Tích hợp viễn thám và GIS nghiên cứu đánh giá trượt lở đất phục vụ mục tiêu giảm thiểu thiệt hại do tai biến thiên nhiên tại tỉnh bắc kạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Đình Tài

TÍCH HỢP VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TAI BIẾN TRƯỢT LỞ ĐẤT
PHỤC VỤ GIẢM THIỂU THIỆT HẠI TẠI TỈNH BẮC KẠN

LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ

Hà Nội - 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Đình Tài

TÍCH HỢP VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TAI BIẾN TRƯỢT LỞ ĐẤT
PHỤC VỤ GIẢM THIỂU THIỆT HẠI TẠI TỈNH BẮC KẠN

Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý
Mã số: 62 44 02 14
LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Nguyễn Ngọc Thạch

Hà Nội - 2017

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công
trình nào khác.
Tác giả luận án

Nguyễn Đình Tài


LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Ngọc Thạch,
người Thầy hướng dẫn khoa học đã tận tâm giúp đỡ NCS trong quá trình thực hiện
luận án. Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy giáo, cô giáo bộ môn Bản đồ-Viễn thámGIS, và các thầy cô trong Khoa Địa lý vì những kiến thức giảng dạy trong quá trình
thực hiện luận án, cũng như những ý kiến đóng góp trao đổi về luận án. NCS xin
gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo Khoa Địa lý, Phòng Sau đại học-Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho NCS hoàn thành luận án. NCS cũng
xin gửi lời cảm ơn Giám đốc Trung tâm Vật lý Môi trường, và Viện trưởng Viện
Viện Vật lý – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã cho phép NCS
tham gia học tập và bảo vệ luận án Tiến sĩ, cũng như đã bố trí công việc thuận lợi
cho NCS có thể hoàn thành luận án này. NCS cũng xin gửi lời cảm ơn đến đồng
nghiệp, bạn bè đã có những ý kiến trao đổi đóng góp đối với luận án trong thời gian
qua. Cuối cùng NCS xin dành lời cảm ơn đến gia đình đã tạo điều kiện tốt nhất để
NCS có thể hoàn thành luận án.


MỤC LỤC
CÁ C THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .................................................................................3
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................4

DANH MỤC BẢNG. .................................................................................................6
PHẦN MỞ ĐẦU .........................................................................................................7
1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................7
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu.....................................................................9
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.................................................................. 10
4. Những điểm mới của luận án ......................................................................... 10
5. Các luận điểm bảo vệ ..................................................................................... 10
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ....................................................................... 10
7. Cở sở tài liệu .................................................................................................. 10
8. Cấu trúc luận án ............................................................................................. 11
Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊ N CỨU TRƢỢT
LỞ ĐẤT TỈNH BẮC KẠN. ................................................................................... 12
1.1. TỔNG QUAN CÁ C CÔ NG TRÌNH NGHIÊ N CỨU TRƢỢT LỞ ĐẤT ...... 12
1.1.1. Nghiên cứu trƣợt lở đất trên thế giới .................................................... 12
1.1.2. Nghiên cứu trƣợt lở đất ở Việt Nam..................................................... 21
1.1.3. Nghiên cứu trƣợt lở đất tại Bắc Kạn .................................................... 23
1.2. CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊ N CỨU TRƢỢT LỞ ĐẤT ................................... 24
1.2.1. Khái niệm trƣợt lở đất .......................................................................... 24
1.2.2. Phân loại trƣợt lở đất ............................................................................ 25
1.2.3. Mô hình vật lý của trƣợt lở đất ............................................................. 29
1.2.4. Các nguyên nhân gây ra trƣợt lở đất .................................................... 30
1.2.5. Vai trò của các yếu tố đối với trƣợt lở đất ............................................ 32
1.3. PHƢƠNG PHÁP VÀ QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU ..................................... 36
1.3.1. Giả thiết nghiên cứu ............................................................................. 36
1.3.2. Các biến số nghiên cứu......................................................................... 36
1.3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 36
1.3.4. Quy trình nghiên cứu ............................................................................ 44
Tiểu kết chương 1.................................................................................................... 46
Chƣơng 2: CÁ C YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI TRƢỢT LỞ ĐẤT TỈNH BẮC
KẠN ......................................................................................................................... 48

2.1. VỊ TRÍ ĐỊA LÝ ............................................................................................... 48
2.2. YẾU TỐ ĐỊA CHẤT ...................................................................................... 49
2.2.1. Đặc điểm thạch học .............................................................................. 49
1


2.2.2. Đặc điểm vỏ phong hóa ........................................................................ 52
2.2.3. Đặc điểm kiến trúc cấu tạo ................................................................... 54
2.3. YẾU TỐ ĐỊA HÌNH ....................................................................................... 64
2.3.1. Các yếu tố trắc lƣợng hình thái ............................................................ 64
2.3.2. Đặc điểm địa mạo ................................................................................. 71
2.4. ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU THỦY VĂN .............................................................. 79
2.4.1. Khíhậu ................................................................................................. 80
2.4.2. Thủy văn ............................................................................................... 82
2.4.3. Địa chất thủy văn .................................................................................. 83
2.5. ĐẶC ĐIỂM LỚP PHỦ THỰC VẬT .............................................................. 84
2.6. ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ XÃ HỘI (YẾU TỐ NHÂ N SINH) ............................ 87
2.6.1. Dân cƣ................................................................................................... 87
2.6.2. Hạ tầng giao thông................................................................................ 88
2.6.3. Các hoạt động nhân sinh làm mất độ ổn định sƣờn dốc....................... 88
Tiểu kết chương 2.................................................................................................... 95
Chƣơng 3. HIỆN TRẠNG, NGUY CƠ TRƢỢT LỞ ĐẤT TỈNH BẮC KẠN
VÀ CÁ C GIẢI PHÁ P GIẢM THIỂU .................................................................. 96
3.1. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG TRƢỢT LỞ ĐẤT TỈNH BẮC KẠN ................ 96
3.1.1. Thành lập bản đồ hiện trạng trƣợt lở đất .............................................. 96
3.1.2. Đặc điểm phân bố trƣợt lở đất tại tỉnh Bắc Kạn................................. 101
3.1.3. Ảnh hƣởng của các yếu tố gây trƣợt đến hiện trạng trƣợt lở đất ....... 104
3.2. ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ TRƢỢT LỞ ĐẤT TỈNH BẮC KẠN .................... 108
3.2.1. Xác định thứ hạng các yếu tố gây trƣợt.............................................. 110
3.2.2. Xác định trọng số các yếu tố gây trƣợt............................................... 114

