Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Xã Huổi Lèng là một xã miền núi nghèo, thuộc diện đặc biệt khó khăn của huyện Mường Chà, tỉnh Điện Biên. Địa phương này thường xuyên phải đối mặt với các loại hình thiên tai phức tạp, đặc biệt là hiện tượng sạt lở đất đá và lũ quét trong mùa mưa bão. Địa hình đồi núi dốc đứng bị chia cắt mạnh kết hợp với lượng mưa tập trung theo mùa dẫn đến nguy cơ trượt lở rất cao, đe dọa trực tiếp đến tính mạng con người, phá hủy hạ tầng cơ sở và gây thiệt hại lớn về kinh tế. Minh chứng cụ thể là trận lũ quét tối ngày 27/6 đã cuốn trôi, vùi lấp gần 20 ha lúa mùa cùng nhiều gia súc, gia cầm của nhân dân; điển hình hơn là điểm sạt lở nghiêm trọng tại Km119 Quốc lộ 12 đoạn qua bản Huổi Toóng 2, trở thành một trong những vụ sạt lở lớn nhất từ trước đến nay trên địa bàn.

Mặc dù hiểm họa thiên tai luôn hiện hữu, công tác quản lý rủi ro thiên tai tại địa phương vẫn bộc lộ nhiều khoảng trống:

  • Chưa thiết lập được hệ thống theo dõi, quản lý và phương án chủ động di dời các hộ dân nằm trong vùng nguy hiểm.
  • Chưa tiến hành thống kê đầy đủ, đồng bộ và phân loại chính xác các điểm có nguy cơ sạt lở định kỳ.
  • Người dân vẫn định cư và canh tác tại các sườn dốc tiềm ẩn nguy cơ cao.

Xuất phát từ thực trạng trên, tác giả Giàng A Phong đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Quản lý đất đai với đề tài: "Ứng dụng GIS trong công tác quản lý các khu vực sạt lở đất thuộc xã Huổi Lèng, huyện Mường Chà, tỉnh Điện Biên" dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Ngọc Anh tại Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên (2019).

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Mục tiêu tổng quát: Ứng dụng Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) trong công tác quản lý các khu vực sạt lở đất thuộc xã Huổi Lèng, huyện Mường Chà, tỉnh Điện Biên.
  2. Mục tiêu cụ thể:
    • Điều tra, tổng hợp điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội của xã Huổi Lèng.
    • Xác định các nhóm nguyên nhân và yếu tố chi phối dẫn đến hiện tượng sạt lở đất tại khu vực nghiên cứu.
    • Đánh giá thực trạng sạt lở đất trên địa bàn xã Huổi Lèng.
    • Xây dựng bản đồ chuyên đề sạt lở đất thuộc khu vực xã Huổi Lèng.
    • Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính: thông tin điểm sạt lở, các yếu tố dẫn đến trượt lở và thống kê thiệt hại.
    • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật, quản lý và cộng đồng nhằm phòng tránh, giảm thiểu thiệt hại do sạt lở đất.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Các khu vực sạt lở đất tại xã Huổi Lèng; quy trình ứng dụng phần mềm MapInfo và công cụ xử lý dữ liệu trung gian trong xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý sạt lở đất.
  • Phạm vi không gian: Toàn bộ ranh giới hành chính xã Huổi Lèng, huyện Mường Chà, tỉnh Điện Biên (diện tích 10.828,74 ha).
  • Phạm vi thời gian: Quá trình nghiên cứu và khảo sát thực địa được thực hiện trong thời gian 4 tháng, từ ngày 25/01/2019 đến hết tháng 05/2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình ứng dụng

Khóa luận vận dụng hệ thống lý thuyết về trắc địa bản đồ, địa mạo học và công nghệ thông tin địa lý:

