HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 230 ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM NGHIÊN CỨU TRƯỢT LỞ ĐẤT Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG (A STUDY ON LANDSLIDE IN DANANG CITY BY USING REMOTE SENSING AND GIS TECHNOLOGY) Trương Phước Minh, Nguyễn Thị Diệu, Trần Thị Ân, Nguyễn Văn Nam Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Abstract: Landslide is natural disasters causing much damage to socio - economic activities. A current study on landslide in Danang city in order to determine the cause of landslide and forecasting the landslide situation at the main location (the mountainous areas, the flow in estuaries, coastal), from that proposed solutions to set up the economic activities such as Agriculture, Tourism, Transportation and provide information to planning, relocation and resettlement reasonable. Therefore, current research and mapping landslide by using GIS and Remote Sensing technology is absolutely necessary. Keywords: Landslide, GIS, Remote Sensing, Danang city. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam là một quốc gia nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới ẩm, lượng mưa lớn và có sự phân hóa theo mùa rõ rệt. Bên cạnh đó, với đặc điểm địa hình có tới 3/4 diện tích là đồi núi nên thường xuyên chịu nhiều thiên tai do ảnh hưởng của tự nhiên. Các thiên tai mà hàng năm Việt Nam phải thường xuyên hứng chịu như: bão, lũ lụt và đi kèm với đó là trượt lở đất núi và xâm thực xói lở bờ sông, bờ biển. Chúng ảnh hưởng rất lớn đến môi trường tự nhiên và kinh tế - xã hội của nước ta, ảnh hưởng đến sự phát triển của đất nước. Thành phố Đà Nẵng nằm ở 15°55' - 16°14' Bắc, 107°18' - 108°20' Đông và có khí hậu nhiệt đới gió mùa. Mùa mưa từ tháng 8-12, mùa khô từ tháng 1-7, có những đợt rét mùa đông nhưng không đậm. Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 25,9 o C; cao nhất các tháng 6,7,8; thấp nhất các tháng 12,1,2. Địa hình phía Tây là đồi núi, có các nhánh núi cấu tạo đá macma chạy vắt ngang và đâm ra biển với đặc điểm lớp vỏ phong hóa dày và bở vụn. Bà Nà ở độ cao 1.500m có nhiệt độ trung bình 20 o C. Độ ẩm trung bình là 83,4%; Lượng mưa 2.500 mm/năm; cao nhất các tháng 10, 11 và thấp nhất các tháng 1,2,3,4. Số giờ nắng 2.156 giờ/năm; nhiều nhất là tháng 5,6 và ít nhất là tháng 11,12. Những chỉ số địa hình, khí hậu này mang lại nhiều nguy cơ trượt lở. 2. TRƯỢT LỞ ĐẤT VÀ NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Trượt lở và đổ lở về mặt cơ chế di chuyển vật chất thì có khác nhau, song thực tế chúng luôn diễn ra đồng hành và cộng hưởng với nhau, để nhiều khi gây nên các hiểm họa lớn đối với cộng đồng dân cư kề cận. Vì vậy, chúng thường gộp lại d ưới tên chung là trượt lở. Trượt lở (Landslide) đùng để chỉ hầu hết các hiện tượng chuyển dịch của khối đất đá trên sườn dốc từ trên xuống dưới theo một hoặc vài mặt nào đó (trượt) hoặc rơi tự do (lở, đất, đá đổ/lăn). Trượt lở có thể xảy ra trên sườn dốc tự nhiên hoặc sườn (bờ/mái) dốc nhân tạo dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và một số nhân tố phụ trợ khác như: áp lực của nước mặt và nước dưới đất, lực địa chấn và một số lực khác. HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 231 Do nằm ở ven bờ biển thuộc khu vực Miền Trung, nên Đà Nẵng thường xuyên phải hứng chịu nhiều cơn bão nhiệt đới từ biển thổi vào. Với