Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS vào cảnh báo thiên tai

Công nghệ viễn thám được đưa sớm vào Việt Nam từ những năm 70 của thế kỷ trước trong ngành lâm nghiệp và địa chất, sau đó mở rộng dần việc ứng dụng trong các lĩnh vực khác như nông nghiệp, giám sát môi trường và thiên tai, quy hoạch lãnh thổ, nghiên cứu khoa học...

Những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) vào giám sát, dự báo, cảnh báo thiên tai và tác động của biến đổi khí hậu đã đạt được những thành quả thiết thực ở nước ta.

Lập bản đồ dự báo nguy cơ lũ quét, trượt lở đất

Lũ quét là một dạng thiên tai xảy ra ở hầu khắp các nước trên thế giới, đặc biệt ở vùng trung du, miền núi và các lưu vực sông chịu ảnh hưởng của gió mùa, bão, áp thấp và hội tụ nhiệt đới.

Nước ta nằm trong khu vực được xem là có tiềm năng tự nhiên sinh ra lũ quét rất cao do trên 70% diện tích là đồi núi.

Cho đến nay, nhiều phương pháp cảnh báo lũ sớm được nghiên cứu, trong đó phương pháp sử dụng tư liệu viễn thám kết hợp công nghệ GIS đã mang lại những hiệu quả quan trọng trong dự báo nguy cơ lũ ống, lũ quét.

Mới đây, các nhà khoa học từ Học viện Kỹ thuật quân sự và Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã sử dụng tư liệu viễn thám và công nghệ GIS thành lập Bản đồ dự báo nguy cơ lũ quét tại huyện Hướng Hóa, tỉnh Quảng Trị.

Theo số liệu điều tra - khảo sát giai đoạn 2009-2010 tỉnh Quảng Trị có 177 điểm trượt lở trong đó huyện Hướng Hóa có nhiều điểm trượt lở nhất với 81 điểm xảy ra ở các vị trí như thị trấn Khe Sanh, xã Ba Tầng, Tân Thành, Húc, Hướng Phùng, Hướng Linh, Hướng Lập và Hướng Sơn.

Diện tích trượt lở của huyện Hướng Hóa chiếm 52,2% tổng diện tích trượt lở toàn khu vực đồi núi tỉnh Quảng Trị.

Cùng với đặc điểm khí hậu phức tạp, chịu ảnh hưởng nhiều của bão với cường độ ngày càng tăng. Đây là những điều kiện thuận lợi để hình thành lũ quét.

Việc dự báo, phân vùng nguy cơ lũ quét là vấn đề rất cấp thiết, góp phần quan trọng cho việc giảm thiểu thiệt hại do lũ quét gây ra, đồng thời ổn định cuộc sống cho người dân trong khu vực.

Địa hình huyện Hướng Hóa có độ cao trung bình 400m so với mực nước biển. Đặc điểm chung của địa hình là độ dốc lớn, bị chia cắt mạnh bởi các sông suối, khe rãnh.

Theo chuyên gia Nguyễn Thị Thu Nga, Học viện Kỹ thuật quân sự, để xây dựng bản đồ dự báo nguy cơ lũ quét khu vực huyện Hướng Hóa, tỉnh Quảng Trị, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn 8 nhân tố ảnh hưởng đến khả năng hình thành lũ quét, bao gồm: mật độ che phủ, độ ẩm của đất, độ dốc, giao thông, hiện trạng sử dụng đất, lượng mưa, thổ nhưỡng và mật độ thủy hệ.

Tiến sĩ Bùi Thu Phương, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội cho biết: Phân tích kết quả đạt được cho thấy nguy cơ xảy ra lũ quét cao và rất cao chiếm gần 15% diện tích huyện Hướng Hóa.

Đây là những nơi có mật độ sông suối dày đặc, độ chia cắt ngang và chia cắt sâu địa hình lớn. Đây cũng là những nơi có mật độ dân cư đông đúc, vì vậy cần só biện pháp di dân sớm để tránh những thiệt hại nặng nề về người và của do lũ gây ra.