  • Lý thuyết về trượt lở đất: Bản chất của hiện tượng sạt lở đất là quá trình khối đất, đá, bùn chuyển động nhanh xuống sườn dốc hoặc mái dốc do mất ổn định liên kết trọng lực dưới tác động tổng hợp của các yếu tố nội sinh (địa chấn, kiến tạo), ngoại sinh (địa mạo, lượng mưa, dòng chảy, thảm phủ) và nhân vi (canh tác nương rẫy, bạt mái taluy làm đường, phá rừng).
  • Khung lý thuyết GIS (Geographic Information System): Hệ thống bao gồm 5 hợp phần: phần cứng (trang thiết bị máy tính, thiết bị ngoại vi), phần mềm chuyên dụng, dữ liệu địa lý (dữ liệu không gian dạng Raster/Vector và dữ liệu thuộc tính), chuyên viên vận hành và quy trình quản lý/chính sách. Các chức năng GIS được khai thác gồm: chồng lấp bản đồ đa giác, phân loại thuộc tính, phân tích vùng đệm (buffer), nội suy bề mặt và đo đếm diện tích hình học.
  • Cấu trúc lưu trữ MapInfo: Tổ chức thông tin theo các bảng (Table) độc lập, mỗi bảng cấu thành từ tổ hợp các tập tin chuyên biệt gồm: .TAB (mô tả cấu trúc bảng), .DAT (chứa dữ liệu bảng thuộc tính thô), .MAP (mô tả đối tượng đồ họa không gian), .ID (chỉ số liên kết giữa đối tượng không gian và thuộc tính), và .IND (chỉ mục tìm kiếm trường khóa).

Phương pháp nghiên cứu

Khóa luận kết hợp đồng bộ các phương pháp nghiên cứu địa lý và xử lý dữ liệu địa chính:

  1. Phương pháp thu thập thông tin (thứ cấp): Kế thừa và thu thập tài liệu hành chính, khí tượng thủy văn, số liệu kiểm kê đất đai, báo cáo kinh tế - xã hội địa phương và các hồ sơ lưu trữ về lũ quét, sạt lở; sử dụng bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1:10.000 do Trung tâm Tư liệu Đo đạc và Bản đồ cung cấp.
  2. Phương pháp điều tra thực địa: Khảo sát trực tiếp tại hiện trường 07 bản của xã Huổi Lèng nhằm xác định tọa độ các vết nứt, đo đếm quy mô sạt lở, nhận diện hiện trạng thảm thực vật và ghi nhận hiện trạng hư hỏng công trình nhà ở, giao thông.
  3. Phương pháp chồng ghép bản đồ: Chồng xếp các lớp dữ liệu không gian theo chiều thẳng đứng (địa hình, thổ nhưỡng, độ dốc, thảm thực vật, hạ tầng) để xác lập mối tương quan giữa phân cấp độ dốc và các vị trí sạt lở.
  4. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu: Quy trình xử lý kỹ thuật bao gồm chuyển đổi định dạng bản đồ số từ MicroStation (*.DGN) sang MapInfo (*.TAB) thông qua phần mềm trung gian FME Desktop, tiến hành chuẩn hóa cấu trúc trường dữ liệu, liên kết thuộc tính và biên tập bản đồ chuyên đề.
  5. Phương pháp tổng hợp: Tổng hợp các kết quả phân tích định tính và định lượng để đánh giá thực trạng và xây dựng báo cáo kiến nghị giải pháp quản lý.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của việc xây dựng hệ thống thông tin giám sát sạt lở tại một xã miền núi có địa hình phân cắt mạnh như Huổi Lèng. Xác định mục tiêu tổng quát, 6 mục tiêu cụ thể, đối tượng khảo sát và phạm vi nghiên cứu thực hiện từ tháng 01/2019 đến tháng 05/2019.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Hệ thống hóa các vấn đề lý luận về hiểm họa địa chất sạt lở đất đá; phân loại các nhóm nguyên nhân tự nhiên (địa mạo, địa chất, thủy văn, lượng mưa) và tác động của con người. Trình bày tổng quan về hệ thống GIS, các thành phần phần cứng/phần mềm, cấu trúc dữ liệu không gian Raster/Vector và ứng dụng GIS trong công tác quản lý tài nguyên, đất đai và thiên tai tại Việt Nam. Giới thiệu các chức năng chính của phần mềm MapInfo Professional, cơ chế tổ chức dữ liệu theo từng lớp chuyên đề và nguyên lý liên kết trường dữ liệu thuộc tính với các thực thể bản đồ.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Xác định cụ thể đối tượng nghiên cứu là các khu vực sạt lở trên địa bàn xã Huổi Lèng và quy trình ứng dụng MapInfo trong quản lý dữ liệu. Thiết lập quy trình công nghệ 5 bước xây dựng chương trình quản lý sạt lở:

  1. Thu thập, tham khảo tài liệu liên quan.
  2. Thu thập dữ liệu hình học (bản đồ hành chính, địa chính) và phi hình học (vị trí sạt lở, độ dốc, độ cao).
  3. Xử lý và chuyển đổi dữ liệu không gian (.DGN sang .TAB) bằng phần mềm FME, kết hợp nhập dữ liệu thuộc tính từ Microsoft Excel/Access.
  4. Xây dựng bản đồ mới, số hóa ranh giới và chuẩn hóa các lớp thông tin chuyên đề trên nền bản đồ nguồn.
  5. Thiết lập hệ thống quản lý, tìm kiếm, truy vấn và trích xuất dữ liệu vùng sạt lở.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Đánh giá toàn diện các yếu tố phát sinh nguy cơ trượt lở đất tại xã Huổi Lèng qua các nhóm nội dung:

  • Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội: Vị trí tiếp giáp, mạng lưới 7 bản dân cư, tình hình sản xuất nông - lâm nghiệp, giáo dục, y tế và cơ cấu dân số (3.094 nhân khẩu).
  • Phân tích các yếu tố dẫn đến sạt lở:
    • Địa chất - Thổ nhưỡng: Đất nâu đỏ trên đá Macma bazơ và trung tính chiếm phần lớn; phân loại khả năng thấm nước thành 4 cấp (thấm nhiều, thấm trung bình, thấm ít, thấm rất ít) và 4 cấp độ phong hóa đá.
    • Địa mạo và độ dốc: Phân chia 2 nhóm địa hình chính (bóc mòn rửa trôi và nguồn gốc dòng chảy); bản Huổi Toóng 1 và Huổi Toóng 2 có tỷ lệ phân cấp độ dốc cao nhất (chiếm 37,31%), tiếp theo là Trung Dình và Nậm Chua (chiếm 24,86%).
    • Khí hậu - Thủy văn: Lượng mưa bình quân 1.600 - 2.400 mm/năm (tháng 7 cao nhất 400 - 500 mm); mạng lưới suối dốc (suối Nậm Lay, Sa Lương, Hầu Di Thàng) làm tập trung nước lũ cục bộ rất nhanh.
    • Yếu tố con người: Hoạt động phát đốt nương rẫy, khai thác đá tại Ma Lù Thàng và Huổi Toóng 2, tập quán san ủi taluy làm nhà ven sườn dốc gây quá tải trọng cục bộ.
  • Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS: Quy trình cài đặt, cấu hình bản quyền FME Desktop để chuyển đổi định dạng bản đồ .DGN sang .TAB; thiết kế bảng thuộc tính thông tin sạt lở (tên điểm, thôn bản, trạng thái, tọa độ X, Y); xây dựng các chức năng truy vấn, xuất dữ liệu và thành lập bản đồ chuyên đề quản lý sạt lở đất.
  • Đề xuất giải pháp: Đưa ra hệ thống giải pháp phân cấp cho người dân, chính quyền địa phương cấp xã/huyện và các nhà quản lý chuyên môn.

Kết quả và đóng góp

Số liệu hiện trạng kinh tế - xã hội và cơ cấu đất đai

Khóa luận đã điều tra, thu thập và tổng hợp đầy đủ các số liệu phản ánh điều kiện thực tế của xã Huổi Lèng:

Năm Diện tích gieo trồng đậu tương (ha) Năng suất đậu tương (tạ/ha) Sản lượng đậu tương (tấn) Diện tích gieo trồng lạc (ha) Năng suất lạc (tạ/ha) Sản lượng lạc (tấn)
2016 38,0 10 6,5 6,5 10 6,5
2017 28,8 10 28,8 7,0 10 7,0
2018 20,0 10 20,0 8,3 10 6,3

Bảng: Tình hình sản xuất cây hàng năm qua 3 năm (Nguồn: Văn phòng - Thống kê xã Huổi Lèng)

Về nhân khẩu học năm 2018, xã có 553 hộ gia đình với 3.094 nhân khẩu (1.730 lao động), gồm các dân tộc Mông, Kinh và Hoa cùng sinh sống; mật độ dân số đạt 15 người/km²; tỷ lệ tăng dân số tự nhiên là 1,43%/năm.

Nhóm đất Mã loại đất Diện tích (ha) Cơ cấu (%)
1. Đất nông nghiệp NNP 5.848,10 54,00
- Đất chuyên trồng lúa nước LUC 11,00 0,10
- Đất trồng lúa nước còn lại LUK 64,20 0,59
- Đất trồng lúa nương LUN 288,30 2,66
- Đất trồng cây hàng năm còn lại HNK 237,00 2,19
- Đất trồng cây lâu năm CLN 10,00 0,09
- Đất rừng sản xuất RSX 1.616,60 14,93
- Đất rừng phòng hộ RPH 3.621,70 33,45
- Đất nuôi trồng thủy sản NTS 0,90 0,01
2. Đất phi nông nghiệp PNN 98,10 0,91
- Đất phát triển hạ tầng (giao thông, thủy lợi, năng lượng...) DHT 62,10 0,57
- Đất ở tại nông thôn ONT 15,00 0,14
- Đất sông suối SON 14,14 0,13
- Các loại đất phi nông nghiệp khác (trụ sở, quốc phòng, nghĩa trang...) - 6,86 0,07
3. Đất chưa sử dụng (đồi núi chưa sử dụng) CSD / DCS 4.816,48 44,48
TỔNG DIỆN TÍCH TỰ NHIÊN - 10.828,74 100,00

