhận dạng trên ảnh

TM kênh 5: Tone ảnh đen thẫm xen với tone xám đen với các đốm trắng, kiến trúcdải không đều, địa hình vùng này phân cắt mạnh Do hạn chế diện tích ảnh nên việc xácđịnh chi tiết đặc điểm các đá bazan cổ được giải đoán trên ảnh radar

Trên ảnh radar: bazan cổ có tone xám đến xám tối, kiến trúc dải, địa hình phân cắtkhá mạnh, mạng dòng chảy song song về một phía

Căn cứ vào các dấu hiệu ảnh thì có thề xếp các đá bazan ở Phú Riềng và PhướcLong vào cùng loại với bazan Lộc Ninh, Bình Long có tuổi trẻ, bazan vùng Bà Na, BùĐăng có thể xếp vào loại bazan cổ hơn

3.1.5 Các đá trầm tích trẻ.

Các trầm tích này có mặt trong hầu hết các thung lũng sông, suối, các trũng, bàucác chân sườn núi đồi của vùng nghiên cứu

Hình 3.8 Các dải aluvi trẻ phân bố dọc thung lũng

Nhận dạng trên ảnh:

Các trầm tích trẻ thường phân bố thành các dải nhỏ tone đen

Ảnh hàng không: Các trầm tích sông suối phân bố dọc theo hệ thống dòng chảy,tone ảnh xám, xám đen, kiến trúc mịn Đôi nơi thung lung mở rộng có các ô vuông màutrắng ( các mảnh ruộng mới thu hoạch)

Các trầm tích đầm lầy: có hình dạng các bàu, tone ảnh xám đen, kiến trúc mịn đồngnhất, xung quanh bàu thường phân bố aluvi cổ với tone xám trắng

Bảng 3.1 Dấu hiệu nhận biết các loại đá chính

Loại đá Tone ảnh Kiến trúc

Đồi thoải Thưa thớt

phân cắt

Song song

(bóng đổ)

Ít

Hình 3.12 Bản đồ giải đoán thạch học

3.2 Đặc điểm địa mạo

Ảnh viễn thám là các tư liệu thể hiện đặc điểm địa hình bề mặt trái đất vì vậy sử dụng chúng để nghiên cứu địa mạo rất thích hợp và có hiệu quả cao

Hình 3.2 Ảnh radar vùng nghiên cứu

3.2.1 Cao nguyên núi lửa

Cao nguyên núi lửa- xâm thực: phân bố từ độ cao 400 đến 950m Bề mặt cao

nguyên nghiêng về phía tây nam Các quá trình ngoại sinh diễn ra trên cao nguyên này gồm:

- Phong hoá tạo vỏ laterit dày 30-50m phân bố trên phần lớn diện tích

- Hệ thống sông suối dày đặc, phổ biến là các dạng cây thông, cành cây ( xem hình 3.2.1)

- Trượt lở đất dọc sườn thung lung có độ dốc lớn hơn 25 0

Hình 3.2.1 Mạng sông suối dạng cây thông.

Cao nguyên núi lửa-bóc mòn: Bề mặt cao nguyên cũng nghiêng về tây nam Các quá trình ngoại sinh diễn ra trên cao nguyên này gồm:

- Phong hoá tạo vỏ lateri dày 20-30m

- Hệ thống sông suối có mật độ thấp hơn bậc cao (400-950m), phổ biến là mạng songsong (xem hình 3.2.2)

- Sườn thung lung sông cấp 3 và 4 rất dốc, phát triển các vách sạt lở

Hình 3.2.2 Mạng sông suối dạng song song

Hình 3.2.3 Xói mòn khe rãnh phát triển trên cao nguyên bazan,

khu vực Bù Đăng.

3.2.2 Vòm núi lửa nguyên sinh

Các vòm núi lửa cũng được phân biệt với cao nguyên trên các ảnh quang học, ảnhradar và mô hình DEM (Xem hình 3.2.4) Các vòm này được cấu tạo bởi các đá bazan trẻ

Hình 3.2.4 Mô hình DEM thể hiện các vòm bazan

Các quá trình ngoại sinh diễn ra trên các vòm bazan chủ yếu là:

- Phong hoá ferosialit có bề dày 5-15m

- Mạng sông suối có mật độ nhỏ, dạng toả tia

- Các suối con thường phát triển theo các khe nứt mới hình thành ở đỉnh vòm

- Rửa trôi bề mặt mạnh đến rất mạnh tại những nơi canh tác ( Xem hình 3.2.5)

- Tác động của các công trình thuỷ điện

Hình 3.2.5 Bóc trôi bề mặt trên vòm bazan ở Đồng Phú.

Hình 3.2.6 Trượt đất ở đỉnh vòm bazan Phước Long tại thung lung Dar Kir

Hình 3.2.7 Vách trượt trên ảnh hàng không ( vòm bazan Phước Long).

Hình 3.2.8 Mạng sông suối dạng toả tia vòm Thuận Lợi

- Đô thị hoá, công nghiệp hoá.

- Khai thác khoáng sản (sét gạch ngói…)

Hình 3.2.9 Mạng sông suối dạng vòng.