Kết quả xây dựng bản đồ dự báo nguy cơ lũ quét khu vực huyện Hướng Hóa, tỉnh Quảng Trị cho thấy đây là khu vực có nhiều đặc điểm tự nhiên thuận lợi cho việc hình thành lũ quét. Các điều chỉnh về quy hoạch và quản lý là cần thiết để giảm thiểu tác hại của lũ quét gây ra.

Công nghệ viễn thám và GIS với những ưu điểm nổi bật so với các phương pháp nghiên cứu truyền thống có thể được sử dụng hiệu quả trong xây dựng bản đồ cảnh báo nguy cơ lũ quét.

Việc sử dụng phương pháp GIS và viễn thám có so sánh với số liệu thống kê đem lại kết quả khả quan, có độ chính xác cao. Kết quả này góp phần hỗ trợ cho các nhà quản lý trong công tác phòng, chống ảnh hưởng về người và tài sản do lũ quét gây ra.

Một trong những ứng dụng quan trọng của công nghệ viễn thám và GIS được sử dụng thời gian gian gần đây là việc lập Bản đồ nguy cơ trượt lở đất dọc tuyến Quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình.

Phó Giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Thạch, Trường Đại học Khoa học Tụ nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội cho biết: Tuyến Quốc lộ 6 qua tỉnh Hòa Bình dài khoảng 125 km, nối liền Hà Nội, Đồng bằng Bắc Bộ với Tây Bắc và Thượng Lào. Giao thương tương đối thuận lợi.

Tuy vậy, do Hòa Bình là tỉnh có địa hình núi trung bình, chia cắt phức tạp, độ dốc lớn nên hiện tượng trượt lở đất xảy ra khả thường xuyên, đặc biệt là vào mùa mưa.

Trong các mô hình phân tích nguy cơ trượt lở đất, bản đồ hiện trạng trượt lở đất được xem là nguồn dữ liệu quan trọng, không thể thiếu. Vị trí các điểm trượt lở này có thể căn cứ vào dữ liệu lịch sử, xác định và đo vẽ bằng phương pháp khảo sát trực tiếp ngoài thực địa hoặc giải đoán từ ảnh vệ tinh.

Theo Phó Giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Thạch, Bản đồ hiện trạng trượt lở đất dọc tuyến Quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình cùng các yếu tố được trọn cho mô hình đánh giá nguy cơ trượt lở đất là những nguồn dữ liệu đầu vào cho các phép phân tích không gian trong GIS. Bản đồ này được thành lập bằng cách sử dụng công cụ Raster Calculator trong phần mền ArcGIS 10.5.

Với việc áp dụng viễn thám và GIS, nghiên cứu đã xây dựng được bản đồ nguy cơ trượt lở đất dọc tuyến đường Quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình, bản đồ đã chỉ ra 144 điểm có nguy cơ trượt lở theo các cấp độ từ rất cao (Km53-Km55; Km61-Km80; Km102-Km103; Km 126-Km 129) đến cao (Km124-Km129; Km133-Km136; Km143-Km148), trung bình (Km103-Km110; Km123-Km125; Km136-Km143; Km148-Km151), thấp và rất thấp...

Xây dựng bản đồ xói mòn đất và đánh giá thích nghi đất đai

Tiến sĩ Nguyễn Phi Sơn – Phó Viện trưởng Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ nhận định: Công nghệ viễn thám và GIS có vai trò quan trọng trong việc xây dựng bản đồ xói mòn đất.

Xói mòn đất được coi là nguyên nhân chính gây suy thoái đất, là một trong những vấn đề quan trọng của môi trường đất và đang có xu hướng gia tăng ở nhiều quốc gia.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất bao gồm: mưa, gió, độ dốc, thổ nhưỡng, thảm thực vật, con người.

Xói mòn đất mang đi một lượng lớn đất mùn trên mặt từ các vùng đất cao, đất dốc xuống các chân núi, xuống các hồ chứa, theo các dòng sông mang phù sa đổ ra biển… dẫn đến chất lượng đất càng cằn cỗi nếu như các biện pháp không được thực thi.

Hiện mô hình để đánh giá xói mòn đất được chia thành hai loại: Mô hình thực nghiệm (RUSLE) và Mô hình nhận thức. Việt Nam hiện đang sử dụng Mô hình thực nghiệm để xây dựng các bản đồ xói mòn tiềm năng và xói mòn hiện trạng.