3.2.3. Chỉ số nguy cơ trƣợt lở đất ................................................................. 115
3.2.4. Kiểm chứng mô hình .......................................................................... 120
3.3. GIẢM THIỂU THIỆT HẠI DO TRƢỢT LỞ ĐẤT TẠI TỈNH BẮC KẠN 122
3.3.1. Định hƣớng sử dụng đất đối với các vùng nguy cơ trƣợt lở đất ........ 122
3.3.2. Cảnh báo nguy cơ trƣợt lở đất cho địa phƣơng .................................. 123
3.3.3. Các biện pháp giảm thiểu thiệt hại do trƣợt lở đất ............................. 123
Tiểu kết chương 3.................................................................................................. 125
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 125
DANH MỤC CÔ NG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁ C GIẢ LIÊN QUAN TỚI LUẬN Á N ...127
TÀ I LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 128
PHỤ LỤC

2


CÁ C THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VIẾT TẮT

AHP

Analytical Hierachy Process
(phương pháp phân tích thứ bậc)

CCN

Chia cắt ngang

CCS

Chia cắt sâu

CORS
DEM
GIS
GNSS
IBIS
LiDAR

Continously Operating Reference Station
(Hệ thống tham chiếu vận hành liên tục)
Digital Elevation Model
(Mô hình số độ cao)
Geographic Information System
(Hệ thống tin địa lý)
Global Navigation Satellite System
(Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu)
Interferometric Bideimensional Spectropolarimeter
(Giao thoa hai chiều quang phổ phân cực kế)
Light Detection And Ranging
(Dò tìm và định vị bằng tia Laser)

Lineament Các yếu tố dạng tuyến
LSI

Landslide Susceptibility Index
(Chỉ số nhạy cảm trượt lở đất)

NCS

Nghiên cứu sinh

nnk

Những ngƣời khác

RADAR
RTK
SAR

Radio Detection And Ranging
(Dò tìm và định vị bằng sóng Radio)
Real Time Kinematic
(Chuyển động thời gian thực)
Synthetic Aperture Radar
(Tên một loại ảnh Radar)

SX

Sản xuất

TLĐ

Trƣợt lở đất

TP

Thành phố

VLXD

Vật liệu xây dựng

VPH

Vỏ phong hóa

VT

Viễn thám

3


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Minh họa các thành phần của một khối trƣợt .......................................... 25
Hình 1.2: Minh họa các kiểu trƣợt lở đất theo phân loại của Varnes ...................... 27
Hình 1.3: Các thành phần lực tác động lên khối trƣợt ............................................. 30
Hình 1.4: Ảnh khảo sát thực địa chụp cùng chuyên gia Ấn Độ ............................... 37
Hình 1.5: Quy trình xử lý tích hợp VT-GIS xây dựng bản đồ trƣợt lở đất .............. 43
Hình 1.6: Sơ đồ minh họa các bƣớc trong mô hình nghiên cứu .............................. 44
Hình 2.1: Bản đồ hành chính tỉnh Bắc Kạn ............................................................. 48
Hình 2.2: Bản đồ phân bố các kiểu thạch học tỉnh Bắc Kạn ................................... 49
Hình 2.3: Bản đồ vỏ phong hóa tỉnh Bắc Kạn ......................................................... 53
Hình 2.4: Sơ đồ phân bố khối cấu trúc-đứt gãy tỉnh Bắc Kạn ................................. 55
Hình 2.5: Bản đồ góc lệch giữa hƣớng cắm của đá với hƣớng dốc ......................... 58
Hình 2.6: Một số lỗi lineament thƣờng gặp đƣợc tự động chuẩn hóa ..................... 62
Hình 2.7: Mật độ lineament khu vực nghiên cứu..................................................... 64
Hình 2.8: Bản đồ phân bố độ cao địa hình tỉnh Bắc Kạn......................................... 65
Hình 2.9: Bản đồ độ dốc địa hình tỉnh Bắc Kạn ...................................................... 67
Hình 2.10: Bản đồ giá trị chia cắt sâu tỉnh Bắc Kạn ................................................ 69
Hình 2.11: Bản đồ giá trị chia cắt ngang tỉnh Bắc Kạn ........................................... 71

Hình 2.12: Bản đồ địa mạo tỉnh Bắc Kạn ................................................................ 72
Hình 2.13: Bản đồ phân bố lƣợng mƣa TB năm tỉnh Bắc Kạn ................................ 81
Hình 2.14: Bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật tỉnh Bắc Kạn năm 2014 ................. 86
Hình 2.15: Bản đồ buffer giao thông tỉnh Bắc Kạn ................................................. 90
Hình 2.16: Trƣợt lở đất xảy ra trên tỉnh lộ 258 do mở rộng đƣờng ......................... 91
Hình 2.17: Khai thác khoáng sản trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn ................................... 93
Hình 2.18: Khai thác gỗ dùng làm nhiên liệu đốt tại huyện Ngân Sơn ................... 94
Hình 3.1: Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ hiện trạng trƣợt lở đất ........................ 96
Hình 3.2: Ảnh SPOT 4 phủ lên DEM khu vực nghiên cứu ..................................... 98
Hình 3.3: Một số mẫu chìa khóa giải đoán trƣợt lở khu vực nghiên cứu ................ 99
Hình 3.4: Bản đồ hiện trạng trƣợt lở đất tỉnh Bắc Kạn .......................................... 100
Hình 3.5: Một số ảnh trƣợt lở chụp trong quá trình đi khảo sát thực địa .............. 101
Hình 3.6: Biểu đồ so sánh diện tích trƣợt lở đất theo huyện ................................. 103
Hình 3.7: Sơ đồ quá trình tính toán, thành lập bản đồ nguy cơ trƣợt lở đất .......... 108
4


Hình 3.8: Biểu đồ phân bố giá trị LSI khu vực nghiên cứu ................................... 116
Hình 3.9: Các ngƣỡng giá trị biên theo phƣơng pháp Natural Breaks .................. 117
Hình 3.10: Biểu đồ biểu diễn sự phân bố các nhóm nguy cơ trƣợt lở ................... 118
Hình 3.11: Bản đồ nguy cơ trƣợt lở đất tỉnh Bắc Kạn ........................................... 119
Hình 3.12: Đánh giá độ chính xác của mô hình nghiên cứu .................................. 120
Hình 3.13: Một só biện pháp phòng chống trƣợt lở đất tại tỉnh Bắc Kạn .............. 124