Bảng: Hiện trạng sử dụng đất xã Huổi Lèng (Nguồn: Số liệu thống kê đất đai năm 2018)

Cơ sở dữ liệu thuộc tính điểm sạt lở

Tác giả đã thiết lập bảng cấu trúc dữ liệu thuộc tính trong MapInfo để quản lý chi tiết từng vị trí xảy ra sụt trượt đất đá:

Tên trường (Field Name) Kiểu dữ liệu (Data Type) Độ rộng (Width) Chức năng ghi chú
TT Character 10 Số thứ tự điểm sạt lở
Ten_diem Character 15 Tên ký hiệu của điểm sạt lở
Ten_thon_ban Character 25 Tên thôn bản quản lý hành chính
Trang_thai Character 40 Tình trạng sạt lở (đã sạt lở, nguy cơ cao, vết nứt)
X Decimal 10 Tọa độ phẳng trục X (VN-2000)
Y Decimal 10 Tọa độ phẳng trục Y (VN-2000)

Bảng: Cấu trúc cơ sở dữ liệu thuộc tính điểm sạt lở đất tại xã Huổi Lèng

Các phát hiện thực nghiệm và giải pháp đề xuất

  1. Ghi nhận thực địa các điểm trượt lở điển hình:
    • Điểm sạt lở tại bản Huổi Toóng 2 (năm 2017) có khối lượng đất đá sụt trượt gần 320.000 m³, gây tê liệt giao thông Quốc lộ 12 và thiệt hại nặng nề nhất khu vực.
    • Xuất hiện hệ thống khe nứt tách giãn địa chất lớn cắt ngang sườn đồi tại bản Huổi Toóng 2 và các vết nứt kéo dài chạy qua nền nhà của các hộ dân tại bản Huổi Toóng 1.
    • Gió lốc kết hợp sạt lở đất tại Ma Lù Thàng, Trung Dình và Huổi Toóng 2 đã làm hư hỏng trên 410 ha ngô và cuốn trôi hơn 5 ngôi nhà.
  2. Hệ thống giải pháp quản lý và phòng ngừa:
    • Đối với người dân: Chấm dứt hoạt động đốt phá rừng làm nương rẫy ven các sườn đồi có độ dốc > 25°; chủ động gia cố nền móng nhà ở; theo dõi các vết nứt trên mặt đất và nền nhà để sơ tán kịp thời khi có mưa lớn kéo dài.
    • Đối với chính quyền địa phương: Rà soát, kiểm soát chặt chẽ hoạt động khai thác đá lộ thiên tại bản Ma Lù Thàng và Huổi Toóng 2; lập phương án di dời khẩn cấp các cụm dân cư có nguy cơ cao; bảo vệ nghiêm ngặt 3.621,70 ha rừng phòng hộ đầu nguồn.
    • Đối với các nhà quản lý: Sử dụng cơ sở dữ liệu GIS đã thiết lập để cập nhật định kỳ diễn biến các vết nứt; tính toán sức chịu tải nền đất trước khi cấp phép hoặc thi công các tuyến giao thông, công trình xây dựng miền núi.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Nghiên cứu mới dừng lại ở việc số hóa, chuyển đổi dữ liệu không gian từ MicroStation sang MapInfo và xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý tĩnh cho các điểm sạt lở đơn lẻ; chưa xây dựng được các thuật toán tính toán tự động cập nhật biến động không gian trên diện rộng.
    • Khâu chuyển đổi định dạng bản đồ còn phụ thuộc vào phần mềm thương mại bên thứ ba (FME Desktop) với nhiều bước cấu hình phức tạp.
    • Số liệu khảo sát chủ yếu tập trung trong phạm vi hành chính một xã (xã Huổi Lèng) với thời gian thực địa ngắn (4 tháng).
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Ứng dụng mô hình toán học tích hợp viễn thám và GIS (như AHP, mạng nơ-ron hoặc hồi quy Logistic) để thành lập bản đồ phân vùng cảnh báo nguy cơ trượt lở đất ở mức độ chi tiết hơn.
    • Mở rộng phạm vi cơ sở dữ liệu sạt lở đất ra toàn bộ lưu vực huyện Mường Chà và tỉnh Điện Biên.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng:
    • Sinh viên, học viên chuyên ngành Quản lý đất đai, Quản lý tài nguyên môi trường, Trắc địa - Bản đồ, Địa lý học và Lâm nghiệp.
    • Cán bộ địa chính, chuyên viên phòng Tài nguyên và Môi trường, Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn cấp huyện, xã tại các tỉnh miền núi phía Bắc.
  • Phần nội dung có giá trị ứng dụng cao:
    • Quy trình kỹ thuật chuyển đổi và chuẩn hóa cấu trúc dữ liệu bản đồ địa chính từ MicroStation (.DGN) sang phần mềm GIS MapInfo (.TAB) thông qua FME.
    • Khung cấu trúc trường thông tin thuộc tính phục vụ quản lý tọa độ, quy mô và tình trạng các điểm trượt lở đất ở cấp xã.
    • Phương pháp luận phân tích tổng hợp các yếu tố tự nhiên (địa mạo, độ dốc, lượng mưa, thảm thực vật) và nhân sinh gây tai biến địa chất vùng cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả phải sử dụng phần mềm FME để chuyển đổi dữ liệu từ MicroStation sang MapInfo?

