MỞ ĐẦU Sông Đáy, sông Nhuệ là những dòng sông có vai trò hết sức quan trọng đối với thủ đô Hà Nội. Ngoài chức năng thoát lũ hiện nay, chúng sẽ phải “gánh vác” những trọng trách mới cho sự phát triển phồn thịnh của thủ đô trong tương lai, trở thành những trục cảnh quan, hành lang xanh, điều hoà không khí và môi trường của thủ đô Hà Nội, hay tạo cảnh quan môi trường cho các đô thị sinh thái bên sông. Chính bởi vậy, sự hiểu biết về những con sông này, đặc biệt về sự hình thành và phát triển của chúng trong quá khứ cũng như hiện nay là hết sức cấp thiết. Quá trình hình thành và phát triển của sông Đáy, sông Nhuệ đã diễn ra từ hàng nghìn năm.
Trong suốt quá trình phát triển, chúng đã tạo nên các đới biến động rộng lớn, đồng thời cũng để lại những dấu ấn của mình trên địa hình như hồ móng ngựa, dải trũng hay các gờ cao ven lòng với những đặc trưng riêng về hình dạng, kích thước. Các dấu vết này, một phần còn tồn tại cho đến ngày nay, còn phần lớn đã bị các hoạt động phát triển kinh tế, đặc biệt là quá trình đô thị hoá, không còn nhận ra được nữa hay biến mất trên thực địa. Điều đáng quan tâm là, gắn liền với những dấu vết đó còn tiềm ẩn những vấn đề liên quan tới các tầng đất yếu hay các trục thoát lũ trên vùng đồng bằng…, có ảnh hưởng trực tiếp và quan trọng đến quá trình quy hoạch và phát triển đô thị. Sự thiếu hiểu biết cũng như các hoạt động quy hoạch không phù hợp với sự phân bố của các lòng sông cổ, cũng như đới biến động của chúng, có thể dẫn tới những hậu quả đáng tiếc, như sụt lún nền móng công trình, gây ngập úng cục bộ… Nhiều công trình nghiên cứu đề cập tới hệ thống sông ở Hà Nội đã được công bố, nhưng cho đến nay chưa có nhiều đề tài chuyên sâu nghiên cứu, xác lập lại hệ thống lòng cổ và đới hoạt động của hai con sông này.
Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề, học viên đã lựa chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu tái hiện hệ thống lòng cổ sông Đáy, sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội” làm luận văn thạc sĩ của mình. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mục tiêu của đề tài Tái hiện được hệ thống lòng cổ của sông Đáy, sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội, góp phần giảm nhẹ các thiệt hại do những tai biến thiên nhiên liên quan với biến động lòng sông (ngập úng, sụt lún đất,.) gây ra trên cơ sở ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu của đề tài Để đạt được mục tiêu trên, báo cáo giải quyết các nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu sau: - Thu thập và tổng hợp tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội liên quan đến khu vực nghiên cứu; - Tổng quan cơ sở lý luận và thực tiễn của việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động lòng sông; - Phân tích các nhân tố ảnh hưởng tới biến động lòng sông; - Phân tích dấu hiệu nhận biết các lòng sông cổ trên ảnh vệ tinh; - Xác lập (tái hiện) hệ thống lòng sông cổ trên cơ sở tích hợp thông tin địa chất, địa mạo với sự hỗ trợ của công nghệ viễn thám và GIS; - Đề xuất một số giải pháp phòng tránh, giảm thiểu tai biến thiên nhiên liên quan tới các lòng cổ và sự biến động lòng sông khu vực thành phố Hà Nội. Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu của đề tài tài là khu vực nằm trong phạm vi thành phố Hà Nội (hình 1), tập trung vào các khu vực xuất hiện hệ thống lòng cổ sông Đáy và sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội (tập trung phân tích cho khu vực phía nam sông Hồng) - Phạm vi khoa học: Nghiên cứu biến động lòng sông Đáy - sông Nhuệ từ sau biển tiến Flandrian đến hiện đại (từ Holocen muộn đến nay).
- Khả năng ứng dụng trong thực tiễn: Trên cơ sở nghiên cứu, tái hiện hệ thống lòng sông cổ khu vực thành phố Hà Nội, học viên phân tích và xác lập các mối liên hệ 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com giữa lòng sông cổ với các tai biến thiên nhiên như ngập lụt; độ ổn định của nền móng công trình kém, làm cơ sở tài liệu quan trọng cho công tác quy hoạch, phát triển đô thị trong tương lai. Hình 1: Khu vực nghiên cứu 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1: CƠ SỞ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM – GIS TRONG NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔILÒNG SÔNG 1. Cơ sở viễn thám – GIS trong nghiên cứu địa lý 1. Cơ sở công nghệ viễn thám - GIS Viễn thám (Remote sensing) được định nghĩa bằng nhiều cách khác nhau, nhưng nói chung đều thống nhất là khoa học và công nghệ thu thập thông tin của vật thể mà không tiếp xúc trực tiếp với vật thể đó.