5


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các phƣơng pháp đánh giá nguy cơ trƣợt lở đất ..................................... 16
Bảng 1.2: Hệ thống phân loại trƣợt lở đất theo Varnes .......................................... 26

Bảng 1.3: Phân loại trƣợt lở đất theo van Schalkwyk ............................................. 26
Bảng 1.4: Tầm quan trọng khi so sánh cặp tƣơng đối theo đề xuất của Saaty ....... 41
Bảng 1.5: Chỉ số nhất quán ngẫu nhiên ................................................................... 42
Bảng 2.1: Bốn hƣớng chính của bộ lộc Sobel ......................................................... 61
Bảng 2.2: Tỷ lệ (%) lƣợng mƣa phân theo mùa năm 2013 tại các trạm đo ............ 80
Bảng 2.3: Phân bố dân cƣ trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn.............................................. 87
Bảng 2.4: Diện tích sử đất cho mục đích khai thác khoáng sản .............................. 92
Bảng 2.5: Diện tích đất tự nhiên của tỉnh Bắc Kạn ................................................. 93
Bảng 3.1: Tƣ liệu ảnh vệ tinh sử dụng để thành lập bản đồ hiện trạng trƣợt lở ...... 97
Bảng 3.2: Quy mô các vết trƣợt trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn ................................... 102
Bảng 3.3: Thống kê hiện trạng trƣợt lở đất theo đơn vị hành chính cấp huyện..... 103
Bảng 3.4: Các yếu tố gây trƣợt dùng để đánh giá nguy cơ trƣợt lở đất ................. 109
Bảng 3.5: Kết quả tính toán giá trị Wi các yếu tố gây trƣợt lở đất ......................... 110
Bảng 3.6: Ma trận so sánh cặp và trọng số các yếu tố gây trƣợt .......................... 115
Bảng 3.7: Phân chia giá trị LSI và thống kê diện tích các nhóm nguy cơ ............. 117
Bảng 3.8: Thống kê nguy cơ trƣợt lở theo đơn vị hành chính cấp huyện .............. 118
Bảng 3.9: Kiểm chứng độ chính xác của mô hình theo tần suất trƣợt lở............... 121
Bảng 3.10: Định hƣớng sử dụng đất đối với các vùng có nguy cơ trƣợt lở........... 122
Bảng 3.11: Các xã có nguy cơ trƣợt lở rất cao và cao ........................................... 123

6


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trượt lở đất là quá trình di chuyển đất đá trên sườn dốc dưới tác động của
trọng lực. Đặc điểm chung của trượt lở đất là xảy ra rất bất ngờ, trong thời gian
ngắn, có thể dịch chuyển hàng nghìn mét khối các vật liệu sườn đủ để vùi lấp một
khu vực dân cư lớn. Đây là một dạng tai biến thường xuất hiện ở nhiều nơi trên thế
giới và gây thiệt hại lớn cho kinh tế và cũng là một trong những tai biến hàng đầu

dẫn tới tử vong cho dân cư sống trong khu vực chịu tác động của trượt lở.
Theo số liệu thống kê trong 10 năm từ 2002 – 2012, tai biến trượt lở hàng
năm đã cướp đi sinh mạng gần 9000 người, thiệt hại lên đến hàng tỷ đô cho các
nước xảy ra nhiều trượt lở như Ấn Độ, Trung quốc, Pakistan…
Trong đó có rất nhiều vụ trượt lở lớn gây hậu quả đặc biệt nghiêm trọng như
tại vùng Kashmir miền núi Pakistan, có khoảng 10.976 ca tử vong liên quan đến
trượt lở đất do trận động đất diễn ra vào tháng 10 năm 2005. Ngày 17 tháng 2 năm
2006 tại Philipin đã xảy ra trận lở đất cực kỳ nghiêm trọng, vụ trượt lở đất này đã
làm chết gần 1800 người. Gần đây nhất tại Afghanistan ngày 2/5/2014 đã xảy ra vụ
trượt lở đất kinh hoàng tại ngôi làng Ab Barik huyện Argo tỉnh Badakhshan đã chôn
vùi gần 2700 người cùng khoảng 300-400 ngôi nhà.
Tại Việt Nam, các tỉnh thường xuyên xảy ra trượt lở đất nhiều nhất gồm: Lào
Cai, Hà Giang, Lai Châu, Sơn La, Cao Bằng, Bắc Kạn, Yên Bái, Nghệ An, Hà Tĩnh,
Quảng Nam, Kon Tum, Gia Lai, Đắc Lắc, Bình Thuận. Mức độ ảnh hưởng của tai
biến trượt lở đất đến đời sống kinh tế ngày một gia tăng, đặc biệt số người chết do
trượt lở đất qua các năm không giảm. Thống kê cho thấy, trên cả nước có đến hàng
chục nghìn điểm trượt lở đất. Từ năm 2000 đến 2014, lũ quét và TLĐ đã làm chết
và mất tích 646 người, bị thương gần 351 người; hơn 9700 căn nhà bị đổ trôi, hơn
100.000 căn nhà bị ngập, hư hại nặng; hơn 75.000 ha lúa và hoa màu bị ngập nặng;
hàng trăm ha đất canh tác bị vùi lấp; nhiều công trình giao thông, thủy lợi, dân sinh
khiến kinh tế bị hư hỏng nặng nề, tổng thiệt hại ước tính trên 3.300 tỷ đồng. Đặc
biệt, nhiều vụ trượt lở đất xảy ra do hoạt động phát triển kinh tế của con người gây
bức xúc về tai biến môi trường. Ví dụ, trượt lở đất kinh hoàng ở bãi thải mỏ măng –
gan Tốc Tát, tỉnh Cao Bằng đã làm trôi lấp hàng trăm ha ruộng vườn nhà cửa và
7


làm chết hơn 200 người; trượt lở bãi thải mỏ chì kẽm La Pán Tẩn, huyện Mu Căng
Chải (Yên Bái) đã vùi lấp hàng chục ha ruộng đất và làm thiệt mạng 20 người; trượt
lở bãi thải kinh hoàng đã xảy ra ở bãi thải mỏ than Phấn Mễ, hàng chục thi thể đã bị