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất của xã được cơ quan quản lý nhà nước thành lập bằng phần mềm MicroStation dưới định dạng *.DGN. Tuy nhiên, định dạng này chủ yếu lưu trữ đối tượng hình họa mà không hỗ trợ liên kết mạnh mẽ với cơ sở dữ liệu thuộc tính để phục vụ truy vấn, phân tích không gian. Do đó, tác giả sử dụng phần mềm FME Desktop 2016 làm công cụ trung gian nhằm chuyển đổi toàn vẹn các lớp đối tượng từ .DGN sang định dạng bảng .TAB của MapInfo.

2. Điểm sạt lở nào được ghi nhận có quy mô lớn nhất tại xã Huổi Lèng trong khóa luận?

Điểm sạt lở lớn nhất được ghi nhận tại bản Huổi Toóng 2 xảy ra vào năm 2017 với khối lượng đất đá sụt trượt ước tính gần 320.000 m³, gây vùi lấp đoạn Km119 Quốc lộ 12 và làm hư hại nghiêm trọng hạ tầng giao thông huyết mạch của khu vực.

3. Phân cấp độ dốc địa hình tại các bản trong xã Huổi Lèng phân bố như thế nào?

Bản Huổi Toóng 1 và bản Huổi Toóng 2 là hai khu vực có độ dốc cao nhất, chiếm 37,31% trong cơ cấu phân cấp độ dốc toàn xã, là nguyên nhân chính khiến hai bản này thường xuyên xảy ra trượt lở đất nghiêm trọng nhất vào mùa mưa. Đứng thứ hai là khu vực bản Trung Dình và Nậm Chua với tỷ lệ phân cấp độ dốc chiếm 24,86%.

4. Cơ sở dữ liệu thuộc tính của các điểm sạt lở đất trong đề tài gồm những trường thông tin nào?

Cơ sở dữ liệu thuộc tính điểm sạt lở đất được thiết lập gồm 6 trường thông tin chuẩn hóa: TT (Số thứ tự, kiểu Character 10), Ten_diem (Tên điểm, kiểu Character 15), Ten_thon_ban (Tên thôn bản, kiểu Character 25), Trang_thai (Trạng thái hiện tại, kiểu Character 40), X (Tọa độ X, kiểu Decimal 10), và Y (Tọa độ Y, kiểu Decimal 10).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Giàng A Phong đã hoàn thành việc điều tra, đánh giá toàn diện các yếu tố tự nhiên, kinh tế - xã hội và tập quán canh tác chi phối nguy cơ sạt lở đất đá tại xã Huổi Lèng, huyện Mường Chà, tỉnh Điện Biên. Bằng việc làm chủ quy trình chuyển đổi dữ liệu bản đồ từ MicroStation sang MapInfo qua công cụ FME, đề tài đã thiết lập thành công cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính để quản lý các vị trí trượt lở trọng yếu trên địa bàn xã. Công trình cung cấp nguồn tư liệu thực chứng và cơ sở khoa học tin cậy giúp chính quyền địa phương xây dựng phương án di dời dân cư, quy hoạch hạ tầng và chủ động phòng tránh rủi ro thiên tai vùng cao.