Định nghĩa sau đây có thể coi là tiêu biểu: “Viễn thám là khoa học và công nghệ mà theo đó các đặc tính đối tượng quan tâm được nhận diện, đo đạc, phân tích các tính chất mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng”. Đối tượng trong định nghĩa này có thể hiểu là một đối tượng cụ thể, một vùng hay một hiện tượng. Viễn thám điện từ là khoa học và công nghệ sử dụng sóng điện từ để chuyển tải thông tin từ vật cần nghiên cứu tới thiết bị thu nhận thông tin cũng như công nghệ xử lý để các thông tin thu nhận có ý nghĩa. Các thiết bị dùng để thu nhận sóng điện từ bộ cảm được gọi là vật mang (platform).
Máy bay và vệ tinh là những vật mang thông dụng trong kỹ thuật viễn thám.1: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tín hiệu điện từ thu nhận từ đối tượng nghiên cứu mang theo thông tin về đối tượng. Các thiết bị viễn thám thu nhận xử lý các thông tin nàytừ thông tin phổ, tiếp tục tiến hành nhận biết, xác định được các đối tượng. Cơ sở phân tích, nhận dạng đối tượng trên ảnh viễn thám Thông tin trên ảnh viễn thám có được về các đối tượng nhờ vào quá trình “chụp ảnh” vệ tinh mà thực chất là quá trình thu nhận năng lượng sóng điện từ phản xạ hoặc phát xạ từ vật thể. Thông tin có được về đối tượng trong quá trình này chính là nhờ sự khác biệt của phản ứng với sóng điện từ của các đối tượng khác nhau (phản xạ, hấp thụ hay phân tách sóng điện từ).
Năng lượng sóng phản xạ từ đối tượng bao gồm hai phần: - Năng lượng phản xạ trực tiếp từ bề mặt đối tượng - Năng lượng tán xạ bởi cấu trúc bề mặt đối tượng. Năng lượng phản xạ trực tiếp không phụ thuộc vào bản chất của đối tượng mà chỉ phụ thuộc vào đặc tính bề mặt: độ gồ ghề, hướng,. của đối tượng. Năng lượng tán xạ là kết quả của một quá trình tương tác giữa bức xạ với bề dày của đối tượng mà bức xạ đó có khả năng xuyên tới.
Năng lượng này phụ thuộc vào cấu trúc, bản chất và trạng thái của đối tượng. Đây là nguồn năng lượng mang thông tin giúp ta có thể nhận biết được các đối tượng và trạng thái của chúng. Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ bằng các cách thức khác nhau và các đặc trưng này thường được gọi là đặc trưng phổ. Phổ phản xạ là thông tin quan trọng nhất mà viễn thám thu được về các đối tượng.
Đối với mỗi vật trong tự nhiên có đặc tính phản xạ phổ điện từ khác nhau trên các bước sóng khác nhau. Dựa vào đặc điểm phổ phản xạ có thể phân tích, so sánh và nhận diện các đối tượng trên bề mặt. Các đối tượng chủ yếu trên mặt đất bao gồm: lớp phủ thực vật, nước, đất hay cát, đá công trình xây dựng. Mỗi loại này có phản xạ khác nhau với sóng điện từ tại các bước sóng khác nhau.
5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên chính Đây là hình biểu diễn đường cong phản xạ phổ của các loại lớp phủ mặt đất (thực vật, đất và nước), chúng có tính chất khái quát việc phản xạ phổ của ba loại lớp phủ chủ yếu. Trên thực tế, các loại thực vật, đất và nước khác nhau sẽ có các đường cong phản xạ phổ khác nhau. Sự khác nhau này chủ yếu được thể hiện ở độ lớn của phần trăm phản xạ, song hình dạng tương đối của đường cong ít khi có sự thay đổi.
Thực vật: phản xạ phổ cao nhất ở bước sóng màu lục (0.6μm) (tương ứng với dải sóng màu lục-Green) trong vùng nhìn thấy và có màu xanh lục. Khi diệp lục tố giảm đi, thực vật chuyển sang khả năng phản xạ ánh sáng màu đỏ trội hơn, dẫn đến lá cây có màu vàng (do tổ hợp màu Green và Red) hoặc màu đỏ hẳn. Các đặc trưng phản xạ phổ của thực vật nổi bật nhất ở vùng hồng ngoại gần (0,7-1.4μm), là vùng bước sóng mà thực vật có phản xạ cao nhất. Mức độ phản xạ của thực vật phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau, có thể kể đến là lượng chlorophyll (diệp lục), độ dày tán lá và cấu trúc tán lá.
Nước: có phản xạ chủ yếu nằm trong vùng nhìn thấy (0.7μm) và phản xạ mạnh ở dải sóng lam (0. Giá trị phản xạ của một đối tượng nước phụ thuộc chủ yếu vào độ đục của nó. Nước trong có giá trị phản xạ rất khác nước đục, nước càng đục có độ phản xạ càng cao. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Đồ thị phản xạ phổ của một số loại nước Ðất: có phần trăm phản xạ tăng dần theo chiều tăng của chiều dài bước sóng. Phần trăm phản xạ của đất chủ yếu phụ thuộc vào độ ẩm và màu của đất. Đất khô, đường cong phổ phản xạ của đất khô tương đối đơn giản, ít có những cực đại và cực tiểu một cách rõ ràng, lý do chính là các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất phổ của đất khá phức tạp và không rõ ràng như ở thực vật. Tuy nhiên quy luật chung là giá trị phổ phản xạ của đất tăng dần về phía sóng có bước sóng dài.
Các cực trị hấp thụ phổ do hơi nước cũng diễn ra ở vùng 1.