Chương 1: Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu trượt lở đất tỉnh Bắc Kạn. Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng tới trượt lở đất tỉnh Bắc Kạn. Chương 3: Hiện trạng, nguy cơ trượt lở đất tỉnh Bắc Kạn và các giải pháp giảm thiểu. 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊ N CỨU TRƢỢT LỞ ĐẤT TỈNH BẮC KẠN 1.
TỔNG QUAN CÁ C CÔ NG TRÌNH NGHIÊ N CỨU TRƢỢT LỞ ĐẤT 1. Nghiên cứu trƣợt lở đất trên thế giới Nghiên cứu trƣợt lở đƣợc quan tâm từ lâu, trƣớc khi viễn thám ra đời thì các nghiên cứu chỉ tập trung vào mô tả chi tiết khối trƣợt, các dự báo dựa trên bản đồ địa mạo. Nên khả năng đáp ứng về nghiên cứu theo diện rộng, cũng nhƣ dự báo chính xác hơn vẫn còn hạn chế. Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, hiện nay việc áp dụng kỹ thuật viễn thám và GIS cho nghiên cứu trƣợt lở ngày càng gia tăng.
Trong đó, viễn thám đóng vai trò là tƣ liệu không thể thiếu cho việc phát hiện các vết trƣợt để thành lập bản đồ hiện trạng trƣợt lở, cũng nhƣ GIS là công cụ phân tích trong đánh giá nguy cơ trƣợt lở ngày càng đƣợc sử dụng nhiều. Những năm gần đây, việc ứng dụng viễn thám và GIS đã tạo ra đƣợc những ảnh hƣởng tích cực trong công tác nghiên cứu và đánh giá tai biến trƣợt lở. Việc này đang đƣợc áp dụng ở nhiều nƣớc nhƣ Mỹ, Nhật Bản, Canada, một số nƣớc châu  u, Ấn Độ, Trung Quốc…nơi hàng năm thiệt hại do trƣợt lở đất tới hàng tỷ USD và nhiều nơi khác trên thế giới [43, 61]. Ngoài ra, nhiều nghiên cứu mang tính liên kết giữa các quốc gia cũng đã đƣợc tiến hành và lập ra các tổ chức nhằm quy định chặt chẽ, thống nhất các nguyên tắc, các định nghĩa, hƣớng dẫn nghiên cứu nhƣ tổ chức JTC- 1.
Bên cạnh đó, xu hƣớng hợp tác trao đổi kinh nghiệm của các nhà khoa học khắp nơi trên thế giới thông qua một số hội nghị nhƣ Hội nghị quốc tế về trƣợt lở tại Rio de Janeiro năm 2004, hội nghị quốc tế về quản lý rủi ro trƣợt lở tại Vancouver năm 2005, diễn đàn quốc tế về quản lý thảm họa trƣợt lở tại Hong Kong năm 2007. Nhìn chung, nghiên cứu trƣợt lở đất đã đƣợc tiến hành rộng khắp trên thế giới, nội dung nghiên cứu đa dạng, phƣơng pháp nghiên cứu cũng phong phú, tựu chung lại có thể tóm tắt thành các hƣớng sau: 1. Nghiên cứu hiện trạng trượt lở đất bằng công nghệ viễn thám Ở giai đoạn này, các nghiên cứu chủ yếu là phát hiện, mô tả sự phân bố của các vết trƣợt và đi đến thành lập bản đồ hiện trạng trƣợt lở từ nhiều nguồn khác nhau. Đây cũng là giai đoạn đƣợc xác định là cơ sở, là bƣớc đầu tiên nhƣng vô cùng 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com quan trọng trong chuỗi đánh giá tai biến trƣợt lở, và là tiền đề để cho các nghiên cứu tiếp theo.
Nó cũng đƣợc coi là hình thức đơn giản nhất của đánh giá tai biến trƣợt lở [75]. Viễn thám có thể tham gia vào việc phát hiện các vết trƣợt, mô tả đặc điểm của vết trƣợt, phân loại trƣợt lở và giám sát trƣợt lở (không gian, thời gian) từ ảnh hàng không, ảnh vệ tinh quang học (Landsat, SPOT, IKONOS,.), ảnh RADAR, LiDAR [99]). Cho đến gần đây, công cụ viễn thám phổ biến nhất sử dụng để phát hiện và phân loại trƣợt lở là ảnh hàng không [131]. Dựa trên các đặc điểm hình thái khối trƣợt (phá vỡ lớp phủ thực vật, vách núi), Mantovani và cộng sự đã dễ dàng phát hiện các vết trƣợt từ ảnh hàng không tỉ lệ lớn bằng kỹ thuật phân tích ảnh lập thể [92].