đặc điểm địa hình sườn núi dốc đứng đón gió và chạy sát biển, các con sông lớn ngắn dốc cho nên vào mùa mưa bão hiện tượng trượt lở đất diễn ra thường xuyên và ảnh hưởng rất lớn đến tự nhiên và kinh tế - xã hội của thành phố, đặc biệt là ở các vùng đồi núi bán sơn địa và vùng cửa sông ra biển. Tai biến trượt lở đất xảy ra và có diễn biến khá phức tạp trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. Các nhà nghiên cứu đã xác định có 111 điểm trượt lở có quy mô lớn nhỏ khác nhau, trong đó có các vùng có nguy cơ trượt lở đất cao cho đến rất cao phân bố từ Dốc Kiền đến ngầm Đôi thuộc xã Hòa Phú, xung quanh khu vực nghỉ mát Bà Nà thuộc xã Hòa Phú và Hòa Ninh; dọc thung lũng sông Cu Đê thuộc các xã Hòa Bắc, Hòa Liên, phía nam đèo Hải Vân thuộc quận Liên Chiểu và rải rác ở bán đảo Sơn Trà thuộc phường Thọ Quang. Vùng có nguy cơ trung bình phân bố rộng ở phía tây Đà Nẵng, xung quanh bán đảo Sơn Trà và Núi Bà Nà, vùng có nguy cơ trượt lở thấp phân bố ở vùng đồng bằng ven biển, dọc thung lũng sông Túy Loan, hạ lưu sông Lỗ Đông. Trong số đó có khu vực khu vực Thủy Tú thuộc cửa sông Cu Đê và bản đảo Sơn Trà. Tình trạng trượt lở đất trên địa bàn thành phố do nhiều yếu tố như cấu tạo địa chất, thành phần thạch học và vỏ phong hóa, địa chất thủy văn, địa chất công trình, yếu tố kiến tạo, yếu tố khí hậu. Bên cạnh đó, hoạt động kinh tế - xã hội của con người cũng đã làm tăng nguy cơ trượt lở đất qua việc làm đường, khai thác du lịch, phá rừng, phá hủy thảm thực vật che phủ, khai thác bất hợp lý tài nguyên như hút cát, khai thác đất đồi núi phục vụ san lấp mặt bằng… 2.1. Sụt lở đất ở các bờ sông Ở Thành phố Đà Nẵng, hiện tượng sụt lở đất thường diễn ra ở các bờ sông và cửa sông ra biển để tạo nên các vách bờ xâm thực, ảnh hưởng to lớn đến đất sản xuất, định cư và giao thông. Nguy hiểm hơn là nhiều hộ dân ở xã Hòa Phong, Hòa Nhơn, Hòa Phú và một số địa phương khác đã và đang tự ý bán đất đồi, hạ độ cao xây dựng nhà cửa sát mái dốc thẳng đứng. Cách làm này sẽ dẫn đến thảm họa khôn lường khi có mưa lớn. Đó là hiện tượng trượt lở đất do đất bị bão hòa và mất chân. Bảng tổng hợp tình hình sụt lở đất tại các sông ở Đà Nẵng cho ta thấy rõ điều này (Bảng 2.1) Bảng 1. Diện tích sạt lở của các sông và ảnh hưởng 2.2. Trượt lở đất, đá ở Sơn Trà Khảo sát tại bản đảo Sơn Trà chúng tôi nhận thấy có 2 điểm nguy cơ trượt lở thường xuyên, đó là: điểm chân tượng phật chùa Linh Ứng và điểm gần mũi Nghê. 5900 8325 8400 3850 3075 9300 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Cu Đê Túy Loan Yên Cầu Đỏ Quá Giáng Vĩnh Điện Biểu đồ 2.2. Diện tích sụt lở ở các sông trên địa bàn TP. Đà Nẵng Diện tích sụt lở (m2) Tên sông Diện tích sụt lở Ảnh hưởng Cu Đê 5900m 2 Đất sản xuất Túy Loan 8325m 2 Đất sản xuất, đất ở, nhà dân Yên 8400m 2 Đất sản xuất, đất ở, nhà dân Cầu Đỏ 3.850m 2 Đất sản xuất Quá Giáng 3.075m 2 Đất sản xuất, giao thông Vĩnh Điện 9.300m 2 Đất sản xuất HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 232 Hình 1. Các điểm trượt lở Sơn Trà 2.3. Thành lập bản đồ dự báo nguy cơ trượt lở đất thành phố Đà Nẵng tích hợp công nghệ GIS và viễn thám 2.3.1. Thành lập các bản đồ đơn tính và cho ra kết quả bản đồ trượt lở với công nghệ GIS Hình 2. Bản đồ hiện trạng trượt lở đất khu vực thành phố Đà Nẵng a. Điểm Linh Ứng: bề mặt trượt lở chiếm một diện tích khá lớn, có khu vực lên đến 15000m 2 , góc dốc đến 70-75 