3.2.4 Thung lung xâm thực – bóc mòn

Các thung lung xâm thực- bóc mòn là các dải địa hình trũng thấp hình thành dọc theo các sông suối lớn trong vùng Kiểu kiến trúc hình thái này hình thành do sự cắt xẽ

của dòng chảy vào địa hình cao nguyên bazan, vòm bazan và bề mặt đồng bằng tích tụ bóc mòn.

Các quá trình ngoại sinh hiện đại trên bề mặt kiến trúc hình thái này gồm:

- Xâm thực sâu đáy dòng chảy để lộ các lớp đá Jura cứng chắc

- Phổ biến mạng sông suối dạng cành cây (Xem hình 3.2.10) và dạng góc vuông (Xem hình 3.2.11)

- Các dải bãi bồn ven sông thường xuyên ngập lụt

- Sạt lở, trượt lở bờ sông

- Các dòng chảy thường xuyên bị ô nhiễm trầm tích

Hình 3.2.10 Mạng sông suối dạng cành cây.

Hình 3.2.11 Mạng sông suối dạng góc vuông.

CHƯƠNG 4: PHÂN VÙNG NGUY CƠ RỦI RO MÔI TRƯỜNG

LƯU VỰC SÔNG BÉ 4.1 Nguyên tắc thành lập bản đồ nguy cơ rủi ro

Bản đồ nguy cơ rủi ro môi trường là một dạng của loại bản đồ địa chất môi trườngnhưng nội dung chính của bản đồ này tập trung vào các vấn đề cảnh báo môi trường

Một số nguyên tắc để xây dựng bản đồ nguy cơ rủi ro môi trường

- Thể hiện các yếu tố tự nhiên đặc trưng của lãnh thổ như: địa chất, địa mạo, tân kiến tạo

- Thể hiện các tác động chính của con người đối với môi trường tự nhiên lãnh thổ như: biến động lớp phủ thực vật, xây dựng các công trình thủy điện, thủy lợi, hệ thống giao thông, khai thác khoáng sản,

- Thể hiện các yếu tố động lực địa mạo hiện đại như: xói mòn, xâm thực, rửa trôi, trượt

lở, bồi tụ, nứt đất, sụt lún,

- Thông tin phải dễ đọc, dễ hiểu, thể hiện tính khái quát và độ tin cậy cao

4.2 Cơ sở dữ liệu để phân vùng.

4.2.1 Cơ sở tài liệu.

- Ảnh hàng không khu vực Lộc Ninh, Phước Long, Đồng Xoài, Chơn Thành

- Ảnh Vệ tinh Landsat MSS 1983, TM 1992, TM 1998, ETM 1999

- Ảnh Radar khu vực nghiên cứu tỷ lệ 1/150.000

- Bản đồ địa hình Gauss tỷ lệ 1/25.000, Bản đồ UTM tỉ lệ 1: 50000

- Bản đồ địa chất, địa mạo, thổ nhưỡng có trong lưu vực Tỉ lệ 1:50000-1:100000

- Tài liệu liên quan tới môi trường lưu vực Sông Bé ( địa chất, địa mạo, thủy văn, thổ nhưỡng, thực vật, )

4.2.2 Mô hình số độ cao lưu vực Sông Bé.

Hình 4.1 Mô hình số độ cao lưu vực Sông Bé.

4.2.4 Kết quả phân tích ảnh viễn thám.

4.2.4.1 Bản đồ Thạch học giải đoán ảnh.

Phương pháp thành lập bản đồ trong luận văn này là phân tích và tổng hợp liên kết

dữ liệu trong viễn thám và hệ thống thông tin địa lý nhằm tao ra các sản phẩm co ý nghĩa hơn trong thực tế, chứa đựng nhiều thông tin và cho phép thực hiện các mô hình tính toán

- Chồng xếp các lớp dữ liệu, phân tích và thành lập bản đồ nguy cơ rủi ro.

4.3.1 Tích hợp dữ liệu viễn thám và hê thống thông tin địa lý.

Các kết quả đầu ra của công nghệ viễn thám chưa thỏa mãn yêu cầu người dùng nếu các kết quả này chỉ hiển thị trên màn hình hoặc in ra trên giấy

VD: Bản đồ lớp phủ thực vật lưu vực Sông Bé được thành lập từ tư liệu viễn thám sẽ không có đủ thông tin để trả lời câu hỏi vì sao lại có những phân bố như vậy Để trả lời được câu hỏi đó cần chồng bản đồ này lên bản đồ giao thông, dân cư hay hiện trạng sử dụng đât

Giải đoán tư liệu viễn thám sẽ đạt được kết quả chính xác hơn nếu có được các thông tin địa lý bổ trợ

Ví dụ: các số liệu độ cao, độ dốc, phân cắt ngang, phân cắt sâu

Việc liên kết dữ liệu được thuận lợi nếu các dữ liệu thông tin địa lý được lưu trữ dưới dạng số và được đưa về củng một hệ tọa độ đồng nhất Các dữ liệu số phải ở dạng cókhả năng cho phép chồng phủ lên nhau nghĩa là đồng nhất về mặt hình học

Như vậy về cơ bản việc liên kết dữ liệu được thực hiện thông qua hai dạng: phân tích và chồng phủ dữ liệu