Ngoài ra nhiều nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật giải đoán bằng mắt để phát hiện các vết trƣợt từ ảnh hàng không [76]. Tuy vậy, việc sử dụng ảnh hàng không cho mục đích phát hiện vết trƣợt bị giới hạn ở tỉ lệ 1:25.000, do ở tỉ lệ nhỏ hơn số lƣợng thông tin cho phép phân tích để có kết luận về loại hình và nguyên nhân của một khối trƣợt là rất hạn chế [131]. Bên cạnh đó, dữ liệu ảnh hàng không lại thƣờng không sẵn có và kịp thời tại các khu vực xảy ra trƣợt lở đất. Ngƣợc lại, ảnh vệ tinh đã trở thành một nguồn dữ liệu thay thế, vì nó cho phép nghiên cứu trên khu vực có các khối trƣợt lớn cũng nhƣ đánh giá một cách khái quát về bối cảnh xảy ra trƣợt lở, đặc biệt trong điều kiện biến động lớp phủ thực vật [103].
Việc sử dụng tƣ liệu ảnh vệ tinh quang học cho mục đích nghiên cứu trƣợt lở đƣợc bắt đầu bằng tƣ liệu Landsat 7 ETM +. Petley và cộng sự sử dụng ảnh Landsat ETM + cho nghiên cứu tại khu vực Himalaya, chỉ có thể xác định 25% tổng số các vết trƣợt có độ rộng 50 m, ngay cả khi các kênh ảnh đa phổ có độ phân giải 30 m đã làm nét với độ phân giải 15 m [107]. Tuy nhiên với hạn chế về độ phân giải (30m), dữ liệu Landsat chỉ có thể phát hiện vị trícác vết trƣợt lớn thông qua sự khác biệt về phổ với các đối tƣợng xung quanh [83]. Điều đó chứng minh cho thực tế là ảnh Landsat ETM+ chỉ đƣợc sử dụng để tách chiết các điều kiện địa hình liên quan đến trƣợt lở đất nhƣ thạch học, sử dụng đất, độ ẩm đất [134].
Tƣơng tự với ảnh độ phân giải cao hơn nhƣ SPOT chỉ có thể xác định vết trƣợt tƣơng đối lớn [93]. Ảnh vệ tinh có thể phát hiện chi tiết các vết trƣợt bằng kỹ thuật trộn ảnh, tăng cƣờng chất 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com lƣợng ảnh tạo sự tƣơng phản cao giữa vết trƣợt và các đối tƣợng xung quanh, tỉ lệ phát hiện khoảng 70% đối với ảnh SPOT (20m) sau khi tăng cƣờng độ phân giải lên 7m [104]. Gần đây, đã có một sự quan tâm ngày càng tăng của các nhà khoa học trong việc sử dụng ảnh vệ tinh quang học độ phân giải cao và siêu cao để phát hiện trƣợt lở đất [66]. Điều này là do thực tế các thế hệ sensor vệ tinh gần đây (SPOT-5 HRG, ASTER, IRS, WorldView 2, QuickBird, và IKONOS, GeoEye) cung cấp khả năng quát sát lập thể [105].
Cùng với đó, nhiều phƣơng pháp giải đoán tự động ảnh độ phân giải cao và siêu cao cũng đã đƣợc đề xuất [71]. Phân tích ảnh theo hƣớng đối tƣợng đã đƣợc tiến hành trên ảnh SPOT 5 toàn sắc và ảnh trực giao để lập bản đồ trƣợt lở đất [101]. Nhìn chung các phƣơng pháp phân tích tự động dựa trên kỹ thuật hƣớng đối tƣợng hoặc hƣớng pixel có thể giải đoán tƣơng đối chính xác các điểm trƣợt lở có độ tƣơng phản lớn so với các đối tƣợng xung quanh, tuy nhiên kỹ thuật này cho đến nay vẫn chƣa chứng tỏ sự ƣu việt so với phƣơng pháp phân loại thủ công. Đặc biệt tại các khu vực nghiên cứu tƣơng đối rộng lớn, sự khác nhau về thời gian giữa các ảnh gây khó khăn cho việc phân loại tự động.