o . Bề mặt sườn có lớp vỏ phong hóa dày với cấu trúc vụn bở, và những khối đá sót với kích thước lớn. Mặc dù đã có nhiều biện pháp khắc phục như: đoạn kè bê tông ép mái, khung bê tông, chia ô trồng cỏ, rãnh thoát nước nhưng địa điểm này vẫn luôn chứa đựng nguy cơ trượt lở vào mùa mưa. b. Điểm mũi Nghê: có phạm vi nhỏ hơn nhưng ẩn chứa nguy cơ trượt lở rất cao. Địa hình sườn dốc (góc dốc > 70o), lớp phủ thực vật nghèo nàn, quá trình phong hóa gần như hoàn toàn, bề mặt có nhiều khe rãnh, mương xói vào mùa mưa trước để lại làm gia tăng nguy cơ bốc thoát hơi nước về mùa khô và tăng tính phá hủy sự gắn kết đất đá vào mùa mưa. Do nằm gần các khu du lịch Bãi Đá, trượt lở sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến sản xuất, hoạt động du lịch và giao thông, đất đá đổ sẽ làm giao thông gián đoạn giữa vùng đông nam và đông bắc của bán đảo. HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 233 Bản đồ trượt lở được thành lập theo phương pháp tích hợp nhiều lớp thông tin của các bản đồ đơn tính như địa hình, địa mạo, thủy văn, đất đai Bản đồ cuối cùng = 1/n ∑(α 1. Kj + ….+ αn . Kj ). Với N: số lớp đánh giá; J: là hợp phần thứ j; K: lớp thông tin K1…n; α1… α n : Hệ số của các hợp phần. Kết quả chồng xếp bản đồ đã xác lập được bản đồ hiện trạng trượt lở đất khu vực thành phố Đà Nẵng với các điểm trượt lở có mức độ nguy cơ từ cao đến thấp ở khu vực miền núi Hải Vân, các khu vực bờ sông Vĩnh Điện, Túy Loan, Yên, Cu Đê và khu vực bờ biển Thủy Tú – Nam Ô. 2.3.2. Sử dụng ảnh viễn thám thành lập bản đồ nguy cơ trượt lở Chúng tôi sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 2007 và ảnh SPOT 5 2009 để xác đinh các điểm trượt lở tại Đà Nẵng. Dữ liệu ảnh Landsat có độ phân giải trung bình 30m, dùng để thành lập bản đồ hiện trạng trượt lở đất và dữ liệu ảnh SPOT 5 thì có độ phân giải rất cao 5m, dùng để xác định các điểm trượt lở. Chính vì vậy, để có được dữ liệu của toàn khu vực, tác giả phải sử dụng nhiều cảnh ảnh SPOT khác nhạu. Trong nghiên cứu tai biến thiên nhiên thì hai loại vệ tinh này được đánh giá là rất thích hợp. Hình 3. Ảnh Landsat 7 ETM+ (16/3/2007) Đà Nẵng Hình 4. Ảnh SPOT 5 Đà Nẵng (2009) a. Quá trình chiết tách thông tin trượt lở đất bằng phương pháp viễn thám Chúng tôi sử dụng ảnh vệ tinh SPOT5 làm tư liệu cho khu vực nghiên cứu. Ảnh được chụp vào tháng 6/2009 với độ phân giải là 2.5x2.5m trên kênh PAN và 5x5m trên kênh phổ. Ảnh được dùng để khảo sát sơ bộ các đối tượng trong khu vực nghiên cứu như: các điểm trượt lở, đặc điểm địa hình, l ớp phủ thực vật, mạng lưới sông suối. Trượt lở đất trên đường Quốc lộ 14B (khu vực Hòa Vang) và dọc các tuyến đường quanh bán đảo Sơn Trà chủ yếu là hiện tượng trượt lở các taluy âm và dương và rất dễ nhận biết trên ảnh. Nguyên nhân xảy ra trượt lở này là do sự mất cân bằng mái dốc khi đào đường xây dựng công trình giao thông. Trên ảnh viễn thám tổ hợp màu giả RGB, các điểm trượ t lở này được thể hiện bằng màu vàng nhạt phân bố dọc theo tuyến đường. Kết quả giải đoán chúng tôi xác định được các điểm trượt lở với vị trí như sau: HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 234 Hình 5. Các điểm trượt lở được khảo sát trên ảnh viễn thám b. Thành lập bản đồ dự báo nguy cơ trượt lở đất thành phố Đà Nẵng Trượt lở đất là một trong những dạng tai biến nguy hiểm, gây thiệt hại to lớn không chỉ cho các công trình đường sá, cầu cống