vùi sâu trong đống đất đá hàng chục nghìn m3, hàng chục hộ gia đình bị mất nhà
cửa, ruộng vườn chấn động dư luận trong nước và trên thế giới.
Trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn, hàng năm vào mùa mưa lũ tai biến trượt lở xảy ra
rất nhiều, gây thiệt hại về người và tài sản. Theo số liệu thống kê gần đây, đợt mưa
to kéo dài đầu tháng 8/2015 đã gây thiệt hại ước tính 30 tỷ đồng, gần 400 điểm xảy
ra trượt lở với trên 30000 m3 đất đá phải thu dọn. Đặc biệt, vụ trượt lở đất sáng
4/7/2009, tại thôn Khên Lền, xã Công Bằng, huyện Pác Nặm đã khiến 13 người chết
và mất tích, 5 người bị thương. Ngày 11/8/2016, một vụ trượt lở đất xảy ra tại thị
trấn Bằng Lũng, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn đã vùi lấp 2 người. Cũng vào tháng
8/2016 trượt lở đất do bãi thải của Công ty cổ phần khoáng sản Bắc Kạn vùi lấp đất
sản xuất của người dân thôn Bản Lắc, xã Bằng Lãng, huyện Chợ Đồn. Vào mỗi mùa
mưa lũ, những thửa ruộng nằm ven sông ở Bắc Kạn lại bị trượt lở hoặc bồi lắng
khiến cho hàng chục héc ta đất nông nghiệp trôi theo dòng nước, gây mất tài sản,
hoa màu và cát đã chôn lấp nhiều diện tích ruộng, gây ảnh hưởng không nhỏ đến
đời sống của người dân ở huyện Bạch Thông. Ngoài ra, trượt lở đất thường xuyên
xảy ra dọc taluy đường cao tốc Thái Nguyên – Bắc Kạn gây ảnh hưởng nghiêm
trọng tới giao thông trong mùa mưa lũ...
Thiệt hại do trượt lở đất chủ yếu do các nguyên nhân khách quan như cường
độ mưa lớn, tập trung trong một thời gian ngắn tại những khu vực có độ dốc lớn,
lớp vỏ phong hóa dày, lớp phủ thực vật bị phá hủy. Trong nhiều trường hợp, do sự
chủ quan, bất cẩn, thiếu hiểu biết về thiên tai mà những hoạt động phát triển kinh tế
của con người, như là việc bạt núi mở đường, xây dựng các công trình hạ tầng ở
sườn dốc, chân đồi, núi, chân taluy đường giao thông…đã làm mất sự ổn định của
sườn dốc, tạo nguy cơ cho trượt lở đất thêm gia tăng.
Hiện nay, trên thế giới, việc nghiên cứu tai biến trượt lở đất được đầu tư rất
sớm, nhiều phương pháp khoa học tiên tiến đã được áp dụng vào công tác dự báo
nguy cơ xảy ra trượt lở đất. Ở Việt Nam, vấn đề này mới chỉ được chú trọng trong
khoảng 15 năm gần đây khi tai biến trượt lở đất xảy ra thường xuyên hơn. Các
8

nghiên cứu về trượt lở đất ở Việt Nam mới chỉ áp dụng trên diện rộng, tỷ lệ nhỏ,
chủ yếu phân vùng dự báo định tính, còn rất thiếu các công trình điều tra đủ chi tiết
để hỗ trợ hiệu quả công tác phòng chống thiên tai.
Để giảm thiểu thiệt hại do tai biến trượt lở đất, nhiều nhà khoa học đã nhất trí
rằng “lập bản đồ nguy cơ trượt lở đất” là biện pháp đầu tiên nhằm ngăn ngừa từ xa
hiệu quả nhất.
Có nhiều phương pháp và cách tiếp cận cho việc lập bản đồ nguy cơ trượt lở
đất đó là: phương pháp địa mạo, địa kỹ thuật, phương pháp kết hợp viễn thám và Hệ
thông tin địa lý (GIS),…Trong đó phương pháp sử dụng viễn thám và GIS được áp
dụng nhiều và phổ biến nhất trong những năm gần đây. Tuy nhiên, việc tích hợp
viễn thám và GIS cho nghiên cứu trượt lở đất vẫn còn hạn chế về số lượng các công
trình nghiên cứu, quy mô nghiên cứu…
Với những lý do trên nghiên cứu sinh (NCS) đã chọn đề tài: “Tích hợp viễn
thám và hệ thông tin địa lý nghiên cứu đánh giá tai biến trượt lở đất phục vụ giảm
thiểu thiệt hại tại tỉnh Bắc Kạn”.
Đề tài được lựa chọn và triển khai cũng dựa trên cơ sở sự hỗ trợ của nhiệm
vụ hợp tác quốc tế về khoa học và công nghệ theo Nghị định thư Việt Nam - Ấn
Độ: “Tăng cường năng lực nghiên cứu, đào tạo về viễn thám và Hệ thông tin địa lý
trong việc nghiên cứu, quản lý tai biến lũ lụt, lũ quét và trượt lở đất, nghiên cứu
điển hình tại Vĩnh Phúc, Bắc Kạn”, mã số 42/2009/HĐ-NĐT.
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
Mục tiêu của luận án:
Làm rõ được vai trò của các yếu tố và mức độ ảnh hưởng liên quan tới trượt
lở đất và xây dựng bản đồ nguy cơ trượt lở đất trên cơ sở tích hợp viễn thám và
GIS, phục vụ giảm thiểu thiệt hại do tai biến tại tỉnh Bắc Kạn.
Nội dung nghiên cứu:
-

Tổng quan và xác lập cơ sở lý luận, phương pháp nghiên cứu về tích hợp

viễn thám và GIS trong đánh giá nguy cơ trượt lở đất tỉnh Bắc Kạn.
-

Phân tích các yếu tố (tự nhiên và nhân sinh) ảnh hưởng đến trượt lở đất tại

tỉnh Bắc Kạn.