Ngoài viễn thám trong vùng nhìn thấy, các tƣ liệu viễn thám khác cũng đƣợc khai thác sử dụng cho mục đích đích thành lập bản đồ hiện trạng trƣợt lở nhƣ RADAR, LIDAR. Singhroy và cộng sự đã phân tích khả năng tích hợp SAR và ảnh Landsat, và ảnh giao thoa SAR cho thành lập bản đồ hiện trạng và phát hiện đặc điểm trƣợt lở đất [117]. Trong nghiên cứu trƣợt lở đất dữ liệu LiDAR thƣờng đƣợc sử dụng để lập bản đồ độ cao bề mặt của các khu vực cụ thể. McKean và Roering đề cập đến các phƣơng pháp truyền thống thành lập bản đồ trƣợt lở dựa trên ảnh lập thể và giải đoán bằng mắt ảnh ảnh hàng không hoặc ảnh toàn sắc/ đa phổ và chọn lọc các điểm khống chế bề mặt là khó áp dụng vào địa hình ghồ ghề mà bị bao phủ bởi thực vật dày đặc.
Do đó, họ đã đề xuất một phƣơng pháp mới khai thác số đo độ nhám địa hình khu vực để phát hiện và lập bản đồ trƣợt lở đất nhờ sử dụng DEM độ phân giải cao (1,5-10m) từ dữ liệu LiDAR [96]. Mặc dù LiDAR là một cộng nghệ mới, đầy hứa hẹn trong các nghiên cứu về trƣợt lở đất, nhƣng nó vẫn là công nghệ tốn kém nhất và chỉ phù hợp cho các nghiên cứu ở quy mô nhỏ. 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Để xác định vị trí các điểm trƣợt lở và nghiên cứu trƣợt lở đất hiệu quả, ngoài việc giải đoán ảnh vệ tinh, ảnh hàng không, một số nghiên cứu còn sử dụng các phƣơng pháp khác nhƣ: quan trắc bằng RTK/GNSS/CORS [65]; quan trắc bằng Laser mặt đất; đặc biệt gần đây các nhà khoa học Italia chế tạo máy quan trắc trƣợt lở đất bằng giao thoa mặt đất (IBIS) cho độ chính xác cao [116]. Tuy nhiên giải đoán ảnh vệ tinh vẫn là phƣơng pháp đáng tin cậy và hiệu quả của việc xác định trƣợt lở ở khu vực có quy mô lớn [124].
Hệ thông tin địa lý trong đánh giá tai biến trượt lở đất Sự hạn chế của bản đồ hiện trạng trƣợt lở đất có đƣợc bằng kỹ thuật phát hiện vết trƣợt từ ảnh vệ tinh chỉ có thể trả lời câu hỏi: khu vực nào đã xảy ra trƣợt lở đất, chứ không thể trả lời cho câu hỏi ở đâu sẽ xảy ra trƣợt lở đất trong tƣơng lai. Đối với mục đích giảm thiểu thiệt hại do tai biến trƣợt lở đất, nhiều nhà khoa học trên thế giới đều nhận định rằng cần phải chỉ ra sự phân bố các khu vực có khả năng xảy ra trƣợt lở đất trong tƣơng lai. Nguy cơ trƣợt lở đất (hay còn đƣợc gọi là tính nhạy cảm của trƣợt lở đất) đƣợc ƣớc tính bằng tƣơng quan giữa các yếu tố gây trƣợt với hiện trạng trƣợt lở đất, nó có thể đƣợc sử dụng để chỉ ra các vị trí sẽ xảy ra trƣợt lở đất [57]. Với khả năng hiển thị, cập nhập, phân tích không gian mạnh mẽ, GIS là công cụ hữu ích cho các nghiên cứu mang tính đa chiều nhƣ trƣợt lở đất [126].
Việc sử dụng rộng rãi GIS đã cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về tai biến trƣợt lở đất và đóng góp đáng kể vào sự phát triển của các nghiên cứu trƣợt lở đất [55]. Từ giữa những năm 1980, GIS đã trở thành một công nghệ rất phổ biến trong tính toán và quản lý thiên tai bao gồm trƣợt lở đất. Carrara là ngƣời đầu tiên sử dụng các phân tích GIS để đánh giá nguy cơ trƣợt lở đất từ dữ liệu raster [54].