Thông qua việc sử dụng mô hình RUSLE, tư liệu viễn thám, dữ liệu địa hình và ứng dụng GIS, các nhà nghiên cứu thuộc Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ đã thành lập bản đồ xói mòn đất hiện trạng cho thành phố Uông Bí (Quảng Ninh).

Bản đồ này có chất lượng tốt hơn bản đồ xói mòn đất hiện trạng thành phố Uông Bí đã được thành lập theo phương pháp truyền thống. Nó góp phần khẳng định việc nghiên cứu đánh giá xói mòn đất dưới sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và GIS là rất hiệu quả và cần thiết trong giai đoạn hiện nay.

Bên cạnh các ứng dụng vào đánh giá xói mòn, nguy cơ lũ quét, trượt lở đất... công nghệ viễn thám và GIS cũng được sử dụng để đánh giá thích nghi đất đai của cây lương thực, mang lại hiệu quả kinh tế cao và thích ứng với biến đổi khí hậu.

Chuyên gia Tống Thị Hạnh, Học viện Kỹ thuật quân sự cho biết: Trong những năm gần đây, biến đổi khí hậu diễn ra ngày càng phức tạp, ảnh hưởng nghiêm trọng đến lĩnh vực nông nghiệp; tác động đến thời vụ làm thay đổi cấu trúc mùa vụ, làm suy thoái tài nguyên đất, gây sâu bệnh cho cây trồng và giảm sản lượng thu hoạch.

Do vậy, việc xác định vùng đất thích nghi để trồng lúa xen canh màu là phương pháp canh tác phù hợp và cần thiết để đảm bảo an ninh lương thực quốc gia, mang lại hiệu quả kinh tế cao và thích ứng với biến đổi khí hậu.

Ứng dụng GIS và kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu (MCA) trong đánh giá thích nghi đất đai đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu. Ở Việt Nam, các nghiên cứu ứng dụng GIS trong đánh giá thích nghi đất đai được ghi nhận vào thập niên 90 của thế kỷ XX.

Mới đây, Học viện Kỹ thuật quân sự đã sử dụng các ứng dụng GIS và MCA vào nghiên cứu đánh giá khả năng thích nghi đất đai của cây lúa – màu, nhằm đề xuất các diện tích thích hợp nhất cho việc phát triển loại hình sử dụng đất trồng lúa kết hợp xen canh cây màu, thử nghiệm cho khu vực huyện Gio Linh, tỉnh Quảng Trị.

Nghiên cứu lựa chọn 6 chỉ tiêu, bao gồm: loại đất, tầng dày, độ dốc, độ cao, khả năng tưới nước và lượng mưa trung bình năm.

Kết quả nhận được cho thấy, trong khu vực huyện Gio Linh có 6% diện tích đất rất thích nghi cho trồng cây lúa – màu tập trung ở các xã Gio Quang, Gio Châu, Gio Mỹ, thị trấn Gio Linh, Trung Hải, Gio Mai; 11% diện tích đất thích nghi trồng lúa – màu tập trung ở các xã Trung Sơn, Gio Thành, Gio Hòa, Gio An, Linh Hải, Gio Sơn; 48% kém thích nghi và 35% không thích nghi cho trồng lúa – màu.

Kết quả nhận được trong nghiên cứu có thể được sử dụng cho công tác lập quy hoạch vùng kết hợp trồng cây lúa – màu phục vụ đảm bảo anh ninh lương thực và đối phó biến đổi khí hậu.

Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám để quản lý tài nguyên thiên nhiên, trước hết là tài nguyên đất, nước, khoáng sản, rừng... và giám sát môi trường ở nước ta ngày càng gia tăng và trở thành một trong các nhiệm vụ chủ đạo của ứng dụng và phát triển công nghệ của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Cùng với đó là công nghệ GIS đã trở thành một công cụ quan trọng, làm thay đổi cơ bản về nội dung, sản phẩm của công tác đo đạc và bản đồ địa hình hiện nay cũng như mang đến những hiệu quả thiết thực trong các nghiên cứu cảnh bảo, giám sát, phòng chống thiên tai, ứng phó với biến đổi khí hậu./.