9


-

Tích hợp viễn thám và GIS trong phân tích hiện trạng trượt lở đất ở khu vực

tỉnh Bắc Kạn.
-

Xử lý tích hợp không gian đa chỉ tiêu để xây dựng bản đồ nguy cơ trượt lở

đất khu vực tỉnh Bắc Kạn, tỉ lệ 1:100.000.
-

Định hướng các giải pháp giảm thiểu thiệt hại do tai biến trượt lở đất tại tỉnh
Bắc Kạn
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là các yếu tố tự nhiên và hoạt động khai thác lãnh thổ
liên quan tới hiện trạng và nguy cơ phát sinh trượt lở đất tại tỉnh Bắc Kạn.
Phạm vi khoa học: Luận án giới hạn nghiên cứu đánh giá nguy cơ trượt lở

đất bằng công nghệ viễn thám và GIS.
Phạm vi không gian: toàn bộ lãnh thổ hành chính tỉnh Bắc Kạn và tỉ lệ
nghiên cứu là 1: 100.000.
4. Những điểm mới của luận án
-

Đã làm rõ được các yếu tố tự nhiên và nhân sinh ảnh hưởng tới trượt lở đất
trong đó ưu thế thuộc về yếu tố nhân sinh.

-

Thành lập được bản đồ nguy cơ trượt lở đất tỉnh Bắc Kạn tỉ lệ 1:100 000 trên
cơ sở tích hợp viễn thám – GIS với phương pháp giá trị thông tin và AHP.

5. Các luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Trong giai đoạn hiện tại, tai biến trượt lở đất tỉnh Bắc Kạn chịu
sự chi phối của nhiều yếu tố tự nhiên và nhân sinh trong đó ưu thế thuộc về các hoạt
động nhân sinh.
Luận điểm 2: Tích hợp viễn thám và GIS với phương pháp giá trị thông tin
và AHP cho phép thành lập được bản đồ nguy cơ trượt lở đất với độ chính xác cao,
có giá trị trong giảm thiểu thiệt hại do tai biến gây ra.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học:
Ý nghĩa lớn nhất của luận án là đã xây dựng được bản đồ nguy cơ trượt lở
đất tỉnh Bắc Kạn bằng phương pháp viễn thám và GIS với độ chính xác cao. Ngoài
ra, luận án đã làm rõ đặc điểm và nguyên nhân gây trượt lở đất diễn ra tại Bắc Kạn
khác với quy luật chung của nhiều công trình nghiên cứu, đó là chủ yếu do đặc thù
10

về điều kiện địa lý, địa chất bên cạnh sự tác động của yếu tố nhân sinh tới sự ổn
định của sườn, gây ra trượt lở đất. Về mặt học thuật, luận án cũng đã xác lập được
mô hình nghiên cứu trượt lở đất phù hợp với quy mô khu vực nghiên cứu ở tỉ lệ
trung bình dựa trên việc kết hợp 2 nhóm phương pháp viễn thám (chủ yếu là giải
đoán bằng mắt) và GIS.
Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu của đề tài làm sáng tỏ mối liên
hệ giữa các yếu tố tự nhiên và nhân sinh với quá trình phát sinh tai biến trượt lở đất
ở tỉnh Bắc Kạn. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cần thiết cho việc
phòng chống và giảm thiểu thiệt hại do tai biến trượt lở đất, đồng thời phục vụ cho
việc sử dụng hợp lý lãnh thổ và bảo vệ môi trường tỉnh Bắc Kạn.
7. Cơ sở tài liệu
-

Bản đồ địa hình tỉ lệ 1: 50.000 (nguồn: Cục bản đồ) (phụ lục 3)

-

Bản đồ địa chất tỉ lệ 1: 200.000 (nguồn: Cục địa chất)

-

Dữ liệu lượng mưa từ 2001 – 2014 tại 4 trạm quan trắc trên địa bàn tỉnh Bắc
Kạn (phụ lục 4).

-

Các ảnh vệ tinh bao trùm toàn bộ khu vực nghiên cứu (ảnh GeoEye-1,
SPOT-4, SPOT-5).

-

Các công trình nghiên cứu tai biến đã công bố (đề tài, luận án, luận văn)

-

Các tài liệu, dữ liệu NCS thu thập được trong quá trình khảo sát thực địa.

-

Các bài báo của NCS đăng trên các tạp chí, hội nghị khoa học liên quan đến
luận án.
8. Cấu trúc luận án
Luận án được trình bày trong 144 trang đánh máy, gồm 37 hình, 21 bảng.

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, cấu trúc luận án gồm 3 chương:
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


Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊ N CỨU
TRƢỢT LỞ ĐẤT TỈNH BẮC KẠN
1.1. TỔNG QUAN CÁ C CÔ NG TRÌNH NGHIÊ N CỨU TRƢỢT LỞ ĐẤT
1.1.1. 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 JTC1. 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:
1.1.1.1. 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


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

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


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].
1.1.1.2. 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]. Phân
tích GIS cũng đã đƣợc sử dụng để đánh giá tai biến trƣợt lở đất gây ra bởi động đất
[91] và trƣợt lở đất gây ra bởi mƣa [100].
Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đánh giá nguy cơ trƣợt lở đất

dựa trên các phân tích GIS đã đƣợc tiến hành. Tuy nhiên, độ tin cậy của các phân
tích GIS không phụ thuộc vào phần mềm GIS đƣợc sử dụng, mà phụ thuộc vào
phƣơng pháp phân tích đƣợc sử dụng [55]. Vì vậy, nhiều phƣơng pháp phân tích
khác nhau đã đƣợc đề xuất bởi nhiều tác giả khác nhau. Trong nghiên cứu của
Soeters và Van Westen đã phân chia thành 2 nhóm phƣơng pháp hƣớng kinh
15


nghiệm (dựa vào kinh nghiệm của chuyên gia) và hƣớng dữ liệu (dựa trên việc phân
tích, định lƣợng số liệu) [118]. Ngoài ra, một số nhà nghiên cứu còn chia thành 2
nhóm phƣơng pháp trực tiếp và gián tiếp [46]. Nhƣng tựu chung lại đều bao gồm 4
phƣơng pháp chính: phƣơng pháp địa mạo, phƣơng pháp địa kỹ thuật, phƣơng pháp
trọng số kinh nghiệm và phƣơng pháp thống kê.
Bảng 1.1: Các phương pháp đánh giá nguy cơ trượt lở đất
Cách 1