và nhà cửa mà còn gây thiệt hại về người. Do đó, yêu cầu phải có bản đồ về nhữ ng khu vực có nguy cơ xảy ra trượt lở. Các thông tin không gian liên quan đến các yếu tố này có thể được bắt nguồn từ dữ liệu viễn thám, thông tin mặt đất và nhiều nguồn dữ liệu khác. Hệ thống thông tin địa lí (GIS) là một công cụ rất tốt cho việc tích Điểm 1: Điểm trượt hầm Hải Vân, giao nhau với QL 14B, có tọa độ là 16 o 7’57”B và 108 o 6’12”Đ. Điểm trượt này có quy mô lớn nhất. Do cắt xẻ dọc chân đèo khi xây dựng đường giao thông đã gây mất cân bằng mái dốc. Điểm 3: Điểm trượt dọc taluy đường tại chân bán đảo Sơn Trà, có tọa độ 16 o 6’59”B và 108 o 14’22” Đ. Quá trình xây dựng đường giao thông đã tạo nên các taluy xung yếu là những nơi dễ xảy ra trượt lở. Điểm 4: có tọa độ 16 o 9’9”B và 108 o 14’29” Đ nằm trên tuyến đường giao thông phía Bắc bán đảo Sơn Trà. - Điểm 6: Dốc Kiền (Hòa Phú-HV). Đây là tuyến giao thông huyết mạch giữa Quảng Nam và Đà Nẵng. Điểm trượt có tọa độ 15 o 58’5”B và 108 o 1’18”Đ, thường xuyên xảy ra trượt lở . - Điểm2: Núi Ngũ Hành Sơn. Điểm trượt có tọa độ 16 0 0’17”B và 108 o 15’37”Đ. Đây là khu vực núi đá vôi có cấu trúc bở rời, tiềm ẩn nguy cơ xảy ra lở đá. Điểm 5: Xói lở tại cửa sông Cu Đê, có tọa độ 16 o 7’22’B và 108 o 7’26” Đ HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 235 hợp các loại dữ liệu. Do vây, phương pháp thành lập bản đồ trượt lở đất cho khu vực dễ bị tổn thương bằng công nghệ viễn thám (RS) và GIS đang được sử dụng rộng rãi. Dữ liệu ảnh vệ tinh, bản đồ địa hình, số liệu thực địa và bản đồ thông tin khác được sử dụng như là đầu vào cho nghiên cứu. Các yếu tố địa hình quan trọng, là những yếu tố có thể tạo ra lở đất trong khu vực, được xác định tương ứng với các lớp dữ liệu chuyên đề được tạo ra. Những lớp dữ liệu khác đại diện cho các điều kiện địa chất, địa hình, thủy văn. Một mô hình phân tích trượt lở đất được xây dựng dựa trên công cụ Modelbuilder Tool của phần mềm ArcGis 9.3 dựa trên kết quả tổ hợp tất cả các lớp chuyên đề trên và trọng số của từng yếu tố. Kết quả tạo ra bản đồ dự báo nguy cơ trượt lở đất thành phố Đà Nẵng mô tả các khu vực có nguy cơ xảy ra trượt lở với năm mức độ khác nhau: Rất cao, cao, trung bình, thấp và rất thấp. Các lớp dữ liệu đầu vào chúng tôi sử dụng trong đề tài này bao gồm các bản đồ: địa hình, độ dốc, hướng dốc, mật độ sông suối,lượng mưa, thủy văn và loại đất. Mỗi lớp dữ liệu được gán một trọng số tương ứng với tầm quan trọng của chúng trong quá trình trượt lở đất, cụ thể như sau: Lớp dữ liệu Độ dốc Hướng dốc Thủy văn Mật độ sông suối Lượng mưa Loại đất Trọng số 7 1 2 8 4 6 Mỗi lớp dữ liệu được phân cấp cụ thể tùy theo mức độ tác động đến quá trình trượt lở đất. Điểm cho từng polygon là điểm trọng số của lớp dữ liệu nhân với điểm số tương ứng của polygon đó khi phân cấp. Model Builder Tool được xây dựng trên cơ sở tổng hợp tất cả các lớp chuyên đề, và thuật toán để chồng xếp các bản đồ thành phần này là thuật toán Union. Như vậy, lớp dữ liệu đầu ra cuối cùng sẽ chứa đựng thuộc tính của tất cả các lớp bản đồ thành phần tham gia vào mô hình này. Đầu ra cuối cùng là lớp bản đồ dự báo nguy cơ trượt lở đất. Để phân vùng cho bản đồ này, chúng tôi lấy tiêu chí trượt lở dựa trên điểm số của mỗi polygon ở từng bản đồ thành phần. Điểm của mỗi polygon trong bản đồ dự báo trượt lở là tổng số điểm của polygon đó ở từng bản đồ. Dựa trên số