Hƣớng kinh nghiệm

Hƣớng dữ liệu

Trực tiếp

Địa mạo

Địa kỹ thuật

Gián tiếp

Trọng số kinh nghiệm

Thống kê

Cách 2

Phƣơng pháp địa mạo và địa kỹ thuật thuộc cách tiếp cận trực tiếp có độ
chính xác cao đối với việc đánh giá khả năng xảy ra trƣợt lở đất ở tỉ lệ lớn. Tuy
nhiên, phƣơng pháp này lại không phù hợp với các nghiên cứu ở tỉ lệ nhỏ và trung
bình do chi phí cao để có thể tiến hành cho một vùng rộng lớn. Hiện nay, cách tiếp
cận gián tiếp đang đƣợc sử dụng phổ biến trên thế giới và có hiệu quả cao trong
đánh giá tai biến trƣợt lở do sự phát triển của công nghệ GIS [124]. Mặc dù vậy,
vấn đề kết hợp các lớp thông tin trong GIS và các thuật toán để đánh giá tai biến
trƣợt lở nhƣ thế nào cho từng khu vực cụ thể vẫn đang là vấn đề tranh cãi và chƣa
có đƣợc sự thống nhất của các nhà khoa học.
a) Nhóm phương pháp hướng kinh nghiệm
Đây là nhóm phƣơng pháp mang nhiều yếu tố chủ quan vì phụ thuộc vào
đánh giá của chuyên gia dựa vào kinh nghiệm là chính [46] và gây tranh cãi trong
đánh giá trƣợt lở đất [63]. Theo phƣơng pháp này, mối quan hệ đƣợc thiết lập giữa
khả năng xảy xa trƣợt lở đất với các yếu tố gây trƣợt thông qua việc gán thứ hạng
và trọng số. Thứ hạng biểu đạt cho mức độ tác động của các lớp trong mỗi yếu tố
đối với quá trình trƣợt lở. Trong khi, trọng số biểu đạt cho mức độ ảnh hƣởng mạnh
yếu của mỗi yếu tố đối với khả năng xảy ra trƣợt lở. Việc gán trọng số và thứ hạng
phụ thuộc vào kinh nghiệm của các chuyên gia, các kết quả thƣờng không đƣợc tái
sử dụng. Phƣơng pháp này chủ yếu áp dụng các nghiên cứu sơ bộ, và có thể áp dụng

16


cho các nghiên cứu ở mức độ chi tiết chỉ khi kết hợp với các cách tiếp cận chính xác
hơn.
Nổi bật, và đƣợc sử dụng nhiều hơn cả là mô hình phân tích đa tiêu chí thông

qua các ma trận để so sánh cặp (AHP), do mô hình này đã giảm thiểu tính chủ quan
trong khi xem xét mối quan hệ giữa khả năng xảy ra trƣợt lở với các yếu tố gây
trƣợt bằng cách định lƣợng tầm quan trọng tƣơng đối của các yếu tố gây trƣợt. Nội
dung cơ bản của mô hình là xây dựng hệ thống các yếu tố hình thành và phát triển
tai biến, so sánh cặp đôi tầm quan trọng của các yếu tố dựa trên tiêu chuẩn so sánh
của Thomas Saaty [110, 115] trong một ma trận tƣơng ứng, sau đó tính toán tỷ
trọng tƣơng đối của mỗi yếu tố trong hàng loạt các yếu tố đặt ra theo các công thức
tính toán tƣơng ứng. Hiện nay, AHP đã đƣợc kết hợp trong một loạt các nền tảng
GIS (ArcGIS, SagaGIS) dƣới dạng các mô-đun khác nhau. Trong các nghiên cứu,
AHP có khi chỉ đƣợc sử dụng để tính trọng số cho các lớp hoặc các yếu tố gây trƣợt
[78, 108], có khi cũng đƣợc sử dụng để tính trọng số cho cả hai [45, 48, 72].
b) Nhóm phương pháp hướng dữ liệu
Phƣơng pháp này định lƣợng tầm quan trọng tƣơng đối của các yếu tố gây
trƣợt khác nhau dựa trên số biểu hiện của mối quan hệ giữa các yếu tố gây trƣợt và
trƣợt lở đất. Phƣơng pháp này tỏ ra khách quan vì ƣớc lƣợng xác xuất xảy ra trƣợt
lở dƣới dạng số [85]. Độ tin cậy của phƣơng pháp này phụ thuộc vào số lƣợng và
chất lƣợng của dữ liệu, quy mô nghiên cứu. Theo cách tiếp cận này, bản đồ hiện
trạng trƣợt lở là đầu vào không thể thiếu trong các phép phân tích. Nhìn chung,
phƣơng pháp thống kê đơn biến đƣợc ƣa thích hơn thống kê đa biến vì các chuyên
gia có thể sử dụng kinh nghiệm của mình trong việc xác định các tham số hoặc kết
hợp tham số đƣợc lựa chọn để phân tích [126].
Đây là phƣơng pháp có khả năng giảm thiểu tính chủ quan trong quá trình gán
trọng số bằng cách thống kê (so sánh) sự phân bố không gian của các vết trƣợt có
liên quan đến các yếu tố gây trƣợt lở khác nhau trong quá khứ [46]. Mỗi lớp dữ liệu
chuyên đề đơn lẻ (yếu tố gây trƣợt) đƣợc so sánh với bản đồ hiện trạng phân bố
trƣợt lở thông qua đại lƣợng mật độ trƣợt lở [119]:
+ Mật độ các điểm trƣợt lở đƣợc thể hiện bằng số lƣợng các sự cố trƣợt lở trên
một đơn vị diện tích (phù hợp cho các bản đồ tỷ lệ nhỏ)
17

+ Mật độ diện tích trƣợt lở đƣợc thể hiện bằng tỷ lệ phần trăm diện tích các sự
cố trƣợt lở trên diện tích toàn vùng nghiên cứu (phù hợp cho các bản đồ tỷ lệ trung
bình hoặc lớn).
Trong kỹ thuật phân tích thống kê đơn biến, ảnh hƣởng của từng yếu tố đến
trƣợt lở đƣợc coi là riêng biệt và giả định các yếu tố này thực hiện độc lập với nhau
[58]. Có nhiều mô hình thuộc nhóm phân tích thống kê đơn biến để tính thứ hạng
cho các lớp dựa trên mật độ trƣợt lở nhƣ: mô hình giá trị thông tin (information
value) [133], mô hình chỉ số thống kê (Statistical index) [56], phƣơng pháp xác xuất
(probability), phƣơng pháp trọng số bằng chứng (Weight of Evidence) [103],
phƣơng pháp hệ số chắc chắn (Certainty factor) [91].
Mô hình giá trị thông tin là phƣơng pháp phân tích thống kê đƣợc phát triển
từ lý thuyết thông tin. Mô hình này ban đầu đƣợc đề xuất bởi Yin và Yan [133] và
đƣợc sửa đổi một chút bởi van Westen [123]. Mô hình này lần đầu tiên đƣợc sử
dụng trong lĩnh vực thăm dò và sau đó đã dần dần đƣợc áp dụng để đánh giá tai biến
trƣợt lở đất [111]. Nội dung của phƣơng pháp này là đánh giá trọng số của các yếu
tố gây trƣợt trên cơ sở phân tích mật độ trƣợt lở xuất hiện trên mỗi yếu tố gây trƣợt.
-

Phân tích thống kê đa biến
Phƣơng pháp phân tích thống kê đa biến cũng dựa trên mối quan hệ của mỗi

yếu tố gây ra trƣợt lở đất và các điểm trƣợt lở. Cách tiếp cận này cần phân tích một
lƣợng lớn dữ liệu và tốn thời gian, ngoài ra nó còn loại trừ kinh nghiệm và khả năng
đánh giá của ngƣời thành lập bản đồ trong quá trình xây dựng các mối tƣơng quan.
Do vậy, các kết quả đạt đƣợc hoàn toàn phụ thuộc vào chất lƣợng của các dữ liệu.
Ngoài ra, phƣơng pháp phân tích đa biến số này cũng chỉ phù hợp với bản đồ tỷ lệ
lớn. Hơn nữa, phần mềm thống kê bên ngoài thƣờng đƣợc sử dụng để hỗ trợ các gói
GIS. Trong đó mô hình hồi quy logistic đƣợc xem là phổ biến nhất thuộc nhóm các
phƣơng pháp phân tích thống kê đa biến để thành lập bản đồ nguy cơ trƣợt lở [49,

51, 72], ngoài ra còn có mô hình khai phá dữ liệu sử dụng tập mờ [62]; mạng thần
kinh nhân tạo [53]; xác xuất có điều kiện [90]; cây quyết định [73] và tập mờ neuro
[86].
1.1.1.3. Tích hợp viễn thám và hệ thông tin địa lý nghiên cứu trượt lở đất

18


Tích hợp viễn thám và GIS là việc hợp nhất các ƣu điểm của hai loại thành
một thể thống nhất đồng thời tìm ra cách hạn chế của hai loại tƣ liệu nói trên. Việc
tích hợp viễn thám và GIS đã đƣợc áp dụng rộng rãi và đƣợc công nhận nhƣ một
công cụ hiệu quả trong nghiên cứu đánh giá tai biến trƣợt lở đất [129]. Trong
nghiên cứu trƣợt lở, việc tích hợp viễn thám và GIS đƣợc thể hiện ở sự kết hợp và
tăng cƣờng lẫn nhau đó là:
a) Viễn thám được sử dụng như công cụ thu thập dữ liệu để sử dụng trong GIS
Tách chiết các thông tin chuyên đề: ngoài thông tin vị trí trƣợt lở đất đƣợc
tách chiết từ tƣ liệu viễn thám, còn nhiều lớp thông tin chuyên đề khác có nguồn
gốc viễn thám đƣợc sử dụng trong đánh giá tai biến trƣợt lở nhƣ landcover, NDVI,
lineament,…Các lớp thông tin này đƣợc tạo ra bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau,
dựa trên các nguồn tƣ liệu ảnh khác nhau [79, 132]. Đầu tiên, việc giải đoán bằng
mắt ảnh hàng không và ảnh vệ tinh để tạo ra các bản đồ mô tả ranh giới giữa các
nhóm chuyên đề (ví dụ, các lớp thổ nhƣỡng, landcover). Những ranh giới sau đó
đƣợc số hóa thành các lớp thông tin GIS. Thứ hai, dữ liệu viễn thám đƣợc phân tích
hoặc phân loại sử dụng phƣơng pháp tự động để tạo ra các lớp thông tin GIS [47].
Tách chiết các thông tin địa hình: các thông tin địa hình đƣợc coi là ứng
dụng chính khác của ảnh vệ tinh nhƣ là dữ liệu đầu vào cho GIS. Thông tin địa hình
bao gồm các đối tƣợng đƣờng, vùng và các yếu tố địa lý khác đƣợc tách chiết tự
động từ ảnh vệ tinh nhờ sử dụng các thuật toán nhận dạng mẫu, phân mảnh [80].
Nhiều nghiên cứu đã sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao nhƣ Quickbird,
IKONOS, GeoEye cho các nghiên cứu trƣợt lở đất nhờ tách chiết các thông tin địa

hình bằng phƣơng pháp tách chiết tự động [82]. Gần đây, dữ liệu LiDAR đƣợc sử
dụng ngày càng nhiều trong việc khai thác các thông tin địa hình [69, 81].
Dữ liệu viễn thám sử dụng để cập nhật GIS: việc cập nhật cơ sở dữ liệu GIS
và bản đồ đối với các thay đổi lớp phủ thực vật, cập nhật mạng lƣới giao thông, bản
đồ địa mạo trong nghiên cứu đánh giá trƣợt lở đất một cách kịp thời là rất quan
trọng. Trong khi đó, công nghệ viễn thám với khả năng thu thập dữ liệu đa phổ, đa
thời gian, đa độ phân giải và biến chúng thành thông tin có giá trị, đáp ứng yêu cầu
cập nhật thông tin với chíphíhiệu quả nhất [60].