liệu cuối cùng, chúng tôi đã tiến hành phân vùng nguy cơ trượt lở như sau: Mức độ trượt lở Rất thấp Thấp Trung bình Cao Rất cao Số điểm 0 - 35 35 - 50 50-75 75-100 >100 HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 236 Bản đồ dự báo nguy cơ trượt lở đất thành lập dựa trên Model Builder Tool của ArcGIS như sau: Hình 6. Bản đồ dự báo nguy cơ trượt lở đất thành phố Đà Nẵng 3. KẾT LUẬN - Nghiên cứu trượt lở đất dựa trên công nghệ GIS và viễn thám đã xác định được các vùng có nguy cơ trượt lở phân theo 5 cấp độ qua bản đồ dự báo (Hình 2.7) - Các điểm trượt, xói lở tại cửa sông Thủy Tú, bán đảo Sơn Trà, Hải vân, Ngũ Hành Sơn, Dốc Kiền đã gây ảnh hưởng lớn đến môi trường tự nhiên và kinh tế - xã hội, đặc biệt là sản xuất và giao thông. - Kết hợp khảo sát hiện trạng, chúng tôi cho rằng cần phải tích cực bảo vệ và phát triển thảm thực vật rừng ở Hải Vân, Sơn Trà và đầu nguồn sông Cu Đê, ngoài ra cần quy hoạch khu dân cư tránh xa các khu vực có nguy c ơ trượt đất và xâm thực xói lở cao ở của sông Thủy Tú và khu vực đá vôi karst Ngũ Hành Sơn. - Đối với những điểm có nguy cơ trượt, xói lở ở Sơn Trà và cửa sông Thủy Tú, chúng tôi đề xuất các biện pháp phòng chống có hiệu quả như là tổ chức tốt công tác trồng và phục hồi thảm thực vật, đặc biệt là khu vực có độ dốc trên 40 o . Ưu tiên tập trung các giải pháp công nghệ chống trượt như: gia tăng thảm thực vật, phân bố lại đất đá, chia ô bê tông, cải tạo đất đá, xây tường chắn, làm kè theo hướng sóng vỗ bờ. Ngoài ra, khâu cảnh báo như là đặt biển báo nguy hiểm, khoanh vùng khu cấm vào, quy hoạch điểm dân cư cũng cần phải được xem xét tiến hành đồng bộ. Đối với khu vực danh thắng Ngũ Hành Sơn, cần phải di dời dân cư ra khỏi chân núi 500m, thiết lập vành đai an toàn bằng việc trồng cây xanh và gia cố chân móng ở chân các hòn núi và đánh giá khả năng Karst hóa hang động cũng như bề mặt để dự báo các khu vực nguy hiểm. HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 237 Tài liệu tham khảo 1. Báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường. 2003. Hà Nội. 2. Charles C.Plummer.2005. Physical Geology. The Late David McGeary, Diane H. Carlson Published by McGraw Hill Companies, Newyork. 3. Nguyễn Cẩn, Nguyễn Đình Hòe.1995. Tai biến môi trường. Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội. 4. Nguyễn Ngọc Thạch và nnk.2001. Áp dụng viễn thám và GIS để nghiên cứu dự báo tai biến tự nhiên ở địa hình vùng núi, lấy ví dụ ở tỉnh Hòa Bình. Báo cáo đề tài NCKH đặc biệt cấp Đại học Quốc gia. Hà Nội. 5. Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Đà Nẵ ng. 2010. Đánh giá nguy cơ trượt lở đất trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. Đà Nẵng. 6. www.danang.gov.vn . HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011 230 ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM NGHIÊN CỨU TRƯỢT LỞ ĐẤT Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG (A STUDY ON LANDSLIDE IN DANANG CITY BY USING REMOTE SENSING AND GIS TECHNOLOGY). 2. TRƯỢT LỞ ĐẤT VÀ NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Trượt lở và đổ lở về mặt cơ chế di chuyển vật chất thì có khác nhau, song thực tế chúng luôn diễn ra đồng hành và cộng hưởng với nhau,. Các điểm trượt lở Sơn Trà 2.3. Thành lập bản đồ dự báo nguy cơ trượt lở đất thành phố Đà Nẵng tích hợp công nghệ GIS và viễn thám 2.3.1. Thành lập các bản đồ đơn tính và cho ra