19


Ảnh viễn thám sử dụng để hiển thị dữ liệu GIS và trình bày bản đồ: trình bày
bản đồ là nội dung ứng dụng thứ tƣ của ảnh vệ tinh nhƣ một đầu vào GIS. Hiển thị
địa hình sử dụng ảnh vệ tinh gắn với mô hình số độ cao (DEM) từ lâu đã đƣợc
khám phá nhƣ một công cụ đầy hứa hẹn trong nghiên cứu môi trƣờng. Một số bản
đồ chuyên đề đƣợc thể hiện trên nền ảnh vệ tinh (2D, 3D) cho phép ngƣời dùng có
cái nhìn trực quan hơn [74].
b) Dữ liệu GIS được sử dụng như là thông tin phụ trợ để cải thiện các sản
phẩm có nguồn gốc từ viễn thám
Trong phân loại ảnh: dữ liệu GIS đƣợc sử dụng để tăng cƣờng chức năng xử
lý ảnh viễn thám ở các giai đoạn khác nhau: lựa chọn các khu vực mẫu cho xử lý,
tiền xử lý và phân loại ảnh. Dữ liệu phụ trợ đã đƣợc sử dụng hữu ích trong việc xác
định và phân định các yếu tố cho việc giải đoán ảnh hàng không, ảnh vệ tinh [51].
Trong phƣơng pháp tiền phân loại, dữ liệu phụ trợ đƣợc sử dụng để hỗ trợ cho việc
lựa chọn mẫu huấn luyện [98] hoặc để phân chia các cảnh nghiên cứu vào các khu
vực nhỏ hơn dựa trên một số tiêu chí hoặc quy tắc lựa chọn. Khi dữ liệu phụ trợ
đƣợc sử dụng trong giai đoạn phân loại ảnh, chúng đƣợc đƣa vào nhƣ các kênh bổ
sung cho ảnh viễn thám [98]. Trong cách tiếp cận sau phân loại, dữ liệu phụ trợ
đƣợc sử dụng để thay đổi các điểm ảnh bị phân loại nhầm dựa trên các quy tắc đƣợc

thiết lập bởi chuyên gia. Nhiều phƣơng pháp kết hợp các dữ liệu phụ trợ khác nhau
và ảnh viễn thám để cải thiện việc phân loại ảnh. Ví dụ, nghiên cứu trƣớc đây đã chỉ
ra dữ liệu địa hình có giá trị trong việc cải thiện độ chính xác của phân loại lớp phủ
thực vật, đặc biệt ở vùng núi [68]. Điều này là bởi vì sự phân bố của lớp phủ thực
vật có liên quan đến địa hình. Hơn nữa độ cao, độ dốc, hƣớng dốc có đƣợc từ dẫn
xuất dữ liệu DEM, cũng đã đƣợc sử dụng trong phân loại ảnh. Dữ liệu địa hình hữu
ích ở tất cả 3 giai đoạn phân loại ảnh, đó là, nhƣ một công cụ phân tầng trong tiền
phân loại, nhƣ một kênh bổ sung trong quá trình phân loại, và nhƣ một lớp lọc mịn
trong sau phân loại [95]. Các dữ liệu phụ trợ khác nhƣ thổ nhƣỡng, nhiệt độ và
lƣợng mƣa cũng có thể sử dụng trong việc hỗ trợ phân loại ảnh.
Trong xử lý ảnh: ở giai đoạn hiệu chỉnh hình học và bức xạ, dữ liệu GIS nhƣ
các dữ liệu về điểm, vùng và DEM ngày càng đƣợc sử dụng nhiều cho việc nắn
chỉnh ảnh [80]. Dữ liệu địa hình độ phân giải cao đóng vai trò quan trọng trong giải
20


đoán ảnh Radar [88]. Những ảnh hƣởng của sự thay đổi địa hình đối với đặc điểm
bức xạ của ảnh vệ tinh có thể đƣợc hiệu chỉnh với sự trợ giúp của DEM [80]. Các
biến có nguồn gốc từ DEM có thể đƣợc sử dụng ở giai đoạn tiền xử lý cho việc hiệu
chỉnh địa hình do bị tán xạ bởi lớp phủ thực vật [121]. Các dữ liệu vector nhƣ
đƣờng sắt, đƣờng sông thƣờng đƣợc chọn là các điểm khống chế mặt đất trong nắn
chỉnh ảnh.
Sử dụng dữ liệu phụ trợ cho việc lựa chọn mẫu: việc sử dụng vector vùng
(polygon) để hạn chế diện tích của ảnh cần xử lý là có thể trong các phần mềm xử
lý ảnh hiện nay (ví dụ ERDAS IMAGINE). Điều này cho phép thao tác mà không
cần mặt nạ raster, làm cho xử lý ảnh hiệu quả hơn nhiều vì thời gian xử lý nhanh
hơn, không cần phải lƣu trữ dữ liệu trung gian, và giảm vấn đề toàn vẹn dữ liệu.
Tuy nhiên, có một vài vấn đề thực tế và khái niệm trọng việc sử dụng dữ liệu phụ
trợ trong phân tích ảnh viễn thám [52]. Lý tƣởng nhất, dữ liệu phụ trợ nên có khả
năng tƣơng thích với các ảnh viễn thám đối với tỉ lệ, mức độ chi tiết, độ chính xác,

hệ thống tham chiếu địa lý, và ngày thu thập. Đôi khi dữ liệu tham chiếu đƣợc trình
bày nhƣ là các lớp riêng biệt, trong khi dữ liệu viễn thám đại diện cho tỉ lệ dữ liệu
hoặc khoảng thời gian. Sự phù hợp của hai loại dữ liệu phải đƣợc giải quyết.
Sử dụng GIS để tổ chức trƣờng dữ liệu cho các ứng dụng viễn thám: ngoài
việc tăng cƣờng các chức năng xử lý ảnh viễn thám ở các giai đoạn khác nhau, công
nghệ GIS cung cấp một một trƣờng linh hoạt cho việc nhập, phân tích, quản lý và
hiển thị dữ liệu kỹ thuật số từ các nguồn khác nhau. Nhiều dự án viễn thám cần phát
triển cơ sở dữ liệu GIS để lƣu trữ, sắp xếp và hiển thị ảnh hàng không, ảnh thực địa,
ảnh vệ tinh và phụ trợ, tham chiếu và trƣờng dữ liệu [70].
1.1.2. Nghiên cứu trƣợt lở đất ở Việt Nam
Trong những năm trƣớc đây, nghiên cứu trƣợt lở đất tại Việt Nam mới chỉ
tập trung vào phân tích hiện trạng trƣợt lở đất và các biện pháp giảm thiểu thiệt hại
cho các khối trƣợt điển hình hoặc tại các mặt trƣợt riêng lẻ…nơi có các công trình
công cộng hoặc dân sinh quan trọng có liên quan. Phƣơng pháp chủ yếu là phân tích
địa mạo, địa chất công trình và chƣa có sự hỗ trợ của tƣ liệu viễn thám. Một số công
trình có thể kể đến nhƣ: nghiên cứu trƣợt lở đất tại thị xã Sơn La [36]; nghiên cứu
phòng chống hiện tƣợng nứt – trƣợt tại khu vực đồi Khau Cả và đồi Khí Tƣợng [4].
21